歐陽集正 胡榮杰

（湖南科技學(xué)院 計(jì)算機(jī)系，湖南 永州 425100）

0 引 言

隨著智能家居的逐步實(shí)現(xiàn),一種新型的嬰兒床也開始越來越多地受到人們的青睞。嬰兒常半夜啼哭，父母們往往為了照顧嬰兒而疲憊不堪.而且傳統(tǒng)的嬰兒床的設(shè)計(jì)簡單，功能比較單一，不能很好的幫助父母照顧自己的小孩。近年來，國內(nèi)外有很多研究者開始研究開發(fā)新型嬰兒床，這可以為父母們省去不少麻煩。

針對(duì)上述問題，采用AT89C51開發(fā)的智能嬰兒床通過檢測(cè)環(huán)境聲音信息實(shí)現(xiàn)了根據(jù)嬰兒哭鬧聲改變其睡眠環(huán)境的目的，本文主要設(shè)計(jì)一種以 AT89C51芯片為主控 MCU的智能型嬰兒床系統(tǒng)，給出了該系統(tǒng)硬件、軟件和機(jī)械部分的設(shè)計(jì)思想及實(shí)現(xiàn)方法。本設(shè)計(jì)將多種功能整合到一起，形成一種功能強(qiáng)大的多功能嬰兒床。下面介紹系統(tǒng)的主要研究思路。

傳感器的準(zhǔn)確性：駐極體話筒感應(yīng)嬰兒哭聲的靈敏性與準(zhǔn)確性，靈敏性容易，準(zhǔn)確性關(guān)鍵是帶通濾波器的設(shè)定。因?yàn)閶雰嚎蘼曨l率在 500Hz左右，而潛在的干擾源即一般的說話聲音在100Hz左右，腳步聲頻率更低。頻率相差不大，二階有源帶通濾波的衰減特性難以滿足要求。為此我們要把帶通濾波增到四階甚至是八階。階數(shù)的增加帶來的意想不到的干擾也會(huì)相應(yīng)增加，怎樣克服這些干擾增加衰減速度是我們下一步研究中的重點(diǎn)。

搖動(dòng)模塊的舒適性：嬰兒睡在床上要搖的舒適才可以，這對(duì)搖動(dòng)的頻率幅度有要求。開始要慢慢的搖，放出來的音樂也要慢慢的增大，不能驚嚇?gòu)雰骸Ｏ笫幥锴菢拥膿u擺,還是跌宕起伏的搖擺, 或者是有其他更好的方法，當(dāng)嬰兒在樂曲中入睡后還放多久的音樂搖多久都要進(jìn)行思考。

人性化設(shè)計(jì)，讓孩子的父母或家人易學(xué)易用。另外嬰兒床外觀要做到美觀、高雅。

1.體方案設(shè)計(jì)

針對(duì)上述問題，我們所做的智能嬰兒保姆床能有效的解決上述問題。當(dāng)小孩半夜醒來時(shí)，床會(huì)自動(dòng)搖起來，且伴隨輕輕的催眠曲或搖籃曲或錄下來的母親的關(guān)愛聲，還可以加入其它一些逗小朋友玩的設(shè)計(jì)。對(duì)于小孩子晚上的大小便，系統(tǒng)安裝有一個(gè)濕度感應(yīng)器、溫度感應(yīng)器，當(dāng)檢測(cè)到小孩的被窩達(dá)到一定濕度時(shí)可采取自動(dòng)換被子或向父母報(bào)警，當(dāng)檢測(cè)到嬰兒被窩溫度過低時(shí)自動(dòng)報(bào)警。針對(duì)嬰兒的學(xué)前教育，此嬰兒床還能提供一些語音播放，如插 MP3、U盤等一些擴(kuò)展設(shè)備。溫度監(jiān)測(cè)采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)嬰兒床的被窩溫度。當(dāng)被窩溫度第一次高于35℃時(shí)，可知嬰兒已蓋好被子了。而隨后在某個(gè)時(shí)候低于 30℃時(shí)，可以判斷嬰兒把被子踢開了。此時(shí)單片機(jī)將音樂送給FM發(fā)送模塊，發(fā)送信息給孩子的父母或保母。在嬰兒床的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用電動(dòng)機(jī)連接一個(gè)擺臂帶動(dòng)?jì)雰捍矒u動(dòng)。

圖1.體方框圖

2.度電路設(shè)計(jì)

濕度傳感器采用 HIH3610濕敏電阻。在此模塊設(shè)計(jì)中給濕敏電阻外接一個(gè)大小為 10K的電阻 R17，濕敏電阻和R17共同組成一個(gè)分壓電路，如圖將濕敏電阻的一端接入CD4066的1腳，芯片U2的13腳與單片機(jī)89C652的P2.5連接，由單片機(jī)的P2.5控制1,2腳的通斷，將U2的2腳接ADC0804的6腳，這樣就由單片機(jī)的P2.5腳控制了濕敏電阻與ADC0804的連接。ADC0804是對(duì)R17分壓電阻上的電壓進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換而不是直接對(duì)濕敏電阻上的電壓轉(zhuǎn)換，對(duì)于我們要求的靈敏度，可以通過調(diào)節(jié) R17的阻值來實(shí)現(xiàn)，在此設(shè)計(jì)中可采用一個(gè)20k電位器替代R17，方便調(diào)節(jié)電路。當(dāng)濕敏電阻檢測(cè)到濕度后，濕敏電阻阻值發(fā)生變化，其兩端的電壓發(fā)生變化，R17上的電壓也隨著變化，R17上的電壓經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后送給單片機(jī)I/O口，由單片機(jī)進(jìn)行處理。

圖2.度檢測(cè)電路

3.音電路設(shè)計(jì)

當(dāng)駐極體話筒檢測(cè)到外部聲音變化時(shí)，駐極體話筒兩端的電壓隨之變化,如圖通過 Q1 對(duì)其進(jìn)行信號(hào)放大，電壓值經(jīng)過ADC0804進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后交予單片機(jī)處理，在單片機(jī)中設(shè)定一個(gè)特定的電壓值，一旦駐極體話筒兩端電壓高于這一特定值時(shí)，單片機(jī)控制啟動(dòng)語音模塊和搖動(dòng)模塊。這里我們下一步要做的是在此設(shè)計(jì)中增加一個(gè)帶通濾波電路，只感應(yīng)嬰兒的哭聲，提高語言感應(yīng)的準(zhǔn)確度。如圖在此設(shè)計(jì)中聲音檢測(cè)電路輸出word和ADC0804的6腳不是直接連接，而是用Q3進(jìn)行連接，Q3的基極由單片機(jī)89C52的P2.4控制，此設(shè)計(jì)中聲音和濕度檢測(cè)都由單片機(jī)控制，而且此電路只用一個(gè)ADC0804芯片，提高了資源的利用。

圖3.音電路

4.M發(fā)送電路設(shè)計(jì)

此設(shè)計(jì)采用FM無線發(fā)送而不是采用語音報(bào)警，以達(dá)到保持嬰兒周圍環(huán)境安靜的目的。接收FM的收音機(jī)放于父母的房間，當(dāng)濕度或溫度達(dá)到或超出設(shè)定的值時(shí)，單片機(jī)控制FM向監(jiān)護(hù)人發(fā)送特定音樂，同時(shí)又不吵醒睡眠中的嬰兒。當(dāng)監(jiān)護(hù)人給嬰兒換了尿布或蓋好被子后，濕度和溫度恢復(fù)到以前的值，單片機(jī)控制FM停止發(fā)送音樂。在此設(shè)計(jì)中，F(xiàn)M的發(fā)射頻率由圖中C6決定，一般為5—30PF，在本設(shè)計(jì)中，采用27PF云母電容，這樣FM的發(fā)射頻率為73MHz，應(yīng)用時(shí)只要把父母房間的收音機(jī)的頻率調(diào)到FM：73MHz就能很清晰的收到由FM發(fā)送的音樂，達(dá)到通知父母的目的。在電池選擇時(shí)，電壓越高，發(fā)射距離就越遠(yuǎn)，宜采用方塊電池，方塊電池電流比較穩(wěn)定，不容易受外界干擾，減少發(fā)射電路產(chǎn)生的噪音。在整體模塊設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)把FM發(fā)射電路，單獨(dú)設(shè)計(jì)，制作一個(gè)獨(dú)立的電路板，這樣可以非常有效的減少由主控電路帶來的干擾，使電路更穩(wěn)定。FM的發(fā)射也是由單片機(jī)89C52的P3.0控制Q5，如圖Q5連接一個(gè)5V繼電器，此繼電器控制MP3的音頻輸出口與FM的音頻單道輸入口的連接。

圖 4FM發(fā)送電路

5.P3音樂播放模塊

此設(shè)計(jì)采用單片機(jī)的P0口的0、1、2、3引腳分別連接CD4066控制引腳4、6、12、13。由于大多數(shù)MP3的按鈕都是低電平觸發(fā)的，所以將 CD4066中的 2、3、7、8、10腳都接地。在溫度、濕度，聲音三個(gè)檢測(cè)模塊中，當(dāng)檢測(cè)到其中一個(gè)模塊有信號(hào)，馬上有單片機(jī)根據(jù)程序作出響應(yīng)，給P0.0送一個(gè)1.5秒的高電平，這樣給MP3開機(jī)，然后然后給 P0.1一個(gè)短暫的高電平進(jìn)行播放。其它下一曲，上一曲都是類似的控制，還有一些組合控制由自己編程的設(shè)置而定?？刂芃P3包括：MP3的選歌，下一曲，音量，以及錄音。

圖 5MP3控制電路

6. 論

多功能智能型嬰兒床系統(tǒng)的開發(fā)涉及到電子、機(jī)械、自動(dòng)控制等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，是一個(gè)綜合性的應(yīng)用研究課題。本文著重以人性化照顧小孩子為前提，設(shè)計(jì)了具有多功能的嬰兒床。試驗(yàn)證明了整個(gè)系統(tǒng)可靠性較高,比較實(shí)用，而且易于維護(hù)和擴(kuò)展,具有產(chǎn)品化意義。

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