鄒琪俊 韋孫佳 覃世吉 陳輝金

（桂林電子科技大學(xué)，廣西 桂林 541004）

一種嬰兒車智能化的設(shè)計

鄒琪俊 韋孫佳 覃世吉 陳輝金

（桂林電子科技大學(xué)，廣西 桂林 541004）

文章中系統(tǒng)基于STM32芯片，設(shè)計并制作了一個用于使嬰兒處于更智能環(huán)境的嬰兒車。系統(tǒng)由STM32F103ZET6最小系統(tǒng)、GSM、藍(lán)牙通信部分、智能傳感器、電腦手機(jī)客戶端、手機(jī)客戶端等幾部分組成。通過智能傳感器感知嬰兒生理參數(shù)，采用多終端監(jiān)視，實現(xiàn)遠(yuǎn)程跟蹤。為方便得到統(tǒng)計學(xué)參數(shù)，整體結(jié)構(gòu)設(shè)計運用數(shù)據(jù)保存技術(shù)，通過藍(lán)牙通信把嬰兒生理參數(shù)遠(yuǎn)程傳輸并保存到計算機(jī)里。

嬰兒車；STM32；智能；數(shù)據(jù)傳輸

1 引言

隨著人們生活水平的提高，人們對兒童這一弱勢群體的關(guān)注越來越多，對兒童用品的要求也是越來越高。智能嬰兒車將從這個階段的嬰兒行為特征和生活方式入手，開展創(chuàng)新研究，從而給寶寶和年輕的父母提供更高品質(zhì)的服務(wù)，讓孩子的生活環(huán)境更安全、更舒適、更健康、更智能。

2 整體方案設(shè)計

本系統(tǒng)的設(shè)計分為三個部分：（1）嬰兒車部分；（2）上位機(jī)軟件部分；（3）安卓手機(jī)app。

嬰兒車部分采用FreeRTOS系統(tǒng)，集合了遠(yuǎn)、近距離通信模塊，智能傳感器，電源等部分。傳感器監(jiān)測能夠很好地采集嬰兒狀態(tài)、車體傾斜度等，通過藍(lán)牙和GSM技術(shù)，能夠快速有效地收集傳感器監(jiān)測信息，將信息反饋到手機(jī)上，最終實現(xiàn)嬰兒車智能化采集信息和報警。

上位機(jī)軟件采用 VB編寫。該軟件的考慮到的特地有：兼容于大眾使用的Windows系統(tǒng)，人機(jī)交互友好，便于使用。該上位機(jī)用于長期保存嬰兒車數(shù)據(jù)到PC機(jī)上。

安卓APP的控制部分，方便嬰兒家長控制嬰兒車的運動，能夠根據(jù)實際的需要開關(guān)風(fēng)扇，開關(guān)音樂。

3 系統(tǒng)硬件部分

本系統(tǒng)的硬件部分包括：嬰兒車框架、GSM傳輸模塊、藍(lán)牙、傳感器、鋰電池及其電源部分 STM32F103ZET6最小系統(tǒng)。

智能傳感器采集到嬰兒生理狀況，并根據(jù)嬰兒體溫的變化，給溫度采集進(jìn)程設(shè)定一個閥值溫度，位于底座的STM32單片機(jī)采集從DS18B20采集到的嬰兒體溫溫度，當(dāng)嬰兒體溫大于閥值時，系統(tǒng)發(fā)生報警脈沖。報警進(jìn)程自動對此脈沖信號進(jìn)行處理，并在彩色LCD上顯示出來同時再電話短信報警。當(dāng)嬰兒尿濕時，系統(tǒng)會自動檢測底板濕度，記錄并短信通知家長及時更換紙尿布。

3.1嬰兒車框架結(jié)構(gòu)

嬰兒車框架結(jié)構(gòu)材料為亞克力板，質(zhì)量輕。車體底部采用四驅(qū)方式，大扭矩電機(jī)，可以提供大驅(qū)動力，在運載嬰兒的時候還可以運載一些貨物，減輕父母負(fù)擔(dān)。

3.2GSM無線傳輸部分

在遠(yuǎn)距離報警上，本系統(tǒng)使用的是GSM無線傳輸模塊。此模塊可以在全球內(nèi)有GSM覆蓋的地區(qū)傳送信息，不受距離的限制。它的應(yīng)用比較廣泛，在手機(jī)、車載導(dǎo)航等都可以見到它。

3.3藍(lán)牙傳輸部分

在近距離控制與數(shù)據(jù)傳輸上，本系統(tǒng)采用藍(lán)牙模塊。藍(lán)牙模塊對于近距離傳輸有著非常方便、快捷、兼容性高的優(yōu)點。對于近距離控制，幾乎每臺智能手機(jī)上都能夠安裝基于藍(lán)牙的APP軟件，而不需要額外的遙控。節(jié)約了成本，充分發(fā)揮了資源的可重復(fù)利用的價值。對于近距離傳輸，藍(lán)牙能非常方便的與計算機(jī)進(jìn)行通信，而不需要各種復(fù)雜的外設(shè)，只需要安裝一款上位機(jī)軟件。信息反饋非常便捷，在PC機(jī)上直接數(shù)據(jù)保存，這樣嬰兒的參數(shù)就可以長期的保存。

3.4嬰兒生理參數(shù)采集部分

嬰兒生理參數(shù)的檢測包括溫度和尿濕檢測。DS18B20溫度檢測傳感器位于嬰兒車下方，感知嬰兒體溫，返回數(shù)字信號給MCU。并和設(shè)定的閥值溫度對比，異常時通知家長，對此參數(shù)進(jìn)行負(fù)反饋監(jiān)控。

通過濕度模塊，將濕度信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號傳回MCU。這樣就能很好的感知嬰兒是否尿濕，并能夠及時提醒父母更換紙尿布。

3.5電源供電部分

電源模塊是一個系統(tǒng)的核心，筆者選用了防爆聚合物鋰電池。防爆聚合物鋰電池可以提供可靠、穩(wěn)定、持續(xù)的輸出，并可以識別電池是否充滿。

LM2596是開關(guān)電源芯片，系統(tǒng)采用此芯片進(jìn)行DC-DC轉(zhuǎn)換，利用該器件只需極少的外圍器件便可構(gòu)成高效穩(wěn)壓電路。系統(tǒng)電機(jī)和MCU采取分開供電方式，即使一路出現(xiàn)故障，仍可以保證一部分正常運轉(zhuǎn)。

3.6主控芯片（MCU）部分

本系統(tǒng)選擇 STM32F103ZET6芯片作為主控。STM32F103ZET6是一款高性能的單片機(jī)，并且內(nèi)部有豐富資源。本系統(tǒng)并且充分利用 STM32F103ZET6的內(nèi)部資源，移植FreeRTOS系統(tǒng)使得本系統(tǒng)更加安全可靠。

3.7執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分

系統(tǒng)的執(zhí)行部分包括電機(jī)、MP3音樂播放部分。

LM2596是開關(guān)電源芯片，系統(tǒng)采用此芯片進(jìn)行DC-DC轉(zhuǎn)換，利用該器件只需極少的外圍器件便可構(gòu)成高效穩(wěn)壓電路。系統(tǒng)電機(jī)和MCU采取分開供電方式，即使一路出現(xiàn)故障，仍可以保證一部分正常運轉(zhuǎn)。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計包含三個部分：1、MCU上的基于FreeRTOS的軟件設(shè)計2、在Windows操作系統(tǒng)運行的上位機(jī)軟件，把藍(lán)牙傳輸回來的信號進(jìn)行長期的保存。3、安卓手機(jī)APP，方便父母控制嬰兒車，能根據(jù)嬰兒的實際需要遠(yuǎn)程控制嬰兒車的運動。

4.1基于FreeRTOS的單片機(jī)程序

MCU移植了 FreeRTOS，把顯示，傳感器信息采集，中央邏輯控制與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信傳輸部分放在不同的線程里面。在程序中，每一個線程有自己的一個單獨的任務(wù)，各個任務(wù)之間用消息郵箱進(jìn)行通信，使程序更加結(jié)構(gòu)化并且使程序更加的穩(wěn)定。

4.2上位機(jī)軟件

上位機(jī)軟件在Windows系統(tǒng)下面運行。上位機(jī)軟件是基于Visual Basic編寫。該軟件的作用是將下位機(jī)（嬰兒車）通過藍(lán)牙傳回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行永久保存在PC機(jī)上，方便專家進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)的分析。也方便父母了解自己小孩的健康走向。

4.3安卓APP

安卓 app是方便父母對嬰兒車進(jìn)行控制。它能夠控制嬰兒車的前進(jìn)后退方向，并且能根據(jù)嬰兒的需要開風(fēng)扇降溫或者播放、停止播放音樂。

5 測試與數(shù)據(jù)分析

表1　測試的項目結(jié)果數(shù)據(jù)

分析：可以根據(jù)體溫來判斷有無嬰兒在車內(nèi)，并且在室內(nèi)的情況下可以在客廳等空曠的地方傳輸嬰兒指標(biāo)到計算機(jī)里面。

6 系統(tǒng)創(chuàng)新

（1）移植了 FreeRTOS，把顯示，傳感器信息采集，中央邏輯控制與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信傳輸?shù)雀鱾€部分放在不同的線程里面。在程序中，每一個線程有自己的一個單獨的任務(wù)，各個任務(wù)之間用消息郵箱進(jìn)行通信，使程序更加結(jié)構(gòu)化與穩(wěn)定?？梢苑奖阍鰷p功能。

（2）GSMBlueTooth 遠(yuǎn)近傳輸通信的結(jié)合使用。GSM全球傳輸信息，傳輸距離遠(yuǎn)，但數(shù)據(jù)量小，用于報警。BlueTooth在可視范圍內(nèi)傳輸信息，可以傳輸大量的信息。遠(yuǎn)近結(jié)合，優(yōu)劣互補(bǔ)。

（3）通過用GPS來確定嬰兒的位置，實現(xiàn)嬰兒車的遠(yuǎn)程跟蹤。

（4）設(shè)計了一個上位機(jī)軟件，把嬰兒數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X永久保存，方便專家進(jìn)行分析。

7 結(jié)束語

本系統(tǒng)基于STM32芯片，設(shè)計并制作了一個用于使嬰兒處于智能環(huán)境的嬰兒車。通過智能傳感器感知嬰兒生理參數(shù)，同時采用多終端監(jiān)視，實現(xiàn)遠(yuǎn)程跟蹤。為了方便得到數(shù)據(jù)，整體結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮數(shù)據(jù)保存。藍(lán)牙通信把嬰兒關(guān)鍵生理指標(biāo)遠(yuǎn)程傳輸保存到計算機(jī)里，是家長們的好幫手。

[1] 楊軍藝.新型智能嬰兒車的原理及設(shè)計[J].機(jī)械工程與自動化,2011,(6):183-184.

[2] 汪玉珍,徐嘉宏.基于嵌入式系統(tǒng)的智能嬰兒車設(shè)計[J].中國新通信,2015,(3):107.

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[5] 白駒珩,雷曉平.單片計算機(jī)及其應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社,2012.

Design of the intelligent baby stroller

Based on STM32 chip.The system had a smart pram for babies. System was made up by STM32F103ZET6 minimum system, GSM, blue-tooth communication part, smart sensors, mobile phones client, the client computer and so on.It can remote tracking Stroller, multiple terminal monitoring and sensors' baby physiological parameters by intelligent sensors. In order to get statistical parameters, in using data preservation technology,it can save data.It also can transport some physiological parameter to user computer by blue-tooth.

Pram; STM32; intelligent; data transfer

Q813.11

A

1008-1151(2015)06-0005-02

2015-05-11

廣西區(qū)“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目”（201410595096）。

鄒琪?。?994－），男，江西吉安人，桂林電子科技大學(xué)在讀本科生，研究方向為智能控制；韋孫佳（1993-），男，桂林電子科技大學(xué)本科在讀學(xué)生；覃世吉（1993－），男，桂林電子科技大學(xué)本科在讀學(xué)生。

陳輝金，桂林電子科技大學(xué)講師。