多功能智能婴儿床的设计

2010-11-13欧阳集正胡荣杰

湖南科技学院学报 2010年4期

欧阳集正胡荣杰

（湖南科技学院计算机系，湖南永州 425100）

0 引言

随着智能家居的逐步实现,一种新型的婴儿床也开始越来越多地受到人们的青睐。婴儿常半夜啼哭，父母们往往为了照顾婴儿而疲惫不堪.而且传统的婴儿床的设计简单，功能比较单一，不能很好的帮助父母照顾自己的小孩。近年来，国内外有很多研究者开始研究开发新型婴儿床，这可以为父母们省去不少麻烦。

针对上述问题，采用AT89C51开发的智能婴儿床通过检测环境声音信息实现了根据婴儿哭闹声改变其睡眠环境的目的，本文主要设计一种以 AT89C51芯片为主控 MCU的智能型婴儿床系统，给出了该系统硬件、软件和机械部分的设计思想及实现方法。本设计将多种功能整合到一起，形成一种功能强大的多功能婴儿床。下面介绍系统的主要研究思路。

传感器的准确性：驻极体话筒感应婴儿哭声的灵敏性与准确性，灵敏性容易，准确性关键是带通滤波器的设定。因为婴儿哭声频率在 500Hz左右，而潜在的干扰源即一般的说话声音在100Hz左右，脚步声频率更低。频率相差不大，二阶有源带通滤波的衰减特性难以满足要求。为此我们要把带通滤波增到四阶甚至是八阶。阶数的增加带来的意想不到的干扰也会相应增加，怎样克服这些干扰增加衰减速度是我们下一步研究中的重点。

摇动模块的舒适性：婴儿睡在床上要摇的舒适才可以，这对摇动的频率幅度有要求。开始要慢慢的摇，放出来的音乐也要慢慢的增大，不能惊吓婴儿。象荡秋千那样的摇摆,还是跌宕起伏的摇摆, 或者是有其他更好的方法，当婴儿在乐曲中入睡后还放多久的音乐摇多久都要进行思考。

人性化设计，让孩子的父母或家人易学易用。另外婴儿床外观要做到美观、高雅。

1.体方案设计

针对上述问题，我们所做的智能婴儿保姆床能有效的解决上述问题。当小孩半夜醒来时，床会自动摇起来，且伴随轻轻的催眠曲或摇篮曲或录下来的母亲的关爱声，还可以加入其它一些逗小朋友玩的设计。对于小孩子晚上的大小便，系统安装有一个湿度感应器、温度感应器，当检测到小孩的被窝达到一定湿度时可采取自动换被子或向父母报警，当检测到婴儿被窝温度过低时自动报警。针对婴儿的学前教育，此婴儿床还能提供一些语音播放，如插 MP3、U盘等一些扩展设备。温度监测采用数字温度传感器DS18B20进行实时检测婴儿床的被窝温度。当被窝温度第一次高于35℃时，可知婴儿已盖好被子了。而随后在某个时候低于 30℃时，可以判断婴儿把被子踢开了。此时单片机将音乐送给FM发送模块，发送信息给孩子的父母或保母。在婴儿床的传动机构采用电动机连接一个摆臂带动婴儿床摇动。

图1.体方框图

2.度电路设计

湿度传感器采用 HIH3610湿敏电阻。在此模块设计中给湿敏电阻外接一个大小为 10K的电阻 R17，湿敏电阻和R17共同组成一个分压电路，如图将湿敏电阻的一端接入CD4066的1脚，芯片U2的13脚与单片机89C652的P2.5连接，由单片机的P2.5控制1,2脚的通断，将U2的2脚接ADC0804的6脚，这样就由单片机的P2.5脚控制了湿敏电阻与ADC0804的连接。ADC0804是对R17分压电阻上的电压进行模数转换而不是直接对湿敏电阻上的电压转换，对于我们要求的灵敏度，可以通过调节 R17的阻值来实现，在此设计中可采用一个20k电位器替代R17，方便调节电路。当湿敏电阻检测到湿度后，湿敏电阻阻值发生变化，其两端的电压发生变化，R17上的电压也随着变化，R17上的电压经模数转换后送给单片机I/O口，由单片机进行处理。

图2.度检测电路

3.音电路设计

当驻极体话筒检测到外部声音变化时，驻极体话筒两端的电压随之变化,如图通过 Q1 对其进行信号放大，电压值经过ADC0804进行模数转换后交予单片机处理，在单片机中设定一个特定的电压值，一旦驻极体话筒两端电压高于这一特定值时，单片机控制启动语音模块和摇动模块。这里我们下一步要做的是在此设计中增加一个带通滤波电路，只感应婴儿的哭声，提高语言感应的准确度。如图在此设计中声音检测电路输出word和ADC0804的6脚不是直接连接，而是用Q3进行连接，Q3的基极由单片机89C52的P2.4控制，此设计中声音和湿度检测都由单片机控制，而且此电路只用一个ADC0804芯片，提高了资源的利用。

图3.音电路

4.M发送电路设计

此设计采用FM无线发送而不是采用语音报警，以达到保持婴儿周围环境安静的目的。接收FM的收音机放于父母的房间，当湿度或温度达到或超出设定的值时，单片机控制FM向监护人发送特定音乐，同时又不吵醒睡眠中的婴儿。当监护人给婴儿换了尿布或盖好被子后，湿度和温度恢复到以前的值，单片机控制FM停止发送音乐。在此设计中，FM的发射频率由图中C6决定，一般为5—30PF，在本设计中，采用27PF云母电容，这样FM的发射频率为73MHz，应用时只要把父母房间的收音机的频率调到FM：73MHz就能很清晰的收到由FM发送的音乐，达到通知父母的目的。在电池选择时，电压越高，发射距离就越远，宜采用方块电池，方块电池电流比较稳定，不容易受外界干扰，减少发射电路产生的噪音。在整体模块设计时应把FM发射电路，单独设计，制作一个独立的电路板，这样可以非常有效的减少由主控电路带来的干扰，使电路更稳定。FM的发射也是由单片机89C52的P3.0控制Q5，如图Q5连接一个5V继电器，此继电器控制MP3的音频输出口与FM的音频单道输入口的连接。

图 4FM发送电路

5.P3音乐播放模块

此设计采用单片机的P0口的0、1、2、3引脚分别连接CD4066控制引脚4、6、12、13。由于大多数MP3的按钮都是低电平触发的，所以将 CD4066中的 2、3、7、8、10脚都接地。在温度、湿度，声音三个检测模块中，当检测到其中一个模块有信号，马上有单片机根据程序作出响应，给P0.0送一个1.5秒的高电平，这样给MP3开机，然后然后给 P0.1一个短暂的高电平进行播放。其它下一曲，上一曲都是类似的控制，还有一些组合控制由自己编程的设置而定。控制MP3包括：MP3的选歌，下一曲，音量，以及录音。