基于物联网技术的智能保姆系统研发与应用

2016-04-29史庆云郭龙张钱妹梁飞

物联网技术 2016年4期

史庆云　郭龙　张钱妹　梁飞

摘要：照顾婴幼儿是大多数父母头疼的问题，为了提高孩子的睡眠质量，缓解父母的负担，文中设计了一款基于物联网的智能保姆系统。本系统运用STM32F103xx系列单片机作为主控制系统，结合物联网技术，语音检测技术，传感器技术，GPRS通信技术等实现对婴幼儿的实时动态监控及对婴幼儿啼哭，尿布湿度进行检测，并通过网络发送到父母手机。同时系统还具有照顾婴幼儿，自动报警，学前教育功能，该系统操作简单，成本低，具有良好的实用价值。

关键词：智能保姆；物联网；单片机；实时检测

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）04-00-02

0 引言

婴幼儿睡眠每天需14～15个小时，白天1～2次，保障孩子睡眠至关重要。本设计的创新点是模仿父母照顾婴幼儿。当小孩醒来时，智能”保姆”会自动摇起来，同时有轻轻的催眠曲或摇篮曲或事先录下的父母的关爱声，还可以加入其它一些逗小朋友玩的设计。针对婴幼儿的大小便，系统安装有一个湿度感应器和温度感应器，当检测到小孩的被窝达到系统设定湿度时，可以智能换被子或向父母报警，当检测到婴儿被窝温度过低时也会自动报警。对于婴幼儿的学前教育，此保姆系统还具有语音播放功能，同时支持插入MP3、U盘等扩展设备。随着父母双方都工作的家庭的增多，照顾孩子成为一个重要问题。国内虽对智能婴儿床有研究，但未能获得父母的青睐，究其原因是其功能单一，无法解决父母的燃眉之急，随着我国二孩政策的施行，本系统的设计是非常必要的，其具有很大的发展潜力及广阔的市场前景。

1 系统组成

本智能保姆主要采用主从式设计，目的是使其更好的管理系统。主机STM32F103xx主要完成远程视频监控、温湿度检测、自动播放音乐和报警功能。从机AT89C51单片机实现光照检测、婴儿哭声检测及自动控制系统功能。其系统结构如图1所示。

2 系统的硬件设计

智能保姆在硬件上总体分为液晶显示模块、检测模块、通信模块、电机驱动模块、主控模块。各模块之间都不是独立运行的，而是相互交织、辅助工作。其中，系统主机芯片采用STM32F103xx，从机采用AT89C51，温湿度检测通过SHT10实现，无线视频传输采用VO76，语音识别采用LD3320芯片。

2.1 STM32F103xx芯片介绍

STM32F103xx增强型系列由意法半导体集团设计，应用高性能的ARMCortex-M3 32位RISC内核，其工作频率为72 MHz，内置高速存储器（高达128 K字节的闪存和20 K字节的SRAM），丰富的增强I/O端口和连接到两条APB总线的外设。该系列所有型号的芯片都包含了2个12位的ADC、3个通用16位定时器和一个PWM定时器，其通信接口多达2个I2C和SPI、3个USART、一个USB和一个CAN。故STM32F103xx在软硬件开销、性能、成本、速度、内存等方面得到优化，是一种性价比高的单片机。

2.2 检测系统

本检测系统包括温湿度、光照、语音的检测。温湿度与光照的检测分别使用SHT10和光照传感器来获取信号。

SHT10采用CMOS过程微加工专利技术，保正产品拥有极高的可靠性和长期稳定性，该传感器拥有功耗低、反应能力快、抗干扰能力强等优点。在本设计中，SHT10与STM32F103xx的连接图如图2所示。STM32获取到由SHT10发出的温湿度数据，使其在液晶显示屏显示，且自动报警系统同时通过SHT10数据改变来判断。为了防止雷雨天气的湿度比较高而产生误判，本系统采用一种合理有效的方法，即每隔15 s采集一次，在与之前进行对比，如果湿度上升9个点，视为尿床，发动报警。

2.3 远程视频监控

远程视频监控系统主要采用WiFi无线网络传输视频，无线通信设备都采用高增益天线，无线网络覆盖半径可达500～1 000米；系统抗干扰能力强，在错综复杂的无线网络环境中，也有比较稳定的信号传送能力。具有良好的远程实时动态监控特点，用户采用PC端软件，可以通过互联网实时观看远程的监控视频。本系统视频监控前端口的摄像机能够接收100米范围内、多达80个以上无线报警探头的报警触发消息，还可以及时高效的把报警信息发送到用户手机或PC端软件上。

2.4 显示模块

本系统中的显示模块主要采用TFTLCD，该模块可以显示16位色的真彩图片。本模块我们采用16位的并方式与外部连接，而不采用8位的方式。因为彩屏的数据量比较大，尤其在图片显示时，8位数据线比16位方式慢一倍以上，只有系统的速度足够快，才能满足用户需求，所以我们选择16位的接口。

3 系统软件设计

3.1 流程图设计

图3所示为温湿度检测的流程图，温湿度传感器采样婴幼儿温湿度，通过温湿度计算，当温湿度超出本系统预设定的值时，使用报警器或通过短信将信息发送到父母手机上以告知父母。

图4所示为语音检测流程图，语音识别芯片采样婴幼儿语音，设定参考语音，当婴幼儿的啼哭声与其同频段，则电机驱动音乐播放。

4 结语

智能保姆系统的开发涉及多个学科知识如嵌入式、自动控制、电子、通信、计算机等。它是一个多重性的实践研究课题。本文主要以智能物联网为前提，介绍智能保姆系统的组成、硬件结构及软件设计的方法。在测试中证明本系统是可靠性高，可扩展性及维护性强，实用性强的产品，具有广阔的市场化、产品化前景。

参考文献

[1] 陈致远，朱叶承，周卓泉，等.一种基于STM32的智能家居控制系统[J].电子技术应用，2012，38（9）：138-140.

[2] 李文欣，陈国金，陈昌，等.婴幼儿安全监控保障系统研究[J].电子技术应用，2015，41（7）：71-73，80.

[3] 陈守满.基于LD3320语音遥控器的设计与实现[J].安康学院学报，2013，25（6）：1-3.