智能安抚奶嘴的设计与开发

北华大学　刘萌萌　高天泽

智能安抚奶嘴的设计与开发

北华大学刘萌萌高天泽

通过在现有安抚奶嘴的基础上，通过增加微型数字摄像头和贴片式红外线LED，实现对婴儿的口腔状况进行成像检查。数字摄像头对图像进行红外处理得到灰度图像，并经过图像数据分析转换，来测量婴儿的体温。将获得的婴儿生理参数数据通过蓝牙的无线通讯，发送给android 系统移动终端，使得父母能够在第一时间准确地掌握婴儿的身体状况，为现代的父母养育婴儿提供数据支持，同时在终端增加互动网络服务，为婴儿的养育提供顾问服务和必要的产品支持。

智能安抚奶嘴；测温；Android；智能奶嘴APP

婴儿时期是人一生中最至关重要的时期之一，但同时也是最脆弱的时期，为了照顾自己的宝贝，父母都操碎了心。智能安抚奶嘴的应用，可以解决婴幼儿时期患病发热难以及时检测和持续监控，容易导致耽误病情，或易患口腔溃疡等问题，项目是在普通安抚奶嘴的基础上增加了温度监测和口腔检测两大主要功能，使孩子在生病时能够第一时间得到治疗。同时在软件端提供更深层次的服务，对体温数据进行分析和存储，方便以后就医诊断时作参考，并提供专业性护婴贴士，婴儿安抚音乐播放，以及用户育儿心得、奶嘴查找等功能，为家长们照料孩子以及婴幼儿健康提供贴心、便捷、专业性的服务。

本课题主要为将智能化融入生活，方便父母照顾婴幼儿，在传统安抚奶嘴的基础上设计更贴合婴儿口腔发育的安抚奶嘴，其奶嘴胶头采用了无毒环保、舒适耐用的液体硅胶材料，可随时配套更换。胶头形状选择勺子状设计风格，既美观又可以起到促进牙齿发育，保护口腔的作用。智能化体温检测监控，口腔状况检测，可将孩子的体温信息、口腔情况同步到移动终端软件方便用户记录和浏览。在软件端内置护婴提示和推送，婴儿安抚音乐播放库，奶嘴寻找等功能，为用户体验和分享提供更专业性的平台和服务。利用微型传感器等元件，来采集数据以及图像，并传送给软件端，软件端将信息处理并反馈，方便对婴幼儿健康状况进行有效监测。

图1　总体功能的结构设计

如1图所示：在父母需要的时候，手机客户端发出采集指令，指令通过蓝牙无线信号传递给采集硬件环境。摄像头将采集到的图像暂存在内存中，通过嵌入式开发系统，开发基本图像处理算法，在嵌入式环境的内存中对图像进行处理：（1）如果需要观察口腔内部，则将采集到的图像数据以多帧形式，发送给手机终端，供参考使用；（2）温度测量值，通过自主开发图像分析软件，对内存中的图像进行分析，计算获得当前的体温数据，将数据传递给手机终端供参考使用。

Web服务器提供给父母附加的服务支持，例如婴幼儿养育知识、常见疾病的预防、日常生活指南、父母帮扶互助等功能。后期还可加入婴幼儿产品的推广和营销等。

因此，本产品中的主要技术分为3大部分：（1）嵌入式硬件前端，包括嵌入式的硬件环境和嵌入式软件环境；（2）手机终端应用APP软件，包括android端和IOS端；（3）Web服务器端的开发，包括数据库的选择、服务器的假设、管理功能开发等等。

1.智能安抚奶嘴硬件环境设计

（1）材质方面

奶嘴胶头采用了无毒环保、舒适耐用的液体硅胶材料，可随时更换。胶头设计为勺子状，可以起到促进牙齿发育，保护口腔的作用。

（2）口腔情况查看

用户启动智能奶嘴后，选择口腔情况查看，利用奶嘴内微型数字摄像头和贴片式红外线LED对口腔内部进行图像信息的采集，通过单片机对数据进行处理后传给蓝牙，由蓝牙传输到移动终端，实现对婴儿口腔状况的成像检查。

（3）体温检测和监控

用户在软件端开启体温检测和监控功能，通过数字图像处理技术处理口腔的图象，实现对婴儿体温的非接触式测量。

（4）智能寻找奶嘴

智能安抚奶嘴内置音乐芯片，当用户发现丢失奶嘴，可以打开“寻找奶嘴功能”，通过音乐芯片的播放，可以确定大致位置。

（5）奶嘴“硬件部分”安全性

安全性问题可以通过以下两点解决：①对电路板进行灌胶或者挂胶，密闭电路部分；②奶嘴做成一体成型的奶嘴，只在主要部分留有接口空间。

图2　智能奶嘴硬件结构图

根据系统需求，硬件环境建设中拟采用嵌入式开发技术。（1）摄像头采用小型针孔式数字摄像头，采集的图像为256级灰度图象，利用摄像头具有部分红外成像的能力，加入红外照明系统，加强在口腔内清晰成像的能力，摄像头及红外照明直接焊接在电路板上；（2）CPU选取ARM系列，小规模和小尺寸系列，由于本系统对计算的实时性要求不高，CPU尺寸指标为主要参考指标；（3）arm系列CPU自带内存基本满足系统的需要，根据实际的需求，可以适当扩展内存；（4）蓝牙模块选用标准蓝牙通讯模块，重点注意电压和尺寸。不需要外存和其他系统接口，电路系统近两简化。

硬件开发环境：采用嵌入式Linux作为该嵌入式环境的软件开发系统，其具备规模小、易于上手，便于调试的优点。通过嵌入式开发系统，开发功能强大的硬件软件环境，可以综合控制图像的采集、照明开关、蓝牙通信、内存管理等控制功能。同时其可以运行小规模的图像处理算法，达到在小规模硬件环境下，进行温度分析和计算的目标。

2.“Baby的吻”移动终端设计

（1）对奶嘴检测情况的分析处理

移动客户端对于蓝牙传输的体温数据，图像信息进行分析处理，提供相应护婴方案，并记录储存功能，并有用户自定义记录功能，方便以后就医诊断时将数据记录作为参考。

（2）婴幼儿日常照料、护理贴士推送

用户可以设置开启护婴贴士推送功能，每日推送专业的护婴常识以及疾病预防知识。

（3）婴幼儿娱乐及分享平台

软件内置婴儿音乐库播放、知识课堂，心得交流，成长日记等功能、为用户育婴提供信息帮助和更加便捷、专业性服务。

3.手机客户端的开发

手机客户端的主要功能为：（1）与硬件环境建立连接；（2）系统自检；（3）控制硬件系统的动作；（4）显示图像或者温度数据；（5）与web服务器互联，显示辅助功能信息等。手机客户端的开发，需要开发两种环境下的软件：android和IOS。总体开发过程分别采用各自的开发环境进行。对于硬件环境的控制和通信，通过对蓝牙芯片的通信协议的改写，实现底层控制信息的标准化。在嵌入式软件和应用软件之间形成标准的控制信息通道，避免二次重复开发。客户端的应用软件功能，采用当前流行的软件开发架构和模式，进行标准开发，界面优化。

服务器端的开发采用Java结合MySQL数据的形式进行，主要提供通用的数据服务功能。

通过大量的实验验证，确定符合实际需要的硬件环境：蓝牙模块的选取、数字摄像头的选取、开发硬件条件（CPU、内存等）的选取、制板及调试等。通过C、C++ 语言结合数字图像处理技术，开发基于单片机的图像存储、处理技术，在该技术基础上，实现对数字图像的采集及传输；利用红外处理后的灰度图像转化为热量数据的算法的研究，通过建立经验公式进行体温测定。

利用蓝牙通过低带宽电波实现点对点，或点对多点连接之间的信息交流。将先进的无线、近距离传输技术应用于动态监护中，明确蓝牙传输的数据流限制指标，建立完善的数据通信机制，实现智能奶嘴对传输距离、传输速度、传输数据量的指标要求。通过Eclipse环境结合android手机开发移动智能终端软件，实现对智能奶嘴硬件的支持和后期数据的采集及处理功能。此外，建立数据库管理系统，方便对强大的数据流进行处理，传输，寄存，从而实现数据的高效利用。接收蓝牙传输过来的数据，进行分析，得出婴儿生理状况。

［1］阎石.数字电子技术基础（第5版）［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［2］康华光.电子技术基础（数字部分）（第5版）［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［3］中国集成电路大全编委会.高速CMOS集成电路［M］.北京：国防工业出版社，1995.

［4］孙俊人.新编电子电路大全.第3卷.通用数字电路［M］.北京：中国计量出版社，2001.