基于树莓派的婴儿哭声监测系统设计与实现

徐操喜，齐 攀，潘泰安，魏鹏耀，甘金海

（广东交通职业技术学院 信息学院，广东 广州 510000）

有小孩的家长大多会遇到这样一个难题，当婴儿睡觉的时候，家长需要在婴儿睡觉的时间段里干点其他事情（短距离离开），但又害怕婴儿醒来长时间无人照顾，文献[1-3]从不同的角度进行了分析处理，但一方面做得不够集成，另一方面，没有结合现有的新技术，为了解决这样一个问题，本项目设计了一个声音采集监控系统，同时集成音频采集回放、视频采集回看功能，让家长能实时监控婴儿是否醒的同时，又能在醒后通过视频查看或者通过语音回放婴儿当前状态，同时该产品在技术上与现有的主流智能家居产品兼容。

1 系统总体框

本系统总体功能框如图1所示，主要由四大模块组成，分别是音频采集模块、视频采集模块、信号处理模块、终端界面模块。

2 硬件设计

2.1 音频采集模块设计

此部分采用无锡绘声电子有限公司的婴儿哭声监测模块（见图2），该模块通过咪头采集0～2岁婴儿哭声，对其进行放大、滤波、识别处理，尤其针对背景噪声和婴儿哭声进行了算法处理，能对0～2岁婴儿哭声转换成高低电平输出，识别率达到99%以上，可靠性极高，另外，在此基础，进行了一些扩展功能接口，比如语音控制等，大大方便了二次开发。

2.2 终端回放语音模块设计

此部分主要分两块，一块利用树莓派播放一段语音，此部分仅仅设计了一个扬声器输出，大大简化了硬件电路；另外一部分接收手机端传递来的语音，进行父母声音的传递。

2.3 视频采集模块设计

此部分利用了相机串行接口（COMS Sensor Interface，CSI）摄像头，该摄像头直接是与树莓派相兼容，连接方便，编程方便，输出效率高。

2.4 信号处理模块设计

该部分采用了目前比较流行的树莓派[4]，它是一款基于ARM的微型电脑主板，功能强大，本部分除利用了其产生音乐功能、无线通信、摄像头处理功能外，重点利用其调用第三方微信函数库，十分方便与微信等主流社交软件对接（见图3）。另外，此监控系统主要是用在婴儿监控领域，是智能家居的一部分，而树莓派的很多功能就是为智能家居开发的，十分方便与现有的智能家居产品兼容。

图1 总体框

图2 语音采集处理模块

图3 树莓派模块

3 软件设计

软件设计总流程方面主要是采集婴儿的哭声，根据哭声动作进行相应的处理。总流程如图4所示。

4 外观的设计

外观方面借鉴了市面上的大多数产品的优点，以卡通、3D打印为主题设计，既满足了小孩的好奇心，又能比较方便地制成我们需要的产品，十分方便。

5 调试测试

作品完成后，对整体进行测试，测试得出的结果与预期结果一致（见表1），并且画面达到理想状态（见图5）。

表1 调试测试结果

续表1

图4 系统主流程

图5 部分结果画面

[参考文献]

[1]王蔚，宁新宝.婴儿监护系统中的音视频检测处理[J].南京大学学报（自然科学版），2003（3）：440-445.

[2]杜仲平.基于嵌入式的婴儿哭声报警算法研究[D].天津：天津大学，2016.

[3]JACOB B.婴儿监听器[J].设计，2013（3）：31.

[4]汪琴，李明.谈树莓派在学生创新教育中的应用[J].中国信息技术教育，2017（5）：73-75.