基于ARM的智能婴儿床设计

刘利新　赵莹　苗帅楠　李赫

摘  要：针对现有婴儿床功能单一的现象，该文设计了一款基于ARM控制下的智能婴儿床。该智能婴儿床系统包括多种传感器、音频分析模块、图像采集与处理模块、报警模块、电机驱动、显示模块及通信模块等。可实现温湿度检测、哭声监测，自动完成报警、音乐播放、婴儿床摇摆以及父母远程视频监控、手机监控等功能。并由ARM主控制器采集传感器数据，进行重复分析处理后，实现对婴儿床的智能监测与控制。现场应用表明，该婴儿床运行安全、方便、可靠，检测精度高，具有广阔的使用前景。

关键词：ARM  传感器  音频分析  图像采集与处理

中图分类号：TP311    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）09（c）-0003-02

Abstract： Aiming at the single function of existing crib， an intelligent crib based on ARM control is designed in this paper. The intelligent crib system includes a variety of sensors， audio analysis module， image acquisition and processing module， alarm module， motor drive， display module and communication module. It can realize temperature and humidity detection， cry monitoring， automatic completion of alarm， music playback， baby bed sway， parents remote video monitoring， mobile phone monitoring and other functions. Sensor data are collected by ARM master controller， and repeated analysis and processing are carried out to realize intelligent monitoring and control of the crib. The field application shows that the crib is safe， convenient， reliable and has wide application prospect.

Key Words： ARM; Sensor; Audio analysis; Image acquisition and processing

近年来，随着人们生活水平的提高，对婴儿更加体贴的照顾成为很多初为人父母者的头等大事，因此设计一款功能更加智能、更加完善的婴儿床成为很多家庭的迫切需要。传统的婴儿床有的功能简单、单一[1];而还有一些虽然集成部分功能，但由于采用低性能主控芯片[2]，无法实现更为复杂的功能。该文设计的基于ARM的智能婴儿床，具有高性能、高精度等特点，而且可实现温湿度检测、哭声监测;自动完成报警、音乐播放、婴儿床摇摆以及父母远程视频监控、手机监控等功能。

1  系统方案设计

系统包括多种传感器、音频分析模块、图像采集与处理模块、报警模块、电机驱动、显示模块及通信模块等。ARM主控制器采集传感器数据，进行分析处理后，实现对婴儿床的智能控制。

手机APP可实时会话，随时视频查看婴儿动态，并与婴儿实时语音互动，点击状态详情页面可以查看婴儿床各项检测的参数。

婴儿床检测与控制系统如图1所示。

2  硬件部分设计

2.1 婴儿尿床检测设计

导电布[3]来监测婴儿尿床，这种布料编织在婴儿床的表面，水分和导电布料接触会阻碍电的传导，而相应的系统也将收到信号，达到监测婴儿尿床的目的，而且能消除电磁，让婴儿更健康安全，这种导电对婴儿是没有伤害的，布料也可以随时拆下来清洗，非常方便。图2为尿床检测原理图。

2.2 婴儿床摇摆功能设计

婴儿床摇摆部分采用L298N芯片驱动电机[4]实现。电机放到床下边通过一定角度的反复转动带动连杆推动床体摆动。

通过在线自学习功能[5-6]，自适应调整电机的转动速度和角度参数，来调整婴儿床摆动的频率和幅度，增强安抚效果。通过音频分析判断出婴儿哭闹原因后，可以自启动也可由父母遠程控制启动。

图3为婴儿床摇摆功能机械结构原理图。

3  音频分析

该设计在训练阶段是由300组已知的婴儿哭声当作训练样本[7]，且由专业保姆判断得知对应的特殊需求类别，并将各时频特征与对应的各需求类别的关联组成关联数据库，由此数据库对人工神经网络系统进行训练[8]，以倒传递演算法（BackPropagation）进行各神经元加权值的调整。图4为基于人工神经网络的音频分析流程图。

4  结语

智能型婴儿床系统的开发涉及到电子、计算机、机械、自动控制等多个学科领域;是一个综合性的应用研究课题。该文设计的基于ARM的智能婴儿床，具有高性能、高精度和高靠性等优点，具有产品化意义。

参考文献

[1] 吕鹏，陈雅楠.婴儿尿床无线监测系统的研制[J].医疗卫生装备，2007，28（7）：19-21.

[2] 欧阳集正，胡荣杰.多功能智能婴儿床的设计[J].湖南科技学院学报，2010，31（4）：68-70.

[3] 孙绪才.L298N在直流电机PWM调速系统中的应用[J]. 潍坊学院学报，2009（4）：24-26.

[4] 古玉年，赵志强.基于MSP430的智能婴儿床的设计与实现[J].苏州市职业大学学报，2009，20（1）：32-36.

[5] 辛平.PWM逆变器特定谐波抑制技术[J].北华大学学报，2017，18（2）：265-269.

[6] 刘德君.基于能量成型的双足机器人解耦控制[J].控制与决策，2012，27（12）：1890-1892.

[7] 曲萍萍.一种有效的组合电路测试生成算法[J].机床与液压，2018，46（18）：100-103.

[8] 周振雄.基于DRNN自整定准PR控制的光伏并网系统研究[J].大阳能学报，2017，38（11）：2932-2935.