基于物联网的智能化婴儿车设计与研究

2021-08-26胡习

物联网技术 2021年8期

胡习

（安徽理工大学，安徽淮南 232000）

0 引言

现如今中国步入后工业化时代，人们在享受社会发展成果的同时，也开始深刻认识到环境污染所造成的严重后果。日益严重的环境污染问题（尤其是频频发生的雾霾天气）已经引起了公众对空气污染的恐惧，也在很大程度上促进了各种类型空气净化器的发展。现如今车载空气净化器非常流行，车载空气净化器在很大程度上改善了私家车内部的环境。目前，也有一些大型商家推出婴儿房空气净化器，如三星、松下等，但市面上还没有适合婴幼儿外出时的婴儿车。实际上，婴儿车是最需要安装空气净化器的，空气环境监测结果表明，PM2.5等污染物会集聚在空气流动性差、距地面1.0 m以下高度的区域，而婴儿车的高度正处于PM2.5浓度最高的区域[1]，因此在婴儿车内的婴孩比成年人更容易受到空气的污染。面对这一严峻问题，虽然没法从根本上解决问题，但可以在婴儿车上安装一款新型空气净化器，用以减轻孩子外出时所受到的外界恶劣环境的影响。

本次设计采用微控制器STM32系列单片机作为婴儿车的控制核心，采用温湿度传感器、光照度传感器、PM2.5检测仪来检测婴儿车附近的环境信息以及空气质量，之后将采集的数据上传至微控制器，进而控制遮阳棚和智能净化器。

1 总体方案设计

本次设计由传感器模块、电源模块、净化模块、通信模块、显示模块五个模块构成，总体框图如图1所示。

图1 系统总体框图

本次设计选用的微控制器是STM32F103单片机，此微控制器是智能婴儿车的核心控制器件。STM32F103单片机采用的内核为RM Cortex-M3，其特点是成本较低、集成度较高、功耗较低等，时钟频率可以达到72 MHz，内置512 KB内存，能够存放程序和闪存的存储器。该控制器满足高性能、低功耗、低成本于一体的要求，保持了高度的集成性能和简易的开发性能。

2 硬件设计

2.1 传感器模块

（1）温湿度传感器：本次设计检测婴儿车温湿度的是DHT11温湿度传感器。此传感器输出的温湿度是已校准的数字信号，通过采用数字模块采集技术、温湿度传感技术来提高产品的可靠性和稳定性。DHT11湿度传感器的主要优点是测量精确度高、工作原理比较简单、响应快、抗干扰能力强、性价比高、体积小、功耗低。DHT11温湿度传感器主要通过检测婴儿车周围环境的温湿度值来改变电阻值，获得相应大小的电流，然后由显示屏显示，便于家长实时掌握孩子所处环境的温湿度信息。电路图如图2所示。

图2 温湿度传感器模块

（2）PM2.5传感器：本系统选用的是ZPH01-PM2.5粉尘传感器。ZPH01-PM2.5粉尘传感器具有灵敏度高和稳定性好的优点，其工作原理可概括为采用粒子计数原理检测PM2.5浓度，输出与之相对应的PWM脉宽调制信号，能够检测出直径1 μm以上的颗粒物。厂家对该传感器在出厂时已标定校准、内置加热器，可以实现空气的自动吸入的功能[2]。该传感器的外形较为小巧、重量较轻、安装维护比较简单，符合婴儿车的安装要求。

（3）光照度传感器：本系统选用的是BH1750FVI传感器。该传感器是一种两线式串行总线接口的数字型光照度传感器集成电路[3]。其工作原理为：分析收集到的光照度数据，根据分析结果对液晶或背景灯的亮度进行调整。该传感器外围电路简单，性能稳定，利用高分辨率可以探测较大范围的光照度变化；同时，支持I2C数字接口以及两个I2C地址，接近视觉灵敏度的光谱灵敏度特性，并且通过降低功率实现低电流化，适用于智能婴儿车传感网络。

2.2 电源模块

电源供电模块采用1 200 mA·h的可充电电池。该电池能够为传感器模块和微控制器模块提供稳定的电压和电流。同时，用户可以根据OLED显示屏了解剩余电量的情况，当系统电量不足时，能够及时提示使用者进行充电操作。

2.3 净化模块

本系统选用采用负氧离子技术的净化模块。工作原理为：负离子是通过电击作用，将原子分解为正负离子，负离子多为OH-，由于负离子的不稳定性，很容易与空气中的大分子污染物结合，直至无电荷后沉降，以达到净化的作用[4]。简单来说，它就是大气中本来具备的负性离子受到外界作用（如紫外线的照射、雨花分解等）脱离出原有的轨道，来到人们的面前。

负氧离子空气净化器不仅具有良好的生物活性，还能还原由大气污染物质产生的活性氧，这能够让人保持头脑清新、呼吸舒畅和爽快，同时增加了抗菌能力，改善了睡眠质量。