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基于IAP15F2K61S2单片机的婴儿智能床监控系统设计

专家
2013-01-25 11:01:35    评分

作者:山东理工大学 金训波 刘吉东 杨磊
指导教师:曹立军 王建军

  作品简介

  一、开发背景
  随着时代的发展和社会的进步,越来越多的医学界和家庭都认识到对婴幼儿早期看管、开发和教育的重要性。为婴幼儿创造一个良好的环境,也是社会和家庭应尽的义务和责任。但是,在现实生活中存在着太多不可预见的因素影响着婴幼儿的健康成长,比如环境状况细微变化、体温的变化以及尿床等。但父母在照顾婴幼儿的基础上还要正常生活、工作,所以难免会在照顾婴幼儿时产生疏忽,再加上孩子的体型在发育阶段,70%的时间都是在床上度过。因此,设计优良的婴幼儿床对孩子起至关重要的作用。
  针对上述情况,我们设计了一种新型的婴儿床,具有智能监护系统,能够随时给家长提供婴儿的生活环境和活动状况信息,并给家长提供科学的看护建议,让婴儿能够健康成长。

  二、婴儿智能床监控系统结构图  

 

  三、系统总体设计结构说明  

 

  四、实现功能及使用说明:
  该系统分为两种模式:人工护理控制和智能护理模式
  人工护理模式:通过遥控器进行人工选择:孩子早期教育功能,音乐播放器功能,可调档位的智能摇床、推孩子玩耍,智能玩具,待机模式,万年历等功能。
  智能护理模式:通过遥控器选择实现以下功能:可以单独开启,监测宝宝尿床,踢被子;宝宝睡醒哭了,宝宝发烧这些功能,也可以同时开启这些功能。当出现以上任何一种情况时,控制器就会发送相关的短信提醒父母。当检测到宝宝睡醒哭了的时候,控制器会启动婴儿玩具,睡眠歌曲播放和智能摇篮;代替人工哄孩子睡觉。
  注意:本智能护理系统所有的功能都通过遥控器控制,在任何一种模式里面,都有主菜单,通过遥控选择主菜单下的功能;还可以用遥控器在两种模式里面任意切换。

  平台选型说明

  1.本系统是基于宏晶公司最新STC15系列IAP15F2K61S2 芯片。ISP/IAP,在系统可编程/在应用可编程,无需编程器,无需仿真器。可当仿真器使用。
  2. 增强型8051 CPU,1T,单时钟/机器周期,速度比普通8051快8-12 倍
  3. 61K字节片内片内Flash程序存储器,擦写次数10万次以上
  4. 片内大容量2048字节的SRAM
  5. 大容量片内EEPROM,擦写次数10 万次数以上
  6. 共8 通道10 位高速ADC,速度可达30 万次/秒,3 路PWM 还可当3 路D/A使用
  7. 共3通道捕获/比较单元(CCP/PWM/PCA)
  8. 内部高可靠复位,8级可选复位门槛电压,彻底省掉外部复位电路
  9. 内部高精度R/C 时钟,内部时钟从5MHz~35MHz可选,相当于普通8051的60MHz~420MHz
  10. 两组高速异步串行通信端口(可同时使用),可在5 组管脚之间进行切换,分时复用可当5组串口使用。
  11. 一组高速异步串行通信端口SPI。
  12.各种接口扩展齐全。
  13. 一根优质USB 线实现系统供电、程序下载、通信功能。

  设计说明

  一、设计原理
  本系统采用宏晶公司最新STC15系列IAP15F2K61S2 芯片作为微处理器,包含 尿湿检测、翻身检测、踢被检测、感光检测、温湿度检测、体温检测等部分;其中采用尿湿感应垫检测婴儿是否尿床,利用红外发射接收技术检测婴儿是否踢被当检测的信息超出正常范围时,单片机将控制GSM模块将报警信息发送给家长。此外系统采用DHT11温湿度传感器检测环境温度和湿度,采用ds18b20检测婴儿体温的功能,在报警提醒方面,GSM模块能够将婴儿的不同动作发给家长,这样家长可以及时到达婴儿床处,及时的处理所发生的情况,让婴儿得到最舒适的照顾,当家长暂时无法到来的时候,该系统装置能够自动的开启婴儿床的摇摆和玩具的摇动,这样可以分散儿童的注意力,让儿童的痛苦减少。

  二、软件流程图

  

 

  三、具体设计内容
  婴儿床智能监护系统的主要功能单元设计如下:
  1、尿湿检测单元
  尿湿检测部分采用DHT11特制垫子检测信号。 婴儿躺在这种垫子上"垫子 通 过引线连到单片机带A/D转换的I/O端口上(EMI1是信号输出脚). DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器,它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术,确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件,并与一个高性能8位单片机相连接。DHT11当经单片机处理后的电压值超过设定电压的门限值上限时,系统 就会自动提示报警,及时 通过短信将报警信息告知父母。  

 

  2、踢被和发烧检测单元
  婴儿发烧,踢被子监测功能采用常用的DS18B20 数字温度传感器。智能婴儿床采用两个ds18b20分别测量室内温度和宝宝的体温,单片机每隔一段时间采样温度,当测宝宝体温的ds18b20连续采样的温度接近室内温度时,表示宝宝踢被了,这时,会发送短信给父母,提醒父母给宝宝盖被子。测宝宝体温的ds18b20的隔段时间采样温度值,当温度值连续超过设定的值时,表示宝宝发烧了,这时,单片机会发送短信给父母,提醒父母宝宝发烧了,赶快就医。  

 

  3、有害气体检测
  有害气体检测采用MQ-2传感器模块,该模块对环境液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、烟雾等较敏感。模块在无上述气体影响或者气体浓度未超过设定阈值时,数字接口DO口输出高电平,模拟接口A0电压基本为0v左右,当气体影响超过设定阈值时,模块数字接口D0输出低电平,模拟接口A0输出的电压会随着气体的影响慢慢增大;小板数字量输出D0可以与单片机直接相连,通过单片机来检测高低电平,由此来检测环境气体;小板数字量输出DO可以直接驱动本店继电器模块,由此可以组成一个气体开关;小板模拟量输出AO可以和本店AD模块相连,通过AD转换,可以获得环境气体浓度精准的数值;电路原理图如下。  

 

  4、哭声检测模块
  声音检测模块内有一个微音器,当微音器接收到外来的声音时,将产生一个讯号,经放大后再传送到模块上的比较器。若讯号超出预定的强度时,声音检测模块的输出电平将由高电平转为低电平,将婴儿的哭声的强度的大小通过网络资源查出来,把它作为一个边界值,当婴儿哭泣的时候,该模块就能检测出,并且将信号传递给单片机,让单片机做出响应。  

 

  5、 GSM短信模块
  GSM模块,是将GSM射频芯片、基带处理芯片、存储器、功放器件等集成在一块线路板上,具有独立的操作系统、GSM射频处理、基带处理并提供标准接口的功能模块。通过单片机通过RS232串口与GSM模块通信,使用标准的AT命令来控制GSM模块实现各种无线通信功能,本设计通过GSM模块将检测到各种信号发送到家长的手机上。  

 

  6、玩具、床的摇摆和床的运动模块
  这三个模块主要采用L298N来驱动电机的转速和转向,L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是:工作电压高,最高工作电压可达46V;输出电流大,瞬间峰值电流可达3A,持续工作电流为2A;额定功率25W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器,可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载;采用标准逻辑电平信号控制;具有两个使能控制端,在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端,使内部逻辑电路部分在低电压下工作;可以外接检测电阻,将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机,该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机,也可以驱动两台直流电机。  

 

  7、 MP3音乐播放模块
  该模块可象普通MP3一样使用,并能上电自动循环播放所有歌曲;直放模式可单键触发循环播放歌曲。可一键对应一首歌直接触发播放,最多可直放8首歌;串口和并口模式,可以通过命令随机播放根目录内的歌曲、播放指定目录内的指定音乐、直接设定音量值、挂起恢复和停止当前播放。歌曲最多可分为3000段。音量0-31级可调,参数断电自动保存;低开发成本投入,仅需电脑和读写卡器;文件格式为MP3,音质好,且节省存储空间;超宽工作电压5V-30V,适用于大多数场合;板载256字节EEPROM开放给用户使用,可存储各种工作参数;拥有播放挂起功能,可在插播任意首歌曲后控制恢复播放。  

 



关键词: 基于     IAP15F2K61S2     单片机     婴儿     智能    

专家
2013-01-25 11:02:42    评分
2楼

  8、12864LCD显示
  HS12864-15 系列中文图形液晶模块的特性主要由其控制器 ST7920 决定。 ST7920 同时作为控制器和驱动器,它可提供 33 路 com 输出和 64 路 seg 输出。 在驱动器 ST7921 的配合下,最多可以驱动128×64 点阵液晶。  

 

  9、操作遥控器
  遥控器是一种无线发射装置,通过现代的数字编码技术,将按键信息进行编码,通过红外线二极管发射光波,光波经接收机的红外线接收器将收到的红外信号转变成电信号,进处理器进行解码,解调出相应的指令来达到控制机顶盒等设备完成所需的操作要求。  

 

  四、设计电路图:
  各主要模块的电路原理图展示出来 。如下所示:
  1、红外接收头  

 

  2、12864液晶显示模块  

 

  3、室内有毒气体检测功能模块  

 

  4、婴儿哭声监测功能模块  

 

  5、音乐播放器模块  

 

  6、单片机主控芯片接口电路图  

 

  五、实验结果  

 

  六、结论
  通过以上研究,建立了一套婴儿床监护系统,实现了人工护理与智能护理及对婴幼儿生活环境的各种检测等功能,通过实验分析,获得了对周围环境的数据采集,通过单片机对数据的分析,控制GSM模块通过短信的形式通知监护人的方案,证明了婴儿监护系统的可行性,有广泛的应用前景。

  作品特色

  先进性:本设计采用了GSM模块,当宝宝哭或者踢被子时,家长又不在孩子身边,可以开启GSM功能,这样控制器会给父母发送孩子尿床或者哭等的短信,以便父母采取相应的措施。可以插接手机内存卡,通过播放内存卡中有益孩子智力开发的音乐;未来要实现的功能:通过手机智能终端,拍摄孩子的照片,甚至和孩子进行视频,这样可以更加实时看护孩子。
  实用性:室温监测功能(随时知道宝宝所在的环境温度,给宝宝更贴心的照顾,相当于买了一支室内温度计);MP3音乐播放功能;红外遥控控制(使您在更远的距离快捷、方便的操作本产品);智能自动摇摆(让宝宝听着音乐慢慢的摇摆,腾出妈妈的疲劳的双手);智能声控功能(听到宝宝哭声摇篮会自动摇摆、播放优美的音乐,免去熟睡的你半夜起床)液晶屏显示;定时功能(可根据需要设定摇摆的时间,设定范围:1~99分钟) ;短信提醒功能;尿床报警;踢被子监测。
  创新性:主要体现在系统检测到孩子处于不良状态时会通过GSM通信模块及时给孩子监护者发送短信,能保证监护者对不良状况及时处理;系统会时时对不良环境状况有毒气体等进行检测,以保证儿童的健康成长; 对儿童尿床报警;踢被子监测哭声检测;可以使用电池,方便户外使用。

系统演示视频:http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2648


菜鸟
2013-04-28 16:46:29    评分
3楼
楼主能不能把哭声检测电路的完整图发给我一下?各电阻阻值是多少?

菜鸟
2015-10-18 20:11:43    评分
4楼
音乐播放器模块整个电路 看一下?

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