基于单片机的智能婴儿床系统设计-设计说明书
电子校园网 编号：
CJ-32-2022-151-LW
设计摘要：
本论文介绍了一种基于STM32单片机的智能婴儿床系统设计。该系统由中控部分、输入部分和输出部分组成。中控部分采用STM32单片机作为核心控制器，负责获取输入部分的数据并进行处理，最终控制输出部分的各个模块。输入部分包括DS18B20温度采集模块、水位检测模块、声音传感器、独立按键和供电电路，用于检测环境温度、尿床情况、哭声以及进行网络连接和温度阈值设置。输出部分包括OLED屏幕显示模块、步进电机、触发语音模块、加热继电器、制冷继电器、声光报警模块和WIFI模块，用于显示温度、尿床和哭声状态，模拟摇篮转动，播放音乐，控制加热和制冷，触发声光报警以及将数据发送至云端。该系统能够实现对婴儿床环境的实时监测和智能控制，为婴儿提供舒适的睡眠环境。同时，通过WIFI模块的支持，用户可以远程监控和控制系统，设置温度阈值等参数。该智能婴儿床系统具有实用性和可扩展性，为婴儿的健康和安全提供了有效的保障。
关键词：单片机；温度检测；水位检测；声音传感器
字数：12000+
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摘 要
ABSTRACT
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
1.2 国内外研究现状
1.3 课题主要内容
2 系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 单片机的选择
2.3 电源方案的选择
2.4 显示方案的选择
2.5 温度检测方案的选择
2.5电机方案选择
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
3.2 主控电路设计
3.3 显示模块
3.4语音播报模块
4 DS18B20传感器检测温度模块
4 系统程序设计
4.1 编程软件介绍
4.2 主程序流程设计
4.3 按键函数流程图
4.4 显示函数流程图
4.5 处理函数流程图
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2 连接WIFI实物测试
5.3 哭声检测实物测试
5.4模拟尿床实物测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
随着社会的不断发展进步，父母越来越重视孩子在婴幼儿时期的成长，在照看婴儿方面需投入更多的时间和精力。然而现代社会快节奏的生活与工作压力下，对于有宝宝的父母除了工作还要投入大量的时间和精力来照顾，但毕竟精力有限，无法时刻不停的照顾新生儿，为了减轻父母在育儿期间的负担，并提高育儿质量。因此，如何在休息时间或者工作时间仍能对婴儿实时监测、安全的照顾是广大父母迫切希望解决的问题。
对于一些新父母，很多时候对于宝宝的异常反应观察不到，以至于影响宝宝健康成长，因此，这就需要有新的育儿方式出现，替代那些旧时代的育儿方式。目前，婴儿床已经越来越多的被年轻父母使用，但是，目前市面上的婴儿床主要关注两方面的改进，一是现在的婴儿床功能单一，只能供宝宝睡觉，有些婴儿床虽然也配有音乐播放器，但需要由人工进行开关操作，不能实现智能化控制。二是虽然采用单片机芯片检测环境温湿度信息，但是功能太单一，系统主动响应不够，且没有联网与远程监控功能。因此，多功能婴儿床成为研究重点，也是后续研究婴儿健康成长的关键所在。
基于此，本设计是基于单片机的智能婴儿床系统设计，很好的解决了以上两个弊端。我们可以通过WiFi模块连接手机和云平台可以远程控制摇篮、播放音乐并且父母可随时观测婴儿的实时情况，然后通过声音传感器捕捉到婴儿是否哭，当检测到哭声时，步进电机自动摇晃（模拟摇篮）且自动播放音乐；此外，我们可以通过按键和手机设置温度阈值，用温度采集模块和加热温控模块，能为婴儿及时的通风加热，湿度传感器监测婴儿尿床时会发出报警信号。所述系统实现了监护人能够比较准确的实时获取婴儿的状况，以便提前采取保护措施，方便有效，且无需耗费大量人力时间，此外，该系统采用WiFi进行传输而并非GPS，具有低功耗的特点，大大降低了使用成本，具有较高的应用价值及社会意义。
1.2 国内外研究现状
为了更好地解决孩子与父母之间生物钟的冲突,减轻父母照顾婴儿时所遇到的烦恼,2016年高旭，邹静设计以STM32F103C8T6单片机为核心,采用声音、湿度、温度传感器对婴儿进行实时监测,运用传动系统和音乐播放系统来哄哭泣的婴儿,从而提高婴儿及父母的睡眠质量[1]。本次设计能很好地帮助父母照顾婴儿,非常具有实用价值 。
在科技水平发展迅速的今天,婴儿床的功能已经不仅只是保护婴儿的安全以及提供舒适睡眠环境,在安全和舒适前提下,应减轻照顾婴儿的家长的压力,通过技术使家长更加得心应手的照顾婴儿.2019年许俊杰，张伟杰，林木泉设计了一种能够检测环境气体浓度,环境温度,婴儿体温,婴儿是否哭泣,以及婴儿是否尿床的智能婴儿床控制系统,该系统还能够模拟看护人做出轻轻摇晃婴儿床的行为.该系统使用STM32F103C8T6微处理器采集各类传感器的数据后进行分析处理,结合ESP8266联网模块将数据上传至blinker云平台,实现系统的联网监测[2]。
钟映春，文铭，陈俊洪，吴玉波，吴华艺，陈群，林毅星发明公开了一种基于物联网的智能婴儿床,该智能床能通过网络把婴儿的各项数据发送到监护人的手机里,通过查看手机里的信息便可得知婴儿的情况.该信息包括是否踢被子或尿床;测量体温是否过高;检测是否哭闹,若哭闹则自动摇床并播放助眠音乐,若婴儿哭闹一直不停,则发信息告诉监护人进行喂奶;婴儿床还具备加热奶水,远程控制播放音乐,防盗以及摄像头拍照等功能.为了提高系统的稳定性,系统整体采用了模块化设计,以HT32F1656为主控制中心,分别对磁传感器模块,恒温热奶模块,红外线温度传感器,湿度传感器,声强传感器,第一压力传感器,图像采集模块和WIFI模块进行控制与监测,使监护人可以随时随地查看婴儿状况[3]。
许多人如此忙碌，以至于他们在日常生活中面临着额外的困难。特别是父母可能有许多责任，但婴儿和婴儿仍然需要特别照顾。2020年 Shahadi H I ,Muhsen D H ,Haider H提出了一种智能婴儿床，通过提供手动和自动两种模式的众多服务，以多种方式帮助父母和婴儿。在手动模式下，用户可以控制婴儿床的摆动，并使用安装在智能手机上的应用程序开始无线播放音乐。在自动模式下，当婴儿哭泣时，婴儿床开始自动摆动，并不断摆动，直到婴儿停止哭泣，同时播放音乐，使婴儿退出并入睡。此外，如果动作和音乐不能使宝宝平静下来，婴儿床会使用全球移动通信系统（GSM）技术的指定父母的手机发送消息，以寻求立即就诊[9]。该系统使用微控制器、直流电机、声音传感器、H桥和可充电电池实现，并已在实时环境中进行了测试。实验结果表明其高效、简单。
与上述几种设计方案相比，该设计方案更加方便易懂，便于实际操作，价格低廉，在集成电路的选择上更易于使用和精巧。
1.3 课题主要内容
该论文介绍了一种基于STM32单片机的智能婴儿床系统设计，旨在为婴儿提供舒适的睡眠环境并实现对婴儿床环境的实时监测和智能控制。该系统由中控部分、输入部分和输出部分组成。中控部分采用STM32单片机作为核心控制器，用于获取输入部分数据并进行处理，最终控制输出部分的各个模块。输入部分包括温度采集模块、水位检测模块、声音传感器、独立按键和供电电路，用于检测环境温度、尿床情况、哭声以及进行网络连接和温度阈值设置。输出部分包括屏幕显示模块、步进电机、触发语音模块、加热继电器、制冷继电器、声光报警模块和WIFI模块，用于显示温度、尿床和哭声状态，模拟摇篮转动，播放音乐，控制加热和制冷，触发声光报警以及将数据发送至云端。通过WIFI模块的支持，用户可以远程监控和控制系统，设置温度阈值等参数。该智能婴儿床系统具有实用性和可扩展性，为婴儿的健康和安全提供了有效的保障。
