基于物联网的儿童睡眠监护系统设计

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

婴幼儿睡眠质量直接关系到生长发育与身体健康，夜间踢被、尿床是低龄儿童睡眠期间十分普遍的问题。很多家长白天工作繁忙，夜间反复起身查看孩子睡眠状态，长期睡眠不足，精力消耗巨大。儿童踢被后被窝温度快速下降，极易受凉引发感冒、呼吸道感染，尿床后潮湿环境会刺激娇嫩皮肤，诱发湿疹、红臀等皮肤问题。传统看护方式依靠人工定时查看，存在明显滞后性，很难第一时间发现异常。市面上常见的婴儿监护产品多为视频监控，只能依靠视觉观察，无法直接感知被窝内部温度，难以自动识别踢被，部分尿湿报警器功能单一，缺少联网远程提醒能力，且不少商用设备价格偏高，普通家庭使用成本较高。在物联网、嵌入式传感技术快速普及的当下，低成本、非侵入式的居家睡眠监护方案拥有广阔的应用需求。

本设计围绕家庭育儿的实际痛点，搭建一套可以同时监测室温、被窝温度与尿床状态的监护系统，借助温差识别踢被行为，搭配本地声光提示与远程消息推送，家长通过手机就可以随时随地查看孩子睡眠状态与历史监测数据。该系统不需要穿戴设备，不会对儿童睡眠造成干扰，硬件搭建简单，整体成本可控，既减轻家长夜间看护压力，降低儿童着凉、皮肤受损的风险，也为嵌入式传感、物联网技术在居家育儿场景的落地提供一种轻量化实现思路，对推动普惠型居家健康监护设备的研究具有一定实践价值。

1.2 国内外研究现状

国外针对婴幼儿睡眠监护起步较早，相关研究体系相对成熟，早期研究集中在尿床报警垫、穿戴式尿湿监测装置，依靠湿度传感实现尿床提醒，后续逐步融合生理传感、机器视觉、物联网技术，开发出多参数婴儿监护设备，可监测呼吸、体动、睡姿等信息，部分产品接入云端平台，支持远程数据查看与异常推送。国外方案在传感算法、睡眠分期模型上积累较多成果，检测精度较高，但是多数设备偏向医用级监护，硬件复杂、造价昂贵，很多产品需要贴身穿戴，舒适度不足，针对单纯踢被识别的低成本居家产品较少，设备适配国外家庭环境，在国内普通家庭推广存在成本、使用习惯上的局限，且部分视觉监测方案存在隐私泄露隐患。

国内近些年智能育儿硬件行业快速发展，高校与企业围绕婴儿监护开展大量研究，现有方案多集中在视频哭声识别、呼吸监测、尿湿报警、环境温湿度采集等单一功能，市面上很多监护设备只采集房间环境温度，无法区分环境温度和被窝内部温度，不能精准识别踢被动作。部分物联网监护系统仅实现基础数据上传，缺少灵活的阈值设置功能，本地声光预警、云端历史存储联动不完善，多数设计只单独实现尿湿监测或者温度监测，将双路温度差分识别踢被、尿床检测、本地显示、远程推送整合在一起的低成本一体化方案相对偏少。同时国内不少研究偏向算法和视觉方案，对低成本、无接触、适合普通家庭的嵌入式监测系统调试、抗干扰方面研究还有提升空间，因此开发一套兼顾功能完整、价格亲民、操作简单的儿童睡眠监护系统，具备很好的补充研究价值。

1.3 研究内容与方法

本研究以居家儿童睡眠监护需求为目标，搭建嵌入式监测硬件平台，完成多路传感电路、人机交互、声光提示以及无线通信电路的设计与调试，编写底层驱动与业务逻辑程序，采集两处温度信息与湿度信号，依靠温度差值判断踢被行为，识别尿床状态，实现本地屏幕实时展示监测信息，借助按键完成报警阈值自定义设置，触发异常时本地声光告警，同时将监测数据上传云平台，支持移动端查看实时状态与历史记录。在调试阶段反复测试传感器采集稳定性，优化数据滤波逻辑，降低环境干扰带来的误触发，排查通信丢包、信号抖动等问题，完成整机联调，验证系统各项监测、报警与远程推送功能能否稳定运行。