智能婴儿床的设计与实现

河北理工大学信息学院 摘要 1绪论1.1研究背景和目的智能婴儿床是一种集智能化、便携、安全、多功能于一体的婴儿床。随着人工智能技术的不断发展，婴儿床向着精神互动、自动化、可操控等方面不断发展。传统婴儿床在使用中存在许多不足，比如体积较大、重，操控难度大等问题。而智能婴儿床的出现，填补了这一缺口。它可以通过人工智能技术，对宝宝进行监督和关爱，让父母更加方便、轻松地照顾宝宝，同时也大大提高了宝宝的安全性和舒适度。智能婴儿床的研究背景和意义来源于人口普查问题。随着当今科技、医疗条件的提高和各种生活变化，老龄化逐渐成为全球性的问题。而在这个问题背后，隐含着国家对于出生率的重视。保持合理的出生率，不仅能够缓解育龄女性失业的问题，还能够有效控制人口普查等社会问题，因此国家对于婴儿的健康和安全有着特别的关注。同时，现代社会的工作压力逐渐增大，家庭人员的照料难度也逐渐增大，婴幼儿抚养难度不断加大，婴儿床成为照顾宝宝的必需品。在传统的婴儿床上，父母们往往需要亲自操纵，难免有疏忽和不足。而智能婴儿床的出现，解决了这些痛点问题，为家庭带来了更大的便利。此外，婴幼儿时期的教育、陪护等方面，也是科技研究领域的一个研究点。智能婴儿床通过人工智能技术，可以创建更好的环境，与宝宝进行交互、游戏，对宝宝的智力和情感发展都有着积极的促进作用。总之，智能婴儿床的研究背景和意义在于解决现代社会照顾宝宝的问题，提高宝宝的智力和情感发展，同时也是在回应国家人口发展战略。1.2国内外发展现状智能婴儿床是一种集智能化、便携、安全、多功能于一体的婴儿床。它可以通过人工智能技术，对宝宝进行监督和关爱，让父母更加方便、轻松地照顾宝宝，同时也大大提高了宝宝的安全性和舒适度。1.2.1国外发展现状智能婴儿床的发展在欧美等发达国家已经比较成熟。最早的智能婴儿床来源于欧洲和美国，随后逐渐向世界各国传播。在国外，智能婴儿床功能较为丰富，能够提供更多的服务。如美国的“4moms”品牌的婴儿床，能够自动折叠和打开，也能自动调节对宝宝的摇晃频率、角度程度等设置。同时，该品牌的婴儿床还能够监测温度、湿度等环境因素，以保证婴儿舒适度。此外，美国的“Nuna”品牌的婴儿床还具有自动开合座椅的功能，非常便于使用。1.2.2国内发展现状智能婴儿床在中国市场上的发展较为缓慢，目前国内仅有少量的智能婴儿床品牌，多数仍以传统婴儿床销售。尽管如此，智能婴儿床在国内市场上的前景仍然非常广阔。在智能婴儿床的发展中，国内品牌“哈奇博士”具有一定的代表性。该品牌推出的智能婴儿床能够通过手机APP对车内环境、婴儿状态、路线等情况进行监控和控制，还能自动调节车轮高度，配备LED灯，让夜间行驶更加安全。此外，国内的“嘉宠环球”品牌的智能婴儿床还具有自动避障、自动寻路等功能，让婴儿和家长的体验更加方便、舒适和安全。总的来说，智能婴儿床在国外已经较为普及和成熟，在国内则处于起步阶段。但是，随着人们对生活质量的要求不断提高，智能化、便携、安全的婴儿床将会有越来越广阔的市场。未来，智能婴儿床也将在功能、使用体验等方面不断改进和提高，成为更好的宝宝照护伴侣。1.3研究内容随着人们生活条件的改善和科技的不断进步，智能婴儿床逐渐成为家庭必备的婴儿用品之一。智能婴儿床不仅具有传统婴儿床的移动功能，还具有多种智能化功能，如遥控、多功能座椅、自动折叠等，能够更加方便、舒适、安全地照顾婴儿。本文将探讨智能婴儿床的研究内容，包括智能婴儿床的核心技术、市场需求、安全保障等方面。一、智能婴儿床的核心技术智能婴儿床的核心技术主要包括传感器、人工智能控制系统和多功能座椅。其中，传感器是智能婴儿床最基本的技术元素，负责收集和传输数据，监测和掌控婴儿床的环境、自身状态和婴儿状态等。人工智能控制系统则是智能婴儿床的核心，它通过分析传感器收集的数据，实现对婴儿床运动轨迹、摇晃频率、角度程度等的自动控制。多功能座椅是智能婴儿床的优势之一，它可以根据婴儿的体型、年龄和活动需求等自动调整座椅角度和高度，提供更加舒适和安全的乘坐体验。二、市场需求智能婴儿床面向的是家庭婴儿市场，针对父母对于孩子安全和舒适的需求，提供了一种高科技、轻松、智能的婴儿照护解决方案。随着人们对生活品质的要求不断提高，家长对于婴儿床的舒适、安全和智能化需求也越来越高。智能婴儿床具有良好的市场前景，尤其是对于那些婴儿需求高、父母忙碌而需便捷生活方式的家庭。三、安全保障智能婴儿床的安全保障是最为关键的一点。首先，智能婴儿床需要通过国家安全认证，符合相关的质量标准和安全标准。其次，智能婴儿床需要采用防撞材料和优质轮胎，确保在行驶过程中不会造成安全隐患。另外，智能婴儿床需要配备紧急制动系统等安全装置，确保在紧急情况下能够及时停车。最后，智能婴儿床需要连接上云端，以方便远程监控和追踪，有效地防止突发情况的发生。智能婴儿床是以传统婴儿床为基础，采用现代科技和智能化技术进行优化和改进。智能婴儿床的核心技术是传感器、人工智能控制系统和多功能座椅。市场需求和安全保障是智能婴儿床的关键因素。未来，智能婴儿床将会迎来更广泛的市场和更完善的功能。2功能与设计方案2功能与设计方案2.1系统的功能要求智能婴儿床是现代科技与儿童照护的结合，因此要实现的功能也是多种多样的。除了基本的移动功能之外，智能婴儿床可以整合多项技术，如传感器、语音识别等，实现更多的智能化功能，从而提供更安全、健康、便捷和愉悦的婴儿护理方案。以下是本智能婴儿床要实现的一些功能：（1）婴儿哭的时候将会自动启动摇摇篮，并且同时播放睡眠曲，等婴儿不哭了以后将会自动停止摇篮和睡眠曲。（2）实时检测婴儿体温，如果体温低于35度，则开启加热装置（继电器1工作）如果温度在35-37之间则视为正常体温，若温度超过37度则打开风扇，若温度超过38度，则关闭风扇并报警。（3）实时检测婴儿床的湿度信息，从未判断婴儿有没有尿床，如果湿度过高则报警提醒。（4）可通过APP显示相关的参数，可以调节手动控制或者自动控制。智能婴儿床将会成为一个更加完善的婴儿护理解决方案。通过整合多种高科技技术和创意设计，智能婴儿床可以为家长和婴儿提供更加智能化、便捷化、舒适化、健康化的儿童护理方案。2.2系统设计方案为了实现智能婴儿床的多种功能，需要一个高效可靠的控制系统。以下是一个基本的智能婴儿床控制系统的设计方案：2.2.1硬件设计（1）微处理器：使用一个高效的微处理器，例如STM32F103单片机，可以保证在复杂的实时控制环境中保持高效稳定的运行。（2）传感器：使用多种传感器，如温度、湿度等传感器来检测婴儿床内部的环境变化。（3）通信系统：使用无线通信技术，如WiFi、Bluetooth、GPRS、4G等，将智能婴儿床与互联网相连接，实现遥控、远程监控等功能。2.2.2软件设计（1）控制算法：根据传感器和其他控制输入，设计特定的控制算法来控制其他环境优化设备的启停。（2）语音识别：使用语音识别技术，将婴儿输入的哭声信号转换为可执行的控制指令。（3）用户界面设计：设计方便用户操作的智能婴儿床用户界面，可以使用智能手机或平板电脑等移动设备，通过图形化的方式控制智能婴儿床。智能婴儿床控制系统的设计必须充分考虑婴儿的安全、健康和福利，提供便捷、舒适和可靠的控制方案。通过整合传感器、通信技术、控制算法、用户界面的设计，智能婴儿床可以为新生儿和孕妇家庭提供更加周到完善的服务。本智能婴儿床控制系统的工作框图如图2.1所示：图2.1系统硬件模块工作框图2.3器件方案对比2.3.1单片机的选择在智能婴儿床的设计中，单片机控制系统起着至关重要的作用。为了比较优秀的控制系统，笔者就STM32F103和STC89C52两款单片机展开比较，最后选择适合智能婴儿床设计的单片机。STM32F103和STC89C52都属于单片机，其中STM32F103采用了Cortex-M3内核，而STC89C52则采用了8051内核。这两款单片机的性能差异还是很明显的。STM32F103的处理器速度更快，拥有更多的内置存储器和高效的DMA控制器。同时，STM32F103的核心板和芯片本身的质量都非常高，均由STMicroelectronics公司生产，品质有保证。此外，STM32F103还支持更多接口，并且有更强大的程序扩展能力，这对于智能婴儿床的设计非常重要。相反，STC89C52虽然是8051内核，但是只有低速处理器和少量的内存空间。另外，由于它是一个低端单片机，因此不能有效地应对复杂的系统控制需求。在需要高效、可靠的控制的智能随行车中，我最终选择了STM32F103作为控制系统。它具有较好的可扩展性和适应性，所以非常适合实现婴儿床的各种控制和响应系统。总之，在选择单片机的时候，我需要考虑多种需求，包括可靠性、速度和处理能力等。而在智能婴儿床设计中，STM32F103更适合实现较为复杂的系统需求。2.3.2温度传感器的选择温度传感器可以测量环境温度并将其转换为数字信号，从而使智能婴儿床能够实时监测婴儿的温度，及时采取措施确保婴儿的健康。在温度传感器型号的选择中，AD590和DS18B20都是非常常见的传感器，下面将对这两款传感器进行比较。方案一：AD590AD590是一款基于PN结的温度传感器，主要特点是温漂小、线性度高、抗干扰能力强，使用范围广。AD590采用电流输出方式，温度与电流成线性关系，输出为0uA至1mA。然而AD590也有一些缺点。首先它需要额外的电路来转换电流为电压或数字信号输出，这会增加电路的复杂度。其次，由于AD590需要供电，且输出的电流很小，传感器的输出会受到线路噪声的影响。此外，AD590的成本比较高，价格并不低廉。方案二：DS18B20DS18B20是一款数字温度传感器，采用单总线接口，连接简单，且价格低廉。DS18B20可以直接输出数字信号（12位分辨率），温度测量范围为-55-125摄氏度，精度为0.5度摄氏度，而且测量范围和精度也可以通过外部设置实现。此外，DS18B20还有一些其他的优势，比如体积小、操作简单、支持多路连接等等，这些都是在设计智能婴儿床时非常重要的因素。综上所述，尽管AD590是一款高精度的温度传感器，但由于其需要额外的电路转换电流信号、复杂度较高且价格不低，因此在实际应用中并不特别适合智能婴儿床设计。相反的，DS18B20不仅性能稳定且价格低廉，而且操作简单，支持多路连接，更适合智能婴儿床设计。综合考虑，我最终选择了DS18B20作为温度传感器，有效保障智能婴儿床对环境温度的监测和控制。在智能婴儿床设计中，温度传感器的选择需要考虑多种因素，包括测量范围、精度、接口、稳定性、操作简便度、价格等众多因素，最终选择最适合的方案从而确保智能婴儿床的正常运行。2.3.3无线模块的选择在智能婴儿床设计中，无线模块可以使得智能婴儿床与智能手机、电脑等设备连接，远程实现对智能婴儿床的监控和控制，也能够使得智能婴儿床自身获取互联网信息，从而为婴儿提供更好的服务。常见的无线模块有蓝牙模块和WiFi模块，下面将对比HC-05和ESP8266这两种模块。HC-05是一款基于蓝牙2.0协议的串口透传模块，主要特点是通信距离远、传输速率快、功耗低。HC-05的接口与普通串口一致，使用起来相对简单。然而，HC-05也有一些缺点。首先它只支持蓝牙2.0协议，通信速率相对较低，不支持高速数据传输。其次，由于蓝牙2.0协议的限制，HC-05无法连接多个设备。此外，HC-05的接收灵敏度也有一定局限性，特别是在建筑密集的区域，传输距离和可靠性问题可能会影响婴儿护理过程。ESP8266是一款WiFi模块，基于IEEE802.11标准，支持STA/AP/STA+AP三种工作模式，功耗低、功能全面。ESP8266具有高速数据传输、支持多设备连接、传输距离远、支持多种WiFi保护机制等等优点。此外，ESP8266模块也内置了TCP/IP协议栈，方便用户进行二次开发，也拥有强大的生态系统和开发社区支持，非常适合初学者使用。无线模块的选择需要考虑到通讯距离、传输速率、功耗、连接数量、技术支持等因素。尽管HC-05具有通信距离远、传输速率快和功耗低等优点，但由于其只支持蓝牙2.0协议，连接数量有限，传输距离和抗干扰性方面的表现有所局限，因此在实际应用中并不特别适合智能婴儿床设计。相反的，ESP8266具有更好的通讯距离、传输速率和抗干扰性能，支持更多设备连接以及更好的二次开发支持，更适合智能婴儿床设计。综合考虑，我最终选择ESP8266作为无线模块，有助于实现智能婴儿床的远程监控和控制，进一步提升智能婴儿床的服务质量和智能化程度。3系统的硬件设计PAGE23 3系统的硬件设计3.1STM32F103单片机STM32F103单片机是一种非常适合用于智能婴儿床控制系统的微控制器。它能够为智能婴儿床控制系统提供处理器、存储器、外设和接口等基本功能，实现对智能婴儿床的控制、管理和监控。智能婴儿床控制系统的主要功能包括运动控制、环境感知、情感交互和数据处理等方面。STM32F103单片机可以通过多个外设和接口实现这些功能，具体包括以下内容：STM32F103单片机可以通过ADC（模数转换器）和其他传感器实现环境感知，例如检测温度、湿度、声音等参数，为婴儿提供舒适的环境条件。同时，STM32F103单片机还可以通过多个串口、SPI接口和I2C接口，实现与其它系统之间的通讯，例如连接蓝牙模块、WIFI模块、传感器模块、驱动模块等，从而实现多模态情感交互，为婴儿提供更好的互动体验。STM32F103单片机还配备大容量存储器和高速时钟，可以高效处理数据、算法和控制逻辑，从而实现多种复杂的功能，例如语音识别等。STM32F103单片机在智能婴儿床控制系统中承担的重要角色，它能够实现精准的运动控制、环境感知、情感交互和数据处理等多种功能，提供了技术支持和保障，为婴儿的安全和健康提供了更好的保证。STM32F103单片机在本系统中的实际接线图如图3.1所示：图3.1STM32F103单片机接线情况3.2ESP8266无线模块ESP8266无线模块可以实现婴儿床和手机、电脑等设备之间的无线通信。在智能婴儿床控制系统中，可以通过ESP8266无线模块和手机等设备相连接，实现智能婴儿床的远程控制、数据传输等功能。用户可以通过手机等设备对婴儿床的工作状态、环境参数等进行实时监控和控制。ESP8266无线模块还可以配合其他传感器和设备实现更多的功能。智能婴儿床控制系统中，我可以通过连接不同的传感器和设备，使系统具有更多的功能和交互体验。例如，我可以将温度传感器、湿度传感器等设备连接到ESP8266无线模块上，实时检测婴儿床所处环境的温度、湿度等参数，并通过ESP8266无线模块将这些参数传输到手机等设备上，让用户随时了解宝宝的环境状态，为宝宝提供舒适的环境条件。ESP8266无线模块还可以实现智能语音交互等功能。智能语音交互是现代智能家居的一个重要组成部分，我可以语音模块和喇叭等设备到ESP8266无线模块上，使婴儿床具备语音识别和语音交互的能力。婴儿床可以通过语音模块接受婴儿的哭声，从而自动开启摇床模式和音乐播放。ESP8266无线模块在智能婴儿床控制系统中有着举足轻重的作用。它可以实现远程控制、数据监测、智能语音交互等多种功能，为用户提供更加便捷、智能的使用体验，同时也保障了宝宝的安全与健康。ESP8266无线模块在本系统中的实际接线图如图3.2所示：图3.2ESP8266无线模块实际接线图3.3声音检测模块声音检测传感器是智能婴儿床控制系统中的一种重要传感器，它可以帮助我检测婴儿床周围的声音，并将声音信号转换成数字信号，让婴儿床能够根据声音的变化做出相应的反应。声音检测传感器通常由一个麦克风和一些电路组成。当婴儿床周围有声音时，麦克风会将声音的振动转换成电信号，并将信号经过放大、滤波等处理后输出，输出的信号可以送入单片机或其他处理器中进行数字信号处理。婴儿床可以根据数字信号的变化来做出相应的反应，例如启动开启睡眠曲、开启摇篮模式等。声音检测模块在本系统中的实际接线情况如下图3.3所示：图3.3声音检测模块实际接线图3.4OLED显示模块OLED显示屏可以为家长提供各种儿童信息和提示，让家长对婴儿有更清晰的了解。OLED显示屏使用了有机发光二极管技术，它们比普通数字屏幕更清晰、更亮，对比度和视角也更好。在智能婴儿床控制系统中，OLED显示屏可以显示各种信息，例如：宝宝的体温、婴儿床内的湿度等。这些信息可以让家长更好地了解宝宝的情况。此外，OLED显示屏也可以为智能婴儿床控制系统提供交互界面。家长可以通过触摸屏幕来切换不同的界面，选择不同的操作功能，例如选择播放宝宝喜欢的音乐或故事。OLED显示屏还可以在需要时发出警报和警示，例如当婴儿的体温过高或低时，OLED显示屏可以发出警报进行提醒。在本智能婴儿床控制系统中，加上OLED显示屏可以为家长提供更丰富的信息和更便捷的控制交互方式，帮助保障宝宝的安全和健康，提升宝宝的生活质量，并让家长更好地了解宝宝的情况。OLED的实际接线图如图3.4所示：图3.4OLED实际接线图3.5ULN2003电机驱动模块ULN2003在本智能婴儿床的控制系统中，用于控制婴儿床的摇摇蓝。摇摇蓝是一种婴儿床特有的设计，它可以提供舒适的摇晃感，让婴儿感到放松和安心。智能婴儿床的摇摇蓝需要一个电机来驱动，ULN2003芯片就是用来控制这个电机的，它可以实现电机的正转和反转，以及控制电机转速等功能。ULN2003芯片具有多个输出引脚，可以方便地连接到电机的驱动电路中。智能婴儿床的摇摇蓝通常需要实现不同的摇动模式，如慢摇、中摇和快摇等，因此ULN2003芯片需要接收来自控制系统的实时指令，以控制电机的转速和方向。当控制系统发送指令时，ULN2003芯片就会根据指令的内容来控制电机的转动，从而实现各种不同的摇动模式和强度。在智能婴儿床的控制系统中，摇摇蓝是非常重要的部分，它可以提供舒适的摇晃感，让婴儿感到放松和舒适。ULN2003芯片的使用可以帮助婴儿床的控制系统更加准确地控制摇摇蓝电机的转动，从而提供更加舒适的使用体验。通过ULN2003芯片的使用，智能婴儿床的摇摇蓝可以实现快速、平稳、精确的转动效果，更好地服务于婴儿的舒适与安全。ULN2003电机驱动模块在本系统中的实际接线方式如图3.5所示：图3.5ULN2003电机驱动模块实际接线图3.6声光报警模块智能婴儿床控制系统中的声光报警模块可以实时感知婴儿的状态并向家长或者看护人员传递警示信息。声光报警模块通常被安装在智能婴儿床的底部固定控制板上，并与整个控制系统相连接。该设备主要通过声音和视觉警示来提醒家长或看护人员，当婴儿体温过高、尿床等异常状态时，声光报警模块会自动发出声音和闪光灯，让家长或看护人员能够及时采取措施降低婴儿的危险等。它可以通过精密的传感器感知婴儿的状态，并将数据实时传输到控制系统中的算法模块进行分析，根据分析结果发出相应的声音和光信号。声光报警模块在智能婴儿床控制系统中具有非常重要的作用。声光报警模块在本系统中的实际接线如图3.6所示：图3.6声光报警模块实际接线3.7按键模块智能婴儿床的按键模块是控制系统中的一个重要组件，它由多个按键和一个按键控制芯片组成。按键模块的防抖原理是利用软件和硬件方式来对按键信号进行滤波和处理，以消除按键震荡、误触等问题，确保按键的可靠性和稳定性。常用的防抖技术有两种，一是硬件防抖，二是软件防抖。硬件防抖是通过外围元件来实现，主要是在按下按键时通过RC滤波器、去弹跳电路等元器件来实现的。当按键按下时，电容经过一段时间的充电使得输入信号达到设定的阈值，并通过去弹跳电路消除按键弹跳产生的噪音信号，从而得到一个准确的按键信号。这种方法的优点是简单易行、响应速度快，但缺点是由于元器件的限制，只能在一定范围内滤波。软件防抖是通过编程实现的，在按键按下时，通过程序对按键的信号进行去除抖动处理，判断是否为有效按键，从而消除按键的误触。因此，智能婴儿床的按键模块采用了软硬件结合的方式来实现按键的防抖处理，采用了RC滤波器、去弹跳电路等硬件元器件进行初步的滤波，再通过应用软件算法如状态机算法、滑动窗口平均法进一步降低抖动值，并判断按键是否有效。这样能够确保按键的可靠性、稳定性和响应速度，更好地保护婴儿的安全。按键模块在本系统中的实际接线情况如图3.7所示：图3.7按键模块实际接线3.8继电器模块继电器是一种电气控制元件，可以利用小电流控制大电流，常用于电路的开关控制，是智能婴儿床控制系统中一个重要的组成部分。在加热功能中，继电器模块一般被用来控制电热毯、电加热器等加热设备的开关。加热设备通常都需要较高的电能来实现加热功能，而继电器可以通过小电流控制大电流，从而将电路开启或关闭，实现加热设备的开关控制。在智能婴儿床控制系统的设计中，温度传感器可以实时感知婴儿床的温度数据，并将数据传输给控制设备。控制设备将根据数据分析结果，判断是否需要开启加热设备。如果温度较低，控制设备将发出指令，通过继电器模块开启电热毯、电加热器等加热设备。反之，如果温度过高，控制设备将通过继电器模块关闭加热设备，以达到调节温度的目的。在降温功能中，继电器模块也可以被用来控制风扇、空调等降温设备的开关。降温设备也像加热设备一样，需要电气信号进行开关控制。控制设备根据实时感知到的温度数据进行判断，当温度偏高时，控制设备将发出指令，通过继电器模块开启降温设备。反之，当温度降低时，控制设备将通过继电器模块关闭降温设备，以达到调节温度的目的。继电器模块在本系统的实际接线情况如图3.8所示：图3.8继电器模块实际接线图3.9DS18B20温度传感器DS18B20温度传感器是一种数字式温度传感器，适用于广泛的应用场景，其工作原理基于温度对半导体器件电阻系数的影响。当温度升高时，半导体器件的电阻也相应地增加，因此可以通过计算电阻值来确定温度值。在本智能婴儿床控制系统中，DS18B20温度传感器通常被安装在车内合适的位置，如床垫下面或车内靠近婴儿的位置。传感器通过具有单一数字总线接口的3引脚给控制设备提供数字温度信号。其中，接口的第一引脚连接到地线，第二引脚连接到电源线，第三引脚连接到单一总线。传感器工作时，控制设备通过总线向传感器发出指令，表示需要获取温度数据。传感器收到命令后，开始进行温度采集并将采集结果以数字信号的形式传输回控制设备。传输速度较慢的模式下，传输的速率约为每秒2次，但可以使用更快的模式，提高传输的速率以满足需要。在智能婴儿床的加热功能中，控制设备可以实时获取到传感器采集到的温度数据，并依据需要开启或关闭继电器模块中的电加热器，以降低或增加车内的温度。当温度传感器检测到车内温度偏低时，控制设备会向继电器发送指令，开启电加热器，将车内温度升高至设定的需要温度值。当温度传感器检测到车内温度达到设定的目标值时，控制设备会向继电器发送指令，关闭电加热器，以保持车内温度的稳定。在智能婴儿床的降温功能中，相反的逻辑也适用。传感器会实时感知到车内的温度，并将其数字信号传输给控制设备。当温度达到指定的上限时，控制设备会向继电器发送指令，开启降温设备（如风扇或空调），将车内温度降低到设定的目标温度。反之，当温度达到设定的目标温度时，控制设备会发送指令，关闭降温设备，以保持车内温度的稳定。DS18B20温度传感器通过数字化温度采集和传输，与继电器模块配合实现了婴儿床的智能调温控制，DS18B20温度传感器在本系统中的实际接线情况如图3.9所示：图3.9DS18B20温度传感器实际接线图4系统的软件设计4系统的软件设计4.1软件介绍Keil4软件是一款由Keil（德国公司）开发的专门用于嵌入式系统开发的IDE（集成开发环境）软件。Keil4软件内置了对多种嵌入式处理器的支持，包括ARM、C166、8051、C251等。它提供了一个综合的开发环境，包括编辑器、编译器、连接器、下载器、仿真器等，旨在帮助开发者更轻松地开发嵌入式应用程序。Keil4软件具有简单易用、功能丰富、调试能力强等特点。它支持各种编程语言（如C语言、汇编语言等），提供了丰富的代码编辑和调试工具，并且可以通过与不同的仿真器和下载器相配合，调试不同的嵌入式处理器。除此之外，Keil4软件还提供了可视化的DMA控制器和时钟管理器等工具，使得开发者可以更轻松地管理嵌入式系统的硬件资源。总体来说，Keil4软件是一款使用广泛、功能强大的嵌入式IDE软件，它适用于广泛的应用场景，包括工业自动化、仪器仪表、医疗保健、汽车电子、智能家居等领域。Keil4的软件界面如4.1图所示：图4.1Keil_4软件界面4.2软件程序的设计4.2.1主程序流程图4.2智能婴儿床控制系统逻辑流程图如图4.2所示，在主函数中，系统将会先进行初始化，然后按顺序循环while中的四个函数：按键函数、监测函数、显示函数和接收数据函数。按键函数根据获取的键值，进行切换模式、手动控制是否加热、开关风扇等功能；监测函数每500ms获取一次温度、湿度值信息，并判断是否播报摇篮曲、继电器是否工作以及是否声光报警；显示函数根据不同界面显示不同内容；接收数据函数，将获取到的实时数据上传至阿里云并通过手机进行远程控制。4.2.2按键程序流程按键程序流程如图4.3所示；按键设置函数首先通过按键扫描函数，获取按键按下的相关信息，通过不同的键值，进行相应变量的改变。如果按键1被按下，则切换手动/自动模式。如果按键2被按下，则手动控制是否加热。如果按键3被按下，则手动控制开关风扇。图4.3按键模块逻辑流程图4.2.3处理程序流程处理程序流程如图4.4所示；在此程序下每间隔500ms获取一次体温和湿度值信息，然后通过无线模块发送数据，如果声音检测传感器检测到哭声或在手动模式下，手动控制婴儿床的标志位为1时，婴儿床自动摇篮；如果自动模式下检测到哭声，则播放摇篮曲；如果检测到湿度大于20，则说明尿床，系统进行报警。在自动模式下，如果测得婴儿体温小于35°，则进行加热，若体温大于等于35°，且体温在37°-38°之间，则风扇打开，若体温大于38°，则风扇关闭，并进行声光报警。图4.4处理函数逻辑流程图4.2.4显示程序流程显示程序流程如图4.5所示；在此程序下在程序中，显示屏将会显示体温、模式、是否尿床、是否听到哭声等实时信息。图4.5显示函数逻辑流程图5系统的测试5系统的测试5.1软件硬件调试5.1.1软件调试软件调试是在程序编写完成后，通过一系列工具和方法，对程序进行运行和调试，以发现和解决程序中存在的问题和错误。其中常用的工具包括断点调试器、程序语句、日志记录等，这些工具都可以帮助开发人员逐步排查出可能存在的错误。5.1.2硬件调试硬件调试则是指对硬件系统进行测试和修正以优化其性能的工作。这个过程通常包括对硬件设计的验证、硬件问题的定位和修复等步骤。在硬件调试中，我通常会使用示波器、逻辑分析仪、数字万用表等工具来检测系统的硬件状况，并通过修改硬件电路或者修改软件程序等方式来解决硬件问题。软硬件调试都需要具备一定的系统、分析和问题解决的能力，同时需要熟悉和掌握相应的工具和方法。只有在经过反复的测试和改进后，才能确保软硬件系统的正常运行和优化其性能。5.2实物展示经过了仔细的软件和硬件的调试，下面本智能婴儿床控制系统将进行上电测试，实物如图5.1所示：图5.1智能婴儿床控制系统实物图如图5.1所示，本智能婴儿床控制系统已经调试完毕，上图可以清晰的看到本设计的硬件模块的组成以及终端设备上的软件app程序。5.2.1哄睡模式图5.2哄睡模式如图5.2所示，现在本智能婴儿床控制系统监测到了婴儿的哭声，系统自动开启了摇婴儿床以及播放睡眠曲的功能。5.2.2监测模式图5.3监测模式如图5.3所示，现在本智能婴儿床控制系统正处于常规检测模式下，此时本系统的温湿度传感器将会实时监测婴儿的体表温度信心以及婴儿床内的湿度信息。5.2.3终端设备界面图5.4终端设备界面如图5.4所示，本智能婴儿床控制系统可以通过ESP8266无线模块将本系统连接到无线网络，通过终端设备上的软件APP控制程序可以实现对本婴儿床的实时监测与控制。结论结论结论智能婴儿床控制系统是一款非常实用的产品，在日常生活中可以更好地照顾婴儿的健康。本系统的工作原理是利用STM32F103控制器，实现远程控制、哭声检测、温度检测和湿度监测等功能，从而让父母更好地了解婴儿的情况，及时采取相应的措施。本系统包含的硬件单元有：STM32F103控制器、湿度传感器模块、温度传感器模块、WIFI模块、蜂鸣器、LED灯等。其中，STM32F103控制器是本系统的核心部件，能够对其他硬件单元进行控制和监测。湿度传感器模块和温度传感器模块能够对婴儿床内的湿度和温度进行监测，并及时反馈给控制器。WIFI模块能够实现远程控制功能，蜂鸣器和LED灯则是本系统的报警提示器，可以提示相关的信息。本系统的优点在于能够实现全面的监测和控制，不仅包括婴儿床上的温度和湿度，还能检测婴儿的情况，从而在表示关怀的同时，提高婴儿的生活质量。同时，该系统采用了WIFI远程控制技术，家长可以通过手机APP实现控制，无需受时间和空间的限制。这对于出门上班的家长来说，非常具有实用性。参考文献参考文献[1]杜宝强,朱传奇,武涛.基于物联网的智能婴儿床远程监控系统[J].物联网技术,2023,13(2):4.[2]钱意佐,郑志伟.一种智能婴儿床:,CN115299743A[P].2022.[3]吴冬雨.基于ATmega328P单片机的智能婴儿床系统设计[J].数字技术与应用,2021.[4]穆壹澜,李芷薇,谭瑶,等.婴儿床智能风扇[J].物联网技术,2019(2):3.[5]陈栋.改良型智能婴儿床:,CN205285726U[P].2016.[6]高南孙晨曦钟承宏.一种智能看护婴儿床的设计[J].电子产品世界,2022,29(11):28-32.[7]张开心,张梦瑶,刘梦然,等.基于嵌入式平台的智能婴儿床设计与实现[J].河南科技,2022(008):041.[8]多泽华,王明申,赵宇,等.基于树莓派的婴儿床智能监护系统设计与实现[J].计算机应用文摘,2022(006):038.[9]罗聪,李辉,彭旺,等.基于STM32的智能安全监护系统设计[J].仪表技术,2022(5):5.[10]谢成豪,贾卓男,董淑婧,等.一种基于物联网的智能婴儿床:,CN215650209U[P].2022.[11]孔德因.温度传感器DS18B20简介[J].家电维修,2023(2):1.[12]冯乔春,陈武,杨子力,等.一种DS18B20数字温度传感器快速测温的方法:,CN115237474A[P].2022.[13]王同珍,黄明炜,黄宏安,等.基于GA-BP神经网络的温度传感器校准系统[J].2021.[14]祝加雄.基于ESP8266主控器的智慧实验室的监控设计[J].电子制作,2023,31(2):4.[15]文丹.基于Android的智能家居交互系统设计与开发[J].电子制作,2023,31(1):5.[16]郑燕红.一种采用ESP8266为核心单元的无线节能开关:,CN216389129U[P].2022.[17]赵志鹏,王猛,欧为军.C3级列控系统无线通信协议引起的无线通信超时优化建议[J].中国铁路,2023(1):6.[18]于宝珠.无线通信系统时延和可靠性分析与保障研究[D].吉林大学,2022.[19]左旭涛.地铁信号系统无线通讯传输的抗干扰措施[J].运输经理世界,2022(7):3.[20]金志虎,汪澜,唐佛南,等.一种对无线通讯产品样机测试写值的方法和系统:,CN107426719B[P].2020.附录A附录B附录A原理图：附录B部分源程序：#include"./HAL/AliESP8266/AliESP8266.h"#include"usart.h"#include"./HAL/OLED/OLED_NEW.H"unsignedcharESP8266_buf[1024];unsignedshortESP8266_cnt,ESP8266_cntPre;unsignedcharUSARTWIFI_TX_BUF[1024];unsignedcharuartwifi_value; //串口2接收缓存变量#defineuwifi_printf(...)HAL_UART_Transmit(&Huart_wifi,USARTWIFI_TX_BUF,sprintf((char*)USARTWIFI_TX_BUF,__VA_ARGS__),0xffff)/****************************************