基于物联网技术的智能婴儿车的设计

引 言

如今，新型婴儿车越来越引起大家的关注。当父母因为工作或其他原因不能及时照顾婴儿时，作为“贴身小管家”，智能婴儿车会暂时取代父母。当婴儿开始啼哭恰巧父母又不在身边时，婴儿车会走动起来并自动播放音乐。车上的液晶显示屏实时显示房间内的温湿度，父母可随时掌握房间内的环境状况。婴儿尿车时可短信提醒父母，当婴儿靠近车边时可电话提醒父母避免婴儿出现危险。另外，通过网络摄像机可以和婴儿聊天，互相看到双方，并可给婴儿拍照。

1 总体设计

本文设计以 STM32F104 单片机为核心，采用嵌入式设计，协调检测、信息传输、智能安抚等各个模块。

（1）检测模块主要包括尿湿检测、温度检测、噪音检测、气体检测、障碍物检测五方面。通过尿湿检测可及时了解婴 儿尿湿状况，以便及时更换尿布 ；温度检测可及时检测婴儿周围温度以便家长适时增减衣物 ；噪音检测可检测婴儿啼哭情况，方便看护者暂时不在婴儿身边时及时了解婴儿状态； 气体检测可检测婴儿周围空气状况，使其免受毒气危害 ；障碍物检测可及时检测婴儿车周围状况以免婴儿受到伤害。

（2）信息传输模块利用 GPRS将检测结果发送至相关手机用户。

（3）智能安抚模块可针对检测模块检测出的婴儿周边环境及具体状态进行音乐播放、雨棚自动收放、自动摇篮、障碍物避让等动作。

总体设计如图 1 所示。

2 电路设计

2.1 娱乐模块

娱乐模块主要由声音传感器、光电传感器、电机驱动模块以及 MP3 播放器构成。声音传感器的灵敏度可以调节， 用户可根据不同需求设置适合的灵敏度。声音传感器的灵敏度比较高，当采集到婴儿哭声时，引起驻极体话筒的震动， 然后根据震动范围改变电阻的大小，从而产生相应大小的电流。MP3 播放器是高度集中的电路的集合，与传统电路相比， 其将所有电路集成在一块芯片上，内置过滤电路，从而保证播放音乐的质量。MP3 播放器提供了一个 USB 接口，用户可根据自己的喜好选择合适的音乐。光电传感器的主要作用是检测预先设定路线的轨迹，以控制婴儿车前进的方向，配合电机驱动模块来驱动电机从而达到娱乐的目的。

娱乐模块将声音传感器接到单片机的 P1^0 口， 电机驱动的 IT0，IT1，IT2，IT3 四根线分别连接单片机的P1^1 ～ P1^4 口。当声音传感器检测到婴儿哭声时，声音传感器输送一个低电平至单片机，并通过 MCU 进行判断，若确定是婴儿的哭声，单片机控制继电器MP3 播放器播放音乐， 同时单片机通过给 P1^1 ～ P1^4 赋值 0 和 1 来控制电机的转动。婴儿车下面的黑白线传感器通过检测黑线的有无输出高低电平，确保婴儿车按照预定的路线前进。MP3 原理如图 2 所示。

娱乐模块的主要作用是利用声音传感器检测婴儿哭声， 发送电信号至单片机，再通过单片机进行判断。上面的旋位按钮可调节传感器的灵敏度，根据不同需求适当调节灵敏度的范围。由于婴儿的哭声和其他声音的震动频率不同，因此可根据对应的频率判断是否是婴儿的哭声。若确定是婴儿哭声，单片机则会控制 MP3 播放器播放音乐。MP3 播放器上有一个 USB 接口，可用来插 U 盘或其他存储硬件，利于父母为孩子订制自己喜欢的音乐。播放音乐的同时，车会自动走动起来，由于车身下面安装有 3 个光电传感器，因此会按照预先设定的路线走动，相比传统的摇篮婴儿车，其最大优势是防止摇动角度过大对婴儿造成伤害，使安抚婴儿的效果达到最佳。

2.2 环境检测模块

温湿度检测模块主要由 DHT11 温湿度传感器和液晶显示模块构成。DHT11 温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，主要通过检测室内的温湿度值来改变电阻值，获得相应大小的电流，然后由液晶显示器进行显示，便于随时掌握室内的温湿度。

温湿度传感器的使能端与单片机 P1^5 口连接，实时检测婴儿车内的温湿度，然后由 1602 液晶显示器进行显示，方便实时了解婴儿车内的温湿度。温湿度检测模块如图 3 所示。

2.3 GSM 报警模块

报警模块主要由 GSM 模块、光电传感器、温湿度传感器构成。当布置于婴儿车四周围栏上的光电传感器检测到婴儿靠近车边时，传感器发送电平信号给单片机，单片机控制 GSM 给父母的手机打电话提醒父母，避免婴儿掉出车外。车身下面安装有湿度传感器，若检测到婴儿尿车了，湿度传感器则同样会给单片机发送电平信号，然后由单片机控制 GSM 给父母发送短信提醒父母。GSM 模块有开启和关闭两种工作模式，可手动控制。当 GSM 模块给父母发送短信或打完电话后，父母需要重新启动 GSM 模块才可继续工作， 避免了持续给父母发短信或者打电话。当 GSM 模块处于关闭状态时，即使上面两种情况发生，GSM 也不会进入工作状态，从而更加方便父母照顾婴儿。报警模块如图 4 所示。

2.4 监控模块

实时监控模块主要采用 HS-733 网络摄像机，使用者可通过软件登录给摄像机设置的 IP 地址，控制摄像机，也可通过手机上的客户端访问摄像机 IP 地址，访问成功后同样可对摄像机进行控制，还可通过摄像机跟婴儿讲话，给婴儿录像、拍照等。监控模块如图 5 所示。

3 结 语

本文提出了基于物联网技术的智能婴儿车的设计，实现了智能婴儿车应具备的基本功能。娱乐模块起到了父母不能及时照看婴儿时娱乐婴儿的作用 ；环境检测模块提供实时温湿度，为婴儿营造更好的环境 ；报警模块的实施守护了婴儿的安全 ；监控模块为父母提供了“千里眼”和“顺风耳”。各个模块的设计以协助父母照顾婴儿为前提，达到“解放父母”的目的。本文设计的智能婴儿车可靠性高，完全能够帮助父母照看婴儿，从而解决父母的压力，简单实用，后期维护也较为简单，具有一定的产品化意义。