重庆大学+智能婴儿车项目计划书

ARM ST校园创新大赛
项目报告
题目：智能婴儿车
学校：重庆大学
指导教师：赵敏
参赛队成员名单：
视频观看地址：/v_show/id_XODE3MzQ1Mzgw.html
智能婴儿车
摘要
随着社会新生儿出生率的与日俱增，儿童产品市场蕴涵着巨大商机，形成了巨大的婴幼儿经济，消费者对婴幼儿产品的需求日益增长，其中，婴儿车作为现代家庭不可或缺的育儿工具，更是受到越来越多消费者的青睐。

但是目前市场上的婴儿车大多功能单一，并不能很好的缓解家长照顾婴儿的负担，因此，智能婴儿车的出现很好的满足了大部分家长的需求。

本设计以婴儿车的“智能”为出发点。

针对婴儿生理行为以及周边环境变化设计出能够做出智能决策的婴儿车，该智能婴儿车实现简单、方便照顾婴儿，减轻了婴儿看护者的劳动负担，提高了现代家庭的生活质量。

本设计以STM32F104单片机为核心，采用红外避障模块，温度检测、湿度检测、气体检测等传感器和GPRS模块对婴儿所处环境进行监测及报警；利用噪音传感器监测婴儿的生理状态，同时结合音乐芯片，来对婴儿进行智能安抚。

系统方案
本次设计的智能婴儿车采用嵌入式设计，将最新的STM32F104单片机作为控制核心，协调各个模块，其中各模块包含检测模块、信息传输模块、智能安抚模块等。

检测模块包含尿湿检测、温度检测、噪音检测、气体检测、障碍物检测。

信息传输模块利用GPRS对检测结果发送至相关手机用户。

智能安抚模块可针对检测模块检测出的婴儿周边环境和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。

尿湿检测利用湿度传感器检测婴儿是否尿床，如果出现尿床则有核心控制器发出控制信号，控制电机进行更换尿布，并把尿床信息显示在12864中。

温度检测利用DS18B20检测婴儿周围所处环境温度变化是否适宜，并利用12864对外界温度进行显示。

噪音检测可根据噪音传感器采集到的数据，分析婴儿哭声的频率、幅值、节奏，结合音乐芯片对婴儿进行智能安抚。

音乐模块可以为婴儿提供美妙音乐，利于婴儿在啼哭时有效转移注意力，减轻家长的照顾负担。

气体检测可利用MQ-2气体传感器对有毒气体进行检测，保证婴儿生活在一个健康的环境下。

障碍物检测可利用红外线来判断婴儿车在运动或者无人看护的情况下，如果遇到障碍物，自动进行避让。

系统利用舵机模块提供婴儿车车篷的自动展开和收敛的功能。

利用GPRS传输模块可以在婴儿环境存在危险气体、婴儿啼哭不止或者尿湿婴儿车时，及时通过短信或电话通知家长，在第一时间保证婴儿安全和舒适，同时，驱动车体前后摇摆进行自动摇篮安抚。

系统基本设计方案图
系统硬件设计
1 核心控制器STM32F104
本次设计采用ST公司的STM32 Nucleo开发板。

开发板采用基于AR Cortex-M4内核的STM32F401作为核心控制器。

开发板拥有两种不同的特性的扩展接口：Arduino Uno v3和Morpho扩展接口。

Arduino扩展接口方便外接附件。

Morpho扩展接口，方便访问、评估全部I/O引脚功能。

并配有集成调试器ST-Link/V2-1，以大容量的存储方式进行闪存编程。

2 噪音传感器以及音乐芯片
系统中我们采用Grove-Loundness Sensor 噪音传感器。

该传感器工作电压在3.5-10 VDC，工作频率在50-2000HZ，检测方位：-48~66DB，输出信号为模拟信号（0-1023），可实现多重滤波，精确检测声音。

音乐芯片我们采用音乐IC，可以播放12首儿童音乐，尽最大努力对婴儿进行安抚，该IC工作电压稳定在1.5V-6V,并且自带放大，接线简单。

3 温度检测模块、湿度传感器以及12864
系统采用DS18B20对温度进行检测，并且实时的将检测到的温度显示在12864显示屏中。

对湿度的检测我们使用测量土壤湿度的湿度传感器，该传感器表面采用镀镍处理，有加宽的感应界面，可以提高导电性能，并且可以通过调节电位器控制相应的阀值，采用LM393芯片，工作电压稳定。

数字量输出可以直接和单片机相连，通过单片机检测高低电平，由此来检测婴儿是否尿床。

利用12864把这些温度和湿度信息，实时的显示出来。

4 MQ-2气体传感器以及GPRS模块
系统采用MQ-2气体传感器检测环境中存在的可燃气体。

当空气中可燃气体的浓度增大时传感器的电导率也会随之增大，MQ-2传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度较高，对天然气和其他可燃蒸汽的检测也很理想。

该传感器具有DO 开关信号（TTL）输出和AO模拟信号输出。

对于GPRS模块，本课题采用SIMCom推出的新款紧凑型产品SIM900A. 它属于GSM/GPRS模块，完全采用SMT封装形式，SIM900A仅适用于中国市场，其性能稳定，外观精巧，性价比高，能满足多种设计需求。

SIM900A采用工业标准接口，工作在GSM/GPRS850/900/1800/1900MHz，可以低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的传输。

5 雨水检测传感器以及舵机
课题采用Arduino下雨叶面传感器模块，该模块具有高灵敏度。

将该模块接上5V电源，当感应板没有雨滴时，DO输出为高电平，滴上一滴水时，DO输出为低电平。

AO模拟输出，可以连接单片机的AD口检测滴在上面的雨量大小。

DO TTL数字输出也可以连接单片机检测是否有雨。

在传感器检测到雨水时，控制器控制舵机动作，合上婴儿车的车篷。

系统软件设计
系统控制程序可以分为一下4个部分，分别进行控制：音乐播放控制程序、温度以及湿度显示程序、MQ-2气体检测以及GPRS信息传输程序、雨水检测以及舵机控制程序。

下面分别给出4个部分的控制流程图。

1、音乐播放控制程序流程图：
2、温度以及湿度显示程序
MQ-2气体检测及GPRS信息传输程序
3、
4、雨水检测以及舵机控制程序
系统评测与结论
通过对系统评测，该系统能够完美的实现所提出的要求。

开机之后12864显示屏显示系统时间、当前环境温度以及婴儿尿床信息。

噪音传感器检测到婴儿哭声时，控制器能够控制音乐芯片播放音乐以及前后摇动车辆，对婴儿进行智能安抚。

MQ-2气体传感器检测到危险气体以及婴儿尿床时，蜂鸣器会发出报警信息，同时GPRS模块会发送相应的短信到指定的手机，及时通知家长。

当雨量传感器检测到雨水时，舵机会发出动作，合上婴儿车的车篷。

当红外避障模块检测到障碍物时，会停止车体的运动，对障碍物进行躲避。

本设计是一款针对婴儿进行设计的一种智能型婴儿车，能够准确的报告婴儿周边环境以及生理状态，并对一些突发情况作出相应的措施，从而大大减少了大人的工作量，并能为大人及时报告婴儿的一些特殊情况，使大人能够及时处理。

附录。