一种婴儿车智能化的设计

总第１７卷１９０期　２０１５年６月　大众科技　Ｐｏｐｕｌａｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖ０Ｉ＿１７　ＮＯ．６　Ｊｕｎｅ　２０１５　一种婴儿车智能化的设计　邹琪俊韦孙佳覃世吉陈辉金　（桂林电子科技大学，广西桂林５４１００４）　【摘要】文章中系统基于ＳＴＭ３２芯片，设计并制作了一个用于使婴儿处于更智能环境的婴儿车。系统由ｓＴＭ３２ＦｌＯ３ｚＥＴ６　最小系统、ＧＳＭ、蓝牙通信部分、智能传感器、电脑手机客户端、手机客户端等几部分组成。通过智能传感器感知婴儿生理参　数，采用多终端监视，实现远程跟踪。为方便得到统计学参数，整体结构设计运用数据保存技术，通过蓝牙通信把婴儿生理参　数远程传输并保存到计算机里。　【关键词】婴儿车；ＳＴＭ３２；智能；数据传输　【中图分类号】Ｑ８１３．１１　【文献标识码】Ａ　【文章编号】１００８．１１５１（２０１５）０６．０００５．０２　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｂａｂｙ　ｓｔｒｏｌｌｅｒ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＳＴＭ３２　ｃｈｉｐ．Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｄ　ａ　ｓｍａｒｔ　ｐｒａｍ　ｆｏｒ　ｂａｂｉｅｓ．Ｓｙｓｔｅｍ　ｗａｓ　ｍａｄｅ　ｕｐ　ｂｙ　ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＺＥＴ６　ｍｉｎｉｍｕｍ　ｓｙｓｔｅｍ，ＧＳＭ，ｂｌｕｅ－ｔｏｏｔｈ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｐａｒｔ，ｓｍａｒｔ　ｓｅｎｓｏｒｓ，ｍｏｂｉｌｅ　ｐｈｏｎｅｓ　ｃｌｉｅｎｔ，ｔｈｅ　ｃｌｉｅｎｔ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ．Ｉｔ　ｃａｎ　ｒｅｍｏｔｅ　ｔｒａｃｋｉｎｇ　Ｓｔｒｏｌｌｅｒ，ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｔｅｒｍｉｎａｌ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｓｅｎｓｏｒｓ’ｂａｂｙ　ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｂｙ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｓｅｎｓｏｒｓ．Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｇｅｔ　ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｉｎ　ｕｓｉｎｇ　ｄａｔａ　ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｉｔ　Ｃａｌｌ　ｓａｖｅ　ｄａｔａ．Ｉｔ　ａｌｓｏ　ｃａｎ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ｓｏｍｅ　ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｔｏ　ｕｓｅｒ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｂｙ　ｂｌｕｅ．ｔｏｏｔｈ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｐｒａｍ；ＳＴＭ３２；ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ；ｄａｔａ　ｒａｎｓｆｅｒ　ｔ１　引言　随着人们生活水平的提高，人们对儿童这一弱势群体的　关注越来越多，对儿童用品的要求也是越来越高。智能婴儿　安卓ＡＰＰ的控制部分，方便婴儿家长控制婴儿车的运动，　能够根据实际的需要开关风扇，开关音乐。　３系统硬件部分　本系统的硬件部分包括：婴儿车框架、ＧＳＭ传输模块、　蓝牙、传感器、锂电池及其电源部分ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＺＥＴ６最小　系统。　车将从这个阶段的婴儿行为特征和生活方式入手，开展创新　研究，从而给宝宝和年轻的父母提供更高品质的服务，让孩　子的生活环境更安全、更舒适、更健康、更智能。　２整体方案设计　本系统的设计分为三个部分：（１）婴儿车部分；（２）上　位机软件部分；（３）安卓手机ａｐｐ。　婴儿车部分采用ＦｒｅｅＲＴＯＳ系统，集合了远、近距离通信　模块，智能传感器，电源等部分。传感器监测能够很好地采　集婴儿状态、车体倾斜度等，通过蓝牙和ＧＳＭ技术，能够快　智能传感器采集到婴儿生理状况，并根据婴儿体温的变　化，给温度采集进程设定一个阀值温度，位于底座的ＳＴＭ３２　单片机采集从ＤＳ１８Ｂ２０采集到的婴儿体温温度，当婴儿体温　大于阀值时，系统发生报警脉冲。报警进程自动对此脉冲信　号进行处理，并在彩色ＬＣＤ上显示出来同时再电话短信报警。　当婴儿尿湿时，系统会自动检测底板湿度，记录并短信通知　家长及时更换纸尿布。　速有效地收集传感器监测信息，将信息反馈到手机上，最终　实现婴儿车智能化采集信息和报警。　上位机软件采用ＶＢ编写。该软件的考虑到的特地有：　兼容于大众使用的Ｗｉｎｄｏｗｓ系统，人机交互友好，便于使用。　该上位机用于长期保存婴儿车数据到ＰＣ机上。　３．１婴儿车框架结构　婴儿车框架结构材料为亚克力板，质量轻。车体底部采　用四驱方式，大扭矩电机，可以提供大驱动力，在运载婴儿　【收稿日期】２０１５－０５．１１　【基金项目】广西区“大学生创新创业项目”（２０１４１０５９５０９６　ｏ　【作者简介】邹琪俊（１９９４一），男，江西吉安人，桂林电子科技大学在读本科生，研究方向为智能控制；韦孙佳（１９９３－），　男，桂林电子科技大学本科在读学生；覃世吉（１９９３一），男，桂林电子科技大学本科在读学生。　【通讯作者】陈辉金，桂林电子科技大学讲师。　５一　的时候还可以运载一些货物，减轻父母负担。　３．２　ＧＳＭ无线传输部分　在远距离报警上，本系统使用的是ＧＳＭ无线传输模块。　此模块可以在全球内有ＧＳＭ覆盖的地区传送信息，不受距离　的。它的应用比较广泛，在手机、车载导航等都可以见　到它。　３．３　蓝牙传输部分　在近距离控制与数据传输上，本系统采用蓝牙模块。蓝　牙模块对于近距离传输有着非常方便、快捷、兼容性高的优　点。对于近距离控制，几乎每台智能手机上都能够安装基于　蓝牙的ＡＰＰ软件，而不需要额外的遥控。节约了成本，充分　发挥了资源的可重复利用的价值。对于近距离传输，蓝牙能　非常方便的与计算机进行通信，而不需要各种复杂的外设，　只需要安装一款上位机软件。信息反馈非常便捷，在ＰＣ机上　直接数据保存，这样婴儿的参数就可以长期的保存。　３．４婴儿生理参数采集部分　婴儿生理参数的检测包括温度和尿湿检测。ＤＳ１８Ｂ２０温　度检测传感器位于婴儿车下方，感知婴儿体温，返回数字信　号给ＭＣＵ。并和设定的阀值温度对比，异常时通知家长，对　此参数进行负反馈监控。　通过湿度模块，将湿度信号转化成数字信号传回ＭＣＵ　这样就能很好的感知婴儿是否尿湿，并能够及时提醒父母更　换纸尿布。　３．５电源供电部分　电源模块是一个系统的核心，笔者选用了防爆聚合物锂　电池。防爆聚合物锂电池可以提供可靠、稳定、持续的输出，　并可以识别电池是否充满。　ＬＭ２５９６是开关电源芯片，系统采用此芯片进行ＤＣ．ＤＣ　转换，利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电　路。系统电机和ＭＣＵ采取分开供电方式，即使一路出现故障，　仍可以保证一部分正常运转。　３．６主控芯片（Ｍｃｕ）部分　本系统选择ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＺＥＴ６芯片作为主控。　ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＺＥＴ６是一款高性能的单片机，并且内部有丰富资　源。本系统并且充分利用ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＺＥＴ６的内部资源，移　植ＦｒｅｅＲＴＯＳ系统使得本系统更加安全可靠。　３．７执行机构部分　系统的执行部分包括电机、ＭＰ３音乐播放部分。　ＬＭ２５９６是开关电源芯片，系统采用此芯片进行ＤＣ．ＤＣ　转换，利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电　路。系统电机和ＭＣＵ采取分开供电方式，即使一路出现故障，　仍可以保证一部分正常运转。　４系统软件设计　本系统的软件设计包含三个部分：１、ＭＣＵ上的基于　ＦｒｅｅＲＴＯＳ的软件设计２、在Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统运行的上位机　软件，把蓝牙传输回来的信号进行长期的保存。３、安卓手机　ＡＰＰ，方便父母控制婴儿车，能根据婴儿的实际需要远程控制　婴儿车的运动。　４・１　基于ＦｒｅｅＲＴｏｓ的单片机程序　ＭＣＵ移植了ＦｒｅｅＲＴＯＳ，把显示，传感器信息采集，中　央逻辑控制与远程数据通信传输部分放在不同的线程里面。　在程序中，每一个线程有自己的一个单独的任务，各个任务　之问用消息邮箱进行通信，使程序更加结构化并且使程序更　加的稳定。　４．２上位机软件　上位机软件在Ｗｉｎｄｏｗｓ系统下面运行。上位机软件是基　于Ｖｉｓｕａｌ　Ｂａｓｉｃ编写。该软件的作用是将下位机（婴儿车）通　过蓝牙传回来的数据进行永久保存在ＰＣ机上，方便专家进行　统计学的分析。也方便父母了解自己小孩的健康走向。　４．３安卓ＡＰＰ　安卓ａｐｐ是方便父母对婴儿车进行控制。它能够控制婴　儿车的前进后退方向，并且能根据婴儿的需要开风扇降温或　者播放、停止播放音乐。　５测试与数据分析　表１测试的项目结果数据　模块　测试方法　指标　ｌ在常温下，以暖手宝（３７℃）　１．用暧手宝（３７＂Ｃ）代替　代替婴儿正常体温　正常婴儿体温，测得平均　婴儿温度采集部分　２在常温下值为３５摄氏度　代替婴儿异常体温　．以暖手宝（４０℃）　２在异常温度时，测得平　均温度为３８℃　Ｌ在室内测量蓝牙传输距离　室内传输距离达到９．３ｍ，　蓝牙通信部分　２在室外空旷地测量蓝牙传输　在转角处效果差，只能　距离　７．２ｍ，室外传输距离可达　１８ｍ以上　分析：可以根据体温来判断有无婴儿在车内，并且在室　内的情况下可以在客厅等空旷的地方传输婴儿指标到计算机　里面。　６系统创新　（１）移植了ＦｒｅｅＲＴＯＳ，把显示，传感器信息采集，中　央逻辑控制与远程数据通信传输等各个部分放在不同的线程　里面。在程序中，每一个线程有自己的一个单独的任务，各　个任务之间用消息邮箱进行通信，使程序更加结构化与稳定。　可以方便增减功能。　（２）ＧＳＭｋＢｌｕｅＴｏｏｔｈ远近传输通信的结合使用。ＧＳＭ　全球传输信息，传输距离远，但数据量小，用于报警。ＢｌｕｅＴｏｏｔｈ　在可视范围内传输信息，可以传输大量的信息。远近结合，　优劣互补。　（下转第１２页）　６一　总线模块复位信号的变化。使用替代芯片的１５５３Ｂ总线模块　厂————丁一　厂————　一　巧．　　机主Ｔ一　Ｓ　一　３　∞旺　．　眦　眦　－　ｌ－　　瞄．●　一ｌ………………．兰兰二：ｒ　—一｛　：　　：复位信号由上电复位电路产生，复位芯片的复位输出ＭＲＥＳ　信号对ＧＮＤ接有１个０．１ｕＦ（位号Ｃ４）的电容，此电容导致　ＭＲＥＳ信号爬升缓慢，ＭＲＥＳ通过ＧＡＬ逻辑译码产生的ＲＥＳ　信号抖动，造成８０１８６ＣＰＵ芯片复位不完整，并且导致ＲＳＴ　信号输出常高，ＲＳＴ信号禁止了主机的ＩＯＷ信号通过驱动芯　片输入到接口电路，使软复位操作无效。这种情况下，１５５３Ｂ　总线模块上电不能正常复位启动，造成了上电后主机不能初　ｌ一………………一…。兰兰＝＝＝二：　一—Ｈ　ｊ　广一ｌ　：　　始化１５５３Ｂ总线模块的故障现象。　图５装焊ＦＰＧＡ芯片和ＰＲＯＭ芯片的１５５３Ｂ总线模块复位信号　逻辑关系　故障的１５５３Ｂ总线模块使用了替代芯片，装焊ＦＰＧＡ芯　片和串行ＰＲＯＭ芯片状态的１５５３Ｂ总线模块在系统中测试正　常，使用过程中未出现该故障。　３处理措施　通过以上分析，故障的根本原因是上电复位信号ＭＲＥＳ　信号上接的Ｃ４电容，导致了上电复位信号异常，产品不能正　常启动，实施去掉电容Ｃ４，同时在元器件替代验证应透彻分　析，充分验证，从技术和管理上彻底消除该故障。　装焊替代芯片的１５５３Ｂ总线模块和装焊ＦＰＧＡ芯片和串　行ＰＲＯＭ芯片的两种１５５３Ｂ总线模块，元器件的变化导致了　１５５３Ｂ总线模块复位信号变化。装焊替代芯片的１５５３Ｂ总线　模块无需串行ＰＲＯＭ加载逻辑过程，ＬＤＣ上电后直接置高，　４结束语　通过消除１５５３Ｂ总线模块上电复位信号的抖动，解决了　复位信号的时序关系如图６，这时８０１８６的输入复位信号ＲＥＳ　由１５５３Ｂ总线模块上电复位信号ＭＲＥＳ决定，上电复位信号　抖动，造成８０１８６不能正常启动。　卜——————————————————一　上电起动异常问题，同时在类似产品元器件替代验证中，应　充分考虑元器件各种参数变化和影响，验证充分，使得机载　计算机系统功能、性能达到稳定可靠。　＋５ｖ　主机ＲＬＳｋ－Ｔ６９３　ＭＲＥＳ　ＳＲＣ—　Ｉ　—：　＿＿ｊ　５０Ｖｔ￣左右ｉ　ｒｌ———————一；　【参考文献】　　．．………………．｛　ｋＯＣ　ＲＥ￥　Ｉ　：　：　厂————————一　＿Ｉ　［１】黄波．１５５３Ｂ总线控制系统时间同步设计［Ｊ】．航天控制，　２００８，２６（６）：７０—７３．　［２］马文波，郑宇平．关于单片机不能正常上电复位的解决办　法［Ｊ］．中国科技信息，２００６，（６）：１２３－１２４．　［３】解维坤．基于ＡＴＥ的ＦＰＧＡ测试［Ｊ】．电子与封装，２００９，　９（１２）：１７－１９．　［４】张京晶，程甘霖，包斌．基于ＦＰＧＡ嵌入式的ＰＲＯＭ接１：２实　图６装焊替代芯片１５５３Ｂ总线模块复位信号逻辑关系　现［Ｊ］＿电子测量技术，２０１３，３６（１）：７５・７８．　通过以上分析认为：１５５３Ｂ总线模块由于ＦＰＧＡ芯片和　串行ＰＲＯＭ芯片使用了其国产化替代芯片，从而带来了１５５３Ｂ　（上接第６页）　（３）通过用ＧＰＳ来确定婴儿的位置，实现婴儿车的远程　跟踪。　【参考文献】　［１】杨军艺．新型智能婴儿车的原理及设计［Ｊ】．机械工程与自　动化，２０１１，（６）：１８３—１８４．　［２】汪玉珍，徐嘉宏．基于嵌入式系统的智能婴儿车设计［Ｊ】．中　国新通信，２０１５，（３）：１０７．　（４）设计了一个上位机软件，把婴儿数据传输到电脑永　久保存，方便专家进行分析。　７结束语　本系统基于ＳＴＭ３２芯片，设计并制作了一个用于使婴儿　处于智能环境的婴儿车。通过智能传感器感知婴儿生理参数，　同时采用多终端监视，实现远程跟踪。为了方便得到数据，　整体结构设计考虑数据保存。蓝牙通信把婴儿关键生理指标　远程传输保存到计算机里，是家长们的好帮手。　［３］许薇．能知道宝宝哭声的含义——智能婴儿服可让父母　偷点懒［Ｊ］．环境与生活，２０１２，（５）：２Ｏ一２２．　［４］朱宝生．４　利用ＴＲＩＺ技术设计智能婴儿被［Ｊ］．通讯世界，　２０１４，（１２）：２２３・２２４．　［５】　白驹珩，雷晓平．单片计算机及其应用［Ｍ］．北京：高等教育　出版社．２０１２．　、　一１２一