《智能婴儿床控制系统设计与实现》7800字（论文）

3/28智能婴儿床控制系统设计与实现目录12329第一章绪论 432752第二章系统的硬件模块选择 528582.1系统总体设计方案 5120952.2主控制器方案 544522.3温湿度传感器选择 6247632.4声音采集方案 6119242.5声音报警方案 6311942.6显示方案 667第三章系统的硬件设计简述 8246513.1电源电路 888633.2单片机最小系统 8163353.3温湿度采集电路 9228913.4声音采集电路 981903.5声音报警电路 974833.6震动检测电路 10207583.7电机驱动电路 1060183.8显示电路设计 11123463.9系统整体硬件电路 1111340第四章系统的软件设计 1317524.1主程序软件设计 13262684.2温湿度采集软件设计 1497394.3声音检测软件设计 1412094.4震动检测软件设计 1597764.5电机控制软件设计 1530624.6报警软件设计 16133254.7显示软件设计 1618367第五章系统调试 18246285.1实物组装 18301835.2液晶显示上电测试 19190855.3系统上电测试 1912940第六章总结与展望 202067参考文献 22747附录 23

第一章绪论随着现代科学技术的不断提高，智能化的家居设备也逐渐的步入到我们的生活中来。每家都会有一个爱哭爱闹的小娃娃，特别是刚出生几个月的小朋友，总会因为半夜的哭闹而导致父母需要起床查看婴儿情况，这对于新生儿父母来说是十分煎熬的。因此我们针对此情况专门来设计一款智能化的智能婴儿床的控制系统来给这些父母们解忧和分担。传统的婴儿床因设计简单，功能单一，随着现代的生活水平在不断地提升以及科技水平地不断提高，人们对现在的生活质量从精神到物质上也在不断地往上提升，老款式地婴儿床已经开始满足不了人们现在的需求了，因此研究和开发新兴的智能化婴儿床控制系统是很有必要的，这样可以大大的给现在的父母们省去很多忧心事。本设计主要是针对婴儿们来进行设计的一款智能化婴儿控制系统，该设计主要实现了对婴儿的声音（即婴儿的哭啼声）进行采集检测以及检测婴儿是否有异常运动（即婴儿在哭闹中随意晃动，翻身等状态）的功能，并伴有自动播放音乐的功能。同时系统也对婴儿所处的环境进行温湿度采集，防止婴儿因自己所处环境的温湿度过高或者过低导致婴儿作息不舒服而哭闹。系统还设有了按钮调摇的功能，家长或者陪护人也可通过按钮来实现对婴儿床的控制操作。总的来说来说，该系统是使用stc89c52芯片进行研发的智能型婴儿床，该婴儿床可以利用声音监测、环境监测来收集周围的信息，如婴儿床出现翻床、过度震动，那么婴儿床就会第一时间发出警报声来提醒婴儿家长。该设计的stc89c52芯片给这款智能婴儿床提供了硬件及软件支持，并将两者有机的结合而展现出一个发展全面的智能婴儿床。而该婴儿智能床的系统是实现自动化设计而成的，通过自动收集婴儿的啼哭声进行有效的分析后，系统会根据查选后来发出能够吸引婴儿注意力的音乐，并且该系统还可以自动化收集婴儿周围的环境情况，例如周围的湿度、温度情况，并将收集的信息通过数字显示器来表现。此婴儿床设计的核心主要是stc89c52单片机，通过设计的设计及计划来制定一整套完整的设计架构图。通过多个计划的对比后来确定各个部分的可实施计划，并且保证各项参数的精准，数值没个器件的特性及作用。设计不同板块的电路图标，并对其进行精确的分析及阐述，将各个板块进行联系，构建出整体的控制性连接。由于C语言有着更加容易听懂的特点，所以就采用C语言来参与整体设计，经过合理的分析来设计规划有效的工作流程，通过区域模块的结构方式和工作的流程构造来完成系统的代码设计其内部程序整合优化，以达到系统的基本设定于整体的功能性要求。

第二章系统的硬件模块选择2.1系统总体设计方案这项系统的自动化是为了针对婴儿哭闹的随时性问题而设计的，使系统能够正常运作的主要器件为stc89c52单片机，它能够有效提供所有屏幕数据信息显示。在该婴儿床设计建造的流程中，主要是以对内部的硬件及软件制度合理的设计计划，筛选单片机和传感器样式，并且根据每个零件来选择显示器及控制末班。在整个的设计环节当中，最为关键的便是内容因素，也就是系统应用程序的开发与设计，将结果通过显示器来直接进行表现。此系统能够通过收集婴儿的啼哭声来播放相应的音乐，实现安抚婴儿的作用，并对周围环境因素进行相映的采集，将采集的数据通过数字方式来进行显示。系统结构框图如图2.1所示。图2.1硬件结构框架图2.2主控制器方案方案一:把单片机当做整个系统运作的主要环节，并与其他区域进行连接，在设计当中采用的为stc89c52单片机。在单片机内基本上是要具备一个负责储存的区域，而这个储存的区域就决定该机器会具备一定的数据储存能力，单片机在整体的软件设计当中，是经过mcs-51指令来达到的，这一类储存指令标准在很多的器件上都有所表现，其通用性较高。并且此单片机的售价更加合理。内核使用的是51个芯片，符合市面上大多数的单片机标准。方案二:主机选用nnmsp430型号的数字处理器,这种不同类型的信号单片机由一家德国德州仪器公司自主研发和设计生产,又被广泛称为德州混合模拟信号处理器,该类信号单片的主机能够完全的实现收集各类应用电路设计模块，展现的基本功能分为三类，即数字模拟信号电路设计模块区域、数字电路设计模块，区域、数字微处理电路模块区域。方案选择:因为方案而的成本较大，也并不是一个非常契合的方案，相比之下，方案一无论是在成本上还是系统功能演示上都要好于方案而，所以最终选择的是方案一。2.3温湿度传感器选择方案一：采用DHT11，由于该产品有着一定的自动校准及采集周围环境的能力，并且是一个数字化的设计。在环境采集上与整个机器的处理器相契合，展现出更加的便捷性。方案二：为了有效的确保环境数据采集的精准，利用DS18B12温度传感器能够有效的规避复杂电路铺设，并且能把采集到的信号以数据的方式进行胡参数处理，减少成本消耗的同时，最大程度保证了数据信息的精准性。方案选择：本设计所需要测量的值不仅仅是温度，还需要测量湿度，所以智能选择DHT11方案一。2.4声音采集方案方案一：采用MIC麦克风对数据进行采集，因为MIC对于声音信息较为敏感，可以对数据进行有效的收集，并且在这个过程当中利用比较器进行调控，将周围环境的声音因素进行收集，完成声控功能的设计。并把运算及内设电路进行融合，这样就可以保证在日常环境内进行声音的采集。方案二：通过电容耦合对声音进行采集，这种方案采集效果差，设计电路不稳定，虽然成本很低，但是对于要求严格的产品中不适合使用。方案选择：由于对于婴儿的哭声需要严格的检测，不可以有误差，所以选择方案一更加可靠。2.5声音报警方案方案一:各类声音的检测于报警系统方案是依照工业的设计标准来规划设计的，其中选用各类蜂鸣器能够完全实现声音的检测报警准确性，这是因为蜂鸣器完全配置能够同时进行声音的检测，以实现整体系统的需求。在这个过程中只需要一个单片机就可以实现射频接口，已完成对整个蜂鸣器振动作出射频控制,经由一个pwm波就已经完全能够直接对整个蜂鸣器振动作出射频控制,实现自动射频报警。方案二：MP3-TF-16P模式是专门为语音设计的一款产品，此产品操作简单，单片机通过串口就可以进行操作，实现语音功能[7]。方案选择：比较下来，方案二成本高，而本设计仅需实现实现声音报警，所以本设计最终选择方案一。2.6显示方案方案一：数码管。通过数码管可以将系统内的大多数数据信息进行显示，单一的数码管只能显示单一的数据信息，而多重的数据信息就要靠多个数码管共同完成，数码管的动态扫描功能是优点与缺点共存的，这主要是在动态扫描流程当中，必须由移位寄存器来显示，也对其产生依靠感，但是如果对整个线路进行测试就会发现，存在的问题也会有很多。方案二:该系统的显示器设置为lcd1602。由于液晶显示的效果突出，并且可以将各类信息通过数字、字母的方式表现。而音。液晶显示器的电路设计十分简单，而建造出来表现的成果却十分的健全。方案的选择:进行了对比和实验后,因为方案一的显示内容不完全,字符数较少,所以最终选择了方案二。

第三章系统的硬件设计简述3.1电源电路系统工作采用5V电源，通过USB进行供电，通过开关的断开和闭合来实现给予系统的断电或上电。SZ为带锁按键开关当闭合时，5脚和6脚通，3脚和4脚通，此时为上电状态，反之，断电。电源原理图如图3.1所示：图3.1电源电路图3.2单片机最小系统最小单片机系统主要由晶振震荡电路以及复位电路以及单片机模块构造成。震荡电路主要给予系统提供时钟信号，保证系统能够稳定正常的工作，电路中主要由一个12MHz晶振和两个补偿电容（瓷片电容33P）连接而成，复位电路是提供系统进行复位初始化，当系统的复位引脚接收到复位电路提供过来的高电平时，系统则进行复位初始化回到最初的工作状态。本次设计中温湿度采集电路接到单片机P2.1口，显示电路接4号引脚接至单片机的P2.0引脚，声音报警电路接到P3.4口，在接收到由声音采集电路以及震动检测电路发送信号，实现报警，电机连接到P2.0口，实现按钮开关功能。本次设计最小系统电路原理图如图3.2所示。图3.2单片机最小系统电路图3.3温湿度采集电路温湿度的检测选用dht11,有四个引脚,脚1为vdd的电源,电源范围3.3v到5v,脚2位的数据引脚,获取温湿度的数据,脚3不连接,脚4位的电源地引脚。数据的接口是通过单片机来获得周围环境信息数据的对接口，并且通过单线传输的方法在进行实现，数据传输时间大约在四毫秒左右，并且数据十分精准，小数能够用作其余内容的扩充。温湿度采集电路如3.3所示。图3.3温湿度采集电路图3.4声音采集电路声控电路是选用LM339实现的，原理如下：输入电压+大于输入电压-，比较器的结果是高电平，如果输入电压+小于输入电压-，比较器的结果就是低电平。MK1是麦克风，采集声音数据，所以采集的数据为交流电压，经过C5就进入到Q2，这样就使Q2截止，此时Q2三极管的集电极为高电平，比较器的输入端-大于输入端+，所以比较器结果是低电平，单片机最后获取到声音数据。声音采集电路图如图3.4所示：图3.4声音采集电路图3.5声音报警电路单片机接口输出电流有20mA左右，电流太小，无法正常使蜂鸣器进行报警，因此声音报警电路主要采用了三极管来驱动蜂鸣器进行报警，驱动电路主要由一个NPN类型的三极管和510Ω电阻相连接而成，三极管型号为9013。电源接到蜂鸣器一端，蜂鸣器另一端接到三极管9013的集电极，三极管9013的发射极接地，集电极接510Ω电阻的一端，该电阻主要是给三极管9013提供偏置电压，电阻另外一端接到单片机的P3.4端口上。三极管9013的基极电压大于发射极电压的时候，集电极电压大于基极电压，三极管处于饱和状态时，属于导通状态；当三极管9013的基极电压小于或等于发射极电压，基极同时小于或等于发射机电压时，三极管处于截止状态的时候，是三极管不导通的状态。因此，三极管此时相当于一个开关，是否开，取决于单片机输出高电平或者是低电平来给驱动电路是否提供偏置电压。声音报警电路图如图3.5所示：图3.5声音报警电路图3.6震动检测电路震动用于检测婴儿床的异常动作，识别婴儿床的异常摆动，当婴儿床检测到异常的动作，震动电路则向单片机发送报警信号，单片机对信号进行采集并处理，同时蜂鸣器进行报警。震动传感器1脚接电源，2脚接单片机P2.4口，单片机接收信号，3脚接地，最终实现报警功能。震动检测电路接线图如图3.6所示：图3.6震动检测接线图3.7电机驱动电路电机能够实现婴儿床的自主The丽。，如图3.7所示，因为三极管的开关特性，通过单片机的P2.0端口输出一个低电平，给予驱动电路中的PNP三极管9012一个偏置电压，三极管导通，从而驱动继电器去吸合，使得电机去工作。若单片机的P2.0端口输出的是高电平，三极管就是处于截止的状态，继电器不吸合，电机即在不工作的状态。电机控制原理图如图3.7所示：图3.7电机控制原理图3.8显示电路设计液晶的显示器基本使用了alcd1602模块,而显示器模块对于电路工作时的温度控制能够达到4.5~5.5v,而在工作时间范围之内的温度为0~60℃，模块通过串联的方法来连接单片机。系统能够和操作人员进行数据交互，由于液晶显示的内容更加充实，操作方法更加容易，因此大多数的产品都会采用这类屏幕。LCD1602液晶显示电路接线图如图3.8所示：图3.8LCD1602液晶显示电路接线图3.9系统整体硬件电路系统整体硬件电路图是上述各模块的所有结合，也就是总体的框图，能够实现本文所要求的功能。系统整体硬件电路图如下图3.9所示：图3.9系统整体硬件电路图

第四章系统的软件设计系统的软件是利用C语言进行整体的规划设计的，C语言所展现出更容易通懂的特点，因此受到了更多人的喜爱。由于软件开发是一个繁琐的工作，而C语言为了能够更好的契合软件工程师，就设计了很多方便其了解掌握的语法，相比于汇编来说，C语言更加的契合于我们日常的生活语言，因此在工作中对C语言能够让工程师对代码更加容易了解，就当前来说，大多数的软件工程师在设计产品时都基本使用着C语言。4.1主程序软件设计本设计核心部件是一个stc89c52单片机。内容主要包括了所有屏幕显示控制模块、声音报警、声音输出、温湿度采集、震动检测、婴儿床电机控制以及主控制器。系统主要是收集婴儿的啼哭声，进而控制系统来发出轻快的音乐，并且对周围的环节温度、湿度进行收集并显示在主显示屏当中。主程序流程图如图4.1所示：图4.1主程序流程图4.2温湿度采集软件设计系统对附近的环境因素进行检测，其中包括周测及湿度检测及湿度检测，在这个过程中主要使用了dht11,单片机首先给予一个高出dht11最低总线信号，并维持高于18毫秒的工作时间，在最初总线信号被拉低之后提高25微秒，以实现周围环境数据的检测与收集。温湿度采集程序流程图如图4.2所示：图4.2温湿度采集程序流程图4.3声音检测软件设计声音检测需要采用ADC0809进行转换，由于检测的数据都是信息化的，因此需要使用ADC0809。该类产品在数据输入和接收的情况下，是需要给予定时信号制定的，基本为四个时钟脉冲，而在最后一个脉冲下降的时候进行数据收集，以实现模块转换数据，从而获得数字信息。声音的监测过程如4.3所表示：图4.3声音检测程序流程图4.4震动检测软件设计该图主要由一个震动传感器检测婴儿是否有异常运动，当婴儿异常运动，传感器向单片机发送报警信号，同时播放音乐。震动检测程序流程图如图4.4所示：图4.4震动检测程序流程图4.5电机控制软件设计电机电路由一个按键开关控制，开关开，电机打开，婴儿床摇动，开关关，电机关闭，婴儿床停止摇动。电机控制程序流程图如图4.5所示：图4.5电机控制程序流程图4.6报警软件设计报警的电路基本是对当前的声音检测检测，带婴儿的动作大于正常范围指数，单片机就会控制p3.4接口来实现蜂鸣器的发声。报警程序流程图如图4.6所示：图4.6报警程序流程图4.7显示软件设计整个软件在开发中所使用的代码为lcd1602，在软件开发设计的过程中需要确定一个液晶显示所用的需要、选择的哪一种并行数据直接通信串行方式后再来直接进行软件开发,同时实现液晶显示器的数据设定，并且由数据手册集。获取显示的信息，要先进行设计，并实现数据串联，而后需要设置显示的基本状态，在对显示器进行完全的数据处理之后定位显示所需位置，最后把液晶显示的数据信息通过输入口送至对于液晶的一个数据输出口,这样就已经可以直接完成液晶该显示模块的清屏显示。显示程序流程图如图4.7所示：图4.7主电源控制程序流程图

第五章系统调试5.1实物组装在实物组装的时候，先要准备好所要使用的工具，而后在依照设计的电路图进行对应位置的焊接，在进行组装的流程中，现将单片机的电源开始，逐步进行，将所有的模块在组装之后都需要进行相应的电压检测,以保障不会存在短路的问题。为了是电流情况达到正常值，只有在通电时进行有效的测试，对每一处进行检测，防止因为单个地方的电路问题而导致整体电路面临被烧坏的危险。一定要一步一步地进行检查和测试,常见的各种异常现象都一定要做得非常清楚,有正负极性能要求的仪器,不可与之相接反,否则将烧坏元器件。在连接电源之后，要对单片机电路中主板管脚、芯片管脚的发热状况展开检测与确认的过程，并且还要对所有的连接电源、器件、芯片管脚发热状况进行监测，保证在每一个管脚和芯片之间不会自动出现任何管脚过热的情况发生，并且确保每一个管脚维持在正常水平。特别是需要注重插座问题，电压不可过高或过低，过高会导致损坏问题的发生，过低会导致单片机的负载能力下降。因为最初控制系统的仿真性不高，所以本次试验对仿真性进行的多次的调动。首先将电路板进行调整。此系统所采用的焊接方式都是绝对独立的，并且操作方式并不复杂，依照高低顺序进行焊接就可以了，这样一来，操作变得更加简单的同时，还能维持一定的美观性。本次的焊接调试是在未接电的情况下进行的。对于硬件的调试是在通电情况下进行的，在接电后能够有效的观察出电路板的运行情况，而通过观察后发现该系统中没有任何异常。实物效果如图5.1所示。 图5.1实物图 5.2液晶显示上电测试通过上电测试验证液晶显示，液晶第一行显示Te:21CHu:13RH，当前温度为21摄氏度，湿度13%。第二行显示的是So:0.31%，表示当前声音大小。如图5.2所示。图5.2系统液晶显示上电测试5.3系统上电测试系统上电后，打开电机开关，电机可正常工作。用手指轻弹震动传感器，实现震动传感，可进行正常报警。在一旁进行呼叫，可进行正常报警。通过调试以及检查，系统是可正常运行的。报警情况显示如图5.3所示。图5.3系统参数设置上电测试

第六章总结与展望在设计的流程当中，能够学习的知识与要点有很多，而这些也足够引起我的重视，其实我在学习上的积极性。本次论文的毕业设计是建立在信息于资源的基础之上，通过互联网来寻找一些文献资料。而这些文献资料在我论文撰写的时候。给予了很大的帮助，也使我在论文撰写的过程中不断提高自己的知识与实际操作能力，而对于知识要点的理解也有所增加。通过互联网的查找，来透彻的了解婴儿床的详细信息，包括样式的差别、使用情况的反馈等等，这样能够更加清晰的了解婴儿床的优点与缺点所在，对于后续的设计来说是有着很大帮助的。因为平时对于焊笔的接触机会较少，因此在焊接的时候总是出现一些差错，造成器件接触存在问题，可是通过老师的耐心教导与多次尝试，本人开始逐渐的熟练的使用焊笔，从而大大提升了焊接的效率性。在这个过程当中我的操作能力、独立思考及学习能力都有所提高，此外，由于这个过程当中需要经常翻看以前的教材和及时的做好记录，在这个期间我对于信息记录的能力得到了相应的发展。一个产品的开发是要花费大量的精力与时间的，并且在这个过程中存在的问题也会发生，这些是通过不断的实际操作去发现和解决的。信息的发展不是一天就成功的，而是靠着时间的不断推移，前人的不断努力与后人的不断发展进步结合而成的，而毕业设计也如同信息发展一般，需要一点一点的努力、积累和创新。而这个过程，就算学的再多，也不如亲手去操作，这样才能更好的活动进步，而这不管是对于我的毕业设计还是未来的道路都有着