智测护婴 ——智能婴儿安全检测的领航者

本项目由闽江学院公宇岩、谢茜、柯诗宏同学完成，获得福建省首届 OpenHarmony 开发者大赛二等奖。

1 项目背景

进入 21 世纪以来，传感器技术、计算机控制技术、网络技术以及新兴的物联网技术蓬勃发展，各种各样的设备都走上了智能化的道路。婴儿车也应走向智能。智能婴儿车在国外的发展倾向于对婴儿生命体征的监测，比如血压、体温、身高、体重等方面，但是国内的智能婴儿车则倾向于避震便携等方面。智能安全防护领域依旧是一片空白，因此，人们对一款能提供一系列安全措施的智能婴儿车的渴望越来越急切。

2 项目简介 

2.1 项目描述

该项目是基于 OpenHarmony 的操作系统，它是我国自主研究、国产可控的芯片RK2206 搭载的一个全新的，独立的首个完全开源的操作系统。该项目能够对婴儿的生活环境以及婴儿的实时状况进行智能监测，利用MP3、温湿度、测温、火焰、测距、雨滴等传感器，对婴儿是否尿床、在车内，婴儿车周围环境是否有火源、障碍物、下雨等情况作出判断，并在婴儿车的显示屏上显示，帮助父母花更少的时间更好地照顾好婴儿，让婴儿更加健康茁壮地成长。

2.2 功能说明

智能婴儿车内安装有各类传感器可以实时监测婴儿的安全与健康的问题，主要包括紫外线、温湿度、避障、雨滴等传感器。

设备控制模块中，具有手动控制和智能控制两个功能。点击进入手动控制页面，可以通过蓝牙对设备直接进行控制。

本系统由四节3.7V/2000mAH的18650锂电池作为整个系统的电源，保证了该系统的超长续航。通过SHT30模块来检测温湿度并进行风扇的状态的调整，MLX90614来检测婴儿的体温，用DS1302来检测时间，通过紫外线传感器来检测系统外部的紫外线指数，利用避障传感器来判断婴儿是否在车内，利用雨滴传感器来判断婴儿是否尿床以及顶部车棚的打开与关闭，全程还可以通过语音播报来进行播报。

2.3 项目展示

智能婴儿车实物

婴儿安全情况监测显示

婴儿健康状况监测显示

3 硬件方案

3.1 硬件总体框架

3.2主控芯片

采用小凌派RK2206 OpenHarmony开发板，主控为瑞芯微RK2206芯片，200MHz主频，RAM 256KB、ROM 16KB、PSRAM 8M、FLASH 8M。板载NFC Tag芯片及天线，可实现OpenHarmony“碰一碰”功能。支持 IEEE 802.11b/g/n 制式，AP 模式。USB 2.0 、SD card /SPI/I2C 接口、麦克风接口、E53 接口（包含 UART、 I2C、ADC、DAC、PWM、5 个 GPIO）。一根TypeC USB线，即可实现供电、下载等功能。一根TypeC USB线，可支持串口调试功能。

3.3 蓝牙模块

HC-06是一款主从一体式串口蓝牙模块，使用时无需理解复杂的蓝牙协议，把它当作普通串口使用即可，串口通信为透传模式，由于它同时支持主从机模式，所以任意两个蓝牙模块之间都是可以通信的。

3.4 红外避障模块

TCRT5000传感器的红外发射二极管不断发射红外线，被检测物体出现在检测范围内时，红外线被反射回来且强度足够大，光敏三极管饱和，此时模块的输出端为低电平，指示二极管被点亮。

3.5 语音避障模块

此模块使用自带的100mil的插针焊接到SYN6288模块的接口上。其中为了连接喇叭方便，将对应的2PIN焊接在上面，其他的5PIN焊接在下面便于插在面包板上完成试验线路的连接。

3.6 火焰传感器

火焰传感器对火焰敏感,对普通光也是有反应的。一般用做火焰报警等用途。输出接口可以与小凌派IO口直接相连。

3.7 温湿度传感器

温湿度一体化模拟量型传感器它可以同时把温度及湿度值的变化变换成电流/电压值的变化，可以直接同各种标准的模拟量输入的二次仪表连接。

3.8 红外测温模块

红外热电堆传感器输出的温度信号经过内部低噪声、低失调的运算放大器放大后经过A/D转换器转换为17位数字信号通过可编程FIR及IIR低通数字滤波器处理后输出,输出结果存储在其内部RAM存储单元中。

3.9 DS1302时钟

DS1302芯片包含一个用于存储实时时钟/日历的 31 字节的静态 RAM，可通过简单的串行接口与微处理器通讯，将当前的是时钟存于RAM。DS1302芯片对于少于 31 天的月份月末会自动调整,并会自动对闰年进行校正。由于有一个 AM/PM 指示器，时钟可以工作在 12 小时制或者 24小时制。

3.10 雨滴传感器

接上3.3V电源电源灯亮，感应板上没有水滴时，DO输出为高电平，开关指示灯灭;滴上一滴水，DO输出为低电平，开关指示灯亮;刷掉上面的水滴,又恢复到,输出高电平状态。

3.11 光敏电阻传感器

光敏传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。

超声波是振动频率高于20kHz的机械波。它具有频率高、波长短、绕射现象小、方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。

MP3音频解码过程中的第一步就是使解码器与输入数据流同步。在启动解码器后，可以通过搜索数据流中的12比特长的同步字来完成。

4 软件方案

4.1 系统总体软件设计

整个系统采用两个小凌派来实现。选用第一个小凌派来采集温湿度，选用避障传感器，雨滴传感器和声音传感器来判断婴儿的状态并做出相对应的反应，此外，我们还可以通过蓝牙发送不同的指令来控制婴儿车内的各种设备；第二个小凌派我们可以通过DS1302模块显示当地日期和时间，利用ADC和紫外线传感器来采集紫外线指数，并采用MLX90614来测量婴儿的体温，还可以通过测距传感器来检测婴儿车与前方障碍物的距离。

4.2 通风智能决策设计

影响是否打开风扇主要因素是温度和湿度，温度过高和湿度过高都会影响婴儿在车内的舒适情况。其智能控制具体流程为：

1)设定温度阈值和湿度阈值；

2)判断系统是否为自动模式或手动模式；

3)自动模式下，超过指定阈值时会自动打开风扇；反之，则关闭；

4)手动模式下，可以通过蓝牙发送指令2，3直接控制风扇的转动；

通风智能决策程序流程如图所示。

4.3 音乐智能决策系统设计

婴儿在车内时难免会发生哭叫，我们可以通过播放音乐来安抚婴儿，其智能控制具体流程为：

1)小凌派采集声音传感器输出的模拟电压的adc的大小；

2)判断是否处于自动模式；

3)自动模式下，超过指定阈值时会自动打开继电器播放音乐；反之，则关闭；

4)手动模式下，可以通过蓝牙发送指令4，5直接控制继电器的打开与关闭；

音乐智能决策程序流程图如下图所示。

4.4 车棚智能决策设计

在本系统中，影响车棚打开的的智能控制决策的主要因素是车外是否有雨， 根据雨滴传感器通过比较器输出的电平来进行顶部车棚的控制。其智能控制具体流程为：

1)通过比较器判断雨滴传感器的高低电平；

2)判断系统是否为自动模式或手动模式；

3)自动模式下，低电平时会打开车棚，高电平则会关闭车棚

4)手动模式下，可以通过蓝牙发送指令6，7直接控制车棚的打开与关闭；

风车棚智能决策程序流程如下图所示。

5 项目总结和展望

本项目根据设计内容和市场需求,从硬件设计和软件设计出发，基于以我国自主创新研发的芯片RK2206并搭载OpenHarmony 操作系统为控制核心的小凌派设计了一款智能婴儿车，通过实际模型可以充分体现出来系统的实用性和可行性，可以随时对婴儿的安全情况和健康情况以及在车内的舒适程度进行及时反馈。

系统虽然实现整体功能，但仍有一些不足之处，如手动模式和自动模式的切换时间会稍长一点以及部分传感器反应时间会相对较慢；后续我们还计划添加GPS模块和4G通信来实时反应婴儿车的位置，添加摄像头模块进行婴儿行为的抓拍等一系列有助于婴儿舒适成长的设计。