２０１１年第８期 中图分类号：ＴＮ９２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—２５５２（２０１１）０８—０１８９—０３ 基于无线通信的智能婴儿监控系统的设计与实现 孙 鹏 ，刘书丹 ，胡俊锋 ，刘 竹林 ，王 良 ，孙维娜 （１．重庆邮电大学自动化学院，重庆４０００６５；２．山东经济学院国际教育学院，济南２５００１４） 摘要：应用无线通信技术的智能婴儿监控系统减少了系统各部分间的电缆连接。介绍了以计 算机技术为核心，以８９Ｃ５１系列单片机、ＤＳ１８Ｂ２０温度传感器、ＨＳ１ＩＯ０／ＨＳ１１０１湿度传感器和 ＨＫ一２０００Ａ集成化脉搏传感器等组成的智能婴儿监控系统，实现对婴儿体征的采集，以及能环 境信息的采集。通过ＮｅｗＭｓｇ—ＲＦ２４０１无线传输模块将信息传输到终端，实现婴儿信息实时监控 的目的。 关键词：监控系统；无线通信；单片机；传感器 Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍｏｎｉｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｂａｂｙ ｗｉｔｈ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｅａｔｉｏｎｓ ＳＵＮ Ｐｅｎｇ ，ＵＵ Ｓｈｕ－ｄａｎ ，ＨＵ Ｊｕｎ－ｆｅｎｇ ，ＵＵ Ｚｈｕ—ｌｉｎ ，ＷＡＮＧ Ｌｉａｎｇ２，ＳＵＮ Ｗｅｉ－Ｈａ （１．Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｓｃｈｏｏｌ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｏｓｔｓａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００６５，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ Ｓｃｈｏｏｌ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｅｃｏｎｏｍｉｃ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｊｉｎａｎ ２５００１４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍｏｎｉｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｂａｂｙ ｗｉｔｈ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｒｅｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｃａｂｌｅｓ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｔｅｃｈｎｄｏｇｙ ａｎｄ ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｏｆ ８９Ｃ５１，ＤＳ１８Ｂ２０ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒ，ＨＳ１ １０／ＨＥ１ １０１ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｓｅｎｓｏｒ ａｎｄ ＨＫ－２０００Ａ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｐｕｌｓｅ ｓｅｎｓｏｒ，ｃｏｌｌｅｃｔｓ ｔｈｅ ｂａｂｙ ｓｙｍｐｔｏｍ，ａｎｄ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｔｒａｎｓｍｉｔｓ ｔｈｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｍｏｄｕｌｅ．Ｔｈｅ ｂａｂｙ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｓ ｍｏｎｉｔｏｒｅｄ ｉｎ ｒｅａｌｔｉｍｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｏｎｉｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ；ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ；ｓｅｎｓｏｒ ０ 引言 婴儿的出生是一个家庭快乐的源泉，然而快乐 的同时，婴儿的父母同时也将面临更加棘手的情况， 这对这种情况，设计了一套智能婴儿监护系统。 它以单片机技术为核心，配以传感器技术、无线通信 技术，设计了一个能将采集信息传输到终端的智能 婴儿监控系统，采用温度传感器及湿度传感器采集 婴儿的温湿度信息，除此之外，选择压力传感器采集 婴儿的脉搏频率，利用Ａ／Ｄ及单片机对采集到的信 息进行分析处理，判断婴儿是否有发热、哭闹、心率 失常、便溺等情况发生。将采集的信息传到终端，供 使用者参考，此外还通过相同的原理制作一个智能 缺乏经验的他们如何才能更加有效地对婴儿进行护 理变成了一个父母们都十分关心的问题。鉴于有限 的精力，婴儿的父母通常无法做到对孩子无时无刻 的照顾，在科技进步的今天，智能控制系统理应发挥 作用帮助父母做更多的工作，让他们无需时刻在婴 儿的身边，就可以对婴儿进行远程地实时监控。譬 如通过监控婴儿周身的温度、湿度变化，以及噪声强 度的变化等等，并通过一定的反馈调节机制，使上述 的监控环境变量在设定的范围内浮动。另外，通过 各种传感器可以监控到婴儿的正常体征，在婴儿突 监控器，采集室内的温湿度信息，不断调整相关参数 创造适合一个婴儿居住的环境。以下介绍各部分功 能和设计原理。 收稿日期：２０１１—０４—０７ 发疾病时可以通过无线通信系统，将报警信息发给 父母，使父母能够及时返回。 作者简介：孙鹏（１９８９一），男，本科，研究方向为工业无线通信。 一１８９— ｌ 系统工作原理 本设计方案采用８９Ｃ５１单片机作为主控芯片， 以及传感器模块、ＬＥＤ显示模块、无线通信模块，扬 声器报警装置等外围设备，作为体温测量、湿度测 量、脉搏测量、数据显示、处理的核心，可对所需的数 据进行准确的测量与转换。 １．１ ＬＣＤ显示器 终端显示装置，将采集到的数据与信息在ＬＣＤ 上显示，使用户对检测结果有直观的认识，便于作出 决策。 １．２传感器 传感器输出的电压信号由运放电路将信号转化 为适合单片机的输人信号，最后将模拟的采样信号 经过片机转化为数字量。 １．３模拟信号处理电路 将输入的微弱的脉搏信号放大，并把信号传输 到Ａ／Ｄ转换器中为下一步的模数转换做准备。 １．４单片机控制电路 先进的单片机为核心，用它来控制Ａ／Ｄ转换器 的相应寄存器对输入的电压信号进行从模拟信号到 数字信号的转换。以及设定采样频率、进行程控制 放大等操作。 １．５射频无线通信模块 采用无线通信技术实现了单片机与个人计算机 之间的数据通信功能。 ２ 系统总体设计 该检测系统是由测量部分、主控部分、显示部 分、电源部分、通信部分等部分组成，其基本工作结 构如图Ｉ所示，以压力传感器、温度传感器、湿度传 感器为主要的检测部件，按照设计的程序进行检测、 分析、计数和数据显示等功能。利用无线芯片为核 心构建的无线收发器完成数据的远程传输，借助单 片机和计算机之间的串行通信完成人机交换控制， 并用ＶＣ语言开发系统的交界面。 图１系统总体框图 利用５ｌ单片机处理各类传感器采集的各种信 息，通过ＡＤ转换成数字量，再通过无线传输模块传 到智能终端，用户根据采集的信息作出相应的措施。 图２所示为硬件总体框架图。 ２硬件总体框架图 ３ 系统各部分设计原理 ３．１温度传感器模块设计 采用ＤＳＩ８Ｂ２０，温度测量范围从一５５％～ ＋１２５℃，一ｌ０～＋８５℃时测量精度为±０．５℃，测量 分辨率为０．０６２５℃，电源电压范围从３．３Ｖ～５Ｖ。 它支持“一线总线”的数字方式传输，可组建传感器 网络。而且，元需进行线性校正，使用非常方便，接 口简单，成本低廉。与传统的热敏电阻温度传感器 不同，它能够直接读出被测温度，并且可根据实际要 求通过简单的编程实现９～１２位的数字值读数方 式，可以分别在９３．７５ｍｓ和７５０ｍｓ内将温度值转化 ９位和ｌ２位的数字量。它具有体积小、接口方便、 传输距离远等特点，内含寄生电源。 系统有如下特点： （１）不需要备份电源，可通过信号线供电。 （２）送串行数据，不需要外部元件。 （３）零功耗等待。 ．．．．．．． ．，．（４）系统的抗干扰性好，适合于恶劣环境的现 Ｌ 场温度测量，如环境控制、设备过程控制、测温类消 一 费电子产品等。 ｕ＿ 图３温度传感器模块 ３．２湿度传感器模块设计 采用ＨＳ１ＩＯ０／ＨＳ１１０１湿度传感器，ＨＳ１１００／ ＨＳ１１０１电容传感器，在电路构成中等效于一个电容 器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。 具有完全互换性，高可靠性和长期稳定性，响应时间 快速，专门设计的固态聚合物结构，由顶端接触 （ＨＳ１１００）和侧面接触（ＨＳ１ １０１）两种封装产品，适 用于线性电压输出和频率输出两种电路，适宜于制 造流水线上的自动插件和自动装配过程等。相对湿 度在１％～１００％ＲＨ范围内；电容量由１６ｐＦ变到 ２００ｐＦ，其误差不大于±２％ＲＨ；响应时间小于５ｓ；温 度系数为０．０４ｐＦ／￣Ｃ，可见精度是较高的。 图４湿度传感器模块 ３．３脉搏传感器模块设计 脉搏传感器选用ＨＫ一２０００Ａ集成化脉搏传感 器，如图５所示。 图５脉搏传感器模块 该产品采用高度集成化工艺将力敏元件（ＰＶＤＦ 压电膜）、灵敏度温度补偿元件、感温元件、信号调 理电路电路集成在传感器内。压电式原理采集信 号，模拟信号输出，输出同步于脉搏波动的脉冲信 号，脉搏波动一次输出一正脉冲。该产品可用于脉 率检测，如运动、健身器材设备中的心率测试。使用 它对婴儿的脉搏进行测量，并用ＬＣＤ把具体的数值 显示出来。 ３．４无线通信模块设计 本系统的无线通信模块采用的是ＮｅｗＭｓｇ— ＲＦ２４０１这款无线通信模块。 特点功能如下： （１）２．４ＧＨｚ全球开放ＩＳＭ频段免许可证使用。 （２）最高工作速率１Ｍｂｐｓ，高效ＧＦＳＫ调制，抗 干扰能力强，特别适合工业控制场合。 （３）１２５频道，满足多点通信和跳频通信需要。 （４）内置硬件ＣＲＣ检错和点对多点通信地址 控制。 （５）低功耗１．９Ｖ一３．６Ｖ工作，待机模式下状态 仅为１ Ａ。 （６）内置２．４ＧＨｚ天线，体积小巧３４ｍｍ× １７ｍｍ。 （７）模块可软件设地址，只有收到本机地址时 才会输出数据（提供中断指示），可直接接各种单片 机使用，软件编程非常方便。 （８）内置专门稳压电路，使用各种电源包括 ＤＣ／ＤＣ开关电源均有很好的通信效果。 电路联接图如图６所示。 图６无线通信电路连接图 ３．５ ＬＣＤ显示模块设计 ＬＣＤ１６０２Ｃ是一款常用的液晶，可以显示２行 ｌ６个字符，有８位数据总线ＤＯ—Ｄ７ＲＳ和Ｒ／Ｗ、ＥＮ 三个控制端口，工作电压为５Ｖ，并且带有字符对比 度调节（ＶＯ：ＬＣＤ对比度调节端，电压调节范围为 ０～５Ｖ。接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度 最高，通常使用一个１０Ｋ的电位器来调整对比度， 或者直接串接一个１Ｋ的电阻到地）。如图７所示。 Ｉ】３ 图７ ＬＣＤ显示模块 ４ 软件设计 软件设计如图８所示。 是 ５ 结束语 智能检测系统使用起来方便快捷，操作简单，实 用性强，对宝宝时时检测具有很强的现实意义，尤其 适于当代年轻家长使用。同时具有小型化、低功耗、 智能化程度高的优点，在使用上有便携和易操作的 特点，从而呈现出家用化的趋势。 参考文献： ［１］张毅刚．单片机原理及应用［Ｍ］．高等教育出版社。２００３． ［２］欧阳集正，胡荣杰．多功能婴儿床的设计［Ｊ］．湖南科技学院学 报，２０１０（４）． ［３］苏日娜，宋蜇存．基于半导体压阻传感器的脉搏信号采集系 统［Ｊ］．东北林业大学学报，２００９（６）． ［４］陈晓．基于无线通信的脉搏信号采集系统［Ｊ］．通信技术，２００８ （１２）． 责任编辑：么丽苹 一ｌ９１—