多功能婴儿车的设计

狄思雨++陈靖允++李全强

摘要： 本文设计了一种集环境检测、防盗功能以及超速制动于一身的多功能婴儿车，在保留婴儿车原有设计的基础上，实现了对婴儿外出时的实时保护，不仅可以检测婴儿周围的环境情况，及时做出防护，同时也可以在发生危险时第一时间通知监护人并进行报警，在一定程度上降低了危险发生率。

Abstract： The paper has designed a set of environmental monitoring， speeding braking and security functions in one multi-functional pram. On the basis of the design in the original design， it has achieved the real-time protection while going out to infants. The surrounding environment can not only detect babies， in a timely manner to make protection， at the same time can also be in danger immediately informing the guardian and the police. To a certain extent， a new type of multi-functional pram reduced the incidence of dangerous and reduced the parents worry.

关键词： ATMEGA328P单片机；控制系统；压力传感；超速制动

Key words： ATMEGA328P MCU；control system；pressure sensing；speed brake

中图分类号：TP368.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）21-0106-02

0 引言

随着生活方式的改变，消费者对婴儿车的要求也呈现出多样化的倾向，过去比较单一的使用方式已不能满足现在人们生活方式的多样性需求，新产品的开发设计与研究，越来越体现出它的生命价值与市场价值。本文介绍了一款新型的多功能婴儿车，该婴儿车设计了一种基于ATMEGA328P单片机、配合各集成数据传输模块的总控系统，它完善了传统婴儿车功能单一、安全系数低等缺陷，结合了当下最流行的环境检测功能、防盗功能以及超速制动功能，实现了对婴儿的实时保护。

1 多功能婴儿车的总体设计

1.1 多功能婴儿车的简介

本文设计的多功能婴儿车通过建立以arduino为硬件平台，以ATMEGA328P為工作芯片的控制系统，将环境监测功能、防盗功能以及超速制动功能融于一体。利用温湿度传感器和紫外线传感器检测当前环境质量，利用压力传感器检测婴儿车中的重量，利用加速度传感器检测婴儿车的运动状态，并通过IIC总线将上述数据传输至串口屏处，同时以短信的方式发送至相应的用户手机中。

1.2 IIC总线控制系统结构设计

考虑到该婴儿车的功能较多，且总体结构设计复杂，因此，本文出于简化控制系统的目的将总控任务分至三个单片机，每个单片机下控各项功能，并由其中的一个单片机控制子系统A，B。同时，通过IIC总线实现各功能之间的数据传递，由于IIC总线传输地址的唯一性，保证了数据传输过程中的稳定与准确。系统总体控制结构如图1所示。

2 多功能婴儿车的环境检测功能

2.1 环境检测功能简介

通过温湿度传感器与紫外线传感器的环境值检测功能，将空气中温湿度与紫外线强度的相关数据进行检测分析，并由IIC总线将其等级程度显示于串口屏，方便用户的使用与了解。同时，设有自动遮阳的机械结构，当检测到空气中的紫外线强度过强或阳光过于充足时，该婴儿车将会自动启动遮阳功能，从而起到保护婴儿的效果。

2.2 器件选择与介绍

采用CJMCU和 DHT11作为紫外线强度传感器和温湿度传感器，CJMCU具有功耗低、线性好、灵敏度高等特点。 而DHT11应用专用的数字模块采用技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定。

2.3 温湿度传感器的相关计算

该温湿度传感器的输出数字可用式（1）转换成实际温度：T=d1+d2×SOT（1）

式中，SOT为传感器测量值，T为实际温度[1]，d1，d2为待定系数。

此时，我们采用电压为5V的电源且温湿度传感器的分辨率为14位，则

d1=-40，d2=0.01

温湿度传感器输出数字量相对湿度值可用式（2）修正为实际湿度相对值：

式中为SORH传感器相对湿度测量值，RH为实际湿度相对值，C1，C2，C3为待定系数。当相对湿度分辨率为12位时，C1=-4，C2=0.0405，C3=-2.8×10-6。

根据传感器测量的温度和相对湿度，在-40～50度温度范围，可用式（3）计算露点：

式中Td（RH，T）为露点，RH为实际湿度相对值，T为实际温度，当温度在0～50度范围内，Tn=243.12°，m=17.62；当温度在-40°～0°范围内，Tn=272.62°，m=22.46°。

2.4 紫外线传感器

本文采用的紫外线传感器是利用光敏元件将紫外线光信号转换为电信号的电子器件，该传感器相当于一个光敏电阻，电阻值会随着光照强度的变化而变化，而电阻值的变化也使得电压值发生变化，此时通过控制单片机内部的A/D转换器对紫外线传感器输入的电压值进行A/D转换，再根据电压值的大小，对比过紫外线强度划分标准，将AD转换通过串口屏32进行显示。

2.5 遮阳棚的结构设计

通过紫外线传感器的UV值检测，本文将遮阳棚结构设计成按键调节结构。遮阳棚的位置控制是由电位器进行调节，当调节电位器的按键时，动触点在电阻体上滑动。此时在电位器的输出端可获得与电位器外加电压和可动臂转角或行程成一定关系的输出电压，用于检测遮阳棚的位置。

3 多功能婴儿车的防盗功能

3.1 防盗模块简介

HX711压力传感器集成了包括稳压电源，片内时钟振荡等其他同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。

3.2 防盗功能的实现

本文采用的是通过检测压力的大小来判断婴儿是否在车上的方式，将压力传感器安置于婴儿车的座位底部，婴儿处于婴儿车中时，压力传感器将检测到此时的压力值为0，当婴儿不在婴儿车中时，则会由于数值不为0而发出警报。该部分由子控制系统B单独进行控制，同时，配有短信通知的通讯功能，将婴儿是否在车上的情况即时发送给用户，以保证用户可以及时了解婴儿的安全状态。

4 多功能婴儿车的超速制动功能

4.1 超速制动功能简介

本文设计的超速制动功能主要应用于道路较陡或手离车推手等的危险情况中。当婴儿车的加速度高于原始设定的最大加速度值时，该婴儿车将会自动启动超速制动功能，及时减小婴儿车的速度，从而使其停止运动。

4.2 器件选择与介绍

本文选用ADXL335作为测量加速度的工具。它可以测量倾斜检测应用中的静态重力加速度，以及运动、冲击或振动导致的动态加速度。通过加速度的变化来判断婴儿车的运动情况。

4.3 超速制动功能的结构设计

在一些突发的情况或路况较不平缓的情况下，如何谨慎地做到保护婴儿的安全是一个值得考虑的问题。对此，本文提出了超速制动系统。该部分采用两个两相四线制步进电机，该部分的步进电机均是以l9110s作为驱动芯片，该驱动芯片是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集成电路器件，将分立电路集成在单片IC之中，使外围器件成本降低，整体可靠性提高。由于两个电机的转动同步，因此只需四个端口即可，可减少端口的控制数目。利用光电测速的方式，准确测出制动发生的加速度。

5 软件设计

5.1 环境检测功能的流程设计

當用户需要对外界环境进行检测时，可以选择将该功能开启，进入是否需要环境检测的指令。该项功能开启后，会对周围环境中的温湿度以及紫外线强度进行检测。当紫外线强度高于正常阈值时，婴儿车会自动开启遮阳棚进行遮光，同时，用户也可以通过手动调节的方式进行操控。

5.2 防盗功能的流程设计

当婴儿车内有婴儿时，婴儿的体重作为压力传递给压力传感器。当传感器失去该压力后便会触发报警装置，蜂鸣器发声，同时，通过SIM900A短信通讯模块，将安全情况的信息发送至用户手机。

5.3 超速制动功能的流程设计

当用户手动启动超速制动功能后，程序进入初始化阶段，若开启自动制动，那么通过IIC总线可以向制动从机发送开启自动制动指令；若关闭自动制动，则同样通过IIC总线传递关闭自动制动指令。

6 结语

本文设计了一种集环境检测、超速制动和防盗功能于一身的多功能婴儿车，通过控制模块、传感器、通讯模块以及软件的编程协调控制，实现了对婴儿乘坐婴儿车外出时的实时保护及即时报警功能，该设计填补了已有产品中的功能空白，并充实了部分功能的灵敏性与自动性，且设计趋于模块化，价格合理，具有一定的前景与实用价值。

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