便携婴儿看护系统

摘 要：根据物联网系统架构，将本文的便携婴儿看护系统划分为三层：感知层、网络层、应用层。系统采用高清摄像头对婴儿实时视频采集，以观察婴儿整体情况；采用尿湿检测和哭声检测触发声光报警装置，报警装置采用nRF24L01[1]通信。系统采用集成化设计，具有便携性，且实现低功耗。

关键词：物联网；婴儿看护系统；视频采集；低功耗

中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2018）07-0192-03

Abstract：According to the system structure of the internet of things，the portable baby care system is divided into three levels：the perception layer，the network layer and the application layer. The system uses HD cameras to collect real-time video of babies to observe the overall situation of infants. The sound and light alarm device is triggered by urine wetness detection and crying detection，and the alarm device adopts nRF24L01[1]communication. The system adopts integrated design，portability and low power consumption.

Keywords：internet of things；baby care system；video capture；low power consumption

0 引 言

在工作和生活节奏日益紧张的当今社会，女性往往要兼顾工作和家庭，尤其是初为人母的妈妈们，既要照顾婴儿，还要料理家务，往往会手忙脚乱。然而婴儿一天中的大部分时间都处在睡眠状态中，如何对其进行睡眠监护，如何解决尿湿检测问题一直困扰着忙碌的新妈妈们。本文设计的婴儿看护系统采用WiFi实时视频传输，具有传输距离长，反应迅速，可直接入互联网的特性，能有效地拓宽其起作用的范围，为新妈妈们解决了上述困扰。

1 系统硬件设计

本文设计的多功能智能看护系统主要包括10个部分：存储模块、主控制器、温湿度传感器、摄像头模块、供电模块、终端显示、WiFi模块、Android手机客户端、暖奶器以及声光报警模块等。将各个部分结合起来，构成一个稳定的系统，系统的结构框图如图1所示。

检测和数据传输系统围绕着STM32F407最小系统构成，检测和数据传输部分由摄像头视频采集模块，存储模块，温湿度传感器模块，踢被检测模块，啼哭检测模块，声光报警模块，主控制器等组成。

1.1 摄像头视频采集模块

为了让家长能对婴儿发生问题时的情况有一个直观的了解，我们在设计上加入实时监控系统以监护婴儿的行为。摄像头模块ATK-OV2640-V1.2是ALIENTEK推出的一款200W像素高清摄像头模块。该模块采用OmniVision公司生产的一颗1/4寸的CMOS UXGA（1632*1232）图像传感器-OV2640。ATK-OV2640模块采用该OV2640感器作为核心部件，集成有源晶振和LDO，接口简单，使用非常方便。其电路如图2所示。

1.2 存储模块

存储功能的主要功能是存储视频数据和传感器数据。其电路如图3所示。

1.3 WiFi模块

WiFi模块的功能是关联路由器和主控制器，将采集到的图像数据传输给路由器，路由器再将这些数据传输给手机端和个人PC端。WiFi模块要完成视频数据的传输，需要较高的数据流，所以我们选择SPI转WiFi模块，传输速率大概在串口转WiFi的几倍以上，大大提高了视频的流畅度。我们选择采用台湾环隆电气股份有限公司（USI）生产的WM-G-MR-9模块，工作流程图如图4所示。

1.4 主控制器

主控制器的功能主要是负责采集图像数据和收集温湿度传感器的数据，并将采集到的温度和湿度数据通过数模转换后，显示在TFT屏上。摄像头采集到的图像数据通过SPI转Wifi模块发送给路由器，再由路由器发送给PC手机端。主控制器采用STM32F407ZGT6，STM32F407ZGT6系列是基于高性能的ARM®CortexTM-M4的32位RISC内核，工作频率高达168 MHz。Cortex-M4核心功能是支持所有的ARM单精度数据处理指令和数据类型的单精度浮点单元（FPU）。

1.5 温湿度传感器

温湿度传感器主要功能是感知外界温度和湿度，并将采集到的数据通过串口发送给单片机。HTU21D温度和湿度传感器[2]为OEM应用提供一个准确可靠的温湿度测量数据。通过一个微控制器接口与模块连接达到温度和湿度数字输出。HTU21D小体积低功耗的特点专为应对设备空间狭小和成品敏感的应用设计。其电路图如图5所示。

2 Android客户端

手机客户端采用安卓环境，Android不存在任何阻碍移动产业创新的专有权障碍，是首个为移动终端打造的真正开放和完整的移动软件开发平台[3]。

手机客户端的作用主要是接收来自路由器的视频数据，并将其播放出来。这是视频监控中最重要的部分。当用户打开视频监控软件后，系统将通过网络发送命令给服务器[4]，并马上创建一个视频数据处理的线程直到用户关闭连接。该线程流程如图6所示。

3 结 论

经过论证，系统能达到设计所需的要求。具有很高的实用价值。在实际应用中能将监护视频传输到互联网并实时查看。温度检测，湿度检测，声光报警工作正常，系统容错率较高。创新在于监护系统远距离实时视频和温湿度检测。

便携婴儿看护系统聚焦于幼婴的成长与教育，意义在于释放父母的双手，着眼于孩子的健康成长，在不远的将来，随着物联网和通信技术的飞速发展，此便携婴儿看护系统方案具有重大的意义。

参考文献：

[1] 王婷婷，袁媛，潘晓晖.基于MSP430的婴儿睡眠监护系统 [J].电子设计工程，2014，22（9）：65-68.

[2] Graham pitcher. MCUs follow M4 [J].New Electronics，2011.

[3] 张鑫锋.嵌入式多媒体终端的WiFi功能研究与设计 [D].上海：华东师范大学，2009.

[4] 陈金凤.一种基于Android的视频监控系统的设计与实现 [D].上海：上海交通大学，2012.

作者简介：周祖华（1993.11-），男，土家族，湖北建始人，电子信息科学与技术系学生。通讯作者：徐建（1981.10-），男，汉族，湖北恩施人，博士，副教授。研究方向：嵌入式与智能控制方面。