项目编号：BS-DPJ-003
前言：
婴儿一天中的大多数时间都处于睡眠状态，如何对婴儿进行睡眠监测、及时安抚婴儿，以及如何解决婴儿的尿湿问题，这些都是新妈妈们最关心的问题。大部分的家庭都会选择方便的纸尿裤，但是纸尿裤不仅价格昂贵，而且吸水性很强，如果不及时更换，很可能会长出红疹等皮肤疾病，对婴儿的身体也是有威胁的；婴儿醒了就会大哭，家长没有及时的听见，造成婴儿很长一段时间没有人照料。所以，为婴儿设计一个适合婴儿的睡眠监测系统，对于新手家长来说是很有帮助的。本论文采用STC89C52单片机为核心，采用声控、语音播报、湿度采集电路采集各种场景的数据，并通过 LED灯光、语音播报等方式来实现对幼儿进行实时监测。
一，环境介绍
语言环境：C语言开发
开发技术：51单片机；声音控制电路；语音播报；湿度采集；液晶显示
二，项目简介
睡眠是人体的一个重要的生理过程，其质量的高低直接关系到人体的健康。在医学上，人们对睡眠的结构和过程的认识，主要是通过多导睡眠记录仪和多通道睡眠描记法来实现。具体来说，就是使用脑电图（EEG）来监测睡眠者的脑波，来预测睡眠状况。但是，由于医疗器械和技术都以医院、科研院所为主，其普及程度受到高昂的费用限制。近年来，随着传感技术的飞速发展，微型探测器的研制也在不断地进步。目前，最常见的是使用体动记录仪进行监测，通常使用三个方向的传感器来获取人体各个部分的动作，如 Fitbit、 JawboneUP、 WakeMate、 YawnLog等都是目前市场上使用的一种便携式智能手机。分析软件可以根据采集到的信息，对人体的能量消耗、睡眠质量、唤醒时间、睡眠效率等进行分析。
与此同时，一大批以智能手机为基础的睡眠管理软件（SleepAsAndroid、 Sleep Cycle)，通过调用智能硬件中的加速传感器，对睡眠行为进行记录，从而达到了只需使用智能硬件就能够监测睡眠质量的目的。然而，这种类型的传感器仍然有一些缺陷，如：行为识别不清楚，错误识别率高。
现在的社会，工作压力越来越大，女人要同时兼顾工作与家庭，特别是刚做母亲的，要照顾婴儿，又要操持家务，这让新妈妈很是焦头烂额。婴儿一天中的大多数时间都是在睡觉，如何监测婴儿的睡眠，如何安抚婴儿，如何解决婴儿的尿湿问题，这些都是忙碌的新妈妈们所关心的问题。大部分的家庭都会选择用便携的纸尿裤，但是纸尿裤不仅价格昂贵，而且吸水性很强，如果不及时更换，很可能会引起婴儿的皮肤起疹子。纯棉纸尿裤既卫生又舒服，又要及时更换，目前市场上的尿液湿度测试设备大都是单一的，容易造成漏报。所以在婴儿睡觉的时候，要想知道婴儿有没有尿床，这对于新手家长来说也是非常重要的。
本论文主要针对以单片机为核心的婴儿睡眠监测系统进行了设计。当婴儿在睡眠中被监测，当婴儿被尿湿或者因为需要照料而哭泣时，就会发出警报。
首先，在参考了有关的数据之后，确定了整个方案和功能，并按照设计的要求，完成了电路的设计和硬件的构建，然后编写了单片机的控制软件，最后进行了实际的焊接和试验。
该系统主要包括：51单片机最小系统， LED指示灯，ULN2003驱动步进电机，功能按键，WT588D播放，声音采集模块，湿度检测， LCD显示当前信息和状况，声音传感器检测婴儿哭闹，湿度传感器检测婴儿尿床，检测尿床， LED灯亮，声音播报。具体是这样的：
1)查阅有关数据，了解51微处理器的基本原理；
2)了解51微处理器在婴儿睡眠监测中的应用；
3)完成了以单片机为核心的婴儿睡眠监测系统的电路设计；
4)用 C语言进行有关的控制；
5)对程序进行调试，使之符合设计要求；
6)焊接一块用于检测和分析婴儿睡眠监测系统的硬件电路；
7)完成毕业设计报告。
2.1 系统总体框图
此方案的整体设计方框图见图2-1。
图2-1 系统框图
图2-1是本系统的系统配置，从图中可以看出，它包括九个部件：
1）微处理器：
由于STC89C52是一种低功耗，高性能的COMS8位单片机，它的系统中有8 K的可编程 Flash内存。该系统以STC89C52系列微处理器为核心，根据采集到的数据进行相应的数据处理和控制。
2）声控电路：
本系统主要用于采集超过某一特定数值分贝的声音，以满足起动步进电动机的要求。
3）湿度度采集电路：
本电路主要完成对各温度的测量，并将其送至单片机进行处理。
4）语音采集电路：
该线路用于判断婴儿是否在哭泣。
5）步进电机：
此模块可实现婴儿床的晃动。
6）LED灯：
在这个系统中， LED灯会及时发光，可以让保姆们及时地照看婴儿，查看婴儿有没有尿床。
7）语音播报：
WT588D在这个系统中会自动报警，提醒保姆注意婴儿有没有尿床，并能及时的哄婴儿入睡。
8）LCD1602模块：
本系统采用杜邦线路与单片机连接，由单片机采集相关的信号，并将其传输至液晶显示器，以提高其亮度。
9）系统供电电路：为报警系统的工作提供稳定的直流稳压电源。
2.2 系统功能设计
在系统启动后，将会针对以下情况进行相应的处理：
1.每当婴儿号角哭泣时，电机由音响控制回路自动摇摆，语音模组会自动播放轻歌，以安抚婴儿的心情；
2.语音控制模块能够实时获取婴儿的哭闹情况；
3.每当儿童小便造成棉被湿时，由湿度传感器发出的信号触发自动警报，语音提示是否尿床， LED灯点亮；
4.采用ULN2003驱动步进电动机，在需要哄婴儿的时候，可以控制马达左右转动，让婴儿安静。
5.按键用于进行3种不同的设定，便于对各种情况进行快速的处理。
三，系统展示
整体展示
系统测试：湿度检测器检测到婴儿尿床会进行语音播报+LCD灯闪烁展示
四，核心代码展示
#include <reg52.h> //调用单片机头文件 #include <intrins.h> #include "lcd1602.h" #include "StepMotor.h" #define uchar unsigned char //无符号字符型 宏定义 变量范围0~255 #define uint unsigned int //无符号整型 宏定义 变量范围0~65535 #include "WT588D.h" //按键引脚定义 sbit KEY1 = P3^5; sbit KEY2 = P3^6; sbit KEY3 = P3^7; sbit ShiDu = P1^0;//湿度传感器 sbit LED = P1^1; sbit Voice = P1^2;//声音传感器 bit openFlag = 0;//电机开启标志 bit Mode = 0;//0是自动模式，1是手动模式 uint DJ_TIME = 0;//电机开启时间 /*********************定时器1初始化******************/ void time_init() { TMOD |= 0X10; TH1=0x4c;//50ms TL1=0x00; ET1 = 1; TR1 = 1;//开启定时 EA = 1; //开总中断 } void keyscan() { if(KEY1 == 0)//切换键按下 { delay_ms(10); if(KEY1 == 0) { while(!KEY1);//等待按键松开 Mode = !Mode; if(Mode==0)lcd_write_str(0, 1, "MODE: ZIDONG "); else lcd_write_str(0, 1, "MODE: SHOUDONG "); openFlag = 0; } } if(Mode==1)//手动模式 { if(KEY2 == 0)//手动开关键按下 { delay_ms(10); if(KEY2 == 0) { while(!KEY2); openFlag = 1; } } if(KEY3 == 0)//手动开关键按下 { delay_ms(10); if(KEY3 == 0) { while(!KEY3); openFlag = 0; } } } } void motoRotate()//电机处理 { static uint djcount=0; static bit flag = 0; if(flag == 0) { djcount++; if(djcount < 30) { MotorCW();//正转 } else { if(djcount < 130) { MotorStop();//电机停止 } else { flag = 1; djcount = 130; } } } else { djcount--; if(djcount > 100) { MotorCCW();//电机反转 } else { if(djcount<=0){flag = 0;djcount=0;} MotorStop();//电机停止 } } } void main() { uint sy_count1 = 0; uint sy_count2 = 0; uint yuyin = 0; bit flag = 0; time_init();//定时器初始化 lcd_init();//1602初始化 lcd_write_str(0, 0, "STATE: CLOSE "); lcd_write_str(0, 1, "MODE: ZIDONG "); while(1) { keyscan(); if(Mode == 0)//在自动模式下 { if(Voice == 0)//检测到有声音 { if(sy_count1++ > 10)//检测哭声是否延续 { DJ_TIME = 60;//电机开启时间1分钟 openFlag = 1;//电机开启 sy_count1 = 0; if(ShiDu==0)Line_1A(1);//播报歌曲 } } else { if(sy_count2++ > 200) { sy_count2 = 0; sy_count1 = 0; } } } if(ShiDu==1)//检测到尿不湿湿了 { LED = 0; if(flag == 0)//只播报一次 { flag = 1; Line_1A(0);//播报 yuyin = 0; } if(flag==1) { if(yuyin++ > 400) { yuyin = 0; Line_1A(0);//播报 } } } else { LED = 1;flag = 0; } if(openFlag==1)//电机开启 { lcd_write_str(0, 0, "STATE: OPEN "); motoRotate(); }else { lcd_write_str(0, 0, "STATE: CLOSE"); MotorStop();//电机关闭 } delay_ms(1); } } void zd1() interrupt 3 { static uchar cnt1=0; TH1=0x4c;//50ms TL1=0x00; if(cnt1++ >= 20)//1s { cnt1 = 0; if(DJ_TIME > 0) { DJ_TIME--; } else { if(Mode == 0)openFlag=0; } } }
#include <reg52.h> #include <intrins.h> #include "lcd1602.h" sbit RS = P2^5;//数据命令引脚 sbit RW = P2^6;//读写引脚 sbit E = P2^7;//使能引脚 #define DataPort P0//1602并行通信口 void delay_ms(unsigned int ms)//延时毫秒函数 { unsigned char i, j; do { _nop_(); i = 2; j = 199; do { while (--j); } while (--i); }while(--ms); } void lcd_clear(void)//清屏函数 { lcd_write_com(0x01); delay_ms(5); } void lcd_write_com(unsigned char byte)//写命令 { RS = 0; RW = 0; E = 1; DataPort = byte; _nop_(); _nop_(); delay_ms(1); E = 0; } void lcd_write_data(unsigned char byte)//写数据 { RS = 1; RW = 0; E = 1; DataPort = byte; _nop_(); _nop_(); delay_ms(1); E = 0; } void lcd_init()//1602初始化 { delay_ms(5); lcd_write_com(0x38);//设置16*2显示，5*7点阵，8位数据接口 delay_ms(5); lcd_write_com(0x38);//设置16*2显示，5*7点阵，8位数据接口 delay_ms(5); lcd_write_com(0x38);//设置16*2显示，5*7点阵，8位数据接口 delay_ms(5); lcd_write_com(0x08); //关闭显示 delay_ms(5); lcd_write_com(0x01);//清屏指令 delay_ms(5); lcd_write_com(0x06); delay_ms(5); lcd_write_com(0x0c); delay_ms(5); } void lcd_write_char(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char byte)//在某一位置显示一字符 { if(0 == y) { lcd_write_com(0x80 + x);//第一行 } else if(1 == y) { lcd_write_com(0x80 + 0x40 + x);//第二行 } lcd_write_data(byte);//显示数据 } void lcd_write_str(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char *s)//在某一位置显示一字符串 { if(0 == y) { lcd_write_com(0x80 + x);//第一行 } else { lcd_write_com(0x80 + 0x40 + x);//第二行 } while(*s)//判断是否检测到结尾符 { lcd_write_data(*s);//显示数据 s++;//指针加1 } }
五，项目总结
本论文采用了信息学习法、文献研究法、经验法等多种研究方法，包括：
(1)信息学习法：了解和实践婴儿的睡眠监测功能，并结合当前的实际情况，进行婴儿的睡眠监测系统的开发。
(2)文献调研：收集了国内外有关婴儿睡眠监测设计的研究成果，并对其进行了梳理，并对其进行了系统的需求分析。
(3)经验方法：在进行系统设计时，常常会出现代码错误等问题。
