牛 堅(jiān)，李宥謀

（西安郵電大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，陜西 西安 710121）

0 引 言

根據(jù)資料顯示[1]，目前大多數(shù)嬰兒床都是在嬰兒床上配置攝像頭，父母或監(jiān)護(hù)人通過(guò)手機(jī)遠(yuǎn)程查看嬰兒狀態(tài)，這種嬰兒床功能單一，嬰兒哭鬧時(shí)并不能了解是何種原因哭鬧。相比之下智能調(diào)控嬰兒床的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[2]可以檢測(cè)尿床報(bào)警，自動(dòng)搖床，但是功能不強(qiáng)大，不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制。目前市場(chǎng)上有各種各樣的智能嬰兒床，但是床體不方便攜帶。

基于以上問(wèn)題，該文提出一種嬰兒監(jiān)護(hù)系統(tǒng)方案可以使用便攜式充電設(shè)備進(jìn)行供電，不僅可以放在床上使用，還可以在嬰兒推車上使用，通過(guò)連接WiFi 的方式即可進(jìn)行連網(wǎng)?；赟3C6410 嬰兒看護(hù)系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成。硬件是由S3C6410 和一些外圍電路組成，軟件是基于手機(jī)端APP 和云服務(wù)器及S3C6410 下軟件共同構(gòu)成軟件系統(tǒng)。

1 基于S3C6410 智能嬰兒房的硬件設(shè)計(jì)

硬件部分由S3C6410 處理器、NAND FLASH、SDRAM、音頻電路、USB 接口、WiFi 模塊、電源模塊、溫濕度及電機(jī)模塊組成[3?5]。圖1 為智能嬰兒房硬件設(shè)計(jì)圖。其中，NAND FLASH 用來(lái)存儲(chǔ)uboot.bin、linux 內(nèi)核和根文件系統(tǒng)，音頻模塊采用WM9714L 芯片進(jìn)行音頻的編解碼，WiFi 模塊采用WM?R?GM?09 芯片，電機(jī)模塊采用L298N 芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)對(duì)嬰兒床的搖擺。

圖1 智能嬰兒房硬件設(shè)計(jì)圖

1.1 電源模塊電路設(shè)計(jì)

由于不同芯片需要的工作電壓不同，需要輸出多種類型的電壓。其中，ARM CORE 需要1.2 V 電壓供電，DDR 需要1.8 V 電壓供電，其余接口采用3.3 V 供電?？捎?XC9216B121MR、XC9216A12CMR 分 別 實(shí) 現(xiàn)VDDIN 電 壓 為3.3 V 輸 入，1.2 V、1.8 V 輸 出的電壓。圖2 為1.8 V 輸出的電路圖。

圖2 1.8 V 輸出電路圖

1.2 WiFi模塊電路設(shè)計(jì)

S3C6410 沒(méi)有集成WiFi 芯片接口，因此采用SDIO接口[6?7]方式連接WiFi芯片。圖3 為WiFi電路設(shè)計(jì)圖。

圖3 WiFi電路設(shè)計(jì)圖

1.3 音頻模塊電路設(shè)計(jì)

音頻設(shè)計(jì)電路采用AC97 接口，外接WM9714[8?11]芯片，該芯片具有編碼解碼功能；外接擴(kuò)音器和麥克風(fēng)，能夠進(jìn)行語(yǔ)音的輸入和輸出。

圖4 為音頻電路設(shè)計(jì)圖。

圖4 音頻電路設(shè)計(jì)圖

1.4 USB 接口電路設(shè)計(jì)

采用USB Host 接口，可外接USB 攝像頭進(jìn)行圖像的采集，圖5 是USB host 電路設(shè)計(jì)圖。

圖5 USB host 電路設(shè)計(jì)圖

1.5 溫濕度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

溫度測(cè)量應(yīng)選用靈敏度高，測(cè)量精確的WD3703 貼片式芯片，用于嬰兒體溫的測(cè)量，檢測(cè)嬰兒是否踢開(kāi)被子。濕度采用HR202 濕敏電阻，檢測(cè)嬰兒有無(wú)尿床。圖6 是溫濕度電路設(shè)計(jì)圖。

圖6 溫濕度電路設(shè)計(jì)圖

1.6 電機(jī)電路設(shè)計(jì)

電機(jī)電路需要5 V 電壓給L298N 供電，另外需要MAX668 芯片將5 V 電壓升至12 V 電壓后給電機(jī)供電。此電機(jī)設(shè)計(jì)為可拆卸安裝的，安裝在可以擺動(dòng)的嬰兒或推車上。圖7 是電機(jī)電路設(shè)計(jì)圖。

2 基于S3C6410 智能嬰兒房的軟件設(shè)計(jì)

軟件部分由三個(gè)模塊組成，分別是手機(jī)APP 界面、云平臺(tái)上的代碼、硬件部分的監(jiān)測(cè)和控制代碼。APP 端采用安卓Qt 開(kāi)發(fā)[12?13]，百度云采用百度虛擬主機(jī)平臺(tái)，硬件檢測(cè)控制部分采用uboot 移植、文件系統(tǒng)移植和Linux?3.04 內(nèi)核移植[14?16]構(gòu)建的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

圖7 電機(jī)電路設(shè)計(jì)圖

2.1 軟件總體設(shè)計(jì)

手機(jī)APP 和檢測(cè)控制硬件都連接云平臺(tái)虛擬主機(jī)上的服務(wù)器，圖8 是智能嬰兒房軟件設(shè)計(jì)框架圖。通過(guò)TCP 進(jìn)行連接，服務(wù)器有三個(gè)獨(dú)立進(jìn)程，分別對(duì)應(yīng)控制感知信息的傳輸、語(yǔ)音通話的傳輸、視頻的傳輸。感知控制器的3 個(gè)進(jìn)程和APP 啟動(dòng)后分別對(duì)應(yīng)TCP 連接服務(wù)器功能的進(jìn)程。q1、q2、q3分別代表APP界面線程1的TCP 連接、線程2 的TCP 連接、線程3 的TCP 連接。c1、c2、c3 分別代表感知控制板進(jìn)程1 的TCP 連接、進(jìn)程2 的TCP 連接、進(jìn)程3 的TCP 連接。只有當(dāng)APP 端的語(yǔ)音通話或視頻按鍵按下并且TCP 連接成功時(shí)，感知控制開(kāi)發(fā)板才開(kāi)始采集圖片或音頻并進(jìn)行視頻和語(yǔ)音的傳輸。

圖8 智能嬰兒房軟件設(shè)計(jì)框架圖

2.2 手機(jī)APP 軟件設(shè)計(jì)

圖9 為采用QT 實(shí)現(xiàn)的智能嬰兒房APP 端軟件流程圖，其中，按鍵控制和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的通知主要通過(guò)信號(hào)與槽函數(shù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

圖9 智能嬰兒房APP 端軟件設(shè)計(jì)框架圖

2.3 感知控制端軟件設(shè)計(jì)

圖10 是感知控制開(kāi)發(fā)板端進(jìn)程流程圖。3 個(gè)進(jìn)程自從控制采集開(kāi)發(fā)板上電后就自動(dòng)運(yùn)行。

圖10 感知控制開(kāi)發(fā)板端進(jìn)程流程圖

3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

手機(jī)APP 打開(kāi)軟件后，直接連接云平臺(tái)，硬件檢測(cè)端直接通過(guò)WiFi 連接路由器，然后直接連接云平臺(tái)。硬件的WiFi 連接通過(guò)網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行設(shè)置WiFi 的用戶名和密碼。經(jīng)測(cè)試，手機(jī)界面攝像頭可以接收到視頻；點(diǎn)擊通話按鈕可直接與嬰兒通話；也可以檢測(cè)到溫濕度值；APP 控制電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，可以控制嬰兒床擺動(dòng)。點(diǎn)擊播放兒歌，嬰兒即可聽(tīng)到預(yù)先設(shè)置好的兒歌或催眠曲。圖11 為實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比圖，圖a）是嬰兒沒(méi)尿床、沒(méi)哭鬧、沒(méi)踢被子的效果，圖b）是嬰兒尿床并且哭鬧的效果。

圖11 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比圖

4 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的智能嬰兒看護(hù)系統(tǒng)以S3C6410 芯片為控制器，結(jié)合USB 接口模塊、溫度模塊、濕度模塊、WiFi模塊、音頻模塊和電機(jī)模塊等組成的硬件部分，以云平臺(tái)、Linux 和安卓下Qt 開(kāi)發(fā)組成的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，最終通過(guò)云平臺(tái)、WiFi 技術(shù)實(shí)現(xiàn)了手機(jī)APP 或電腦對(duì)嬰兒的看護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其控制性能與傳統(tǒng)市場(chǎng)上大多數(shù)智能嬰兒床相比有很大的優(yōu)勢(shì)，如價(jià)格低廉、方便攜帶，可以用便攜式充電器材進(jìn)行供電。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，所設(shè)計(jì)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)效果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，具有一定的使用價(jià)值。