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藍牙產品

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嬰兒搖床藍牙控制板開發


二胎政策的開放大大增加了我國新生兒在全國所占人口比例,人們對嬰兒床的需求隨之增長。因此嬰兒搖床可以為嬰兒們提供一個良好的安睡、成長的環境。嬰兒床周圍的空氣質量是時刻影響兒童生長的關鍵因素,如何實時監控空氣質量的變化成為了家長們的一項煩惱;嬰兒在夜半驚醒后,如果沒有得到及時的安撫,啼哭聲將在得到安撫后才可能停止,然而及時發現和回應嬰兒是家長們的另一項煩惱。

本設計旨在監測嬰兒床周圍的環境,當空氣中的有害氣體檢測超標時,實時向家長報警;時刻檢測孩子的所處環境的分貝值,及時播放音樂并搖床回應并安撫孩子,減少父母的起夜次數。

一、嬰兒搖床總體方案設計

本設計采用AU6210K作為主控芯片與六個模塊相互連接以實現系統功能:①電源模塊;②藍牙模塊;③搖擺驅動電路模塊;④聲音傳感器模塊;⑤音樂播放模塊;⑥空氣質量檢測模塊。

二、嬰兒搖床硬件電路設計

2.1主控芯片的選擇

設計的主控芯片為AU6210K,它具有多應用、高性能音頻SOC芯片,具有可以讀取MP3格式的文件系統,兼具MP3解碼模塊,支持UFO設備掉電記憶,IO口復用等功能,適合實現多功能模塊連接,可滿足藍牙接入以及低功耗等需求。

2.2主控芯片外圍連接模塊設計

(1)電源模塊:電源模塊的設計核心是低功耗,同時保證功能的供能。AU6210K中包含LDO模塊,需要提供一組3.35-5.5V的輸入電源。當輸入電壓為5V時,功耗相對較低。系統在不使用時,主控板將停止工作,進入低電量模式,低功耗運行時鐘鬧鐘,等待并實時響應喚醒信號。一般情況下,藍牙模塊處于待機狀態,直到主控板喚醒藍牙模塊進入藍牙模式。

(2)聲音傳感器模塊:該模塊采用的一種設置合理,分辨率高的聲音檢測傳感器,利用聲音檢測架屏蔽設在下部的檢測孔以外的周圍噪聲,經過處理器差分處理后,實現對被檢測對象聲音大小的檢測,檢測效果較好,制作成本低廉,在設計中用以檢測嬰幼兒作出環境的噪聲和嬰兒自身的哭鬧聲。將收集到的數值傳給AU6210K并進行解碼判斷,獲取當前嬰兒是否處于哭鬧狀態的判斷結果。

(3)藍牙模塊:將藍牙芯片的多個引腳接入主控AU6210K,實現連接控制。開啟藍牙模式后,會自動連接到上一次接入的設備,方便操作,可以直接在移動設備中控制播放,方便家長們的操作。

(4)搖擺驅動電路模塊:根據分貝檢測的結果判斷是否啟動搖床的機制,如果在不斷安撫下寶寶的哭鬧沒有停止,將會減緩直至停止搖動,并向家長的移動端發送消息,提示家長前來查看寶寶的情況。本設計使用的一種采用無線電遙控的電磁搖擺器,可隨時調整頻率,安全可靠、新型無噪聲、制作成本低。

該部分的設計利用的電磁感應原理,電磁感應原理是對線圈通電后產生磁力。通過改變通過線圈的電流大小來改變磁力的大小,搖床在搖擺過程中,搖擺的力度能夠根據需求通過改變電壓的大小進行調節從而使搖床產生合適規律的擺動,由于電流是線性變化的,可以搖床能夠平穩的進行搖擺,噪聲較小。

(5)音樂播放模塊:利用AU6210K的功能模塊MP3解碼器,從直接存儲器中取出MP3音樂文件,并在解碼芯片中解讀出存儲器中的信號,對信號進行解碼,再利用數模轉換器將這些數字信號轉換為模擬信號,然后將通過轉換的模擬音頻通過功放模塊進行放大,最后進行濾波后傳送到音箱,播放家長預先存放的搖籃曲。

同時在藍牙模式下,可以通過藍牙連接家長的移動設備,直接在設備中控制媒體音樂的播放。

(6)空氣質量檢測模塊:設計中一共采用了三種傳感器來檢測空氣質量:甲醛傳感器;NH3傳感器;苯傳感器。甲醛傳感器采用Membrapor公司生產的電化學傳感器CH2O/S-10-S收集空氣中的甲醛濃度數值;NH3傳感器和苯傳感器均選擇Winsensor公司生產的電化學傳感器。將通過氣體傳感器采集到的對應氣體濃度的微弱電流信號,利用信號調理電路和基于FPGA的模數轉換電路得到對應氣體的初始濃度值輸出給主控芯片。

對收集到的數據進行判斷,當超過閾值時,將觸發報警功能,啟動藍牙模塊,向家長的移動設備發送警報信息。

三、嬰兒搖床軟件設計

本設計軟件編寫采用C語言,使用KeilμVision5軟件進行編譯,主函數中使用的是一個while循環。在主函數設計方面,首先進行系統初始化。

(1)判斷聲音傳感器收集到的數值:針對聲音傳感器回傳的數值,判斷嬰兒是否處于哭鬧狀態。當新生兒處于哭鬧狀態時,喚醒藍牙模式并啟動計時器,同時驅動音樂播放模塊和搖床機制,以合適的音量和適合的檔速調節音樂和搖床速度,同時根據計時器的數值大小對兒童哭鬧的時長是否達到閾值進行判斷,及時通過藍牙向監護人發送示警信息。當判斷出嬰兒停止哭鬧時,搖床和音樂漸弱,進入低電量模式,同時藍牙休眠,刷新系統,重新對于傳感器的數值進行判斷。

(2)判斷空氣質量傳感器收集到的數值:針對空氣質量傳感器回傳的數值,對嬰幼兒所處的室內環境進行空氣質量檢測,當得到的氣體濃度達到閾值時,及時通過藍牙向移動設備端發出示警信息,向家長報告孩子此時所處環境的空氣質量,提醒家長及時通風換氣。

總結

本智能嬰兒搖床設計,實現的主要功能有:①實時檢測環境的空氣質量;②通過聲音傳感器檢測嬰兒的哭鬧狀態;③通過上位機或藍牙控制音樂的播放和控制搖床功能;④具有通過藍牙向移動端示警的功能。

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