基于单片机摇篮自动摇动控制系统

机器周期=12/n(n指晶振频率)（1）
假设要定时的时间为M，那么定时的初值为：
M/机器周期=初值（2）
TH0=(65536-初值)%256（3）
TL0=(65536-初值) /256（4）
将（65536-初值）所得的值化成16进制，其高位就是TH0的值，低位为TL0的值。
在本设计中，单片机使用的是12M晶振，做5ms定时计算如下：
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2总体设计思路
摇篮实现的功能有： 当婴儿哭叫时通过声控电路控制电机自动摇动，并播放摇篮曲进行催眠； 摇篮有定时功能：可以根据需要设定摇篮摇动的时间； 当婴儿尿床时通过湿度感应器的信号启动自动报警； 婴儿体温自动监护功能：体温探测针在宝宝身上进行自动测温，当宝宝体温超过正常值时会自动发出报警信号通知看护者关注婴儿的状况。
1.1设计背景
中国人在养育婴儿的传统方式上，都是怀抱着婴儿轻轻拍打摇动或者使用人力推动摇篮，使婴儿安静下来进行睡眠，但是这样做有很多方面不利于婴儿发育和成长。通过对中国各地传统的婴儿摇篮进行的调查情况的了解，发现都是采人工推摇方式，有吊篮、摇桶、摇床等，使用起来不仅费时费力，增加了许多劳动负担，而且产生较大的噪音，使婴儿很难进行深度睡眠。同时，传统看护婴儿的有些方式不当，会使婴儿的大脑处于失重、充血状态等现象，严重影响了婴儿的大脑发育和骨骼生长。对于婴幼儿来说，睡觉和吃奶一样，是他们生长过程中的头等大事。一款合适的摇篮不仅能保证婴儿的健康成长，也能在很大程度上减轻父母的负担，使父母不必为整夜照顾婴儿而劳烦，从而保证大人和孩子都拥有更高的生活质量。
宁波金龙儿童用品有限公司研发的系列童床产品获得了三项国家专利（ZL00255869.6、ZL02229213.6、ZL02278753.4），采用声控启动技术，以婴儿的啼哭声控制摇摆，集睡床及摇篮于一体，具有音乐（MP3）催眠曲、宝宝尿湿提醒和宝宝蹬被提醒等功能。
武汉春眠科技发展有限公司研发的智能摇篮运用直流变频技术，由婴儿的啼哭声启动摇篮工作，装有定时装置，1－60分钟可自行调节，自动停止；若婴儿再次啼哭，哭声可指令摇篮重新工作。另外，摇篮工作时是否播放音乐、音乐大小可选择。这款摇篮代表了现在市面上大多数的智能摇篮，属于声控启动型。
比较以上两种方案而言，方案一的声音信号驱动更可行。在基于方案一的基础上，综合多功能的考虑，提出设计方案三。
方案三：在市场上现有的摇篮功能（方案一）的基础上增加温度传感和湿度传感器件，就可以在婴儿尿床时及时提醒父母，以尽量减少婴儿的不舒适感，当婴儿发烧时也可以及时发出警报，方便看护者随时掌握婴儿的身体状况，从而降低婴儿“摇篮死亡”的几率。
机器周期=12/12**10^6=1us(微秒)
定时初值=(5*10^-3)/(1*10^-6)=1000
图2 报警原理框图
当婴儿哭闹没有入睡时，需让系统自动摇动摇篮，并且蜂鸣器播放摇篮曲。这个功能需要由声音传感器、定时器、电机驱动系统来实现。其实现原理图如图3所示。
图3 摇篮自动摇动控制系统
声音传感器收集到的有效哭声信号经由比较电路后传给定时器，单片机利用定时器做5ms定时，以5ms为驱动周期驱动电机，从而带动摇篮摆动。电机的驱动程序通过C语言编程由软件实现。首先，要定义好定时器的初值。无论使用多大的晶振，使用51单片机，一般都是12分频出来，也就可以得出一个机器周期。定时器初值的计算方法如下：
2.2设计方案
本设计的系统框图如图1所示。控制模块由AT89S52单片机作为控制核心，硬件电路分为声音检测、温度检测、湿度检测、电机驱动、人机交互和报警等模块。人机交互界面由定时按键和LCD显示界面组成，可以显示定时时间和婴儿体温、尿床状态。通过软件控制蜂鸣器实现音乐播放和报警。软件部分应用单片机C语言实现了本设计的全部控制功能，包括定时设置、电机驱动、状态显示、报警和音乐播放等。
市场上现有的智能摇篮，功能比较完善的有以下几种：
可移动式多功能婴儿摇篮床，包括摇篮、三角支架、横杆、吊管，摇篮由两部分构成，其之间为活动连接，可在90°与180°之间折叠，通过与吊管连接的滑杆上的定位卡槽卡紧，吊管的上端与横杆之间设有转向盘，支撑摇篮的吊管上端的转向盘与横杆以及支撑横杆的三角支架之间均为可拆卸的活动连接，三角支架的支撑杆为可折叠连杆，三角支架的下端设有锁定轮。其特点是可旋转、可移动、使用方便，并且可折叠、可装卸，便于存放与携带。其专利主权项为：可移动式多功能婴儿摇篮床，包括摇篮、三角支架、横杆、吊管，其特征在于，摇篮由两部分构成，该两部分之间为活动连接，可在90°与180°之间折叠，通过滑杆固定，吊管的上端与横杆之间设有转向盘，支撑摇篮的吊管、转向盘、横杆以及支撑横杆的三角支架之间均为可拆卸的活动连接，所述三角支架的支撑杆为可折叠连杆，三角支架的下端还设有锁定轮。
图1 系统总框图
其中，温度检测选用芯片18b20，因为它体积小，仅有一根数据线，系统简单，可以将它放入婴儿摇床里，当检测到婴儿的体温高于或低于预先设定的范围时，单片机就会发出报警信号。婴儿哭声的检测电路模块由声音采集和声音检测两部分组成。由话筒采集到的声音，要通过一个声音检测的滤波电路，此滤波电路会滤去婴儿哭声频率段以外的电信号，从而保证采集到的是婴儿的哭声，只有哭声信号才能通过比较电路启动摇篮。
摘 要
本文介绍了由单片机控制的新型多功能婴儿摇篮。控制模块由AT89S52单片机作为控制核心，硬件电路分为声音检测、温度检测、湿度检测、电机驱动、人机交互和报警等模块。该系统的功能是：输入的哭声信号控制摇篮的启动，当有温湿度报警信号输入时，启动报警系统。人机交互是由定时按键和LCD组成，摇篮晃动的时间是由按键预置的；LCD可以显示定时时间和婴儿体温、尿床状态。软件部分应用单片机C语言实现了本设计的全部控制功能，包括定时设置、电机驱动、状态显示、报警和音乐播放等。
根据论文资料，还有一种基于加速度传感器MMA7260QT的自动摇篮，系统采用飞思卡尔mc9s08qg8单片机作为控制器，使用飞思卡尔加速度传感器MMA7260QT判断婴儿的活动情况，当检测到婴儿活动时自动开启摇篮。属于动作启动型摇篮。
1.3设计的目的及意义
现在市场上的智能摇篮都只具有在婴儿哭闹时自动摇摆并播放音乐的功能，因此只能起到单一的催眠功能，不能针对婴儿的活动发生动作，若摇篮一直摇动，对婴儿的安抚作用就会降低。采用声音触发的自动摇篮，缺点是婴儿先是活动，得不到安抚则会哭闹，摇篮才会启动进行安抚；另外如果因为别的原因哭闹，摇篮则不能起到安抚作用。所以根据婴儿的活动来启动摇篮是比较妥当的控制方式。用单片机来控制摇篮的启动，成本较低，适合这样的应用。另外，现有的摇篮不能应对一些突发情况，比如婴儿尿床和发烧等。这样，如果看护者不在旁边，摇篮并不能对婴儿起到很好的照顾作用。
目前的电动摇篮，其摇摆的启动方式分为采集声音和运动两种。 电磁式多功能婴儿摇篮床：它是由一个下座连支架、一个摇篮、一个平衡块与平衡杆组成，下座的支架有一个轴承通过轴与摇篮相连接，并且可以自由转动，平衡块是可以调节重量，使摇篮的重心处于转轴上。磁动力：在摇篮底部有一个磁性条，在下座中央有一个电磁铁。 电动式多功能婴儿摇篮床：结构件与电磁式相同。动力部分是用一个汽车用雨水划水器安装在轴承处，每当划水器将滑臂划动一下，就会带动摇篮晃动一下。如果调节划水器划动频率，即可使摇篮晃动频率改变。能任意调节摇篮角度：可将摇篮沿X轴与Y轴倾斜任意角度。
如果借鉴上文4名英国大学生的设计思想，在现有的摇篮功能的基础上增加温度传感和湿度传感器件，就可以在婴儿尿床时及时提醒父母，以尽量减少婴儿的不舒适感，当婴儿发烧时也可以及时发出警报，方便看护者随时掌握婴儿的身体状况，从而降低婴儿“摇篮死亡”的几率。
所以，设计一款多功能的婴儿摇篮可以让父母不必随时守在婴儿身旁，促进了婴儿的健康睡眠，提高了大人和小孩的生活质量，使家长照看婴儿更为方便。本文设计的多功能婴儿摇篮采用电机控制摇床摆动，采用9V交流电源供电，保证工作电压处于安全范围内。当婴儿所发出的声音超过一定分贝时，摇床就回自动的一边摇晃一边播放音乐。当婴儿的垫子达到一定的湿度后（即婴儿尿床），可以通过湿度传感器采集信息，经过摇篮主控板处理后通知父母，让家长做出相应的处理。一般婴儿的正常的体温在腋窝处为35.9℃～37.2℃之间，当婴儿的体温超过正常范围后，通过报警系统发出报警信号，并在液晶界面显示婴儿的体温，以便及时通知父母，并可以使父母立刻了解婴儿的体温状况。该款多功能婴儿摇篮比同类产品的功能更齐全，可以让父母晚上不出自己的房间便可以了解婴儿的情况，使家长照看婴儿更为方便，因此该产品前景广阔，有潜在的市场空间。
除了技术上的问题以外，方案一和二的智能摇篮都只具有在婴儿哭闹时自动摇摆并播放音乐的功能，因此只能起到单一的催眠功能，而不能应对一些突发情况，比如婴儿尿床和发烧等，这样，如果看护者不在旁边，摇篮并不能对婴儿起到很好的照顾作用。这次设计的多功能摇篮希望有更高的智能性，给使用者带来更大的方便。所以，设计选用方案三。
关键字：单ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ机；声控；湿度检测；体温检测
1绪论
现代家庭大多是独生子女家庭，父母对子女的婴儿期培育非常重视。然而养育婴儿是一件非常消耗时间和精力的事情，常常会与父母快节奏的工作生活产生冲突。有些父母因为夜间照顾婴儿，长时间不能得到很好的休息，甚至严重影响了健康和正常的工作。据了解，有很多的上班族父母都会为照顾婴儿而苦恼。为此，本文设计了一款具有多种功能的智能婴儿摇篮，希望达到使父母不用在摇篮边就能了解到婴儿的情况，从而采取相应的处理的目的，从而减轻父母的负担，在保证照顾好婴儿的前提下，保证父母的正常生活和工作。
2.1方案论证
方案一：运用直流变频技术，由婴儿的啼哭声启动摇篮工作，装有定时装置，1－60分钟可自行调节，自动停止；若婴儿再次啼哭，哭声可指令摇篮重新工作。另外，摇篮工作时是否播放音乐、音乐大小可选择。这款摇篮代表了现在市面上大多数的智能摇篮，属于声控启动型。
方案二：采用运动信号启动的方式，使用飞思卡尔加速度传感器mma7260qt判断婴儿的活动情况，当检测到婴儿活动时自动开启摇篮。摇篮系统采用飞思卡尔mc9s08qg8单片机作为控制器。但是，这种启动方式在技术上难度较大，需要在摇篮内置很多感应探测装置，通过比较各个装置采集的信号判断婴儿的活动情况。加速度传感器测量运动和动作有很多算法，过于复杂，而且摇篮的内置感应装置如果数量少，不足以准确判断运动情况，数量多则会增加设计和制造的难度，而且必然会增加很多成本。