EEPW论坛

作者：洛阳理工学院 张鑫 郭鹏鸽 徐会一
指导教师：张焕龙 李志先

作品简介

　　一、 开发背景
　　步入了二十一世纪，许许多多的80后、90后也已经开始结婚生子，而生活在这样一个竞争激烈的社会大背景之下的新一代爸爸妈妈们最离不开的估计就是婴儿车了。而传统的婴儿车只是一个单一的载体，很难保证婴儿的舒适。而贴心宝贝车恰好解决了这一难题：随时监测并直观的显示出婴儿所处的环境，以便于家长随时给予婴儿最舒适的环境，保证婴儿的健康成长。　　

　　传统的婴儿车功能单一，只是用来当做放置婴儿的载体。随着科学技术的发展，消费者对婴儿车的需求越来越大、对婴儿车的要求也越来越高。消费者希望婴儿车能最大可能地模仿人的操作，让孩子的生活环境更安全、更舒适、更健康、更美好。现在的婴儿，是用的纸尿裤，但是，纸尿裤不能够保证婴儿皮肤的透气度。尿湿虽然能够大部分的吸收，但是还是存留在了纸尿裤内，父母都不能方便的察觉。时间长了,让小BABY感到不适，更严重的可能导致感冒，考虑到种种原因，为此，我们专门设计了这款“贴心宝贝婴儿车”来帮助这些新爸爸妈妈解决他们的难处　　

　　二、结构说明
　　1.结构原理图　　

　　2.硬件各个模块
　　婴儿宝贝车采用12864液晶屏作为人机交互界面，用于显示测试数据。图1-5所示为所用液晶屏实物图。　　

　　使用SHT10温湿度数字感应器来采集数据，能实时的感应环境的温湿度，传感器包括一个电容式聚合体测湿元件和一个能隙式测温元件。如图1-6所示为SHT10温湿度感应器。　　

　　使用NRF24l01无线模块作为无线传输数据的媒介。如图1-7所示为NRF24l01无线模块。　　

　　使用 ISD1700语音模块作为语音输出,如图1-8所示。　　

　　以IAP15F2K61S2单片机作为主控制器，图1-9为比赛提供的IAP15F2K61S2核心板实物图。　　

　　三、功能与使用说明
　　1.功能
　　(1)安全功能：防丢失。为了确保安全，必须要保证其在大人的视野范围以内。超过一定的安全距离，车就会报警。
　　(2)检测功能：对于婴儿的温度以及周围空气湿度测试，当婴儿体温或者周围空气湿度不正常时，婴儿车就会发出语音报警提醒。
　　(3)监护功能：当婴儿尿湿时，婴儿车会报警;婴儿哭闹的时候婴儿车前面的语音功能可以播放童谣，安抚小孩，吸引小孩注意力。
　　2.使用说明
　　将本作品供电后，使用者需在听见报警声后，观察液晶屏上文字提示，然后采取相应措施即可，属完全自动化作品。

　平台选型说明

　　本项比赛规定一律使用大赛指定开发板进行比赛，因而主要有以下四种平台可选：开发板包括FPGA开发板(以Xilinx Spartan-3E 系列芯片为控制核心)、PSOC开发板(以CY8C3866AXI-040芯片为控制核心)、单片机开发板(以STC15F2K61S2芯片为控制核心)、嵌入式开发板(以Freescale MK10DN512ZVLL10芯片为控制核心)，其中单片机开发板功能较其余三种稍微弱一些，但是对于本次参赛所设计的作品，单片机相当合适，具有显示模块，输入/输出模块，传感模块，通信功能，A/D 、D/A 模块，电子日历功能……对于婴儿车助手来说很容易就可实现，因此采用以STC15F2K61S2芯片为控制核心的单片机开发板。

设计说明
　　一、原理图
　　1.SHT10温湿度数字传感器电路连接图,如图2-1所示。　　

　　2.NRF24l01无线模块电路连接图,如图2-2所示。　　

　　3.ISD1700语音模块电路连接图,如图2-3所示。　　

　　4.12864液晶屏电路连接图如图2-4所示。　　

　　二、 设计原理
　　贴心宝贝车助手工作流程图：　　

　　NRF24l01无线模块：
　　NRF24L01是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。发射数据时，首先将nRF24L01配置为发射模式：接着把接收节点地址TX_ADDR和有效数据TX_PLD按照时序由SPI口写入nRF24L01缓存区，TX_PLD必须在CSN为低时连续写入，而TX_ADDR在发射时写入一次即可，然后CE置为高电平并保持至少10μs，延迟130μs后发射数据;若自动应答开启，那么nRF24L01在发射数据后立即进入接收模式，接收应答信号(自动应答接收地址应该与接收节点地址TX_ADDR一致)。如果收到应答，则认为此次通信成功，TX_DS置高，同时TX_PLD从TX FIFO中清除;若未收到应答，则自动重新发射该数据(自动重发已开启)，若重发次数(ARC)达到上限，MAX_RT置高，TX FIFO中数据保留以便再次重发;MAX_RT或TX_DS置高时，使IRQ变低，产生中断，通知MCU。最后发射成功时,若CE为低则nRF24L01进入空闲模式1;若发送堆栈中有数据且CE为高，则进入下一次发射;若发送堆栈中无数据且CE为高，则进入空闲模式2。　　

　　接收数据时,首先将nRF24L01配置为接收模式，接着延迟130μs进入接收状态等待数据的到来。当接收方检测到有效的地址和CRC时，就将数据包存储在RX FIFO中，同时中断标志位RX_DR置高，IRQ变低，产生中断，通知MCU去取数据。若此时自动应答开启，接收方则同时进入发射状态回传应答信号。最后接收成功时，若CE变低，则nRF24L01进入空闲模式1。
　　SHT11温湿度传感器、12864液晶模块：
　　SHT11是基于CMOSens技术的新型智能温湿度传感器，它将温湿度传感器、信号放大调理、A/D转换、二线串行接口全部集成于一个芯片内，融合了CMOS芯片技术与传感器技术，使传感器具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、极高的性价比等优点。其内部结构框图如图2所示：　　

　　SHT11传感器默认的测量温度和相对湿度的分辨率分别为14位、12位，通过状态寄存器可降至12位、8位。湿度测量范围是0～100%RH，对于12位的分辨率为0.0300RH;测温范围为-40～+123.8℃，对于14位的分辨率为0.01℃。每个传感器芯片都在极为精确的湿度室中标定，校准系数以程序形式储存在O T P内存中，在测量过程中可对相对湿度自动校准，使 SHT11具有100%的互换性。
　　其测量原理：首先利用2只传感器分别产生相对湿度、温度的信号;然后经过放大，分别送至A/D转换器进行模数转换、校准和纠错;再通过二线串行接口将相对湿度及温度的数据送至微控器;最后利用微控器完成非线性补偿和温度补偿。
　　ISD1760语音模块：
　　ISD1760是Winbond公司新推出的语音芯片，。芯片内部包含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器与内存等全方位整合系统功能。该芯片使用模拟处理存储方式，音频数据直接存储在固体存储器中，无需数字压缩，提供更优质的语音和音乐再现，没有常见的背景噪音，可录音十万次，且电路断电后语音内容不会丢失。
　　ISD1760的独立(按键)模式录放电路比较简单，而且功能强大。仅通过/REC，/PLAY，/ERASE，/FWD，/FT，/VOL和/RESET管脚就可启动相应操作，内部状态机根据需要的操作自动配置音频通道。用户无需知道消息存储在存储器里面的准确地址就可以对语音信息进行录制，播放，擦除和快进等操作。芯片还可以通过/LED管脚给出信号来提示芯片的工作状态，并且伴随有提示音，用户可自定义4种提示音效。

　　三. 设计方案
　　1.方案一
　　使用温度传感器如DS18B20和湿度传感器如HS1101，以IAP15F2K61S2单片机作为主控制器，并加以nrf24l01无线模块，1602LCD显示信息及警报。
　　2.方案二
　　利用 IAP15F2K61S2单片机控制温湿度传感器如SHT10，12864液晶显示信息及警报，ISD1760语音模块播放童谣，同样用nrf24l01无线模块进行安全监护。
　　3.方案三
　　运用GPRS实现安全监护功能，加以APR9600语音识别模块，SM1810B温湿度传感器 ，以IAP15F2K61S2单片机为控制核心。
　　4.方案分析与选择
　　本品决定采用IAP15F2K61S2单片机作为主控制器，SHT11温湿度传感器，nrf24l01无线模块，ISD1760语音模块，来实现宝贝车安全、监护、检测等功能。SHT10温湿度传感器将温度和湿度检测融合在一起,降低总体成本，且测量精度、检测速度都比较高，可以说是一种不错的选择。nrf24l01无线模块较GPRS简单些，容易控制并实现，ISD1760语音模块则比较智能化，可以通过上位机录放，用单片机控制程序操作简单，不过也可不用核心板控制，即它并不必须要用单片机控制，使产品更加简单智能化。

作品特色

　　本品综合多方面来看具有可以说具有先进性、实用性、创新性等一系列的特性，具体陈述如下：
　　1.本品为悬挂式，可附于婴儿车外侧，且体积小巧、便于携带使用。
　　2.产品成本低，5V电压供电，安全性高，低功耗。
　　3.模块采集数据精度高、数据校正精度高、测量数据精确，工作稳定。
　　4.本品也可以用于其他方面，比如仓库温湿度监控，重要物品防盗等。
　　5.各模块抗扰能力强，受外界因素的影响较小。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2722