基于低功耗蓝牙技术的智能婴儿摇床设计

2018-10-19重庆第二师范学院李芷薇穆壹澜

电子世界 2018年19期

重庆第二师范学院李芷薇穆壹澜赵楚

引言：在二胎开放的大环境下，婴幼儿产品智能化的需求愈加迫切，一款便利的婴儿摇床也成了每个拥有新生儿家庭的必需品，为了宝贝的健康成长同时帮助解决父母们无法成眠的苦恼，本文主要以AU6210K为主控芯片，实时检测儿童们所处室内环境的空气质量，及时示警，并利用声音传感器检测来孩子的哭声，驱动音乐播放模块和摇摆驱动电路模块来安抚婴儿，减少对家长工作生活产生影响的婴儿哭闹次数，有效改善新生儿家庭的生活品质。

1.序言

二胎政策的开放大大增加了我国新生儿在全国所占人口比例，人们对婴儿床的需求随之增长。如何为婴儿们提供一个良好的安睡、成长的环境成为了当下拥有新生儿的家庭关注的热点。婴儿床周围的空气质量是时刻影响儿童生长的关键因素，如何实时监控空气质量的变化成为了家长们的一项烦恼；婴儿在夜半惊醒后，如果没有得到及时的安抚，啼哭声将在得到安抚后才可能停止，然而及时发现和回应婴儿是家长们的另一项烦恼。

本设计旨在监测婴儿床周围的环境，当空气中的有害气体检测超标时，实时向家长报警；时刻检测孩子的所处环境的分贝值，及时播放音乐并摇床回应并安抚孩子，减少父母的起夜次数。

2.系统的总体设计

本设计采用AU6210K作为主控芯片与六个模块相互连接以实现系统功能：

①电源模块；②蓝牙模块；③摇摆驱动电路模块；④声音传感器模块；⑤音乐播放模块；⑥空气质量检测模块。

图1 系统功能结构图

3.硬件部分

3.1 主控芯片的选择

设计的主控芯片为AU6210K，它具有多应用、高性能音频SOC芯片，具有可以读取MP3格式的文件系统，兼具MP3解码模块，支持UFO设备掉电记忆，IO口复用等功能，适合实现多功能模块连接，可满足蓝牙接入以及低功耗等需求。[1]

其功能模块如图2所示。

3.2 主控芯片外围连接模块设计

3.2.1 电源模块

电源模块的设计核心是低功耗，同时保证功能的供能。AU6210K中包含LDO模块，需要提供一组3.35-5.5V的输入电源。当输入电压为5V时，功耗相对较低。系统在不使用时，主控板将停止工作，进入低电量模式，低功耗运行时钟闹钟，等待并实时响应唤醒信号。[1]一般情况下，蓝牙模块处于待机状态，直到主控板唤醒蓝牙模块进入蓝牙模式。

图2 主控芯片功能模块示意图

图3 主控芯片封装图

3.2.2 声音传感器模块

该模块采用的一种设置合理，分辨率高的声音检测传感器，利用声音检测架屏蔽设在下部的检测孔以外的周围噪声，经过处理器差分处理后，实现对被检测对象声音大小的检测[2]，检测效果较好，制作成本低廉，在设计中用以检测婴幼儿作出环境的噪声和婴儿自身的哭闹声。将收集到的数值传给AU6210K并进行解码判断，获取当前婴儿是否处于哭闹状态的判断结果。

传感器内部结构如图4所示：

图4 声音传感器内部结构示意图

3.2.3 蓝牙模块

本设计的蓝牙模块原理图如图5所示，将蓝牙芯片的多个引脚接入主控AU6210K，实现连接控制。开启蓝牙模式后，会自动连接到上一次接入的设备，方便操作，可以直接在移动设备中控制播放，方便家长们的操作。

图5 蓝牙模块与主控模块连接示意图

3.2.4 摇摆驱动电路模块

根据分贝检测的结果判断是否启动摇床的机制，如果在不断安抚下宝宝的哭闹没有停止，将会减缓直至停止摇动，并向家长的移动端发送消息，提示家长前来查看宝宝的情况。

本设计使用的一种采用无线电遥控的电磁摇摆器，可随时调整频率，安全可靠、新型无噪声、制作成本低。结构如图6所示。

图6 电磁摇摆器结构图

图7 空气质量检测流程

该部分的设计利用的电磁感应原理，电磁感应原理是对线圈通电后产生磁力。[2]通过改变通过线圈的电流大小来改变磁力的大小，摇床在摇摆过程中，摇摆的力度能够根据需求通过改变电压的大小进行调节从而使摇床产生合适规律的摆动，由于电流是线性变化的，可以摇床能够平稳的进行摇摆，噪声较小。

3.2.5 音乐播放模块

利用AU6210K的功能模块MP3解码器，从直接存储器中取出MP3音乐文件，并在解码芯片中解读出存储器中的信号，对信号进行解码，再利用数模转换器将这些数字信号转换为模拟信号，然后将通过转换的模拟音频通过功放模块进行放大，最后进行滤波后传送到音箱[3]，播放家长预先存放的摇篮曲。

同时在蓝牙模式下，可以通过蓝牙连接家长的移动设备，直接在设备中控制媒体音乐的播放。

3.2.6 空气质量检测模块

设计中一共采用了三种传感器来检测空气质量：甲醛传感器；NH3传感器；苯传感器。空气质量检测的流程如图7所示。甲醛传感器采用Membrapor公司生产的电化学传感器CH2O/S-10-S收集空气中的甲醛浓度数值；NH3传感器和苯传感器均选择Winsensor公司生产的电化学传感器。将通过气体传感器采集到的对应气体浓度的微弱电流信号，利用信号调理电路和基于FPGA的模数转换电路得到对应气体的初始浓度值输出给主控芯片[4]。

对收集到的数据进行判断，当超过阈值时，将触发报警功能，启动蓝牙模块，向家长的移动设备发送警报信息。