刘振翔 赵政春 黄威 肖绍武 熊康灵

摘要：针对婴幼儿排泄状况的及时检测具有现实需求，文章以STM32F103为控制器设计了一种多功能的尿布贴，实现温湿度检测、语音识别和WIFI通讯等功能。测试结果表明：系统能精确检测到被护理人的排泄情况，实现实时报警，具有远程通讯、可靠性高等特点。

关键词：STM32;传感器;尿布贴;智能控制

中图分类号：TP311    文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）33-0114-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

1 引言

尿布贴是婴幼儿重要的日用品，目前，市场上尿布贴一般只具有单一的吸湿功能，并不能检测到宝宝的状态，如果排泄过量而没有及时更換，常常诱发婴儿皮肤疾病。因此，设计一种能监测宝宝或特殊人群的排泄状况、体温及睡眠状态的智能化尿布贴有现实的意义，通过各种传感器对纸尿裤或者尿布贴的状态进行分析，将“使用人群”的尿量等状态等各项数据实时传送到监护人的手机上，手机会自动提示监护人为“使用人群”更换尿布贴，方便其更好地了解使用者的状况。

2 设计方案

整体方案设计方框图如图1所示，系统由主控制子系统和受控从机子系统组成，主控制子系统由手机终端构成。受控从机子系统STM32单片机、DHT11温湿度检测模块、LM368声音识别模块、ESP8266WiFi无线通信模块、电源模块、按键模块组成。

STM32单片机通过温湿度传感器及声音传感器实现对被监测人的睡眠状态检测功能，声音传感器检测被监测人是否睡醒、哭闹，温湿度传感器检测被监测人的尿布贴内温湿度的变化情况，WiFi无线通信模块传送传感器的相关信息至手机终端，及时对被检测者的异常情况做出警报。

2.1微型处理器

智能尿布贴采用STM32F103的微型处理器，该芯片是功能强大、高灵活性的多协议 SOC，该芯片基于配备128KBflash + 64KB RAM的32位ARM? Cortex?M3 CPU而构建。支持嵌入式2.4GHz收发器支持蓝牙低功耗、Wi-Fi及2.4GHz操作。

2.2 WIFI无线通信模块

系统采用ESP8266WIFI模块来实现远距离无线通信，能够实时感知和采集传感器的信号，以无线电波作为载体实现对传感器之间的数据通信。该芯片是基于乐鑫信息科技ESP8266芯片而设计的，具有体积小、集成度高、功耗低、操作简单等优点。

2.3温度检测模块

系统采用一种常用于热感测系统数字方式传输的高精度DHT11温湿度传感器来完成。它是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术使其具有极高的可靠性与稳定性。

2.4声音识别模块

系统采用LM368电路音调译码器，由MIC采集婴儿哭声音频信号，通过两级集成运放电路，将采集到的较弱模拟信号放大为强信号。采用电容滤波电路进行滤波，降低噪声的干扰。将滤波后的信号通过二极管进行整形从而得到低频信号，最后通过比较器将模拟信号转化为声音持续时间的数字信号，从LM368芯片的OUTPUT端口输出脉冲信号到主控器芯片。

2.5整体外围电路设计

文章采用Altium Designer电路设计软件，对智能尿布贴进行了外围电路的设计，其中A为STM32单片机，B为温湿度传感器，C为WiFi通信模块，D为声音传感器，具体设计方案以及线路连接图如图2所示：

2.6系统软件设计

软件设计包含上位机主控软件以及下位机受控软件，下位机程序承担采集温度、湿度、声音频率等传感器数据，然后通过WiFi模块将数据传输至上位机主控系统，上位机程序由C++语言开发，通过WiFi模块对下位机传送的温度、湿度、声音频率等数据来判断被护理人的生理状况，当下位机获取的数据超过了上位机所设定的正常阈值时，触发上位机报警，以达到提醒监护人更换尿布的目的，软件流程图如图3所示。

3 测试结果

系统硬件如图4所示，通过测试表明上位机模块能正常显示数据，上下限值调节，报警，自动进行数据存储等功能。系统上电之后，WiFi模块上红灯常亮蓝灯闪烁，上位机连接WiFi模块成功，显示屏左上角实时显示单腔温度、湿度、声音，右上角显示最近30分钟温度、湿度、声音的变化，右下角显示当前时间与温度、湿度、声音是否正常，当超过或低于设定值时会语音播报。由图5分析可知此系统上位机模块完成了显示功能、报警功能，系统上位机模块完成自动存储数据功能。

4 结束语

文章设计了一种可实现手机实时通信的多功能的纸尿裤，借助成熟的WiFi移动网络，不仅能精确检测到被护理人的排泄情况，而且可以通过手机对其进行预警，基本实现了远距离、高效率预警。

参考文献：

[1] 潘子淇，付若冲，刘启航，等.基于STM32的智能婴儿床设计[J].电脑知识与技术，2020，16（23）：214-215，217.

[2] 许俊杰，张伟杰，林木泉.智能婴儿床控制系统的设计[J].信息技术与信息化，2019（11）：78-80，84.

[3] 李丽荣，薄立康.STM32技术下单片机的通信技术实验系统设计与实现[J].电子测试，2021（7）：30-31.

【通联编辑：梁书】