智能婴儿监护系统设计

【摘要】介绍了基于摄像头监控下的智能婴儿监护系统，系统采用一款高度集成芯片MC44BS373CW实现无线图像的传递，这是摩托罗拉公司新出的一款射频视频调制芯片，通过它可以实现监控视频的调制发射，利用无线的技术传递视频图像，省去了布线的繁杂，无线的系统设计更具有自由度，系统采用智能控制，可以通过无线的技术控制系统，系统通过传感器可以把适度，温度，声音通过无线的方式传递出来，接收端可以利用遥控器控制相应的操作达到目的，摄像头拍摄的视频可以给监护者参考。

【关键词】MC44BS373CW；无线；视频调制；智能

1.前言

快节奏的生活，较大压力的工作环境，使得人们对时间的合理安排要求越来越苛刻，在休息期间有一个好的睡眠是能缓解压力，恢复体力的最好方法，那么照顾孩子怎么办，这个系统能够很很好的缓解这些问题。

本文设计基于MC44BS373CW射频视频调试芯片进行视频的调制和发射，同时也可以传递语音。这样监护者可以清晰地观测到婴儿的动态，同时利用无线收发模块可以控制婴儿床的位置，是摇篮状态还是睡眠状态，同时系统的湿度传感器会检测婴儿是否尿床，温度传感器检测婴儿的温度，婴儿床靠近婴儿头部有一个小麦克检测婴儿是否哭啼。这个系统根据婴儿的特点量身设计的，完全保证了婴儿的环境适宜，这样为监护者提供了很好的帮助，也节省了监护者的一部分时间。

2.系统结构

该系统由检测电路：温度检测，检测婴儿当前体温；尿湿检测，检测婴儿是否尿床；翻身检测，检测婴儿睡姿是否正常；哭啼检测，检测婴儿是否因饥饿等情况引起的身体不适而哭啼；光线检测，检测婴儿的环境光线是否适宜；踢被检测，检测婴儿是否踢被，避免婴儿着凉。

主控电路：接收检测信号，本地控制指令，远程控制指令，控制视频监控的开启与关闭，控制摇篮方式的启动与关闭，控制播放音乐系统等功能。

视频监控：把摄像头摄录的图像经过无线的方式传输出去，把婴儿最准确的信息传递给监护者。

图1是系统组成框图。

3.硬件电路设计

3.1　检测电路的分析

温度检测，采用18B20温度传感器检测，在婴儿床底部即婴儿睡眠处安放3处温度检测，主要检测婴儿头部温度和背部温度，确保检测准确。

尿湿检测部分采用具有一定阻值的垫子检测信号。婴儿躺在这种垫子上，垫子通过引线连到A/D转换器，转化出的电压与阻值成比值关系，检测电压输入单片机与设定值比较，因垫子自身有一定阻值R，所以会有初始电压。通过对端口电压值的A/D采样处理，可以根据实际情况智能设计尿湿报警门限值，避免了普通开关式测量带来的误判。当婴儿发生尿床时，垫子电压就会降低。当经单片机处理后的电压值超过设定电压的门限值下限时，系统就会提示报警，及时将报警信息告知父母。

翻身检测利用红外对管增大发射功率和发射角度，实际用了两个红外发射管并联，同时发射。为避免环境中别的红外信号的干扰，在程序中做了设置：在发射程序中让红外发射管发出一定的加密数据，在接收程序中检测接收的数据。当检测接收的数据正确时，证明婴儿睡姿正常，当婴儿睡姿不正确时把红外线挡住时，收不到发射信号则报警提示。

哭啼检测是在婴儿头部附近放置一个话筒，拾取婴儿的哭啼声音。

光线检测利用光敏电阻，检测光线强弱，预设值可以调节。

踢被检测利用热释电检测人体，避免误检测系统设计3个检测点，多点检测，同时检测到信号时提示婴儿已踢被。

3.2　视频监控

视频监控通过摄像头拾取视频图像，经过视频调制转换可无线传输出去，设计采用一款高度集成芯片MC44BS373CW，它是摩托罗拉公司新出的一款射频视频调制芯片，它内部集成了两个PLL，一个是产生伴音的载波6.5MHZ，另一个是视频的载波，芯片集成度很高，下面是该芯片的简要说明。

MC44BS373CW有两种封装，一种是SO16NB封装，还有一种是QFN20封装的。设计是用的16脚封装的。

此芯片是I2C的数据传输，既能节约单片机的I/O口的使用，而且传输速度也快，从数据手册查询时钟为300n秒。

通过分析该芯片的数据手册可得知输出频率的计算方法，伴音载频可以直接设置成6.5MHZ，而射频是通过PLL生成。芯片外部晶振产生4MHZ的信号，在芯片内部进行128分频后得到31.25KHZ的基准信号，再经过倍频可得到稳定的射频信号F，F先经过8分频后，再进行N分频得到基准频率，计算公式如下（F为MHZ）：

由于该芯片集成度很高，所以需要在外部连接的器件就很少，给调试带来很大方便。图2是它的实际应用原理图。

图像接收设备，采用传统的小电视机接收，省空间便于携带。发射接收频率可预设，避免占用公共频带。

3.3　控制部分

控制系统采用MEGA16单片机，该单片机具有16K系统内可编程FLASH、8路10位ADC、32个可编程的I/O口和四通道PWM。

该单片机工作稳定，功耗低，I/O口多，还有8路10位ADC省去扩展的麻烦，还有四通道PWM驱动电机正好。

3.4　摇篮部分

通过电机的转动摇动婴儿，模拟出人的晃动情景，安抚婴儿入睡。

如图3所示电机向左慢速转动5秒后婴儿睡眠的板向左偏上450移动15cm后停止，让让睡眠板自由回落，形成自由摆的状态，每过30秒后电机提升一次睡眠板，让自由摆持续摆动。

3.5　播放音乐部分

4.软件程序设计

4.1　主机控流程图

主机控制程序流程图如图4所示。

4.2　远程监控流程图

监控程序可由监护者手动启动监控，在检测事故状态自动启动监控，流程图如图5所示。

5.测试结果

5.1　测试设备

5.2　测试结果

通过抽样检测5个信号的频率与预设频率有微量误差见表1所示，分析原因是锁相环的基准频率受温度影响频率浮动造成。

5.3　图像结果

经过测试接收范围空旷地段可达28米图像清楚，在室内接收隔1堵墙距离5米内图像清楚，隔2堵墙图像基本清楚测试距离6米，在目前普通家庭满足要求。

6.总结

设计基本达到了预期研究目标，实现了智能控制，远程监控，检测灵敏；具有了一定的实际应用价值，进一步的改进可投入市场，为社会服务。虽然都得到了实现，但我在实践方面仍存在一定的不足，所以需要进一步研究，提高系统的稳定性，可考性，能到产品的性能。

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作者简介：杨振雷（1982—），男，学士，助理实验师，主要研究方向：无线通信技术、微控制系统与工业控制、视频监控技术等。