嬰幼兒學(xué)步車安全監(jiān)測與控制系統(tǒng)設(shè)計

1、嬰幼兒學(xué)步車平安監(jiān)測與控制系統(tǒng)設(shè)計張誠誠梅斌沈宏光韓宇王靖宇摘 要：根據(jù)嬰幼兒平安需求，設(shè)計了一款基于單片機的智能嬰幼兒學(xué)步車平安監(jiān)測與控制系統(tǒng)，系統(tǒng)包括防嬰幼兒喪失的壓力傳感器、防跌落的高度傳感器、防摔倒的速度傳感器，并能將這些傳感器數(shù)據(jù)實時通過WiFi模塊上傳到監(jiān)護人的APP上，通過設(shè)置這些傳感器的閾值，或采用默認值，配合系統(tǒng)中的剎車控制系統(tǒng)，在危險時及時剎車，能根據(jù)監(jiān)護人的要求很好地保證嬰幼兒使用學(xué)步車的平安。關(guān)鍵詞：嬰幼兒學(xué)步車 平安監(jiān)測 傳感器 自動控制 單片機中圖分類號：Y57    

2、0;文獻標識碼：A文章編號：1672-3791202107b-0007-03DesignofSafetyMonitoringandControlSystemforBabyWalkersZHANGChengcheng MEIbin* SHENHongguang HANYu WANGJingyuHubeiNormalUniversity，Huangshi，HubeiProvince，435002ChinaAbstract：Accordingtothesafetyrequirementsofinfantsandyoungchildren，asafetymoni

3、toringandcontrolsystemofintelligenttoddlerbasedonsinglechipmicrocomputerisdesigned.Thesystemincludespressuresensor，heightsensorandspeedsensortopreventinfantsandyoungchildrenfromlosing.ThedataofthesesensorscanbeuploadedtothemobileappoftheGuardianthroughWiFimoduleinrealtime，andthesesensorscanbesetAcco

4、rdingtotherequirementsoftheguardian，itcanensurethesafetyofinfantsandyoungchildrentousethewalkingcar.KeyWords：Babywalker;Safetymonitoring;Sensor;Automaticcontrol;Singlechipmicrocomputer眾所周知，嬰兒在學(xué)習走路的時間里，父母都會特別擔憂孩子的平安，傳統(tǒng)的嬰兒學(xué)步車最初是為了解放母親的雙手，但隨著人們對傳統(tǒng)嬰兒學(xué)步車的使用，一系列的平安隱患逐漸外露，例如廣州康復(fù)醫(yī)學(xué)專家指出過早使用學(xué)步車會造成嬰兒步態(tài)不穩(wěn)、腿骨變形甚

5、至影響脊柱發(fā)育【1】。致使許多父母不敢讓自己的孩子通過嬰兒學(xué)步車來練習走路。為了解決這一問題，該文提出了嬰兒學(xué)步車的改進措施，即通過平安監(jiān)測與控制系統(tǒng)來輔助傳統(tǒng)的嬰兒學(xué)步車，更好地實現(xiàn)了母親放心、孩子開心的特點。該文主要以加強嬰幼兒在學(xué)步過程的平安性為目的，改進并完善嬰幼兒學(xué)步車，進而降低父母照顧嬰幼兒的壓力。經(jīng)過研究調(diào)查，市場上常見的嬰幼兒產(chǎn)品的制作主要應(yīng)用的材料是塑料高分子量的合成樹脂，這種材料的回收性差、耐熱差、易老化，燃燒時可產(chǎn)生有毒氣體，對寶寶的身體影響極大，所以必須選用平安材料。另外，傳統(tǒng)的嬰兒學(xué)步車制作簡易，存在很多的平安問題，目前涉及的主要平安問題有3個：一是座位適應(yīng)度不佳;二

6、是平安性不高，沒有監(jiān)測措施的情況下，孩子有被他人抱走的風險;三是易側(cè)翻，學(xué)步車位于樓梯或下坡邊緣時，嬰幼兒很難控制住學(xué)步車，會導(dǎo)致學(xué)步車側(cè)翻的嚴重后果。為了防止以上情況的發(fā)生，可以利用高度傳感器、壓力傳感器和速度傳感器，以及WiFi模塊和APP來對嬰兒學(xué)步車的狀態(tài)進行直接或間接的實時監(jiān)測，讓家長能夠真正地放心并合理利用嬰兒學(xué)步車，實現(xiàn)適應(yīng)孩子們盆骨、腿骨正常發(fā)育。家長在上可清晰地看到孩子的狀態(tài)與位置，由系統(tǒng)的高度傳感器確定是否有側(cè)翻危險，假設(shè)有危險，嬰兒學(xué)步車通過配合系統(tǒng)中的剎車控制系統(tǒng)自動鎖住學(xué)步車，由系統(tǒng)的壓力傳感器確定嬰幼兒是否離開學(xué)步車，假設(shè)嬰幼兒離開座椅，嬰兒學(xué)步車以及家長APP會同

7、時“報警，確保嬰幼兒的平安。1 硬件設(shè)計嬰兒學(xué)步車的平安監(jiān)測與控制系統(tǒng)是以STC89C52RC單片機為核心，高度傳感器、壓力傳感器、速度傳感器進行數(shù)據(jù)監(jiān)測，WiFi模塊進行實時的數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊议L的APP上，保障嬰幼兒的平安。單片機與各傳感器模塊之間的相互關(guān)聯(lián)如圖1所示。1.1高度傳感器高度傳感器可以利用紅外測距傳感器，高度傳感器可安放在嬰兒學(xué)步車的各個車輪的固定位置，來間接、實時地監(jiān)測各車輪離地面的高度，加以判別在嬰兒學(xué)步車里的嬰兒是否處于類似樓底的危險區(qū)域邊緣。其中需要特別注意的是，光脈沖的傳播速度非?？?，約為299792458m/s，所以要想測量的距離到達預(yù)想的精準度，就要求傳感器

8、的電子電路必須能分辨出極短的時間。1.2壓力傳感器壓力傳感器是一種能將接收到的壓力信號通過某一規(guī)律轉(zhuǎn)換為電信號的裝置，它是由壓力敏感元件和信號處理單元組成【2】。壓力傳感器在正常工作時，壓力敏感元件可以接收到由外部產(chǎn)生的壓力信號，然后信號處理單元通過某一規(guī)律轉(zhuǎn)換為一個觸發(fā)信號發(fā)送給單片機，單片機最終將數(shù)據(jù)發(fā)送到家長的APP上，家長就能清楚地知道嬰兒是否離開了學(xué)步車。1.3速度傳感器速度可以分為角速度與線速度，對應(yīng)就有角速度傳感器與線速度傳感器【3】。將速度傳感器固定在嬰兒學(xué)步車穩(wěn)定的支架上，速度傳感器可以實時監(jiān)測小車的速度并可以實時將數(shù)據(jù)顯示在家長的APP上，當小車的速度到達一定的閾值時，線速

9、度傳感器將數(shù)據(jù)反響給單片機，單片機將通過控制嬰兒學(xué)步車的車輪來保障嬰幼兒的平安，與此同時再通過WiFi模塊將危險信息發(fā)送給家長的APP上。線速度傳感器是一種能將接收到的速度變化量轉(zhuǎn)換為電信號變化量的裝置，常見的線速度的測量原理有激光測速和雷達測速，如圖2所示。利用激光測速的線速度傳感器在正常工作時，先由激光發(fā)射口發(fā)射激光，激光遇到物體發(fā)生散射，局部激光被攝像接收口接收并將信號反響給信號處理器，最后信號處理器根據(jù)算法得到嬰兒學(xué)步車的線速度【4】。1.4WiFi模塊普遍的WiFi模塊可大致分為3類：通用WiFi模塊、路由器WiFi模塊和嵌入式WiFi模塊【5】，通用WiFi模塊主要應(yīng)用于、電腦等電

10、子設(shè)備，路由器WiFi模塊主要應(yīng)用于家用路由器上，嵌入式WiFi模塊主要應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)等智能家居。在嬰兒學(xué)步車上可以利用嵌入式WiFi模塊給APP實時發(fā)送數(shù)據(jù)信息，讓家長真正地能夠放心。1.5剎車控制系統(tǒng)嬰幼兒使用的學(xué)步車的車輪都一般為自由輪，為了適應(yīng)嬰幼兒這種特殊群體，可以采用兩種方法進行剎車控制：一是齒輪剎車法，將車輪上的齒輪卡住，直接鎖死車輪;二是剎車片剎車法，通過剎車片對車輪產(chǎn)生摩擦力剎車摩擦力在90300N，并可以根據(jù)小車速度控制剎車的力度，這樣可以防止慣性對寶寶造成傷害。學(xué)步階段的嬰幼兒在正常使用學(xué)步車時的線速度在1m/s內(nèi)，可以將此速度作為速度傳感器的閾值，假設(shè)嬰幼兒學(xué)步車上的速度

11、傳感器監(jiān)測到線速度超過這個閾值，那么傳感器將數(shù)據(jù)反響給單片機，單片機最后控制剎車片進行防抱死剎車，防止學(xué)步車的慣性對寶寶造成傷害。當高度傳感器監(jiān)測到嬰幼兒學(xué)步車靠近樓梯等有側(cè)翻危險區(qū)域時，需要采用齒輪剎車法直接在最短時間內(nèi)鎖死車輪。2 結(jié)語這種擁有平安監(jiān)測與控制系統(tǒng)的嬰兒學(xué)步車能夠更好地讓嬰幼兒在使用時讓盆骨、腿骨正常發(fā)育，3種傳感器模塊高度、壓力和速度傳感器以及WiFi模塊的關(guān)聯(lián)能夠讓家長通過APP實時了解到孩子在嬰兒學(xué)步車上的動態(tài)，同時嬰兒學(xué)步車利用自身的監(jiān)測與剎車控制系統(tǒng)也能及時地防止嬰幼兒受到不可控制的意外傷害。參考文獻【1】王淑嫻.嬰幼兒學(xué)步車的平安性設(shè)計研究D.河北科技大學(xué)，2021.【2】吳磊.核電工程混凝土骨料液氨風冷系統(tǒng)平安監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用J.科技資訊，2021，1635：81-83.【3】姚衛(wèi)國.計算機軟件平安檢測技術(shù)方法研究