《基于單片機(jī)控制的具有監(jiān)控和無(wú)線通信功能的智能嬰兒車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》16000字（論文）

基于單片機(jī)控制的具有監(jiān)控和無(wú)線通信功能的智能嬰兒車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-2"\h\u23527基于單片機(jī)控制的具有監(jiān)控和無(wú)線通信功能的智能嬰兒車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1309971緒論 135202系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 3133272.1系統(tǒng)總體方案 3228832.2方案論證 443703系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 8250093.1概述 8319363.2主控模塊電路 8268813.3溫濕度傳感模塊電路 11326113.4聲音傳感器模塊電路 13124133.5按鍵模塊電路 14285143.6音樂(lè)播放模塊電路 14284893.7顯示模塊電路 15246383.8GSM移動(dòng)通信模塊電路 1620613.9床擺動(dòng)控制模塊電路 18313674軟件部分設(shè)計(jì) 2060364.1DHT11溫濕度傳感器程序設(shè)計(jì) 2131794.2聲音檢測(cè)模塊程序設(shè)計(jì) 2234864.3按鍵模塊程序設(shè)計(jì) 22245244.4音樂(lè)播放模塊程序設(shè)計(jì) 23187184.5OLED液晶顯示模塊程序設(shè)計(jì) 2425644.6GSM移動(dòng)通信模塊程序設(shè)計(jì) 25152184.7床擺動(dòng)程序設(shè)計(jì) 26191294.8RTC時(shí)鐘程序設(shè)計(jì) 28292765系統(tǒng)測(cè)試 29313535.1溫度模塊測(cè)試 2999255.2濕度模塊測(cè)試 29202015.3聲音模塊測(cè)試 3078245.4顯示系統(tǒng)測(cè)試 31107105.5GSM移動(dòng)通信模塊測(cè)試 31250915.6床擺動(dòng)模塊測(cè)試 3244596總結(jié)與展望 3324586.1總結(jié) 3390336.2展望 341緒論隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)嬰兒車市場(chǎng)一直保持飛速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，特別是國(guó)內(nèi)放開二胎政策之后，嬰兒車的使用也是越來(lái)越遍及，其市場(chǎng)大小與出生人口有關(guān)。2015年10月，十八屆五中全會(huì)通過(guò)了全面放開二孩的決議，中國(guó)的新生兒數(shù)量在2016年猛增，比2015年多了131萬(wàn)。2019年全國(guó)出生人口1465萬(wàn)，出生率10.48%，隨著人口不斷增加，中國(guó)的嬰兒市場(chǎng)迅速發(fā)展。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年嬰兒車市場(chǎng)的規(guī)模達(dá)到147億元，較上年同期增加11.36%。未來(lái)，隨著人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)嬰兒車、安全座椅等耐用消費(fèi)品的需求和消費(fèi)水平將會(huì)繼續(xù)上升。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，中國(guó)從制造到創(chuàng)造的不斷轉(zhuǎn)變，國(guó)內(nèi)的嬰兒車生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)從模仿的觀念轉(zhuǎn)向了生產(chǎn)，并在生產(chǎn)中加強(qiáng)了對(duì)嬰兒車的工業(yè)技術(shù)和智能設(shè)計(jì)的研究?，F(xiàn)如今，盡管嬰兒車的種類相當(dāng)豐富，但實(shí)質(zhì)上還是以傳統(tǒng)的嬰兒車為主。國(guó)內(nèi)的一些嬰兒車制造商，都是從國(guó)外的嬰兒車制造商那里仿制出來(lái)的，而對(duì)于嬰兒車的功能及安全等方面投入的力度太小，因此國(guó)內(nèi)嬰兒車的功能幾乎一直停歇在以往單一的搭載功能上，而且現(xiàn)在的嬰兒車大多需要人工操縱,安全裝置為人工剎車,不能對(duì)寶寶的所在的環(huán)境和寶寶的哭叫做出適當(dāng)?shù)幕貞?yīng)。停車時(shí)必須人工啟動(dòng)手剎,可是許多父母常常意識(shí)不到重大安全隱患的存在而忽視這個(gè)過(guò)程,造成重大安全事故的出現(xiàn),導(dǎo)致現(xiàn)在的嬰兒車安全保護(hù)裝置也沒(méi)有解決無(wú)人監(jiān)護(hù)時(shí)產(chǎn)生的安全隱患。為了緩解父母在護(hù)理小孩時(shí)費(fèi)時(shí)又費(fèi)力的問(wèn)題，本次設(shè)計(jì)了一款智能嬰兒車。具有安撫寶寶的功能,它可以幫助家長(zhǎng)們花較少的時(shí)間更好地照料好寶寶,同時(shí)也可以在照料好孩子的同時(shí)做好一些家事和一些其他事。它能夠?qū)崿F(xiàn)尿濕檢測(cè)和哭聲檢測(cè)功能，使母親們也能騰出手來(lái)處理家事和休息。這樣極大的降低了嬰幼兒家長(zhǎng)的勞動(dòng)壓力。2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)總體方案根據(jù)系統(tǒng)的整體需求，設(shè)計(jì)了一款單片機(jī)控制的智能嬰兒車，可通過(guò)無(wú)線遙控車體的前后左右及轉(zhuǎn)圈，具備尿濕檢測(cè)、哭泣檢測(cè)功能。系統(tǒng)框圖如圖2.1所示：圖2.1系統(tǒng)框圖其模塊具體功能如下：溫濕度模塊對(duì)嬰兒車內(nèi)的環(huán)境溫度和尿片濕度進(jìn)行進(jìn)行檢測(cè)，把檢測(cè)到的數(shù)據(jù)傳輸給主控模塊，主控模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將處理后的數(shù)據(jù)傳遞到顯示模塊進(jìn)行展示，此時(shí)指示燈模塊開啟報(bào)警指示燈，同時(shí)將處理后的數(shù)據(jù)傳遞到移動(dòng)通信模塊，自動(dòng)向指定號(hào)碼撥打一次電話。聲音檢測(cè)模塊對(duì)嬰兒車內(nèi)聲音強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，把檢測(cè)到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺啬K，主控模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理判斷，當(dāng)數(shù)值是否超過(guò)設(shè)置靈敏度從而對(duì)音樂(lè)播放模塊進(jìn)行指令控制，同時(shí)將信息通過(guò)移動(dòng)通信模塊進(jìn)行向指定號(hào)碼撥打一次電話。（3）按鍵輸入數(shù)據(jù)到主控模塊切換擋位，主控模塊對(duì)驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)送指令，控制電機(jī)進(jìn)行嬰兒車擺動(dòng)，并且主控模塊將電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)擋位信息傳輸?shù)斤@示模塊進(jìn)行展示。2.2方案論證2.2.1主控模塊的比較與選擇方案一：51系列單片機(jī)。51系列單片機(jī)是較早發(fā)展起來(lái)的8位單片機(jī)。優(yōu)點(diǎn)是市價(jià)價(jià)格比較便宜，控制簡(jiǎn)單，可以進(jìn)行位的邏輯運(yùn)算，也可進(jìn)行乘法和除法指令。51系列的單片機(jī)I/O腳的設(shè)置和使用非常簡(jiǎn)單，但是引腳較少，運(yùn)算速度較慢，內(nèi)存只有4K比較小，不是所有的I/O口都是準(zhǔn)雙向口并且驅(qū)動(dòng)能力弱。方案二：STM32單片機(jī)。STM32單片機(jī)是由意法半導(dǎo)體廠商所出品的一種性價(jià)比較高的系列化數(shù)字單片機(jī),它具備了效率高、價(jià)格便宜、低功耗的優(yōu)點(diǎn)。計(jì)算速率快,存儲(chǔ)器大容量,外部擴(kuò)充能力強(qiáng)大,開發(fā)人員經(jīng)驗(yàn)豐富,資料豐富,市場(chǎng)價(jià)格相對(duì)低廉等優(yōu)勢(shì)。片材外設(shè)也相當(dāng)豐富多彩，尤其是DMA控制器，讓CPU可以從大量繁重的數(shù)據(jù)分析中脫離開來(lái)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，可用于PWM控制電機(jī)，ADC有溫度傳感器通道ADC_Channel_16此外還是FMSC內(nèi)存接口技術(shù)，它的外圍端口也非常多，各種串口USB控制SPII2C等設(shè)備相應(yīng)俱全，通信串口具有用于連接OLED顯示的LLC串口，STM32的外設(shè)RTC是一個(gè)掉電后還繼續(xù)運(yùn)行的定時(shí)器。綜合上述的對(duì)比，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能嬰兒有多個(gè)功能需要實(shí)現(xiàn)，STM32功能強(qiáng)大，驅(qū)動(dòng)能力大，可以連接液晶顯示屏，且在PWM控制電機(jī)和遠(yuǎn)程通信功能這幾個(gè)方面有很大的優(yōu)勢(shì)，而且STM32封裝體積小，性能高、低功耗，價(jià)格比同系列的單片機(jī)略高。因此選擇方案二。2.2.2溫濕度檢測(cè)模塊的比較與選擇方案一：DHT11溫濕度傳感器。DHT11是一種具備已校正數(shù)字信息輸出的相對(duì)溫濕度感應(yīng)器。其準(zhǔn)確度范圍為:相對(duì)濕度±5%RH,環(huán)境溫度±2℃,最大量程為相對(duì)濕度20%到90%RH,環(huán)境溫度0到50℃度。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一種具備已校正數(shù)字信息輸入輸出的溫濕度綜合傳感器,其運(yùn)行了專門的數(shù)碼模塊實(shí)時(shí)采集工藝技術(shù)和溫濕度數(shù)據(jù)傳感工藝技術(shù),使得產(chǎn)品具備了高度的準(zhǔn)確率和優(yōu)異的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器中包含了一個(gè)電阻型感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)量元件,并與一高性能的八位單片機(jī)連接。使得該商品具備了性能優(yōu)異、超快響應(yīng)、抗干擾能力好、市場(chǎng)價(jià)格比等極高的特性。每個(gè)DHT11感應(yīng)器,均在極其精密的濕度校驗(yàn)間中完成了校正。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的方式出現(xiàn)于OTP寄存器中,感應(yīng)器內(nèi)部在測(cè)量數(shù)據(jù)的整個(gè)流程中要手動(dòng)調(diào)用該校準(zhǔn)系數(shù)。單線的串行接口產(chǎn)品設(shè)計(jì),使整個(gè)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)得更為簡(jiǎn)潔便利。超輕型的重量、很低的功率,使它是所有此類商品中,在較苛刻使用場(chǎng)所下的最好選用。商品均為四針單排接腳封裝,接線簡(jiǎn)便。方案二：DS18B20。DS18B20是最常見的數(shù)字感應(yīng)器,具備容積小,硬件費(fèi)用少,抗干擾力量強(qiáng),精確度高的優(yōu)點(diǎn)。DS18B20接頭簡(jiǎn)單便捷,包裝成后可廣泛應(yīng)用在各類場(chǎng)合中,如套管式,螺紋式,磁鐵吸收式,或不銹鋼密封方式,規(guī)格多種多樣,有LTM8877,LTM8874等?？鼓バ阅苣团?尺寸較小,選用簡(jiǎn)便,包裝形狀多種多樣,廣泛應(yīng)用在各類狹小的空氣裝置中數(shù)字檢測(cè)溫度和監(jiān)控領(lǐng)域。綜合上述兩種方案的對(duì)比，由于DS18B20往往只用來(lái)采集溫度，而在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，不僅要采集嬰兒車的溫度還要采集嬰兒車的濕度，所以本系統(tǒng)最終選擇DHT11溫濕度傳感器。2.2.3聲音檢測(cè)模塊的比較與選擇方案一：MAX9816是一款低成本、高質(zhì)量的話筒放大器。內(nèi)建自動(dòng)增益控制（AGC）和低噪音話筒偏置，其整合了低噪音前置放大器、可變?cè)鲆娣糯笃?、輸出放大器、麥克風(fēng)偏置產(chǎn)生器和AGC控制器。方案二：YL-56聲音傳感器，具有3.3~5V的感應(yīng)范圍，具有三個(gè)端口，VCC,GND,DQ，兩個(gè)指示燈，一個(gè)是功率指示燈，一個(gè)是切換指示燈，當(dāng)DQ不超過(guò)設(shè)定靈敏度時(shí)，它就是高電平，如果DQ不超過(guò)設(shè)定值，則輸出低。這個(gè)模組比較簡(jiǎn)單，不需要特別的驅(qū)動(dòng)。結(jié)合以上兩種傳感器的對(duì)比，YL-56聲音傳感器工作電壓范圍在3.3V-5V，是以高低電位進(jìn)行輸出，有固定螺栓孔可以方便于安裝。本項(xiàng)目需要檢測(cè)嬰兒是否啼哭，只需要對(duì)有無(wú)聲音進(jìn)行判斷，所以選擇方案二。2.2.4音樂(lè)播放模塊的選擇音樂(lè)播放選擇無(wú)源蜂鳴器，它是一個(gè)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的語(yǔ)音集成電路,它利用內(nèi)置的振動(dòng)集成電路,再經(jīng)過(guò)外接小量分立器件,就可以形成各種音樂(lè)信息,作為音頻集成電路的一個(gè)重要分支，現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在短祝福信、音樂(lè)電子郵件、兒童玩具、音樂(lè)火燭、電子鐘、電子門鈴、家電等場(chǎng)合。音樂(lè)芯片由以下幾個(gè)部分組成：（1）地址計(jì)數(shù)器（在ROM中規(guī)定PC指針（程序計(jì)數(shù)），每一次當(dāng)前的輸出延時(shí)結(jié)束后，計(jì)數(shù)器被觸發(fā)，然后轉(zhuǎn)換為下一頻率輸出和延時(shí)，在音樂(lè)播放之后，將其清零）（2）音符節(jié)拍存貯器ROM（用于存儲(chǔ)音樂(lè)的頻率和延遲數(shù)據(jù)）頻率發(fā)生器(用于產(chǎn)生指定頻率的方波振蕩輸出，若無(wú)法停止輸出則直接輸出超聲波即可)。（3）延時(shí)計(jì)數(shù)器（控制此頻率輸出的持續(xù)時(shí)間，每1ms減少1，當(dāng)減少至0時(shí)，PC計(jì)數(shù)器將會(huì)增加1，然后從ROM中讀出下一拍。）。本次設(shè)計(jì)需要在嬰兒哭鬧的情況下，播放音樂(lè)，起到一個(gè)安撫嬰兒情緒的作用，從而更好的使其情緒平穩(wěn)。2.2.5顯示模塊的比較與選擇方案一:OLED,即有機(jī)發(fā)光二極管。OLED屬于固體結(jié)構(gòu),但由于不是液體物質(zhì),所以抗震特性也不錯(cuò)。而且LOED沒(méi)有背光燈，只是使用了很薄的有機(jī)合成材質(zhì)鍍層和玻璃基底，如果有高輸出的電流通過(guò)時(shí),這種有機(jī)物質(zhì)就會(huì)發(fā)亮。由于它的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，重量較輕，成本相對(duì)較低，省電可靠等優(yōu)點(diǎn)很受開發(fā)人員的喜愛。目前市面上所采用的OLED，壽命也比較高。方案二:LCD1602液晶顯示屏是工業(yè)字符式液晶顯示器,只可能表示三十二個(gè)文字，技術(shù)成熟，它僅可顯示文字和數(shù)字，具有微功率消耗特性。該系統(tǒng)包括：字符型LCD，控制驅(qū)動(dòng)主電路HD44780和HD44100，以及少量的電阻、電容、以及其它的結(jié)構(gòu)部件。用單片機(jī)檢測(cè)其指定引腳，判斷其高低電平，顯示信息量較小。綜合上述兩種顯示屏的比較，OLED的顯示屏能夠制作得越來(lái)越輕越來(lái)越薄，可視角度也變大,而且還可以明顯節(jié)約能源，OLED屏幕比LED更有優(yōu)勢(shì)，而且在本次設(shè)計(jì)上需要顯示實(shí)時(shí)時(shí)間，溫濕度和嬰兒車的擺動(dòng)擋位部分需要漢字的顯示，而LCD只能顯示字母和數(shù)字,為了讓家長(zhǎng)可以更準(zhǔn)確判斷出嬰兒的狀態(tài)，所以本次設(shè)計(jì)選擇OLED顯示屏，因此選擇方案一。2.2.6移動(dòng)通信模塊的選擇GSM全稱為“GSM”，中文為歐洲開發(fā)的一種數(shù)字手機(jī)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。GSM采用的是TDMA時(shí)分復(fù)用技術(shù)，即TDMA時(shí)分多址（在特定的時(shí)隙中，每一個(gè)用戶只能在特定的時(shí)間間隔內(nèi)接收數(shù)據(jù)）。本次設(shè)計(jì)在檢測(cè)到嬰兒有尿床和哭泣聲時(shí)，需要向家長(zhǎng)通知，所以選擇GSM可以向家長(zhǎng)固定號(hào)碼撥打一次電話。2.2.7床擺動(dòng)控制模塊的選擇數(shù)字舵機(jī)和模擬舵機(jī),二者硬件結(jié)構(gòu)差不多，兩者只是在控制電路是不同，但數(shù)字舵機(jī)價(jià)格普遍昂貴，且兩者實(shí)現(xiàn)的功能一樣，本次設(shè)計(jì)選擇模擬舵機(jī)。本次設(shè)計(jì)需要對(duì)嬰兒車的擺動(dòng)擋位進(jìn)行調(diào)換，所以搖床模塊選擇SG90舵機(jī)，力矩可以達(dá)到1.5kg/cm,速度在0.3sec/60degree(,工作電壓：4.2~6V，工作溫度范圍在0℃~55℃，.信號(hào)寬帶需要：10us。在擺動(dòng)角度上SG90有兩種類型，第一種是180°舵機(jī)版本，它可以控制旋轉(zhuǎn)角度，有角度定位，上電后舵機(jī)自動(dòng)復(fù)位到0°，通過(guò)一定參數(shù)的脈沖信號(hào)控制它的角度。第二種是360°舵機(jī)版本，它不可控制角度，只能順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，停止，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，無(wú)角度定位，上電不會(huì)復(fù)位到0°，因?yàn)檫@是360°任意旋轉(zhuǎn)的，沒(méi)有0°。本次設(shè)計(jì)到嬰兒車擺動(dòng)擋位的調(diào)節(jié)，所以選擇SG90180°版本舵機(jī)，它剛好吻合智能嬰兒車的需求。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1概述硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分,主要由幾個(gè)功能所組成。分別是單片機(jī)模塊、溫濕度采集、液晶顯示、無(wú)線通信功能、聲音傳感器、音樂(lè)播放模塊等組成。經(jīng)方案論證后最終決定了硬件的配置方式。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)部分主要由以下幾個(gè)模塊所組成,它們是STM32系列單片機(jī)、DHT11溫濕度傳感器模塊、OLED液晶顯示、音樂(lè)播放器、YL-56聲音檢測(cè)、按鍵模塊、驅(qū)動(dòng)部分、GSM移動(dòng)通信模塊和指示燈狀態(tài)報(bào)警模塊。智能嬰兒車控制系統(tǒng)以STM32系列單片機(jī)為主控芯片。單片機(jī)實(shí)時(shí)采集DHT11溫濕度傳感器的溫度和濕度數(shù)據(jù)，以及聲音信息，通過(guò)STM32系列單片機(jī)處理運(yùn)算后在OLED液晶顯示模塊上顯示相應(yīng)值，并且通過(guò)GSM移動(dòng)通信模塊向指定號(hào)碼撥打一次電話。當(dāng)檢測(cè)數(shù)值超過(guò)參照值時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)出指示報(bào)警并發(fā)出語(yǔ)音提示，報(bào)警門限值可以通過(guò)按鍵來(lái)設(shè)置。3.2主控模塊電路3.2.1STM32F103C8T6單片機(jī)的介紹經(jīng)過(guò)論證確定選用STM32F103C8T6作為智能嬰兒車系統(tǒng)的主控模塊，其最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)除了有STM32F103C8T6芯片還包括了晶振電路、復(fù)位電路、啟動(dòng)模式電路等，為了極大的增強(qiáng)其運(yùn)算能力，在芯片設(shè)計(jì)的時(shí)候，其內(nèi)部集成了強(qiáng)大的硬件乘法器模塊，可以快速的執(zhí)行包括乘法和除法內(nèi)的很多運(yùn)算，極大的簡(jiǎn)化程序開發(fā)設(shè)計(jì)編寫的工作量。同時(shí)該芯片內(nèi)部還集成了復(fù)雜的PLL電路，通過(guò)應(yīng)用PLL倍頻技術(shù)可以有效的使得CPU的工作頻率提高到72MHz，另外其芯片內(nèi)部還集成了高達(dá)128K的FLASH和16K的RAM，用來(lái)滿足用戶在設(shè)計(jì)及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和更改。除了設(shè)計(jì)有基本的存儲(chǔ)資源以外，其還設(shè)計(jì)包括多通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，通過(guò)對(duì)引腳編程配置可以使得相關(guān)引腳運(yùn)行工作在ADC模式，其檢測(cè)數(shù)據(jù)的精度高達(dá)12位，可以滿足大部分?jǐn)?shù)據(jù)處理?xiàng)l件下的模數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)需求，并且還支持高速數(shù)據(jù)處理DMA模式，這樣在芯片被使用時(shí)不會(huì)啟動(dòng)中斷程序，可以有效的保證程序運(yùn)行的連續(xù)性。另外，其內(nèi)部還自帶了很多多個(gè)定時(shí)器模塊，并且定時(shí)器還帶有很多種模式可以選擇使用，如PWM信號(hào)輸出模式，比較輸出模式等等，也都是可以通過(guò)用戶自定義程序進(jìn)行配置使用的。該實(shí)物圖如圖3-1所示：圖3-1STM32F103C8T6主控芯片實(shí)物圖3.2.2STM32F103C8T6最小系統(tǒng)本項(xiàng)目采用單片機(jī)STM32F103C8T6作為核心主控，其最小系統(tǒng)如下圖3-2所示：圖3-2STM32F103C8T6最小系統(tǒng)原理圖STM32F103C8T6芯片內(nèi)部器件如表3-1所示：表3-1內(nèi)部器件一覽表外設(shè)參數(shù)定時(shí)器通用定時(shí)器10個(gè)（TIM2到TIM5、TIM9到TIM14）高級(jí)控制定時(shí)器2個(gè)（TIM1和TIM8）基本定時(shí)器2個(gè)（TIM6和TIM7）通信接口SPISPISPI1、SPI2IICIICIIC1、IIC2USARTUSART1USART2USART33個(gè)(USART1、USART2、USART3)USB1個(gè)(USB2.0全速)CAN1個(gè)(2.0B主動(dòng))GPIO端口14412位ADC模塊(通道數(shù)）2(10)2(10)2(16)2(16)CPU頻率168MHz工作電壓1.8~3.6V工作溫度環(huán)境溫度：-40°C~85°C（TA）封裝形式LQFP100供電系統(tǒng)由LDO(LowDropoutRegulator)的低差線性穩(wěn)壓器將從5V轉(zhuǎn)變?yōu)?.3V,并為主控制芯片供電。STM32的時(shí)鐘電路由四個(gè)部分組成，依次內(nèi)部的高低速時(shí)鐘,外部高低速時(shí)鐘,在此項(xiàng)目中，必須采用外接高、低頻率的時(shí)鐘，以確保STM32單片機(jī)的工作。STM32單片機(jī)的外圍低速時(shí)鐘結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，它的主要功能是為RTC的實(shí)時(shí)時(shí)鐘提供一個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍，在外部電路的設(shè)計(jì)中，采用32.768K的時(shí)鐘晶體振蕩，并采用2個(gè)10pF的電容器對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行振蕩。與外部的低速時(shí)鐘相比，外部的高速時(shí)鐘功能更加強(qiáng)大，它能為STM32整體提供時(shí)鐘節(jié)拍，同時(shí)還能協(xié)調(diào)處理器、計(jì)時(shí)器、ADC、DAC等多種功能。外置高速時(shí)鐘采用8M晶體振蕩器，采用9倍頻率的內(nèi)部程式，最高可達(dá)72Mhz，在外部設(shè)計(jì)時(shí)，必須安裝兩個(gè)22pF的電容，以確保起振。復(fù)位電路是保證單片機(jī)正常工作的重要電路之一，當(dāng)單片機(jī)上電啟動(dòng)的過(guò)程中，其第一件事情就是進(jìn)行復(fù)位，單片機(jī)復(fù)位引腳在上電前保持低電平，上電后該引腳由低電平被拉高進(jìn)入開始程序執(zhí)行，復(fù)位能夠使程序回到初始的地方開始執(zhí)行，能夠使程序快要跑飛的時(shí)候重新運(yùn)行。復(fù)位電路的原理是利用RC電路的充放電原理，在上電瞬間為NRST引腳產(chǎn)生一個(gè)短暫的低電平。剛上電的時(shí)候電流會(huì)通過(guò)R19和C20到地，為C20充電，此時(shí)NRST的引腳為低電平，當(dāng)C20充滿電以后，C20就處于”斷路”的狀態(tài)，此時(shí)NRST由低變高電平。復(fù)位電路設(shè)計(jì)的思想就是拉低復(fù)位引腳再拉高。軟件開發(fā)時(shí)，需要下載bin/hex文件，并進(jìn)行在線模擬和調(diào)試，可以使用SWD和JTAG兩種方法。SWD模式在高速運(yùn)行時(shí)比JTAG更為可靠，而且僅需要4個(gè)引腳，因此在實(shí)際的應(yīng)用中，SWD模式是一種典型的SWD方法。時(shí)鐘線路CLK是Jlink與芯片之間的時(shí)鐘同步，通常頻率為4MHz，可根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。3.3溫濕度傳感模塊電路DHT11溫濕度傳感器,是一款具有已校正數(shù)字信息傳輸能力的溫相對(duì)濕度綜合感應(yīng)器品牌。其運(yùn)用了獨(dú)有的數(shù)字模塊測(cè)量技術(shù)與溫相對(duì)濕度傳感系統(tǒng)技術(shù),使得品牌具備了高度的安全性和優(yōu)異的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。感應(yīng)器里面包含了一個(gè)電阻型感濕器件和一個(gè)NTC測(cè)試器件,并與一臺(tái)高性能的八位單片機(jī)相連接。使得該品牌具備了性能優(yōu)異、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、價(jià)格比的極高優(yōu)勢(shì)。每個(gè)DHT11感應(yīng)器均在極為精密的相對(duì)濕度校測(cè)間中完成了校對(duì)。標(biāo)定系數(shù)均以程序的形式存放于OTP寄存器中,而感應(yīng)器里面則在測(cè)試數(shù)據(jù)的進(jìn)程中要調(diào)整這個(gè)校對(duì)關(guān)系。單線的串行接口,使得控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更加簡(jiǎn)單方便。超小型的體積、極低的功率,信息傳遞范圍達(dá)到二十米以上,使之成為各種場(chǎng)合和極為嚴(yán)苛的使用場(chǎng)所的絕佳選則。產(chǎn)品采用四針單列接腳密封。連接簡(jiǎn)單,特殊密封方式可按照使用者要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。該模塊的實(shí)物如圖3-3所示：圖3-3溫濕度模塊實(shí)物圖DHT11的管腳功能如表3-2所示：表3-2DHT11溫濕度的管腳功能描述管腳描述DATA數(shù)據(jù)線引腳NC懸空VCC電源引腳GND接地引腳使用DHT11溫濕度模塊,能夠非常便捷的完成即時(shí)掌握當(dāng)前溫濕度情況的操作。目前應(yīng)用于汽車、空調(diào)、空氣濕度調(diào)控裝置、除濕器、測(cè)檢驗(yàn)裝置、大數(shù)據(jù)記錄、自動(dòng)控制、家電、醫(yī)藥等應(yīng)用領(lǐng)域。該DHT11溫濕度模塊具有如下優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)快；功耗低；抗干擾能力強(qiáng)；性價(jià)比極高。DHT11傳感器在采集嬰兒車內(nèi)溫濕度數(shù)據(jù)的電路中使用一條線就可以和主控進(jìn)行通信，主控將溫濕度數(shù)據(jù)獲取到。傳感器內(nèi)部會(huì)自動(dòng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行校準(zhǔn)，因此采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高，在讀取數(shù)據(jù)，功耗會(huì)增加，這個(gè)時(shí)候可以連接上拉電阻來(lái)降低。傳感器一共引出四個(gè)接口，其中一個(gè)接口沒(méi)有功能，因此在電路圖中沒(méi)有體現(xiàn)。在傳感器的1號(hào)接口（VCC）為供電VDD口,與主控的VCC連接；2號(hào)接口（DATA）為數(shù)據(jù)輸出口，與主控的PB9連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；4號(hào)接口(GND)為供電GND口，與主控的GND連接。其原理圖如下圖3-4所示：圖3-4DHT11溫濕度模塊工作原理圖DHT11溫濕度模塊硬件連接如表3-3所示：表3-3DHT11溫濕度模塊硬件連接說(shuō)明DHT11引腳DATAVCCGND主控芯片管腳PB9VCCGND3.4聲音傳感器模塊電路YL-56可以檢測(cè)聲音的強(qiáng)度，工作電壓為3.3~5V，具有可調(diào)節(jié)的靈敏度（通過(guò)電位器調(diào)整），具有VCC、GND、OUT，VCC：由模塊提供的正極（5V)；GND：由模組提供的負(fù)電極；OUT數(shù)字輸出接口（0和1）具有兩個(gè)指示燈，一個(gè)是功率指示燈，一個(gè)是一個(gè)開關(guān)指示燈（如果超出了電路的靈敏度，它就會(huì)點(diǎn)亮）。這個(gè)模組比較簡(jiǎn)單，不需要特別的驅(qū)動(dòng)。如下圖3-5所示:圖3-5YL-56聲音傳感模塊實(shí)物圖本款聲音傳感器控制端共有三個(gè)電路接線端，其中兩個(gè)為VCC和GND電源端，只需要接入到單片機(jī)VCC和GND即可。另外一個(gè)OUT口是控制信號(hào)輸出端，只需要接入單片機(jī)PA1口即可。聲音傳感器將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷后通過(guò)OUT口傳輸?shù)膯纹瑱C(jī)的PA1口上,其原理如圖3-6所示：圖3-6YL-56聲音傳感器電路圖YL-56聲音傳感器硬件連接如表3-4所示：表3-4YL-56硬件連接說(shuō)明YL-56管腳GNDOUTVCC主控芯片管腳GNDPA1VCC3.5按鍵模塊電路本設(shè)計(jì)使用按鍵模塊進(jìn)行控制嬰兒車擋位的調(diào)節(jié)，單片機(jī)檢測(cè)按鍵主要是通過(guò)檢測(cè)按鍵按下時(shí)候的電平來(lái)進(jìn)行的，所以按鍵的電路設(shè)計(jì)只需要將三個(gè)按鍵的分別連接到單片機(jī)的引腳PE2,PE3，PE4端口上和GND即可，單片機(jī)PE2,PE3和PE4處于高電平，在按下按鍵的時(shí)候形成通路切換為低電平，從而按鍵起到控制搖動(dòng)電機(jī)模式的切換，如下圖3-7所示：圖3-7按鍵電路圖3.6音樂(lè)播放模塊電路本系統(tǒng)選擇無(wú)源蜂鳴器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)嬰兒的安撫，其實(shí)物如圖3-8所示：圖3-8無(wú)源蜂鳴器實(shí)物圖此音樂(lè)播放通過(guò)一個(gè)三極管、一個(gè)5V無(wú)源蜂鳴器和一個(gè)電阻驅(qū)動(dòng)音樂(lè)三極管。供電為3-6VDC，電阻的阻值大小決定音調(diào)的速度，阻值越大音調(diào)越慢。音樂(lè)是燒寫在主控芯片的ROM里的，其原理是將內(nèi)部多個(gè)微小的電路燒斷達(dá)到存儲(chǔ)的目的，該芯片是通過(guò)很細(xì)的金屬絲接觸接到電路板上的，在實(shí)物制作中通常是固定密封用的。此模塊控制端共有三個(gè)電路接線端，其中兩個(gè)為VCC和GND電源端，只需要接入到單片機(jī)VCC和GND即可，另一個(gè)FM只需要接到PB5即可，其驅(qū)動(dòng)電路的原理圖如下圖3-9所示:圖3-9音樂(lè)播放模塊接口原理圖音樂(lè)播放硬件連接如表3-5所示：表3-5音樂(lè)播放硬件連接說(shuō)明8050管腳GNDFMVCC主控芯片管腳GNDPB5VCC3.7顯示模塊電路在實(shí)際生活中,人們對(duì)顯示屏并不陌生。液晶顯示模塊已經(jīng)成為許多電子設(shè)備的主要設(shè)備,如在電腦、萬(wàn)用表、電子表等許多家庭電子設(shè)備中都能夠見到,屏幕顯示的大多是數(shù)碼、專用字符等圖像。本次設(shè)計(jì)傳感器檢測(cè)的數(shù)據(jù)在通過(guò)單片機(jī)處理后在OLED顯示屏上進(jìn)行展示,主要以顯示實(shí)時(shí)時(shí)間，嬰兒車擺動(dòng)擋位，溫濕度數(shù)據(jù)。OLED顯示屏模塊具有四個(gè)外置引腳：VCC:供電正極(5V)；GND:供電負(fù)極；SCL:時(shí)鐘輸入；SDA：數(shù)據(jù)輸入或者應(yīng)答輸出，如下圖3-10所示：圖3-10OLED液晶顯示屏實(shí)物圖本次選擇的OLED為IIC接口的顯示屏，IIC通信協(xié)議可以使用STM32單片機(jī)自帶的IIC硬件接口，也可以使用單片機(jī)普通IO口模擬出的IIC信號(hào)，本設(shè)計(jì)為了電路的連線方式采取模擬IIC法，即OLED顯示屏外接單片機(jī)普通IO口即可，其中OLED顯示屏的VCC接單片機(jī)VCC，OLED顯示屏CND接單片機(jī)CND，OLED顯示屏ICC(SCL)口接單片機(jī)PB13口,OLED顯示屏的ICC(SDA)口接單片機(jī)的PB15口。本次設(shè)計(jì)的OLED顯示電路圖設(shè)計(jì)如下圖3-11所示：圖3.-11OLED顯示屏電路圖OLED顯示模塊模塊硬件連接如表3-6所示：表3-6OLED顯示模塊硬件連接說(shuō)明OLED引腳SCLVCCGNDSDA主控芯片管腳PB13VCCGNDPB153.8GSM移動(dòng)通信模塊電路GSM是一種比較成熟的通訊方式，可提供短信、語(yǔ)音、數(shù)據(jù)傳輸?shù)雀鞣N服務(wù)。在GSM網(wǎng)絡(luò)中，短信傳輸是一項(xiàng)非常重要的服務(wù)，它已經(jīng)被廣泛地使用。在變電站、電表、水塔等無(wú)線監(jiān)控設(shè)備的無(wú)線傳輸、遠(yuǎn)距離無(wú)線監(jiān)控等方面，均要求具有低功耗、穩(wěn)定、抗干擾能力的無(wú)線設(shè)備。目前，僅有少數(shù)幾種藍(lán)牙技術(shù)或其它無(wú)線電波設(shè)備能夠達(dá)到這些要求，GSM能夠很好地滿足這些需求。本設(shè)計(jì)所用的GSM撥號(hào)報(bào)警裝置選用上海芯訊通SIM-COM公司的STM900AGSM模塊，該模塊硬件部分主要由GSM基帶處理器、閃存GSM射頻模塊、接口和電源模塊組成，工作電壓一般為直流3.3V~5V,采用SMT貼片形式封裝。該模塊功耗低，處于待機(jī)模式下的工作電流低于18mA，處于休眠模式下的工作電流更是小于2mA。該模塊內(nèi)嵌TCPIP協(xié)議,采用標(biāo)準(zhǔn)化接口，支持頻段9OOMFz/1800MFz，能以低功耗模式傳輸語(yǔ)音、短信和數(shù)據(jù)信息。具有功耗低、性價(jià)比高、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，適用于智能嬰兒車24h檢測(cè)報(bào)警。實(shí)物圖如圖3-12所示：圖3-12GSM模塊實(shí)物圖SIM900A模塊具有RS232和LVTTL串行接口，具有硬件流量控制，具有5V-24V的超寬工作范圍，可以很容易地與MCU相連接，為用戶提供呼叫報(bào)警的功能。其中，STM32和SIM900A通訊芯片的工作電壓分別為2.0-3.6V和3.1-4.6V。它的STM32利用一個(gè)具有9600波特率的串口1與SIM900A通信,其TXD接STM32D的PA10,RXD接STM32的PA11,GND接STM32的GND,該模塊的工作原理如圖3-13所示：圖3-13STM900AGSM模塊原理圖STM900AGSM模塊硬件連接如表3-7所示：表3-7STM900AGSM硬件連接說(shuō)明STM900AGSM管腳TXDRXDGND主控芯片管腳PA10PA11GND3.9床擺動(dòng)控制模塊電路在系統(tǒng)中使用舵機(jī)實(shí)現(xiàn)搖擺功能，SG90是一種脈寬調(diào)制PWM信號(hào)，該P(yáng)WM信號(hào)的周期為20ms，該P(yáng)WM信號(hào)具有從0.5ms到2.5ms的脈沖寬度，在0到180°之間，并且具有線性地改變方向。也就是說(shuō)，當(dāng)脈沖信號(hào)被輸入時(shí)，該脈沖信號(hào)將保持在一個(gè)角度，直至另一寬度的脈沖信號(hào)被輸入時(shí)，該脈沖信號(hào)將發(fā)生變化。在舵機(jī)的內(nèi)部，有一個(gè)參考電路，它能產(chǎn)生一個(gè)20毫秒的周期，1.5毫秒的參考信號(hào)?？刂齐娐钒鍙男盘?hào)線路接收PWM控制信號(hào)，然后再控制舵機(jī)旋轉(zhuǎn)，舵機(jī)驅(qū)動(dòng)一系列的齒輪，并將其減速，并將其傳送到輸出舵盤。舵機(jī)的輸出軸與位置反饋電位儀連接，當(dāng)舵機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，它會(huì)驅(qū)動(dòng)位置反饋電位儀，電位儀會(huì)將一個(gè)電壓信號(hào)輸入到控制電路板中，通過(guò)反饋，控制電路板會(huì)根據(jù)所處的位置來(lái)決定舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速，以實(shí)現(xiàn)停止。舵機(jī)的控制要求MCU輸出20毫秒的脈沖信號(hào)，在高電平0.5~2.5毫秒的情況下，對(duì)舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行控制。SG90舵機(jī)具有三個(gè)條線，VCC:模塊供電正極(5V)；GND:模塊供電負(fù)極；傳輸線：輸入信號(hào)，如下圖3-14所示:圖3-14SG90舵機(jī)實(shí)物圖舵機(jī)因有控制模板可直接與單片機(jī)連接，舵機(jī)控制端共有三個(gè)電路接線端，其中兩個(gè)為VCC和GND電源端，只需要接入到單片機(jī)VCC和GND即可。另外一個(gè)IO口是控制信號(hào)接入端，只需要接入單片機(jī)PA9口即可。單片機(jī)通過(guò)PA9口將PWM波通過(guò)信號(hào)線傳入舵機(jī)，從而控制舵機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。該模塊的工作原理如圖3-15所示：圖3-15SG90原理圖其硬件連接如表3-8所示：表3-8SG90硬件連接說(shuō)明SG90管腳GNDIOVCC主控芯片管腳GNDPA9VCC4軟件部分設(shè)計(jì)當(dāng)對(duì)我們所要設(shè)計(jì)工作的項(xiàng)目有了一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)以后,這就需要建立一個(gè)完整的工作流程，對(duì)整體設(shè)計(jì)工作分類模塊，逐個(gè)模塊完成的作用，然后將所有的子模板都串聯(lián)在一起，組成一個(gè)完整的程序。在此基礎(chǔ)上，將采集到的數(shù)據(jù)命令上傳至整個(gè)系統(tǒng)的主要流程圖，如圖4-1所示：圖4-1主程序流程圖系統(tǒng)啟動(dòng)后，硬件的初始化包括初始化OLED、初始溫濕度傳感器、初始化GSM移動(dòng)通訊模塊、初始化定時(shí)器；若檢測(cè)到異常，讀取檢測(cè)的值，根據(jù)讀取到的數(shù)值與閾值設(shè)定值比較判斷進(jìn)行報(bào)警處理，并在OLED液晶顯示屏上顯示讀取到的各個(gè)傳感器模塊采集到的數(shù)據(jù)。當(dāng)主控模塊接收到低電平報(bào)警信號(hào)時(shí)立即進(jìn)行分析,確認(rèn)有效后發(fā)送高電平驅(qū)動(dòng)蜂嗎器發(fā)出聲音報(bào)警，同時(shí)驅(qū)動(dòng)音樂(lè)播放器播放音樂(lè)安撫嬰兒情緒和發(fā)送撥號(hào)指令給SIM9OOA執(zhí)行模塊撥打電話給家長(zhǎng)。4.1DHT11溫濕度傳感器程序設(shè)計(jì)DHT11溫濕度采集的軟件設(shè)計(jì)依據(jù)要求的時(shí)序設(shè)計(jì)即可。在需要進(jìn)行溫濕度數(shù)據(jù)采集時(shí)，主控需要先告知傳感器需要獲取溫濕度數(shù)據(jù)，所以需要主控向傳感器發(fā)送起始信號(hào)，持續(xù)時(shí)間需要大于18毫秒。起始信號(hào)是否輸入成功，主控需要等待傳感器的回應(yīng)，如果傳感器會(huì)輸出80微秒的高電平，表示傳感器得到應(yīng)答，就會(huì)開始進(jìn)行溫濕度數(shù)據(jù)輸出。主控準(zhǔn)備接收溫濕度數(shù)據(jù)即可。DHT11傳感器模塊的軟件流程圖如圖4-2所示:圖4-2DHT11傳感器程序流程圖DHT11傳感器模塊工作流程如下：（1）初始化硬件模塊，引腳使能；（2）判斷引腳P1.0是否為低電平，若為高電平，溫濕度數(shù)據(jù)讀取流程結(jié)束；否則到步驟3；（3）等待P1.0電位變化，從低電平→高電平→低電平變化為一個(gè)溫濕度數(shù)據(jù)讀取周期；（4）讀取溫濕度數(shù)據(jù)字節(jié)，第一個(gè)字節(jié)為U8checkdate_temp信號(hào)；（5）溫濕度字節(jié)數(shù)據(jù)相加得U8temp信號(hào)；（6）讀取完成之后引腳P1.0變成高電平；（7）判斷讀取的數(shù)值是否正確，若正確記錄傳輸溫濕度值；否則結(jié)束流程。4.2聲音檢測(cè)模塊程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的聲音檢測(cè)使用YL-56聲音傳感器進(jìn)行檢測(cè)的，需要對(duì)YL-56聲音傳感器進(jìn)行初始化IO口，初始化后進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，在對(duì)讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，當(dāng)數(shù)據(jù)未超過(guò)設(shè)置的靈敏度時(shí)輸出低電平，當(dāng)超過(guò)設(shè)置的靈敏度時(shí)輸出高電平。YL-56對(duì)音量的大小檢測(cè)的靈敏度可以在其模塊的電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)。輸出高電平點(diǎn)亮LED燈報(bào)警，如下圖4-3所示:圖4-3YL-56系統(tǒng)流程圖4.3按鍵模塊程序設(shè)計(jì)獨(dú)立按鍵模塊的軟件流程圖如下圖4-4所示:圖4-4按鍵模塊程序流程圖獨(dú)立按鍵工作流程如下：（1）檢測(cè)按鍵是否被按下，若被按下執(zhí)行，否，則結(jié)束流程，執(zhí)行兩次；（2）進(jìn)行按鍵延時(shí)消抖操作，保證按鍵檢測(cè)正確性；（3）等待按鍵釋放，根據(jù)判斷按鍵一是否被按下，按鍵一若按下，則開啟擺動(dòng)擋位一，若未被按下，則判斷按鍵二是否被按下，按鍵二若按下，則開啟擺動(dòng)擋位二，若未被按下，則判斷按鍵三是否被按下，按鍵三若按下，則開啟擺動(dòng)擋位三，若未被按下，則結(jié)束。4.4音樂(lè)播放模塊程序設(shè)計(jì)與電磁感應(yīng)原理類似，調(diào)解PWM波的占空比，便可以控制無(wú)源蜂鳴器的響度；調(diào)解PWM波的頻率，便可以調(diào)解無(wú)源蜂鳴器的發(fā)生頻率，也就可以發(fā)出不同音調(diào)的聲音，這同樣也是蜂鳴器演奏歌曲的原理。音階的生成與聲頻相關(guān)，要達(dá)到不同的音階，就需要對(duì)蜂鳴器輸出不同的脈沖。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，STM32芯片內(nèi)的定時(shí)電路采用PWM調(diào)制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)脈沖輸出。STM32共有11個(gè)定時(shí)器，包括2個(gè)先進(jìn)的定時(shí)器、4個(gè)普通定時(shí)器、2個(gè)基本定時(shí)器、2個(gè)守門狗定時(shí)器、1個(gè)SysTiek。TIM1、TIM8是通過(guò)APB2的輸出而生成的先進(jìn)定時(shí)器。TIM2~TIM5為常規(guī)計(jì)時(shí)器，TIM6及TIM7為基本計(jì)時(shí)器，而APB1的輸出則為6個(gè)計(jì)時(shí)器。因?yàn)镾TM32的PWM輸出管是PB5,PWM的PWM輸出由TIM3的2信道產(chǎn)生。在GPIO設(shè)定器中，TIM3的2管腳部分重新映射到PB5,GPIO模式被選擇為多路多路推挽輸出。程序循環(huán)讀出樂(lè)曲，調(diào)整計(jì)時(shí)器的預(yù)分率，然后重設(shè)計(jì)時(shí)器和PWM。同時(shí)，通過(guò)STM32內(nèi)置的SysTICk進(jìn)行定時(shí)，達(dá)到微秒延遲，降低核心功耗。音樂(lè)播放的軟件流程圖如下圖4-5所示:圖4-5音樂(lè)播放系統(tǒng)流程圖4.5OLED液晶顯示模塊程序設(shè)計(jì)主控對(duì)液晶顯示器的控制需要按照液晶顯示器的時(shí)序要求來(lái)，主要進(jìn)行指令和數(shù)據(jù)的輸入控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)需要顯示的內(nèi)容。在對(duì)液晶顯示器操作時(shí)同樣需要進(jìn)行初始化操作，先進(jìn)行復(fù)位操作完成對(duì)液晶顯示器的重啟。接下來(lái)進(jìn)行液晶顯示器的模式設(shè)置，模式設(shè)置前需要關(guān)閉顯示，然后液晶顯示器進(jìn)行清屏操作，設(shè)置液晶顯示器在顯示內(nèi)容時(shí)不進(jìn)行移動(dòng)，設(shè)置液晶顯示器無(wú)光標(biāo)、不閃爍，以上是對(duì)液晶顯示器模式的設(shè)置，設(shè)置完畢后開啟液晶顯示器。接下來(lái)就可以進(jìn)行顯示內(nèi)容的操作。主控先告訴液晶顯示器需要在什么位置上顯示內(nèi)容，也就是顯示內(nèi)容的地址，有了地址后，緊接著輸入要顯示的具體內(nèi)容，這樣就完成了對(duì)液晶的控制。液晶顯示流程圖如圖4-6所示:圖4-6OLED顯示軟件設(shè)計(jì)流程圖4.6GSM移動(dòng)通信模塊程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先由PC主機(jī)訪問(wèn)SIM900AGSM通信模塊，實(shí)現(xiàn)用戶與系統(tǒng)間的雙向通信。PC主機(jī)對(duì)SIM9OOA通信模塊的訪問(wèn)是多方面的，本設(shè)計(jì)中主要包括通信握手、撥打電話等這此訪問(wèn)操作要借助于SIM900A模塊的AT指令來(lái)完成,具體操作如下。（1)設(shè)置波特率。第一次使用時(shí)，要將波特率設(shè)為9600，具體操作指令是AT+IPR-9600;如果PC主機(jī)收到OK信號(hào)后，下步是保存所設(shè)定的波特率，具體操作指令是AT&W;當(dāng)PC主機(jī)再一次收到OK，表明波特率9600己經(jīng)保存成功。（2)通信握手。波特率設(shè)置好后，主機(jī)需與GSM模塊連機(jī)在9600波特率下通過(guò)串口發(fā)送指令A(yù)TE1&WIrn開回顯，而后發(fā)送指令A(yù)Trn，如果回ATrin，同時(shí)回OK，表示握手成功。（3)ATD撥號(hào)命令。該命令用于設(shè)置撥號(hào)和傳真呼叫。本設(shè)計(jì)中CSM模塊用來(lái)?yè)艽蜍囍魇謾C(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程報(bào)警,于是將ATD命令設(shè)置為ATD+15861×XXXxx（家長(zhǎng)手機(jī))。（4)ATA接電話。（5)ATH掛機(jī)命令。SIM9OOAGSM通信模塊軟件設(shè)計(jì)如下圖4-7所示：圖4-7SIM9OOAGSM通信模塊程序流程圖4.7床擺動(dòng)程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)利用STM32的定時(shí)器能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)現(xiàn)PWM輸出的功能，通過(guò)對(duì)定時(shí)器3的設(shè)置和IO口的模式產(chǎn)生PWM波。波形圖如圖4-8所示。PWM波在舵機(jī)上工作的原理:通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中會(huì)受到力的作用，這是舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的基本原理，但又由電磁感應(yīng)原理可知，當(dāng)舵機(jī)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后斷開電源，舵機(jī)會(huì)因?yàn)樵诰€圈中產(chǎn)生感抗電流和慣性的作用，逐漸減速而停下。如果我們可以對(duì)舵機(jī)一段時(shí)間通電一段時(shí)間斷電，就可以實(shí)現(xiàn)舵機(jī)轉(zhuǎn)速的控制了，這就是PWM波在舵機(jī)上工作的原理。舵機(jī)的工作方式是單片機(jī)輸出脈沖寬度調(diào)制信號(hào)(PWM波）來(lái)實(shí)現(xiàn)，需要進(jìn)行TIM定時(shí)器的設(shè)置，將下一次更新事件加載活動(dòng)的自動(dòng)重新加載寄存器時(shí)段的值計(jì)算為5000至500ms，將預(yù)分頻值10Khz的計(jì)數(shù)頻率設(shè)定為TIMx時(shí)鐘頻率的除數(shù)，設(shè)置時(shí)鐘劃分：TDTS=Tck_tim,TIM向上計(jì)數(shù)方式，并按照TIM_TimeBaseInitStruct中所規(guī)定的參數(shù)，對(duì)TIMx的TIM3中斷進(jìn)行設(shè)定，并將該TIM3中斷設(shè)定為10Khz，并將其按照NVIC_InitStruct中所規(guī)定的參數(shù)對(duì)外部NVIC寄存器進(jìn)行初始化，再設(shè)計(jì)定時(shí)器3中斷服務(wù)程序，使能GPIO外設(shè)和AFIO復(fù)用功能模塊時(shí)鐘，相關(guān)程序如下：voidTIM3_PWM_Init(u16arr,u16psc){ GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure; TIM_TimeBaseInitTypeDefTIM_TimeBaseStructure; TIM_OCInitTypeDefTIM_OCInitStructure; RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE); //使能定時(shí)器3時(shí)鐘 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);//使能GPIO外設(shè)和AFIO復(fù)用功能 GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap_TIM3,ENABLE);//timer3部分重映射TIM_OC2PreloadConfig(TIM3,TIM_OCPreload_Enable);//使能TIM3在CCR2上的預(yù)裝寄存器TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);//}從而實(shí)現(xiàn)PWM對(duì)舵機(jī)角度以及旋轉(zhuǎn)頻率的控制。舵機(jī)流程圖如圖4-9所示：圖4-8PWM波形圖圖4-9SG90舵機(jī)系統(tǒng)流程圖4.8RTC時(shí)鐘程序設(shè)計(jì)RTC（RealTimeClock）：實(shí)時(shí)時(shí)鐘，它一種獨(dú)立的計(jì)時(shí)器，RTC模塊具有一系列的計(jì)數(shù)器，通過(guò)相應(yīng)的軟件配置，可以實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)日歷。修改計(jì)數(shù)器的數(shù)值，可以為您的系統(tǒng)重新設(shè)定時(shí)間和日期。RTC模塊和RCC_BDCR暫存器（RCC_BDCR暫存器）位于備用區(qū)，也就是說(shuō)，RTC的設(shè)定和時(shí)間在系統(tǒng)重置或從備用模式中被叫醒之后保持相同。在系統(tǒng)重置之后，為避免意外寫入到備用寄存器和RTC。完成下面的步驟，可以訪問(wèn)備用寄存器和RTC：設(shè)定寄存器RCC_APB1ENR的PWREN和BKPEN比特，啟用電源和備用接口時(shí)鐘設(shè)定寄存器PWR_CR的DBP比特，從而允許訪問(wèn)備用寄存器和RTC。本設(shè)計(jì)需要一個(gè)RTC實(shí)時(shí)時(shí)間，采用24小時(shí)計(jì)時(shí)，采用時(shí)分秒的方式進(jìn)行設(shè)置，RTC時(shí)鐘是STM32單片機(jī)的重要內(nèi)設(shè)之一，其中RTC時(shí)鐘不依賴于STM32高速時(shí)鐘，主要借助STM32外部低速時(shí)鐘16K進(jìn)行工作，RTC時(shí)鐘整個(gè)工作過(guò)程需要經(jīng)過(guò)初始化，開啟外部低速時(shí)鐘，使能RTC時(shí)鐘，RTC時(shí)鐘分頻，配置RTC時(shí)鐘中斷等過(guò)程。RTC程序設(shè)計(jì)流程圖如下圖4-10所示：圖4-10RTC實(shí)時(shí)時(shí)間系統(tǒng)流程圖5系統(tǒng)測(cè)試在控制系統(tǒng)基本模塊設(shè)計(jì)完畢與軟件設(shè)計(jì)開發(fā)調(diào)試完畢的基本上,將二者加以有機(jī)整合,要求控制系統(tǒng)的整個(gè)功用加以檢測(cè)。通過(guò)測(cè)試能夠找到設(shè)計(jì)流程中存在的缺陷,并且最終設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)是不是滿足了方案的需求,找出測(cè)試發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的主要原因及與總體目標(biāo)相悖的部分,以便做到最后實(shí)施目的,完善各個(gè)模塊設(shè)計(jì)的功能。當(dāng)軟硬件總體方案設(shè)定好以后,就必須對(duì)軟硬件的所有模塊設(shè)計(jì)都進(jìn)行了獨(dú)立檢測(cè),從而使得各個(gè)模塊設(shè)計(jì)在控制系統(tǒng)接通以后,都可以順利地進(jìn)行檢查工作。當(dāng)各個(gè)功能都檢測(cè)完畢以后,再逐步地將所有的分功能都集成在一起,從而進(jìn)行了系統(tǒng)檢測(cè),逐步地做到了整機(jī)控制系統(tǒng)的所有性能和整體系統(tǒng)的全部功能。5.1溫度模塊測(cè)試測(cè)試嬰兒車內(nèi)的溫度，主要是對(duì)于DHT11在不同溫度下測(cè)試出來(lái)的數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確來(lái)進(jìn)行測(cè)試，本次主要采用打火機(jī)和DHT11之間在不同時(shí)間和不同距離測(cè)試，其測(cè)試數(shù)據(jù)如下表5-1所示：表5-1溫度測(cè)試數(shù)據(jù)時(shí)間距離 5cm10cm15cm20cm0s18℃18℃18℃18℃15s23℃22℃20℃19℃30s27℃25℃24℃22℃45s33℃29℃26℃25℃在進(jìn)行溫度測(cè)試時(shí)，可以看出，DHT11測(cè)試的溫度是隨著時(shí)間的增加而升高，隨著距離的增加而降低，從而證明DHT11對(duì)溫度的測(cè)試正常。5.2濕度模塊測(cè)試測(cè)試嬰兒車內(nèi)的濕度，主要是對(duì)于嬰兒是否尿床以此來(lái)提醒家長(zhǎng)。DHT11在不同濕度下顯示的數(shù)據(jù)應(yīng)該是不同的，所以本次采用濕紙巾覆蓋和澆水的方法來(lái)測(cè)試，其測(cè)試數(shù)據(jù)如下表5-2：表5-2濕度測(cè)試記錄狀態(tài)正常濕紙巾覆蓋澆水濕度27%56%90%從測(cè)試數(shù)據(jù)看，DHT11測(cè)試的濕度數(shù)據(jù)是隨著濕度的增加而增加的，從而證明DHT11對(duì)濕度的測(cè)試正常，且當(dāng)測(cè)試到濕度變化時(shí)，報(bào)警指示燈會(huì)報(bào)警提示，如下圖5-1所示：圖5-1濕度檢測(cè)報(bào)警5.3聲音模塊測(cè)試對(duì)于YL-56聲音傳感器的測(cè)試，主要是為了其能準(zhǔn)確的檢測(cè)到嬰兒的哭聲。其測(cè)試方法是用了一個(gè)測(cè)試分貝的APP，結(jié)合在不同分貝在不同靈敏度的情況下，YL-56能否準(zhǔn)確檢測(cè)到聲音從而報(bào)警，其測(cè)試分貝如圖5-2所示：圖5-2分貝測(cè)試記錄其測(cè)試數(shù)據(jù)如下表5-3所示：表5-3聲音測(cè)試記錄 靈敏度分貝低中高10-20db未報(bào)警未報(bào)警報(bào)警20-30db未報(bào)警報(bào)警報(bào)警30-40db報(bào)警報(bào)警報(bào)警40-60db報(bào)警報(bào)警報(bào)警從測(cè)試記錄來(lái)看，同一分貝下，是否報(bào)警是隨著靈敏度的變化而變化，當(dāng)分貝沒(méi)有或者很小時(shí)，YL-56未報(bào)警，當(dāng)分貝在逐步升高后，YL-56報(bào)警，證明其對(duì)哭聲的檢測(cè)正常。當(dāng)YL-56對(duì)哭泣聲進(jìn)行采集后通過(guò)串口通訊的形式傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)上，單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)信息后是否啟動(dòng)音樂(lè)播放，以此來(lái)判斷音樂(lè)播放模塊是否正常。YL-56對(duì)音量的大小檢測(cè)的靈敏度可以在其模塊的電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)。5.4顯示系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)主要通過(guò)傳感器對(duì)嬰兒車內(nèi)環(huán)境中的溫濕度,哭泣聲進(jìn)行采集后通過(guò)串口通訊的形式傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)上，單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)信息后通過(guò)OLED液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)信息，從上至下分別是RTC實(shí)時(shí)時(shí)間，TP為溫度數(shù)值展示，RH為濕度數(shù)值展示，最下方為搖床電機(jī)擋位，如圖5-3所示：圖5-3采集信息顯示功能5.5GSM移動(dòng)通信模塊測(cè)試在溫濕度檢測(cè)模塊，聲音檢測(cè)模塊測(cè)試成功的前提下，就可以對(duì)GSM通信模塊進(jìn)行測(cè)試。此測(cè)試主要是當(dāng)DHT11和YL-56在檢測(cè)到嬰兒尿床和哭泣聲時(shí)，會(huì)將數(shù)據(jù)采集后傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)上，單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)后向SIM900AGSM發(fā)送指令后，其指示燈亮，向指定號(hào)碼撥打電話，以此來(lái)判斷GSM模塊是否正常，如圖5-4所示：圖5-4GSM撥打電話測(cè)試5.6床擺動(dòng)模塊測(cè)試對(duì)于舵機(jī)的調(diào)試主要是根據(jù)其在不同的擋位下轉(zhuǎn)動(dòng)的速率不同，可以通過(guò)舵機(jī)在三個(gè)不同擋位的情況下轉(zhuǎn)動(dòng)周期來(lái)測(cè)試，從而判斷舵機(jī)是否是正常的。對(duì)舵機(jī)進(jìn)行擋位切換并對(duì)一分鐘內(nèi)旋轉(zhuǎn)周期進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如下表5-4所示：表5-4舵機(jī)測(cè)試記錄擋位123一分鐘的旋轉(zhuǎn)周期30157從測(cè)試數(shù)據(jù)上來(lái)看，舵機(jī)隨著擋位的增高，其轉(zhuǎn)動(dòng)速度也加快，從而說(shuō)明舵機(jī)運(yùn)行正常。6總結(jié)與展望6.1總結(jié)隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，世界在一步步前進(jìn)，嬰兒車也走向了智能化。當(dāng)今社會(huì)，每個(gè)家庭在照顧嬰兒這件事上，絞勁腦汁。為了減輕父母照顧嬰兒的負(fù)擔(dān)，騰出手來(lái)去干家務(wù)或者別的事，同時(shí)也可以知道嬰兒的狀態(tài)這一問(wèn)題，設(shè)計(jì)出一款由單片機(jī)控制的智能嬰兒車。系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)嬰兒是否哭泣，是否尿床，并利用無(wú)線通信功能向父母手機(jī)撥打電話提示，這次設(shè)計(jì)中，通過(guò)智能化的監(jiān)控手段，能夠讓父母在干別的事的同時(shí)，也可以知道嬰兒的狀態(tài)。論文工作如下：（1）通過(guò)查閱相關(guān)資料了解了有關(guān)智能嬰兒車的基本知識(shí)和研究背景及意義，分析了國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，通過(guò)對(duì)比后確定研究方向。（2）明確系統(tǒng)的總體方案并進(jìn)行論證，完成硬件電路的設(shè)計(jì)。根據(jù)智能嬰兒車功能需求選用合適的控制器和其他設(shè)備，并對(duì)各個(gè)設(shè)備模塊方案進(jìn)行逐一論證，最終確定使用方案。由STM32F103C8T6芯片作為主控來(lái)控制各類傳感器進(jìn)行信息數(shù)據(jù)采集，隨后將獲取的信息實(shí)時(shí)顯示在OLED屏幕上和通過(guò)GSM向家長(zhǎng)提示。如果檢測(cè)到數(shù)據(jù)不正常則會(huì)通過(guò)功能模塊執(zhí)行相應(yīng)的操作進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)報(bào)警模塊也會(huì)發(fā)出相信信號(hào)。（3）完成整個(gè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，開發(fā)環(huán)境及語(yǔ)言則選用Keil5和C語(yǔ)言。之后對(duì)各個(gè)模塊以及整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果基本達(dá)到要求。在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，從開始的不熟悉電子設(shè)計(jì)的步驟和程序，通過(guò)查閱資料和詢問(wèn)教員，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程有了一定的認(rèn)識(shí)，掌握了設(shè)計(jì)的流程和方法。做每一個(gè)模塊提前有一個(gè)思路，然后化整為零，一個(gè)一個(gè)解決，最后解決了每一個(gè)模塊的問(wèn)題。通過(guò)設(shè)計(jì)學(xué)到了