0 引言

    婴幼儿是家庭的重要成员，由于生活能力较弱，各方面需额外照顾，坠落、走失、烫伤、滚落等都可能对婴幼儿的身心造成伤害。同时，婴幼儿的体温、尿布湿度等情况也需得到关注。但是家长出于工作、家务、学习等各种原因，无法时时刻刻对自己的孩子进行监护，或者难免有时候粗心大意，其结果往往是造成惨剧或者事故的发生。因此，希望能通过现代科技产品对婴幼儿进行实时监控，在夜晚睡眠以及需要孩子独处等的情况下能够知道孩子的状况，以减少这些意外的发生。目前市场上的产品普遍存在可靠性不高、携带不便捷、功能不全面等不足，无法全面满足家长与孩子的需求^[1]。

1 系统的硬件设计

    本系统分为3个模块，总体实现5项功能，如图1所示。3个模块分别为：主机模块、臂带模块、腰带模块；5项功能分别为：婴幼儿活动范围检测监控、婴幼儿睡眠踹被检测监控、婴幼儿尿布湿度检测监控、婴幼儿发烧检测监控、婴幼儿啼哭声检测监控。

1.1 主机模块

    设备主板设计完成后将主板安装于主机箱内，主机箱置于婴儿房间内离婴儿床较近的地方，主机箱外接二自由度红外高端夜视固定摄像头，摄像头能适应多角度多情景模式。主机箱上有复位、开关按钮，主机箱中无线路由器的天线通过预留的天线口留在外面，使得信号传输更高效。箱子内置电路板与箱体表面的12864显示屏相连，原理图如图2所示。

1.2 RFID模块

    RFID(Radio Frequency Identification)是一种非接触式的自动识别技术，识别过程无需人工干预，可同时识别多个标签，操作方便，适应性广泛。设计中 RFID读卡器由天线、耦合元件、芯片组成，用于读取标签信息。电子标签分为有源、无源和半有源3种。本设计选用无源标签，主要依靠阅读器发射脉冲信号的能量工作，具有低成本、使用寿命长的特点，但在阅读距离和对较大移动速度的识别方面有所限制。

    如图3，选用TRF7960A作为RFID/近场通信系统的集成模拟前端和数据成帧设备。内置编程选项使其适合各种邻近和近程识别系统应用。

1.3 SIM300c模块

    如图4，系统采用的SIM300C是一款新型的GPRS通信模块，内嵌强大的TCP/P协议，提供通用的AT控制命令，使用户不需移植TCP/IP协议就能利用GPRS服务与终端建立连接、实现数据传输，缩短用户的开发和生产周期。采用6针SIM卡座，6根信号线分别为：电源(VCC)、地(GND)、复位(RST)、状态(VPP)、时钟(CLK)、数据(I/O)。如图4，无线遥控开关分别为PT2262发射模块和PT2272接收模块，是一对带地址、数据编码功能的红外遥控发射/接收芯片。在空地无干扰时使用距离>50 m，正常使用一般为二三十米，因此能够满足一般家庭有建筑物干扰的情况。

1.4 传感器模块

1.4.1 温湿度传感器模块

    温湿度传感系统采用DHT11温湿度传感模块，外形及原理图如图5所示。DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，采用专用的温湿度传感技术和数字模块采集技术，确保产品具有极高的可靠性与良好的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个 NTC测温元件，可与STC89C52单片机相连接，达到检测婴幼儿温湿度的目的，具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点^[8]。

1.4.2 声音传感器模块

    选用的传感器输出数字信号，不需额外的A/D 转换电路即可与单片机之间进行通信，工作电压为3.5～5 V，灵敏度在70～100分贝范围内可调节。一般小孩的哭声正好能够达到此范围，生活中较为常见的噪音能够有效被过滤掉。

2 系统软件设计

    单片机系统的程序采用C51语言，编程调试后生成HEX文件，由ISP下载软件写入STC89C52单片机。主体程序采用中断模式，读写器输入信号触发中断，执行相应的中断服务程序。串口通信子程序在整个系统运作中起到了关键作用。运用串口调试工具，设置串行口的波特率为115 200 b/s，8 bit数据位，1 bit停止位，无奇偶校验。然后在主程序中，通过编写相关AT命令程序，实现单片机对SIM300C模块的控制。图6为软件流程图。

3 系统功能

3.1 婴幼儿活动范围检测监控

    针对婴幼儿是否“单独”离开指定的生活区域（如婴儿房、卧室等）或进入不安全区域（如浴室、阳台、门外等）进行实时监控，并在此类情况下迅速地通知家长，使之得到有效地解决。一张电子标签通过臂带模块佩戴在婴幼儿身上。婴儿靠近 RFID 读卡器时，读卡器会自动采集电子标签信息，认为此次靠近为不安全行为，警报响起提示附近的家人查看，同时通过sim300c 模块以手机短信形式告知系统绑定的手机。

3.2 婴幼儿尿布湿度检测监控

    针对婴幼儿晚上是否需要更换尿不湿而设计的尿布湿度检测控制系统。该检测系统对尿不湿的湿度进行实时检测，并在需要更换尿不湿时及时通知家长，从而为婴幼儿营造舒适的睡眠环境。当湿度传感器检测到尿布湿度超过预警值时，输出电位会发生变化，89C51 单片机控制模块感应到电位变化，利用内部中断服务程序借助sim300c网络与通信模块发送相应报警信息到家长的手机终端。

3.3 婴幼儿啼哭声检测监控

    针对婴幼儿晚上独立睡觉时是否有哭声等，对婴幼儿房间进行实时监控，一旦检测到相应信号，通过迅捷的技术手段发出警报并通知家长，从而提高安全性。声音传感器检测到婴幼儿的哭声，传感器输出数字信号到单片机，单片机输出高电平使无线发射模块发射信号，无线接收模块接收信号，通过电磁继电器启动蜂鸣器，家长听到蜂鸣器的声音后打开智能手机，通过无线网络观看摄像头传输的画面。

3.4 婴幼儿睡眠踹被检测监控

    针对婴幼儿晚上是否踹被设计的婴幼儿睡眠踹被检测监控。该检测监控系统对婴幼儿体表周围的温度是否超出波动范围进行实时检测，以判别婴幼儿是否有踹被行为。若有，则及时通知家长，防止婴幼儿受凉感冒。

3.5 婴幼儿发烧检测监控

    针对婴儿是否发烧而进行温度的检测和实时监控。由于婴幼儿正处在生长阶段，无法对生理现象进行自我表达和自我照顾。若因受凉而发烧，或发烧后长时间未被家长发现，极可能对婴儿造成严重的后果。因此，该婴幼儿发烧检测监控系统可以及时发现并迅速通知家长，以避免危险事件的发生。

    设计成果如图7、图8所示，图7为臂带三维爆炸图，图8为腰带三维爆炸图。试用者反馈信息对设备给了很大好评，他们认为设备设计巧妙，系统报警精准度高，信息传输完善，功能全面。相比较之前的一些设备或无设备状态，当小孩靠近危险时不但能准确快速地将信号传递给家长，摄像头传输技术还能通过无线网络实现摄像头图像实时传输。现在大多数家庭等环境里还未有这种婴幼儿安全监控保障设备的引入，一旦其实用性得到了验证，将使很多人受益。它能很有效地解决因家长大意或者忙碌而造成小孩受伤或死亡等问题，例如需对开水壶安装读卡器，当小孩靠近热水时，系统发出警报，可让家长及时发现小孩的情况，确保孩子的安全，彻底遏制惨剧的发生。

参考文献

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[2] 郭从良.现代信号数据获取与信息处理系统[M].北京：清华大学出版社，2009：37-106.

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[4] NI L M，LIU Y，LAU Y C，et al.LANDMARC：indoor location sensing using active RFID[C].Proceedings of PerCom，2003：407-415.

[5] ZHAO Y Y，LIU Y H，NI L M.VIRE：active RFID-based localization using virtual reference elimination[C].Parallel Processing，Xian，2007：56.

[6] 赵军，李鸿斌，王智.无线网络室内定位系统研究[J].信息与控制，2008，37(4)：465-471.

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[8] 崔阳，张维华，白云峰.一种基于Arduino的智能家居控制系统[J].电子技术应用，2014，40(4)：123-125.