摘要：为更好地照料婴儿，分管新爸爸新妈妈的担负，提出一种依据MSP430单片机的婴儿睡觉监护体系。体系包含多点尿湿检测模块、声响检测模块、声光报警模块和无线传输模块。以低功耗的MSP430为主控，运用DHT11芯片检测温湿度，单片机处理后的温、湿度信息由nRF24L01发送给接纳端，当温湿度超出阈值或检测到婴儿啼哭时进行声光报警。经实践测验，该体系运转牢靠，低功耗、低成本、高实用性，具有推行价值。
在当今日子和作业节奏日益严重的社会，女人往往要统筹作业和家庭，特别初为人母，既要照料婴儿，还要照料家务，新妈妈们往往手忙脚乱。婴儿一天中大部分时刻都在睡觉，怎么对其进行睡觉监护，在婴儿醒来时及时安慰、怎么处理尿湿问题一向困扰着繁忙的新妈妈们。绝大多数的家庭挑选运用便利的纸尿裤，但纸尿裤除了高开支以外，它的吸水层简单繁殖细菌，不及时替换就会捂出红疹，对婴儿的健康也有危险。纯棉尿布健康舒适，但需求及时替换，市面上现有的尿湿检测设备大多是单点丈量，存在漏报的或许。
本文规划的长途婴儿尿湿监护体系能有用地为新妈妈们处理这个困扰。在反常报警部分，首要检测两种状况：1)婴儿尿湿;2)婴儿由于不舒服或需求照料而发生的哭闹。体系选用多点尿湿检测和声响检测报警，既可检测婴儿尿湿或哭闹状况，又防止了由于婴儿正常翻身移动或说话脚步等环境声所发生的漏报和误报。本体系将多点尿湿监测模块和音频检测模块嵌入隔尿垫的隔水层下，功耗小，便利别离清洗，有实用价值。
1 体系全体规划
图1所示为体系结构框图，本体系由多点尿湿监测模块、声响检测模块、无线传输模块以及声光报警模块组成，均以低功耗单片机MSP4 30为主控。多点尿湿监测模块对湿度实时监测，当体系检测到湿度超越阈值或检测到婴儿啼哭时无线传输模块发送信号使接纳终端声光报警，这样妈妈们就能够放心肠在其它房间作业做或家务，既不需求忧虑会影响宝宝的睡觉，也不需求忧虑宝宝醒来时不能及时安慰。
2 体系硬件规划
考虑到体系的低功耗性，微处理器选用美国德州仪器推出的16位MSP430F149单片机，其特点是超低功耗、具有精简指令集(RISC)的混合信号处理器，能够在1.8～3.6 V的电压下作业。它具有作业形式和5种低功耗形式，在低功耗形式下，CPU能够被中止唤醒，呼应时刻小于6μs，特别合适于长时刻运用电池作业的场合。一起，它的体积细小，接口完善，具有较强的运算才能，十分合适作为睡觉监测体系的主控芯片。
2.1 多点温度尿湿检测模块
温度丈量能够使本体系主动封闭，当多点温度均等于环境温度时阐明没有婴儿睡在上面，这时体系主动断电，大大减小电池的耗费，延伸运用时刻。下次运用时只需重新发动即可，进一步完结低功耗规划。
选用单点湿度传感器丈量很简单漏测，这是由于：
1)男女婴儿的尿湿部位不同，单个的传感器简单形成失误。
2)婴儿睡觉时会有移动。多点尿湿检测模块的湿度灵敏面置于尿垫浸透层，其他电路部分置于隔尿垫的隔水层下，当其间一路传感器检测到的湿度信号接纳到的信号超越阈值，主控单片机就会触发射频芯片，发送信号使接纳端进行声光报警。比较其他同类产品的单一传感元件，多点测控更有用、更牢靠。
多点温度尿湿检测模块选用含已校准数字信号输出的DHT11数字温湿度传感器，传感器包含一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相衔接，该产品具有超快呼应、抗干扰才能强、性价比极高级长处。DHT11选用3.3～5.5 V直流供电，湿度丈量规模20—90%RH，湿度丈量精度±5%RH，湿度分辨率1%RH，可彻底交换，长时刻稳定性±1%RH/年。单线制串行接口输出数字信号，使体系集成变得简易便利。超小的体积、极低的功耗，使其适用于多点尿湿检测。
多点尿湿温度传感器衔接方法如图2所示，电源正与地跟单片机电源正和地相衔接，4路数据接口分e接5.1 k上拉电阻与单片机P1口衔接。
2.2 声响检测模块
声响检测报警应只由婴儿啼哭声触发，而疏忽成年人的语音(30～3 000 Hz)和脚步等其他环境声响，防止误触发，所以体系只对1 500 Hz以上声响进行检测，当该频段规模内的声响起伏超越阈值时，经过无线传输模块发送信号使接纳终端声光报警，声响阈值依据实践环境由用户调理。
图3所示的声响检测模块电路由AD7794将话筒收集到的模拟信号转化成数字信号，由单片机滤波处理。处理成果判别为婴儿哭声才触发射频芯片。AD7794芯片合适高精度丈量运用，而且具有低功耗、低噪声、完好输入终端等长处。
2.3 无线传输和接纳模块
射频发送和接纳需求确保传输的牢靠性，要求误码率低，抗干扰才能强，传输间隔要在15米以上。别的结合低功耗的要求，挑选nRF24 L01无线芯片作为射频%&&&&&%。nRF24L01是由NORD%&&&&&%出产的单片无线收发器芯片，首要作业在2.4～2.5 GHz的ISM频段，频段之间的转化时刻低于200 μs。输出功率频道挑选和协议的设置能够经过SPI接口进行设置。当作业在发射形式且发射功率为0dBm时电流耗费为11.3 mA，接纳形式时电流耗费为12.3 mA，在掉电形式和待机形式下电流耗费更低。无线传输模块由信号发射单元和信号接纳单元组成，两者之间经过无线传输进行数据交互，共同完结数据的无线传输。其室内传输间隔可达30 m，无线传输速度可到达1Mbit/s，在运用中只需求一片nRF24 L01和少量的外围元件就能完结射频收发功用，大大减少了体系的体积。
nRF24L01与MSP430单片机的衔接时选用MSP430单片机的串口通讯模块USART1作SPI运用，供给同步通讯，首要是两者之间进行指令和数据通讯。MSP430的管脚P1.4、P3.0、P1.3、P3.3、P3.2、P3.1装备成通用I/O引脚，别离与nRF24L01的CE，CSN，SCK，MOSI，MISO，IRQ衔接，操控nRF24L01的作业方法，衔接电路如图4所示。
本体系为便携式体系，选用电池供电，需求进行低功耗规划。只要在单片机检测到丈量信号超越阈值时，射频芯片才发射信号，不然nRF 24L01处于掉电状况下降功耗。
2.4 声光报警模块
本规划的意图是将婴儿的尿湿信息和啼哭信息经过无线传输的方法，送到监护人随身携带的设备(如腕带)，此部件接纳到信号，使设备上的报警器作业。本体系在接纳端选用声光两级报警，首要发光提示，30s后假如监护人没有封闭提示，蜂鸣器就会发出声响提示，蜂鸣器的音量能够调理。
3 体系软件规划
3.1 体系主流程
该体系软件规划包含尿湿啼哭丈量模块的软件规划和接纳报警模块的软件规划，首要流程图见图5、6。尿湿啼哭丈量模块通电后首要完结体系初始化，多点测温模块完结温度丈量，当各点温度均坚持等于环境温度超越5分钟体系断电;不然进行湿度和声响的丈量。当测得的湿度声响信号超越阈值时就发动射频芯片，发送无线信号，然后体系进入低功耗形式，等候模块被封闭或按键再次发动。接纳报警模块接纳到报警信号后首要发动光电报警，30 s后若未被封闭则发动声响报警直至按键停止。
3.2 声响检测流程
婴儿哭声频率一般在中频段且大于1 500 Hz，因而要求能够过滤大人的语音等声响。可是滤波今后的声响也纷歧定是婴儿哭声，因而一起还要求检测起伏，只要频率和起伏一起都满意条件才会报警，以到达更高的精度。
滤波部分由自定义带通滤波函数完结，在频带(LowFreq，HighFreq)规模内的信号再由起伏检测函数检测信号起伏是否大于门限值Voice _T。假如小于门限值则疏忽，假如大于门限值，则发动射频芯片，发送信号使声光报警模块报警。门限值能够供运用者白行调整，以习惯不同需求。
4 体系测验
针对本项意图几个模块，侧重丈量啼哭检测和尿湿检测模块的误报率和漏报率。一般家庭婴儿室与接纳点最远不到25 m，以25 m间隔进行尿湿和啼哭检测，调查其发射接纳的成功率和准确性，详细实验成果如表1所示。
从实验成果中能够看出该体系的抗干扰才能、稳定性和牢靠性都能满意一般的运用要求，具有必定的推行价值。
5 定论
针对实际中照料婴儿的困难，规划了依据MSP430的集啼哭检测、尿湿检测功用的低功耗攵睡觉监护体系，而且针对市面上产品的缺陷进行改善，便利家长及时照料婴儿。实验证明该婴儿睡觉监护体系牢靠性高，实用性较强，功耗小，而且可供长时刻运用，便利保护以及拓宽更多功用，具有产品化含义。
