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单片机开发|基于单片机的婴儿睡眠监测系统设计_单片机睡眠辅助器

作者：我家自动化 | 2024-03-02 04:12:19

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单片机睡眠辅助器

作者主页：编程指南针

作者简介：Java领域优质创作者、CSDN博客专家 、CSDN内容合伙人、掘金特邀作者、阿里云博客专家、51CTO特邀作者、多年架构师设计经验、腾讯课堂常驻讲师

主要内容：Java项目、Python项目、前端项目、人工智能与大数据、简历模板、学习资料、面试题库、技术互助

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文末获取源码 

项目编号：BS-DPJ-003

前言：

婴儿一天中的大多数时间都处于睡眠状态，如何对婴儿进行睡眠监测、及时安抚婴儿，以及如何解决婴儿的尿湿问题，这些都是新妈妈们最关心的问题。大部分的家庭都会选择方便的纸尿裤，但是纸尿裤不仅价格昂贵，而且吸水性很强，如果不及时更换，很可能会长出红疹等皮肤疾病，对婴儿的身体也是有威胁的；婴儿醒了就会大哭，家长没有及时的听见，造成婴儿很长一段时间没有人照料。所以，为婴儿设计一个适合婴儿的睡眠监测系统，对于新手家长来说是很有帮助的。本论文采用STC89C52单片机为核心，采用声控、语音播报、湿度采集电路采集各种场景的数据，并通过 LED灯光、语音播报等方式来实现对幼儿进行实时监测。

一，环境介绍

语言环境：C语言开发

开发技术：51单片机；声音控制电路；语音播报；湿度采集；液晶显示

二，项目简介

睡眠是人体的一个重要的生理过程，其质量的高低直接关系到人体的健康。在医学上，人们对睡眠的结构和过程的认识，主要是通过多导睡眠记录仪和多通道睡眠描记法来实现。具体来说，就是使用脑电图（EEG）来监测睡眠者的脑波，来预测睡眠状况。但是，由于医疗器械和技术都以医院、科研院所为主，其普及程度受到高昂的费用限制。近年来，随着传感技术的飞速发展，微型探测器的研制也在不断地进步。目前，最常见的是使用体动记录仪进行监测，通常使用三个方向的传感器来获取人体各个部分的动作，如 Fitbit、 JawboneUP、 WakeMate、 YawnLog等都是目前市场上使用的一种便携式智能手机。分析软件可以根据采集到的信息，对人体的能量消耗、睡眠质量、唤醒时间、睡眠效率等进行分析。

与此同时，一大批以智能手机为基础的睡眠管理软件（SleepAsAndroid、 Sleep Cycle)，通过调用智能硬件中的加速传感器，对睡眠行为进行记录，从而达到了只需使用智能硬件就能够监测睡眠质量的目的。然而，这种类型的传感器仍然有一些缺陷，如：行为识别不清楚，错误识别率高。

现在的社会，工作压力越来越大，女人要同时兼顾工作与家庭，特别是刚做母亲的，要照顾婴儿，又要操持家务，这让新妈妈很是焦头烂额。婴儿一天中的大多数时间都是在睡觉，如何监测婴儿的睡眠，如何安抚婴儿，如何解决婴儿的尿湿问题，这些都是忙碌的新妈妈们所关心的问题。大部分的家庭都会选择用便携的纸尿裤，但是纸尿裤不仅价格昂贵，而且吸水性很强，如果不及时更换，很可能会引起婴儿的皮肤起疹子。纯棉纸尿裤既卫生又舒服，又要及时更换，目前市场上的尿液湿度测试设备大都是单一的，容易造成漏报。所以在婴儿睡觉的时候，要想知道婴儿有没有尿床，这对于新手家长来说也是非常重要的。

本论文主要针对以单片机为核心的婴儿睡眠监测系统进行了设计。当婴儿在睡眠中被监测，当婴儿被尿湿或者因为需要照料而哭泣时，就会发出警报。

首先，在参考了有关的数据之后，确定了整个方案和功能，并按照设计的要求，完成了电路的设计和硬件的构建，然后编写了单片机的控制软件，最后进行了实际的焊接和试验。

该系统主要包括：51单片机最小系统， LED指示灯，ULN2003驱动步进电机，功能按键，WT588D播放，声音采集模块，湿度检测， LCD显示当前信息和状况，声音传感器检测婴儿哭闹，湿度传感器检测婴儿尿床，检测尿床， LED灯亮，声音播报。具体是这样的：

1)查阅有关数据，了解51微处理器的基本原理；

2)了解51微处理器在婴儿睡眠监测中的应用；

3)完成了以单片机为核心的婴儿睡眠监测系统的电路设计；

4)用 C语言进行有关的控制；

5)对程序进行调试，使之符合设计要求；

6)焊接一块用于检测和分析婴儿睡眠监测系统的硬件电路；

7)完成毕业设计报告。

2.1 系统总体框图

此方案的整体设计方框图见图2-1。

图2-1 系统框图

图2-1是本系统的系统配置，从图中可以看出，它包括九个部件：

1）微处理器：

由于STC89C52是一种低功耗，高性能的COMS8位单片机，它的系统中有8 K的可编程 Flash内存。该系统以STC89C52系列微处理器为核心，根据采集到的数据进行相应的数据处理和控制。

2）声控电路：

本系统主要用于采集超过某一特定数值分贝的声音，以满足起动步进电动机的要求。

3）湿度度采集电路：

本电路主要完成对各温度的测量，并将其送至单片机进行处理。

4）语音采集电路：

该线路用于判断婴儿是否在哭泣。

5）步进电机：

此模块可实现婴儿床的晃动。

6）LED灯：

在这个系统中， LED灯会及时发光，可以让保姆们及时地照看婴儿，查看婴儿有没有尿床。

7）语音播报：

WT588D在这个系统中会自动报警，提醒保姆注意婴儿有没有尿床，并能及时的哄婴儿入睡。

8）LCD1602模块：

本系统采用杜邦线路与单片机连接，由单片机采集相关的信号，并将其传输至液晶显示器，以提高其亮度。

9）系统供电电路：为报警系统的工作提供稳定的直流稳压电源。

2.2 系统功能设计

在系统启动后，将会针对以下情况进行相应的处理：

1.每当婴儿号角哭泣时，电机由音响控制回路自动摇摆，语音模组会自动播放轻歌，以安抚婴儿的心情；

2.语音控制模块能够实时获取婴儿的哭闹情况；

3.每当儿童小便造成棉被湿时，由湿度传感器发出的信号触发自动警报，语音提示是否尿床， LED灯点亮；

4.采用ULN2003驱动步进电动机，在需要哄婴儿的时候，可以控制马达左右转动，让婴儿安静。

5.按键用于进行3种不同的设定，便于对各种情况进行快速的处理。

三，系统展示

整体展示

系统测试：湿度检测器检测到婴儿尿床会进行语音播报+LCD灯闪烁展示

四，核心代码展示

  1. #include <reg52.h>			 //调用单片机头文件
  2. #include <intrins.h>
  3. #include "lcd1602.h"
  4. #include "StepMotor.h"
  5.  
  6. #define uchar unsigned char  //无符号字符型 宏定义	变量范围0~255
  7. #define uint  unsigned int	 //无符号整型 宏定义	变量范围0~65535
  8.  
  9. #include "WT588D.h"
  10.  
  11. //按键引脚定义
  12. sbit KEY1 = P3^5;
  13. sbit KEY2 = P3^6;
  14. sbit KEY3 = P3^7;
  15.  
  16. sbit ShiDu = P1^0;//湿度传感器
  17. sbit LED = P1^1;
  18. sbit Voice = P1^2;//声音传感器
  19.  
  20. bit openFlag = 0;//电机开启标志 
  21. bit Mode = 0;//0是自动模式，1是手动模式
  22.  
  23. uint DJ_TIME = 0;//电机开启时间
  24.  
  25. /*********************定时器1初始化******************/
  26. void time_init()	  
  27. {
  28. 	TMOD |= 0X10;	  
  29.   TH1=0x4c;//50ms
  30.   TL1=0x00; 	
  31. 	ET1 = 1;
  32. 	TR1 = 1;//开启定时
  33. 	EA  = 1;	 	  //开总中断
  34. }
  35.  
  36. void keyscan()
  37. {
  38. 		if(KEY1 == 0)//切换键按下
  39. 		{
  40. 				delay_ms(10);
  41. 				if(KEY1 == 0)
  42. 				{
  43. 						while(!KEY1);//等待按键松开
  44. 						Mode = !Mode;
  45.             if(Mode==0)lcd_write_str(0, 1, "MODE: ZIDONG    ");			
  46.             else lcd_write_str(0, 1, "MODE: SHOUDONG  ");	
  47.             openFlag = 0;					
  48. 				}
  49. 		}
  50.     if(Mode==1)//手动模式
  51. 		{
  52. 				if(KEY2 == 0)//手动开关键按下
  53. 				{
  54. 						delay_ms(10);
  55. 						if(KEY2 == 0)
  56. 						{
  57. 								while(!KEY2);
  58. 						
  59. 								openFlag = 1;
  60. 						}
  61. 				}
  62. 				if(KEY3 == 0)//手动开关键按下
  63. 				{
  64. 						delay_ms(10);
  65. 						if(KEY3 == 0)
  66. 						{
  67. 								while(!KEY3);
  68. 						
  69. 								openFlag = 0;
  70. 						}
  71. 				}
  72. 		}
  73. }
  74.  
  75. void motoRotate()//电机处理
  76. {
  77. 	  static uint djcount=0;
  78. 	  static bit flag = 0;
  79.  
  80. 	  if(flag == 0)
  81. 		{
  82. 			  djcount++;
  83. 				if(djcount < 30)
  84. 				{
  85. 						MotorCW();//正转
  86. 				}
  87. 				else
  88. 				{
  89. 						if(djcount < 130)
  90. 						{
  91. 								MotorStop();//电机停止
  92. 						}
  93. 						else
  94. 						{
  95. 								flag = 1;
  96. 							  djcount = 130;
  97. 						}
  98. 				}
  99. 		}
  100.     else
  101. 		{
  102. 			  djcount--;
  103. 				if(djcount > 100)
  104. 				{
  105. 						MotorCCW();//电机反转
  106. 				}
  107. 				else
  108. 				{
  109. 					  if(djcount<=0){flag = 0;djcount=0;}
  110. 						MotorStop();//电机停止
  111. 				}
  112. 		}
  113. }
  114.  
  115. void main()
  116. {
  117. 	  uint sy_count1 = 0;
  118. 	  uint sy_count2 = 0;
  119. 	  uint yuyin = 0;
  120. 	  bit flag = 0;
  121. 	
  122. 		time_init();//定时器初始化
  123. 		lcd_init();//1602初始化
  124. 		lcd_write_str(0, 0, "STATE: CLOSE    ");
  125.     lcd_write_str(0, 1, "MODE: ZIDONG    ");
  126.  
  127. 		while(1)
  128. 		{
  129. 			  keyscan();
  130. 			  if(Mode == 0)//在自动模式下
  131. 				{
  132. 						if(Voice == 0)//检测到有声音
  133. 						{
  134. 								if(sy_count1++ > 10)//检测哭声是否延续
  135. 								{
  136. 										DJ_TIME = 60;//电机开启时间1分钟
  137. 										openFlag = 1;//电机开启
  138. 									  sy_count1 = 0;
  139. 									  if(ShiDu==0)Line_1A(1);//播报歌曲
  140. 								}
  141. 						}
  142. 						else
  143. 						{
  144. 								if(sy_count2++ > 200)
  145. 								{
  146. 										sy_count2 = 0;
  147. 									  sy_count1 = 0;
  148. 								}
  149. 						}
  150. 				}
  151.         if(ShiDu==1)//检测到尿不湿湿了
  152. 				{
  153. 						LED = 0;
  154. 					  if(flag == 0)//只播报一次
  155. 						{
  156. 								flag = 1;
  157. 							  Line_1A(0);//播报
  158. 							  yuyin = 0;
  159. 						}
  160. 						if(flag==1)
  161. 						{
  162. 								if(yuyin++ > 400)
  163. 								{
  164. 										yuyin = 0;
  165. 									  Line_1A(0);//播报
  166. 								}
  167. 						}
  168. 				}
  169. 				else
  170. 				{
  171. 						LED = 1;flag = 0;
  172. 				}
  173. 			  if(openFlag==1)//电机开启
  174. 				{
  175. 					  lcd_write_str(0, 0, "STATE: OPEN ");
  176. 						motoRotate(); 
  177. 				}else 
  178. 				{
  179. 					  lcd_write_str(0, 0, "STATE: CLOSE");
  180. 						MotorStop();//电机关闭
  181. 				}
  182. 			  
  183. 			  delay_ms(1);
  184. 		}
  185. }
  186.  
  187.  
  188. void zd1() interrupt 3
  189. {
  190. 	  static uchar cnt1=0;
  191. 		TH1=0x4c;//50ms
  192. 		TL1=0x00; 
  193. 	
  194. 		if(cnt1++ >= 20)//1s
  195. 		{
  196. 				cnt1 = 0;
  197.         if(DJ_TIME > 0)
  198. 				{
  199. 						DJ_TIME--;
  200. 				}
  201. 				else
  202. 				{
  203. 						if(Mode == 0)openFlag=0;
  204. 				}
  205. 		}
  206. }
  207.  
  1. #include <reg52.h>
  2. #include <intrins.h>
  3. #include "lcd1602.h"
  4.  
  5. sbit RS = P2^5;//数据命令引脚
  6. sbit RW = P2^6;//读写引脚
  7. sbit E = P2^7;//使能引脚
  8.  
  9. #define DataPort P0//1602并行通信口
  10.  
  11. void delay_ms(unsigned int ms)//延时毫秒函数
  12. {
  13. 	unsigned char i, j;
  14. 		do
  15. 		{
  16. 				_nop_();
  17. 				i = 2;
  18. 				j = 199;
  19. 				do
  20. 				{
  21. 					while (--j);
  22. 				} while (--i);
  23. 		}while(--ms);
  24. }
  25.  
  26. void lcd_clear(void)//清屏函数
  27. {
  28.      lcd_write_com(0x01);
  29. 		delay_ms(5);
  30. }
  31.  
  32. void lcd_write_com(unsigned char byte)//写命令
  33. {
  34. 		RS = 0;
  35. 	  RW = 0;
  36. 	  E = 1;
  37. 	  DataPort = byte;
  38. 	  _nop_();
  39. 	  _nop_();
  40. 	  delay_ms(1);
  41. 	  E = 0; 
  42. }
  43.  
  44. void lcd_write_data(unsigned char byte)//写数据
  45. {
  46. 	  RS = 1;
  47. 	  RW = 0;
  48. 	  E = 1;
  49. 	  DataPort = byte;
  50. 	  _nop_();
  51. 	  _nop_();
  52. 	  delay_ms(1);
  53. 	  E = 0;
  54. }
  55.  
  56. void lcd_init()//1602初始化
  57. {
  58. 	  delay_ms(5);
  59. 	  lcd_write_com(0x38);//设置16*2显示，5*7点阵，8位数据接口
  60. 	  delay_ms(5);
  61. 	  lcd_write_com(0x38);//设置16*2显示，5*7点阵，8位数据接口
  62. 	  delay_ms(5);
  63. 	  lcd_write_com(0x38);//设置16*2显示，5*7点阵，8位数据接口
  64. 	  delay_ms(5);
  65. 	  lcd_write_com(0x08); //关闭显示
  66. 	  delay_ms(5);
  67. 	  lcd_write_com(0x01);//清屏指令
  68. 	  delay_ms(5);
  69. 	  lcd_write_com(0x06);
  70. 	  delay_ms(5);
  71. 	  lcd_write_com(0x0c);
  72. 	  delay_ms(5);
  73. 	  
  74. }
  75.  
  76. void lcd_write_char(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char byte)//在某一位置显示一字符
  77. {
  78. 	  if(0 == y)
  79. 		{
  80. 			lcd_write_com(0x80 + x);//第一行
  81. 		}
  82. 	  else if(1 == y)
  83. 		{
  84. 			lcd_write_com(0x80 + 0x40 + x);//第二行
  85. 		}
  86. 		lcd_write_data(byte);//显示数据
  87. }
  88.  
  89. void lcd_write_str(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char *s)//在某一位置显示一字符串
  90. {
  91. 	 if(0 == y)
  92. 		{
  93. 			lcd_write_com(0x80 + x);//第一行
  94. 		}
  95. 	  else
  96. 		{
  97. 			lcd_write_com(0x80 + 0x40 + x);//第二行
  98. 		}
  99. 		
  100. 		while(*s)//判断是否检测到结尾符 
  101. 		{
  102. 			lcd_write_data(*s);//显示数据
  103. 			s++;//指针加1 
  104. 		}
  105. 		
  106. }
  107.  
  108.  
  109.

五，项目总结

本论文采用了信息学习法、文献研究法、经验法等多种研究方法，包括：

(1)信息学习法：了解和实践婴儿的睡眠监测功能，并结合当前的实际情况，进行婴儿的睡眠监测系统的开发。

(2)文献调研：收集了国内外有关婴儿睡眠监测设计的研究成果，并对其进行了梳理，并对其进行了系统的需求分析。

(3)经验方法：在进行系统设计时，常常会出现代码错误等问题。

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