.緒論1.1研究背景隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對生育觀念的變化，近年來，中國的新生兒出生數(shù)量持續(xù)下滑，引發(fā)廣泛關(guān)注。據(jù)預測，到2023年，中國的年均出生人口將會降至900萬人，甚至在2024年可能跌破850萬。這種趨勢的出現(xiàn)，與近年來我國計劃生育政策的調(diào)整以及人們的生育觀念變化密切相關(guān)。一方面，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和生活節(jié)奏的加快，越來越多的年輕人在事業(yè)和家庭之間難以平衡，導致他們選擇晚婚甚至不結(jié)婚，從而影響了生育率。另一方面，現(xiàn)代家庭對子女教育的重視程度越來越高，家長們希望給孩子提供更好的成長環(huán)境和教育資源，這也使得他們在生育問題上更加謹慎。在出生率日漸下降的情況下，對新生兒的日常照顧更應該仔細，而隨著社會的進步和面臨新生兒的出生新生兒家長的工作壓力也越來越大。如今的嬰兒床使用的主要是簡單的木質(zhì)床、鐵制床等，缺乏實用性和創(chuàng)新性，造成現(xiàn)在的普通老式嬰兒床已經(jīng)跟不上如今發(fā)達的科技了，所以我將通信技術(shù)作為支撐智能嬰兒床的內(nèi)核。所以以后的智能嬰兒床將會是匯智能無線通訊，多方面信息交互于一身的產(chǎn)物。改變我們的智能化生活在某些未普及方面的環(huán)境。通過能嬰兒床控制系統(tǒng)平臺還可以衍生到其它方面，使我們的生活更加智能便利。智能嬰兒床作為一種新興產(chǎn)品，不久將占據(jù)主流市場。隨著人們生活水平的提高和對嬰幼兒健康關(guān)注的增加，智能嬰兒床的需求量將逐漸增加。隨著技術(shù)的不斷進步和普及，智能嬰兒床的價格也將逐漸下降，更多的中低收入家庭也能夠購買和使用智能嬰兒床。智能嬰兒床的發(fā)展將會一帆風順，未來的市場將有它的立足之地。智能嬰兒床是一種結(jié)合先進傳感器和控制技術(shù)的創(chuàng)新產(chǎn)品，它能夠提供舒適、安全和智能化的睡眠環(huán)境，為家長提供更好的便利和可靠的嬰幼兒護理方案。隨著市場需求的提高和技術(shù)的進步，智能嬰兒床將會有更廣闊的市場前景和發(fā)展空間。1.2研究意義隨著社會的穩(wěn)步前行，我國的科技進步步伐未曾停歇。這種持續(xù)的科技革新激發(fā)了人們對生活品質(zhì)有著更高層次的期待，對生活的質(zhì)量追求日臻精細化。特別是在新生兒這一家庭的瑰寶身上，他們的生活質(zhì)量被視為至關(guān)重要的，家人們對他們的呵護之情深如海。近年來，我國科技領(lǐng)域頻現(xiàn)重大突破，這直接推動了人民生活水平的穩(wěn)步提升，同時對生活品質(zhì)的審視標準也愈發(fā)嚴謹。在家庭環(huán)境中，父母對嬰兒和孩童的關(guān)愛和投入是無比深厚的。隨著中國西南地區(qū)逐步放寬了二胎政策，甚至有跡象表明將放寬至三胎政策，同時著重于優(yōu)生優(yōu)育的理念，各類針對嬰幼兒的產(chǎn)品應運而生。在這個背景下，嬰兒床作為新生兒的基本生活必需品，其需求尤為顯著。據(jù)統(tǒng)計，大部分家庭會購置嬰兒床。因此，如今市場上的智能嬰兒床研發(fā)正處在活躍且激烈的階段。然而，現(xiàn)有的智能嬰兒床主要功能較為單一，主要用于通過播放音樂吸引嬰兒的注意力，實際上并未能有效緩解父母的壓力，反而可能需要更多精力去照顧嬰兒。相比之下，功能更為全面的智能嬰兒床往往定價較高，對于部分家庭來說，經(jīng)濟負擔可能會顯得沉重。為應對功能局限與高價位的挑戰(zhàn)，我們進行了一項深入的研究。起初，我們選用了51單片機作為核心設計，其主要任務是通過集成的溫濕度傳感器和聲音傳感器實時監(jiān)控嬰兒的狀況。一旦察覺到嬰兒的異常行為，該系統(tǒng)便會激活蜂鳴器發(fā)出警示，及時通知父母。這樣一種設計不僅確保了嬰兒在一個健康安全的環(huán)境里成長，還減輕了父母的壓力，使他們能有更多的時間專注于嬰兒的照料。此外，相較于其他方案，這個設計在成本上更為經(jīng)濟。1.3研究內(nèi)容和方法步驟1.3.1研究內(nèi)容：傳統(tǒng)的嬰兒床主要限于基礎的睡眠用途，未能有效監(jiān)控和管理嬰兒，不具備智能化或個性化的服務特性。我們設計了一款創(chuàng)新的智能嬰兒睡眠監(jiān)測設備，它依托于AT89C51控制器，其目標是提升嬰兒床的智能化水平，特別強調(diào)對嬰兒的安全與舒適度的保障。該系統(tǒng)巧妙地融入了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，支持遠程操控和實時監(jiān)控。作為核心組件，AT89C51控制器承擔著數(shù)據(jù)收集和處理的任務，從而實現(xiàn)了對嬰兒床的遠程管理和監(jiān)測，大大提升了使用的便利性和效率。本系統(tǒng)可以通過哭聲檢測、溫度檢測和濕度檢測等手段，監(jiān)控嬰兒的身體狀況，同時支持遠程控制嬰兒床的運作狀態(tài)。在系統(tǒng)工作時，多種傳感器，如DS18B20溫度傳感器和聲音傳感器，被用來進行數(shù)據(jù)收集，這些數(shù)據(jù)隨后會被傳輸?shù)紸T89C51控制器進行處理。該控制器的主要任務是管理從傳感器獲取的信息，包括識別出哭聲、監(jiān)控溫度和濕度等參數(shù)。一旦嬰兒床出現(xiàn)不尋常的情況，整個系統(tǒng)會啟動應急機制，通過點亮紅燈和發(fā)出蜂鳴聲的方式，有效地向新生兒的父母發(fā)出警告，促使他們立即關(guān)注孩子的狀態(tài)。本系統(tǒng)可以有效的提高嬰兒的安全性和舒適度，快速響應嬰兒的需求，并為家長減輕了許多壓力，可大力推廣。1.3.2研究方法步驟：第一步：檢索國內(nèi)外關(guān)于嬰兒監(jiān)護裝置系統(tǒng)設計的中英文文獻資料，重點關(guān)注涉及單片機技術(shù)和傳感器應用的相關(guān)研究進展，以期全面掌握該領(lǐng)域的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其重要意義。第二步：負責獨立規(guī)劃和設計各個系統(tǒng)模塊的原理圖和印制電路板。第三步：購置所需的電子元件，設計并制作PCB電路板，隨后進行恰當?shù)木€路布局，從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)集成。第四步：在KeiluVision這個集成開發(fā)環(huán)境中，進行C語言的程序設計和開發(fā)工作。第五步：利用編程技術(shù)來建立51單片機與各類傳感器之間的有效連接與交互。第六步：利用編程技術(shù)來整合和測試本設計的所有功能模塊。第七步：如果調(diào)試過程順利并完成，那么我會整理相關(guān)的數(shù)據(jù)和文檔；反之，如果遇到失敗，我將重新回到第二步，逐步分析和找出問題，持續(xù)進行調(diào)試，直到最終成功。1.4國外、國內(nèi)嬰兒床市場狀況一、國外研究現(xiàn)狀智能嬰兒床是一種結(jié)合了兒童發(fā)育、控制科技和醫(yī)療護理的床鋪。隨著科技的不斷發(fā)展，智能嬰兒床已經(jīng)成為國外許多家庭必不可少的兒童用品之一。本文將從智能嬰兒床的設計、特點以及使用效果等幾個方面，對國外研究進行綜述。國處對智能嬰兒困的研寬可追邈至上世紀90年代。i期的智能嬰兒困設計注熏賁樂、插圖和玩具等方面的展示，但電于缺乏實用性積科技含曩較低，這樣的設計逐漸被市場泡汰。近年來，智能嬰兒床開始走向智能化和科技化的方向隨著人們生活水平的提高和對嬰幼兒健康關(guān)注的增加，智能嬰兒床市場需求量不斷增長。根據(jù)最近國外調(diào)研顯示，美國每年出生的嬰兒數(shù)量穩(wěn)定在1500萬左右，其中有相當一部分家庭對嬰幼兒產(chǎn)品的要求越來越高。智能嬰兒床作為一種新興產(chǎn)品，不僅能夠提高家長的便利性和舒適性，還能夠減少嬰幼兒因呼吸暫停、窒息等原因?qū)е碌囊馔鈧?。智能嬰兒床在嬰幼兒家居市場上具有廣闊的發(fā)展前景。根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，近年來，全球嬰兒床市場規(guī)模持續(xù)增長。預計未來幾年內(nèi)，全球嬰兒床市場仍將保持穩(wěn)定增長，其中亞太地區(qū)市場增長最快，市場規(guī)模達到了200億元人民幣，目前，嬰兒床市場競爭激烈，市場上的主要品牌包括兒童樂園、紐威等。這些品牌在嬰兒床市場上具有一定的知名度和市場份額。另外，一些小型制造商也在市場上嶄露頭角，通過特色設計和差異化競爭來獲取市場份額。嬰兒床市場在向智能化、人性化的方向進步。隨著科技的不斷進步，智能嬰兒床將逐漸普及，如帶有溫度計、呼吸監(jiān)測器、音樂播放器等功能的嬰兒床將受到更多消費者的青睞。此外，智能化和人性化的嬰兒床設計一定會受到市場的歡迎。二、國內(nèi)研究現(xiàn)狀在本設計中，與各類傳感器的有效交互和協(xié)作被列為重要職責之一，我們計劃通過編程手段進行集成測試。一旦調(diào)試環(huán)節(jié)順利，我們會整理并記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)和文檔。若調(diào)試過程中遭遇挫折，我們將退回至問題排查的第二階段，逐步定位并修復錯誤，直至達成調(diào)試目標。目前，智能嬰兒床尚未在市場上形成一致的規(guī)格或解釋，通常它是在傳統(tǒng)嬰兒床的基礎上增添了護理監(jiān)控特性，能實時監(jiān)控嬰兒在床鋪上的活動狀態(tài)，涵蓋溫濕度監(jiān)控以及聲音等多方面指標。根據(jù)《2019年中國嬰兒床市場深度探究報告-業(yè)務動態(tài)與前景預估》，智能嬰兒床在當前階段尚無明確的專業(yè)分類?；谝延械漠a(chǎn)品形態(tài)，大致可劃分為兩種類型：一是獨立式，這類智能嬰兒床盡管具備智能化功能，但操控局限于床體內(nèi)部的按鈕；二是遙控式，它允許用戶通過智能手機應用程序?qū)崿F(xiàn)遠程監(jiān)控。相較于其他地區(qū)，中國的智能嬰兒床市場起步較晚，但增長勢頭強勁。據(jù)統(tǒng)計，2017年該行業(yè)的增長率已高達10.59%，市場規(guī)模達到了36.1億元人民幣。預測顯示，2018年的市場規(guī)模增速將進一步提升至13.48%，預計規(guī)模將達到42億元人民幣。目前，中國擁有超過200家的傳統(tǒng)嬰兒床制造商，而其中大約有一半左右，即大約50%，已經(jīng)涉足智能嬰兒床的生產(chǎn)。隨著社會需求和技術(shù)進步的趨勢，越來越多的傳統(tǒng)企業(yè)開始關(guān)注并研發(fā)智能嬰兒床。然而，總的來看，我國的智能嬰兒床市場還未達到完全的繁榮階段，競爭程度相對較低，其市場份額僅占嬰兒床行業(yè)總量的大約10%。在競爭態(tài)勢上，至今尚未有在市場上具有較高知名度和顯著占有率的品牌主導該行業(yè)。這表明，智能嬰兒床行業(yè)的集中度非常低，市場競爭尚處于初步階段。據(jù)最新的調(diào)查報告顯示，中國現(xiàn)有約2億名五歲以下嬰幼兒，占全國總?cè)丝诘拇蠹s15%，然而在嬰兒家具市場中，我們的份額僅為5%，且自主研發(fā)的品牌寥寥不到200家，這無疑揭示了我國嬰兒床及相關(guān)家具市場蘊藏著龐大的增長空間。令人驚訝的是，智能嬰兒床產(chǎn)品在中國的發(fā)展歷程已超過30年，尤其在過去的十年間，其行業(yè)增速令人矚目，展現(xiàn)出強勁的發(fā)展勢頭。然而，當前的狀況揭示出我國并未擁有引領(lǐng)行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，這直接導致嬰兒家居產(chǎn)品領(lǐng)域自主品牌的匱乏。這種局面使得嬰兒家具市場的起步顯得尤為困難。此外，盡管智能嬰兒床市場產(chǎn)品琳瑯滿目，但卻未對不同階段的嬰兒進行細分，這使得消費者在尋找符合自己孩子需求的產(chǎn)品時面臨困擾，從而抑制了他們的購買意愿。其次，我國專業(yè)的嬰兒床設計方面的設計師寥寥無幾，有少數(shù)還是其他家具行業(yè)轉(zhuǎn)過來的，還有一些是并未多了解，剛剛?cè)胄小Ｉ腥狈ο嚓P(guān)經(jīng)驗和系統(tǒng)設計理念的新人。所以，專業(yè)的智能嬰兒床產(chǎn)品設計師很稀缺，相關(guān)專業(yè)的設計師更多出自高校的學習，但是嬰兒床的設計又是個新興產(chǎn)業(yè)，沒有公司或者企業(yè)愿意把錢財和精力投資在這個項目上。這種情況導致了全社會對孩子的無微不至的關(guān)注。當前普遍存在的“小皇帝”和“小太陽”現(xiàn)象清楚地表明，嬰兒和幼兒成為了兩個世代消費的中心焦點。據(jù)最低限度的估算，中國每年在嬰幼兒產(chǎn)品上的消費總額已突破1000億元大關(guān)。同時，該市場正經(jīng)歷爆炸性的增長，其增長速率和潛力顯現(xiàn)出對于成人消費品市場的顯著超越。尤其隨著上世紀80年代獨生子女一代步入育兒階段，他們對嬰幼兒產(chǎn)品的追求日益精細化。這涵蓋了廣泛的領(lǐng)域，如孕期所需的營養(yǎng)補充品和詳盡的育兒指南，孕期的防輻射服、胎教多媒體資料，產(chǎn)后需要的家庭服務如保姆和嬰兒護理專員，以及嬰兒床鋪用具、奶粉、衣物等各種必需品。當前嬰幼兒產(chǎn)品市場已從嬰兒奶瓶等簡單物品迅速發(fā)展2硬件設計2.1系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)圖2-1系統(tǒng)工作流程2.1.1.系統(tǒng)組成及特性AT89C51是低電壓，在ATMEL的51系列中，特別值得一提的是AT89C51，它是一款高效能的微控制器，其顯著優(yōu)點在于它不僅兼容8051指令集，而且還完美對接各種引腳，提供了極大的便利性。它的核心采用了高度易用且富有創(chuàng)新的動畫和應用開發(fā)技術(shù)，賦予了極高的靈活性和可擴展性，用戶能夠自由地進行定制和開發(fā)。由此可知，使用這款單片機在科研和設計項目中，顯著節(jié)省了編程時間，使得整個過程更為高效便捷。AT89C51是一款采用先進CMOS技術(shù)的八位微控制器，具備卓越的能效比和高性能表現(xiàn)。該器件內(nèi)建了一個容量高達4K字節(jié)的可編程閃存程序存儲器，其特性在于支持高速寫入操作，且允許進行至少1000次的反復擦寫，數(shù)據(jù)保存期限可穩(wěn)定維持10年之久。AT89C51確保了其指令集與引腳配置與MCS-51系列微處理器全面兼容，與此同時，在全面實現(xiàn)MCS-51系列所有原有功能的基礎上，它還能拓展實現(xiàn)一些MCS-51系列原本無法勝任的應用場景，從而極大地提升了系統(tǒng)的功能完整性與適用范圍。通過采用AT89C51作為核心構(gòu)建實際的單片機操作系統(tǒng)，能夠有效地縮減系統(tǒng)的物理尺寸，提升其運行穩(wěn)定性，同時減少整體成本。這款微處理器支持5V編程，無論是寫入還是擦除數(shù)據(jù)，操作周期都相對較短，效率高。相較于工作在12V的8751/87C51，AT89C51的操作更為簡易，對硬件設備的沖擊較小，功耗節(jié)省，適用的環(huán)境和應用領(lǐng)域也更為廣泛。2.1.2單片機特性：（1）集成度很高，高安全性，小單片機的設計理念是將所有組件緊密地集成于單一的芯片內(nèi)，由此帶來了極高的集成度和小巧的體積優(yōu)勢。它的內(nèi)部連線顯著減少，使得它在抵抗工業(yè)噪聲方面的表現(xiàn)優(yōu)于一般的通用CPU。特別的是，它的程序指令、常數(shù)和表格等內(nèi)容被固化在只讀存儲器（ROM）中，從而提供了更好的保護，不易受到損壞。此外，單片機還實現(xiàn)了多個信號通道的內(nèi)部集成，這顯著提升了其工作的可靠性和穩(wěn)定性。（2）控制功能強為了確保能滿足對目標對象的有效控制需求，單片機的指令系統(tǒng)內(nèi)嵌了極為豐富的條件分支轉(zhuǎn)移能力，同時配備了強大的I/O端口邏輯操作和位處理功能，這使其尤其適合于執(zhí)行各類特定的控制任務。（3）電壓功耗很低（4）易擴展單片機內(nèi)部整合了構(gòu)成計算機所有必需的部件。它外部配備有多條可擴展的三總線接口，以及并行和串行的數(shù)據(jù)輸入/輸出端口，這些特性使其具備強大的靈活性，能輕松地搭建不同規(guī)模的計算機應用系統(tǒng)。REF_Ref8566\r\h[2]。（5）優(yōu)異的性能價格比單片機的性能極高。隨著需求的增加，各大公司間的競爭加劇，直接導致單片機的價格下滑，這進一步提升了其性價比。2.2AT89C51系統(tǒng)引腳功能AT89C52和1C51是高效能的微控制器，為了適應有限的引腳數(shù)量，許多引腳被設計為具備多重功能。如需了解它們具體的邏輯結(jié)構(gòu)細節(jié)，建議查閱圖2-2。圖2-2AT89C51邏輯引腳圖以下是關(guān)于各個引腳具體功能的詳細描述。VCC引腳的功能在于提供電路所需的電源電壓輸入。接地GND連接到地線。P0是一個8位的雙向開漏型引腳，具備泄漏電平特性，每個引腳能承受8個TTL級的柵極電流。當首次將P1端口的引腳寫入1時，若遇到高阻抗輸入，系統(tǒng)會將其默認為0，這樣它既可作為外部程序數(shù)據(jù)存儲器的一部分，也可以用作數(shù)據(jù)地址的第八位標識。在執(zhí)行FLASH[3REF_Ref7238\r\h]編程時，P0端口的輸入被視為原始數(shù)據(jù)，而在進行FLASH驗證時，它的輸出也是原始數(shù)據(jù)。為了正常工作，P0端口必須與外部設備進行電氣連接:P1端口詳解：P1端口本質(zhì)上是一個內(nèi)部帶有上拉電阻的8位雙向I/O端口。P1端口緩沖器可承受來自4個TTL門電路的輸入電流。當向P1端口引腳寫入邏輯“1”時，由于內(nèi)部上拉機制，端口無需外部拉高即可用作輸入。P2端口是一個配備有內(nèi)置上拉電阻的8位雙向I/O接口，能接納來自P2端口緩沖器的TTL邏輯電流輸入。當對P2端口進行寫入操作，將其設置為1時，引腳會受制于內(nèi)部上拉電阻，此時它以輸入模式工作。與此同時，由于外部的輸入信號，P2端口的引腳會被拉低，輸出電流則源于內(nèi)部的上拉機制。這個端口具有多功能性，可用于連接外部程序存儲器或存取16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器，并且它的輸出特性使得P2端口寄存器獨具特色REF_Ref9589\r\h[4];P3針腳由8個引腳組成，它是一個配備有內(nèi)置上拉電阻的雙向I/O接口，能夠承受4個TTL門的輸出電流。當對P3端口進行寫入操作并設為1時，其內(nèi)部機制會自動將引腳提升至高電平，從而進入輸入模式。此外，當外部的引腳電位偏低時，P3端口具備輸出電流的能力。P3口具備扮演AT89C52特殊功能接口的能力。P3.0端口用于RXD（串行接收數(shù)據(jù)）；P3.1端口負責TXD（串行發(fā)送數(shù)據(jù)）；P3.2端口作為INT0（外部中斷0輸入源）；P3.3端口承擔INT1（外部中斷1輸入源）的功能；P3.4端口對接TO（定時器0外部脈沖輸入）；P3.5端口則與T1（定時器1外部脈沖輸入）相連。P3端口的功能之一是在進行閃存編程和程序驗證時，用以接收若干必要的控制信號REF_Ref10173\r\h[5];RST的功能是執(zhí)行復位輸入的操作。A/L或者PROG引腳在存取外部儲存裝置時，用于鎖定并對應地址字節(jié)，特別是在進行FLASH編程時，它也可作為編程脈沖的輸入源。A/L會產(chǎn)生以1/6的頻率輸出的正向脈沖信號，這些信號可以被用作外部脈沖或定時器。PSEN能夠作為選擇外部程序存儲器的通道，每周期它會被激活兩次以讀取外部存儲器的數(shù)據(jù)。然而，在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的過程中，PSEN信號并不會被觸發(fā)。在執(zhí)行EAVP操作時，必須留意當PSEN信號維持低電平時，外部程序存儲器（其地址范圍是000FFFFH）的狀態(tài)，并且要考慮加密設置，因為RESET信號會在一定程度上解除鎖定。當終端電壓處于高位時，外部程序存儲器會被激活，而且在執(zhí)行FLASH編程時，可以通過這個引腳接通12V編程電源。XTAL1則被用于輸入到反相振蕩器、放大器以及部分時鐘電路結(jié)構(gòu)中。AL2作為反相振蕩器的輸出信號，其主要功能是用來驅(qū)動外部時鐘源，因此我們不建議將其連接至其他設備。2.3溫度模塊2.3.1溫度報警器設計原理及內(nèi)容:這個系統(tǒng)運用了DS18B20溫度傳感器作為主要的溫度測量設備，所有的數(shù)據(jù)采集和處理工作均由AT89C2051單片機來完成，最后，獲取到的溫度信息會被清晰地顯示在LCD屏幕上?？捎呻娔XUSB接口進行供電，也可外接6V16V的直流電源供電。該設備的溫度讀數(shù)范圍在-55°C至125°C，精確度為1°C，只能顯示出整數(shù)讀數(shù)。例如，如果預設溫度為30°C，一旦實際環(huán)境溫度上升到31°C以上，它會激活警報機制，這表現(xiàn)為發(fā)光二極管的點亮和繼電器的啟動。如果你想關(guān)閉報警功能，可以將警報觸發(fā)點設置得更高。若需要對特定區(qū)域進行溫度控制，可以接入DS18B20傳感器，但務必確保連接線路不過于冗長以維持性能。以免電流損耗引起較大誤差，注意其引腳絕緣。DS18B20的溫度測量機制基于其內(nèi)部計數(shù)器對溫度敏感的振蕩器脈沖進行計數(shù)。在低溫環(huán)境中，這些脈沖能順利流經(jīng)門電路。然而，一旦溫度上升并達到預設的高溫閾值，振蕩器的脈沖就無法通過門電路。具體來說，當溫度被設定為-55°C時，如果門電路未能在計數(shù)器清零前關(guān)閉，溫度寄存器的數(shù)值會逐漸提升，這表明當前的溫度已超過-55°C。此時，計數(shù)器會重置回當前的溫度讀數(shù)，以此來校正振蕩器的溫度相關(guān)性，然后重新啟動計數(shù)，直至回到零點。如果門電路仍然未關(guān)閉，這個過程將會重復進行REF_Ref10692\r\h[6]。圖2-3DS18B20原理圖圖2-4DS18B20實物圖2.3.2測溫操作DS18B20的一個關(guān)鍵特性在于它能直接輸出數(shù)字形式的溫度讀數(shù)。用戶可以根據(jù)需要調(diào)整其溫度傳感器的精確度，可以選擇9位、10位、11位或12位的選項，這些分別對應著0.5°C、0.25°C、0.125°C和0.0625°C的增量。值得注意的是，在設備初次供電時，它的標準精度已經(jīng)被設置為12位REF_Ref9962\r\h[7]。在DS18B20初次啟動后，它會自動進入低功耗休眠狀態(tài)。為了執(zhí)行溫度測量和模數(shù)轉(zhuǎn)換，總線控制器必需發(fā)送一個[44h]指令來喚醒它。一旦溫度數(shù)據(jù)被采集，它將以兩字節(jié)的形式被暫存到高速暫存器的溫度寄存器中，而DS18B20繼續(xù)保持休眠狀態(tài)。對于寄生電源的具體總線要求，你需要查閱DS18B20供電部分的詳細指南。2.3.3遇到的問題在構(gòu)思和規(guī)劃溫度控制電路的過程中，我考慮了兩種可能的策略或方案。方案一:鑒于本設計專注于測溫電路構(gòu)建，我們可以借助熱敏電阻等溫度敏感元件，利用其對溫度變化的感應特性，將隨溫度改變而變化的電壓或電流信號捕獲，并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換過程后，再由單片機進行數(shù)據(jù)處理運算。最終，在顯示電路環(huán)節(jié)，即將被測溫度直觀呈現(xiàn)出來。這樣的設計方案需涉及A/D轉(zhuǎn)換電路和相對復雜的感溫電路部分。方案二:在設計單片機電路時，考慮到溫度檢測的需求，自然而然會聯(lián)想到采用溫度傳感器這一方案，因其在同類設計中應用廣泛且易于采納。為此，我們可以選擇DS18B20這款溫度傳感器，它能夠簡單直接地獲取被測溫度數(shù)值，并將其轉(zhuǎn)換為可用數(shù)據(jù)，從而完全滿足本次設計的要求REF_Ref11078\r\h[8]。兩種方式都能達成目標，但顯然，方法二在設計上更為精簡。所以舍棄方法一2.4濕度模塊2.4.1設計思路文獻法：在網(wǎng)上搜索相關(guān)文獻和資料；通過采用調(diào)查、分析以及實際操作的實驗手段，我們可以識別出存在的問題，并據(jù)此提出相應的解決策略。通過比較和分析各種設計的獨特原理，并且評價同類傳感器之間的性能異同，我們可以有效地評估當前系統(tǒng)的研究狀況及其未來的前景發(fā)展。軟硬件設計方法的實施包括設計并構(gòu)建硬件，隨后對各項功能進行全面的合規(guī)性測試，以確保其滿足預定的標準和需求。2.4.2濕度小板系統(tǒng)中所使用的濕度傳感器是水位傳感器，它是利用了水的導電性從而輸出的模擬值可以直接被讀取，達到所設定的濕度值時就會報警。2.4.3引腳定義將引腳連接到VCC電源。將引腳連接到GND上。腳S能夠輸出模擬信號，這種信號可以適配地連接到AD轉(zhuǎn)換器（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）的輸入端或者單片機的專用AD轉(zhuǎn)換引腳上。2.4.4實物圖：圖2-5濕度小板實物圖2.5聲音檢測模塊2.5.1聲電轉(zhuǎn)換模塊:電容麥克風作為一種經(jīng)濟實用的音頻信號轉(zhuǎn)化器，憑借其小巧的體積、精簡的構(gòu)造和卓越的性能備受青睞。它的價格親民，廣泛應用于諸如小型錄音設備、無線電話以及各種聲控電路等場合。這種麥克風的核心組成部分是由振動膜構(gòu)成的聲信號轉(zhuǎn)換和阻抗轉(zhuǎn)換兩大部分。在駐極體振膜的一面，覆蓋著一層金屬薄膜和一層塑料薄片。當這一側(cè)處于高電勢場中時，振膜兩側(cè)會出現(xiàn)相反的電荷分布。金屬薄膜與極板共同形成了一個電容器。當這些材料受到聲波的振動影響時，電場隨之改變，使得輸出的電壓也隨之波動，反映出聲波的特性。然而，由于這個由金屬薄膜和極板構(gòu)成的電容器的容量通常僅有幾分之一皮法拉，其阻抗非常高，這使得它不能直接連接到音頻放大器上REF_Ref11434\r\h[9]。在實際運用時，通常會插入一個場效應管或晶體管在駐極體振動膜與音頻放大器之間，其目的是為了實現(xiàn)阻抗的有效協(xié)調(diào)。2.5.2模塊接線說明：1.VCC支持從3.3伏特至5伏特的外部電壓輸入，這種設計使得它能夠輕松地與5V或3.3V供電的單片機兼容。2.GND外接GND；3.OUT是小板上的數(shù)字輸出端口，能夠提供邏輯高（1）或邏輯低（0）的信號輸出。REF_Ref11999\r\h[10]2.5.3使用說明：聲音模塊是一種具備高度靈敏度的環(huán)境聲音感應器，其主要功能是精確地探測并測量周邊環(huán)境的聲響水平。2.當環(huán)境聲音強度低于預設的界限時，模塊的OUT端口會顯示出高的電平狀態(tài)；相反，如果環(huán)境聲音強度超越了預設的閾值，OUT端口則會切換到低電平狀態(tài)。3.通過將小板的數(shù)字輸出端口（OUT）與單片機相連，單片機能夠讀取并解析接收到的高低電平信號，進而實現(xiàn)了對周圍環(huán)境聲音的監(jiān)控功能。4.微型電路板上的數(shù)字輸出接口OUT能夠直接操控本店所提供的繼電器模塊，這樣便能夠構(gòu)建出一個基于聲音控制的開關(guān)系統(tǒng)REF_Ref13024\r\h[11]。2.5.4接線圖：圖2-6實物接線圖圖2-7工作電路圖2.5.5實物圖：圖2-8實物圖2.6語音模塊2.6.1BY8001BY8001-16P是一款支持插卡功能的MP3播放模塊，內(nèi)置高性能BY8001-QSOP24MP3主控芯片，具備同時解碼WAV和MP3兩種音頻格式的能力。除了插卡播放外，該模塊還可兼容外接U盤或通過USB數(shù)據(jù)線與電腦進行連接。尤為值得一提的是，該模塊可以直接驅(qū)動功率達3瓦的揚聲器，從而極大地簡化了操作流程，提升了用戶體驗。2.6.2產(chǎn)品特性：這個模塊兼容MP3和WAV音頻文件，展現(xiàn)出色的音質(zhì)表現(xiàn)。用戶能夠通過將TF卡插入模塊自帶的卡槽內(nèi)，自行選擇想要播放的媒體內(nèi)容。該模塊允許用戶既能通過USB驅(qū)動器進行讀取，也支持通過數(shù)據(jù)線進行內(nèi)容的同步更新。直接外接喇叭就可完成播放;2.6.3模塊管腳圖圖2-9BY8001模塊管腳圖2.6.4管腳參數(shù)圖2-10管腳參數(shù)表使用BY8001語音模塊優(yōu)點有：1.優(yōu)質(zhì)音效體驗：BY8001語音模塊具備播放MP3格式音頻文件的能力，而MP3格式因其壓縮效率高且保持良好音質(zhì)的特點，能夠為用戶提供更為出色的聲音表現(xiàn)。2.更大的存儲容量:BY8001語音模塊的存儲容量可以根據(jù)需要擴展，如果需要可以儲存更多的文件。3.更靈活的控制:BY8001語音模塊具有多種控制方式，可以通過串口、10口、IR遙控等方式控制，可以根據(jù)需要選擇。4.更方便的操作:BY8001語音模塊具有豐富的操作性，可以通過按鍵進行歌曲的更換和開始暫停。5.更強的兼容性:BY8001語音模塊支持多種主流的開發(fā)板，如Arduino、樹莓派等，具有更強的兼容性。2.7報警模塊蜂鳴器：圖2-11蜂鳴器報警電路報警系統(tǒng)采用了蜂鳴器作為警報裝置，然而蜂鳴器在正常運作時所需的電流較大，單純的TTL電平信號無法為其提供足夠的驅(qū)動。因此，為了確保蜂鳴器能正常工作，必須增設一個電流放大電路。為此，我們在設計中加入了一個三極管，目的是增強并通過該元件來提升流經(jīng)蜂鳴器的電流強度。其電路如圖2-11所示。2.8顯示模塊：2.8.1HJ1602A液晶顯示模塊廣泛應用在眾多日常用品中，比如計算器、秒表等附屬產(chǎn)品，其主要功能在于展示數(shù)字、圖形以及各類符號信息。在單板計算機體系結(jié)構(gòu)中，選擇液晶顯示器作為主要的顯示設備具有如下的優(yōu)勢：一旦液晶顯示器接收到信號，每個像素都能維持其特有的色彩和亮度，展現(xiàn)出穩(wěn)定的發(fā)光性能，無需像CRT顯示器那樣頻繁地進行刷新操作。這就使得液晶顯示器能夠提供出色的顯示質(zhì)量，避免了常見的閃爍問題。由于液晶顯示器采用數(shù)字信號，它與單片機系統(tǒng)的連接更為簡易而牢靠，從而使得操作更為便捷。液晶顯示器通過調(diào)整電極對液晶分子的操作來實現(xiàn)其顯示功能，與傳統(tǒng)顯示器在相同顯示區(qū)域比較，液晶顯示器的重量顯著輕便許多。相較于其他類型的顯示器，液晶顯示器的能耗主要集中在內(nèi)部電極和驅(qū)動集成電路（IC）上，故其總體能耗相較而言明顯較低REF_Ref13370\r\h[12]。。圖2-12液晶顯示器正面圖圖2-13液晶顯示器背面圖2.8.2引腳說明VSS被標識為第一腳，其功能是連接到地電源。DD標記所指示的第二個引腳用于接納5V的正向供電電壓。第3個接腳被標注為VL，它的主要功能是調(diào)節(jié)液晶顯示器的對比度。當連接至正電源時，對比度處于最低狀態(tài)；而與地電源相連時，對比度則提升至最高。然而，過高的對比度可能會引發(fā)"鬼影"問題。為了解決這個問題，可以通過接入一個10千歐姆的電位器來進行適當?shù)膶Ρ榷日{(diào)整。腳第四的引腳被標記為RS，它的功能是選擇不同的寄存器。具體來說，當RS腳輸入高電平時，它會選擇數(shù)據(jù)寄存器；而當輸入低電平時，它會選擇指令寄存器。第五腳的引腳標識為R/W，它被用作讀寫信號線。如果R/W收到高電平，那么系統(tǒng)將執(zhí)行讀取操作；反之，當R/W處于低電平時，會觸發(fā)寫入操作。當R/W信號線處于高電平狀態(tài)時，可以檢測到忙信號；而在RS為高電平且R/W為低電平時，系統(tǒng)允許執(zhí)行數(shù)據(jù)寫入操作。第6腳被稱為E端，它具有使能功能。一旦E端的電平狀態(tài)從高突然下降到低，這就觸發(fā)了液晶模塊執(zhí)行預先設定的指令。從第7到第14號引腳分別標記為D0至D7，它們構(gòu)成了8位的雙向數(shù)據(jù)線路。第15腳被標記為帶有背光源的正極。腳16被連接到背光源的負極端。2.8.3原理圖圖2-14LCD引腳圖3軟件設計3.1核心軟件設計按照程序流程圖的指示，系統(tǒng)會在電源接通并且設備開機后自動啟動，并運行初始化程序。在單片機程序啟動運行的過程中，會首先進行濕度監(jiān)測的初始化，接著執(zhí)行語音播報的準備工作，最后會同步更新LCD屏幕，顯示出最新的實時信息。圖3-1工作流程圖3.2聲音傳感器在程序運行過程中，聲音傳感器能捕捉聲音信號。當接收到的聲音強度超越預設的閾值時，它會輸出一個高電平信號；反之，如果沒有聲音或者聲音低于閾值，它則輸出低電平信號。聲音傳感器的三個連接端口分別對應電源、接地和信號輸出。一旦檢測到高于閾值的聲音，即高電平信號出現(xiàn)，這會引發(fā)主控程序的響應，促使紅色警告燈亮起并啟動蜂鳴器發(fā)出報警。這個操作流程詳細地體現(xiàn)在圖表中。圖3-2聲音模塊工作流程圖3.3ADC08323.3.1ADC0832的工作時序如圖3-3所示：正常情況下ADC0832與單片機的接口應為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時并未同時使用并與單片機的接口是雙向的，所以在I/O口資源緊張時可以將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當ADC0832未工作時其CS輸入端應為高電平，此時芯片禁用，CLK和DO/DI的電平可任意。當要進行A/D轉(zhuǎn)換時，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束REF_Ref14480\r\h[13]。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘（CLK）輸入端輸入時鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第一個時鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號。在第二、三個脈沖下沉之前DI端應輸入兩位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。當此兩位數(shù)據(jù)為“1”、“0”時，只對CH0進行單通道轉(zhuǎn)換。當2位數(shù)據(jù)為“1”、“1”時，只對CH1進行單通道轉(zhuǎn)換。當兩位數(shù)據(jù)為“0”、“0”時，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負輸入端IN-進行輸入。當兩位數(shù)據(jù)為“0”、“1”時，將CH0作為負輸入端IN-，CH1作為正輸入端IN+進行輸入。到第三個脈沖的下降之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端則開始利用數(shù)據(jù)輸出DO進行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個脈沖下降沿開始由DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位Data7，隨后每一個脈沖的下降沿DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個脈沖時發(fā)出最低位數(shù)據(jù)Data0，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個字節(jié)的下降沿輸出Data0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19個脈沖時數(shù)據(jù)輸出完成，也標志著一次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進行處理就可以了。作為單通道模擬信號輸入時ADC0832的輸入電壓是0—5V且8位分辨率時的電壓精度為19.53mV，即（5/256）V。如果作為由IN+與IN-輸入的輸入時，可是將電壓值設定在某一個較大范圍之內(nèi)，從而提高轉(zhuǎn)換的寬度。但值得注意的是，在進行IN+與IN-的輸入時，如果IN-的電壓大于IN+的電壓則轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果始終為00H。圖3-3ADC0832串行A/D轉(zhuǎn)換工作時序3.3.2ADC0382工作流程圖3-4ADC0382工作流程圖3.4BY8001語音模塊圖3-5BY8001工作流程圖遇到的問題和解決方法在設計程序時預想有兩種方案：將語音模塊和聲音檢測模塊相結(jié)合，也就是說當有外界的聲音達到語音檢測模塊的報警值時，表示孩子在哭鬧此時自動播放音樂來哄嬰兒入睡將語音模塊和聲音檢測模塊分離開，單獨進行工作。為防止生活中其他聲音的感染干擾，如在嬰兒沒有哭鬧時，由于其他的聲音導致聲音檢測模塊觸發(fā)從而導致語音模塊觸發(fā)播放音樂吵醒在睡覺的嬰兒所以決定將聲音檢測模塊和語音模塊分開工作。3.5DS18B20濕度模塊3.5.2DS18B20工作流程圖如3-6所示3-6DS18B20工作流程圖測溫操作：DS18B20的核心功能是它的直接讀數(shù)字的溫度傳感器。溫度傳感器的精度為用戶可編程的9，10,11或12位，分別以0.5"C，0.25°C，0.125°C和0.0625"C增量遞增。在上電狀態(tài)下默認的精度為12位。DS18B20啟動后保持低功耗等待狀態(tài);當需要執(zhí)行溫度測量和AD轉(zhuǎn)換時，總線控制器必須發(fā)出[44h]命令。在那之后，產(chǎn)生的溫度數(shù)據(jù)以兩個字節(jié)的形式被存儲到高速暫存器的溫度寄存器中，DS18B20繼續(xù)保持等待狀態(tài)。當DS18B20由外部電源供電時，總線控制器在溫度轉(zhuǎn)換指令之后發(fā)起“讀時序”(見單總線系統(tǒng)節(jié))，DS18B20正在溫度轉(zhuǎn)換中返回0,轉(zhuǎn)換結(jié)束返回1。如果DS18B20由寄生電源供電，除非在進入溫度轉(zhuǎn)換時總線被一個強上拉拉高，否則將不會由返回值。寄生電源的總線要求在DS18B20供電節(jié)詳細解釋。3.6LCD1602顯示模塊3.6.11602LCD的RAM地址映射以及標準字庫表圖3-7展示了1602顯示器的顯示地址的內(nèi)在構(gòu)造。圖3-7內(nèi)部顯示地址3.6.2LCD1602的顯示原理LCD1602的點陣圖形式液晶由X*Y個顯示單元組成。比如比較常見的LCD1602顯示屏為64行和每行的128列。所以字符可以用像素點來表示。體現(xiàn)在，每一個字節(jié)（8位）通常對應著屏幕上的一列或一行的亮暗狀態(tài)。通過這種方式，不同的字節(jié)內(nèi)容就可以控制屏幕上相應位置的亮度，從而形成所需的圖像或文字。此外，對于字符的顯示，由于字符通常由固定數(shù)量的點陣組成（如5x7或5x11），因此需要找到與顯示屏上某幾個位置對應的RAM區(qū)地址，并設置相應的點亮與否來控制字符的顯示。圖3-8LCD1602程序設計圖3-9液晶顯示函數(shù)流程圖3.7報警模塊：本設計采用蜂鳴器報警電路，如圖所示。當蜂鳴器額定電流≤30mA，而對于STC89C51單片機，P3.2口的灌電流為15mA，僅靠單片機的P3.2口電流是不能驅(qū)動蜂鳴器的，必須使用晶體管放大電流。通常使用PNP型晶體管，當外部環(huán)境的溫度或者濕度超過預設值的時候，基級變?yōu)榈碗娖?，蜂鳴器導通鳴叫，實現(xiàn)報警。蜂鳴器警報模塊報警模塊與溫度模塊，濕度模塊，聲音檢測模塊相結(jié)合當其中任意一個模塊達到預值就會蜂鳴器提醒，LED燈點亮流程圖如3-10所示圖3-10報警程序流程圖4.系統(tǒng)的測試和分析系統(tǒng)硬件電路的連接是基于語音識別的空調(diào)溫度調(diào)控系統(tǒng)制作的重要步驟之一。以下是電路連接的一般步驟：準備元件和電路板。根據(jù)原理圖，準備需要的元件和電路板。需要焊接的元件包括電容、LCD液晶顯示屏、傳感器、電阻、晶體管、芯片等。安裝元件。按照原理圖上的連接方式，將元件安裝在電路板上。先將元件放到合適的孔中，然后將元件的引腳彎曲并保證元件不會掉落，使引腳垂直地穿過電路板與另一面的焊接盤相連。焊接元件。通過電烙鐵、焊錫、電烙鐵架，將元件與電路板連接。固定元件之后，將熔化的錫連接到電路板和元件引腳之間，使錫完全覆蓋元件引腳和電路板的焊接盤，從而將元件與電路板固定。需要注意的是，焊接過程中務必謹慎，防止過熱，因為過高的溫度可能會對元件造成損壞，甚至讓焊接板熔化，從而導致焊接操作失效。在焊接工作完成后，為了確保電路的完整性和視覺呈現(xiàn)，必須對焊點的品質(zhì)進行嚴格的檢驗。檢查是否有焊點的焊錫過大、焊點間距過大、焊盤上有多余的錫等問題。若有問題，及時進行修改。進行電路檢測。焊接完畢之后，在確保焊點質(zhì)量的同時，還需要通過電路測試來驗證其功能是否正常。這可以通過應用像萬用表或示波器這樣的工具，對電路的電壓、電流和電阻等關(guān)鍵參數(shù)進行測量來實現(xiàn)。檢查它們的性能是否滿足規(guī)定。焊接時需要細心操作，注意安全。在操作時，戴上護目鏡和手套，避免焊接過程中的飛濺物和電烙鐵熱量對人體造成不可逆?zhèn)ΑＯ到y(tǒng)軟件程序燒錄首先建一個文件夾放在電腦桌面，用來存工程，每個文件夾應該只容納一個項目，不建議將不同項目的文件混合存放在同一個文件夾中。其次打開keil4軟件，在頁面左上方找到project，選擇第一個選項，找到剛才新建文件夾的位置，輸入項目名稱，保存該項目。在atmel菜單中選擇類型為STC89C52的單片機。新建一個空白文檔，保存為名稱+.c后綴的文件，最后在頁面左邊對話框中添加此文件。=2\*GB2⑵編譯生成hex文件在新建的空白文檔內(nèi)，編譯系統(tǒng)程序，當文檔下方的提示框中顯示沒有錯誤沒有警告時，說明程序編譯成功，然后在彈出的窗口中選擇output，選擇createhexfile，再次編譯獲得hex文件。=3\*GB2⑶在開發(fā)板上完成程序的錄入打開stc-i