（辽宁大学，辽宁 沈阳 000000）
摘要：该项目开发智能婴儿车的灵感来源于连续不断的婴儿失踪案件及全面开放的二胎政策。市场上虽已存在很多纷繁复杂的智能婴儿车，但都因其价格高昂，且相关的智能功能均固定于每辆婴儿车上，在婴儿车替换时其“智能功能”也必须替换而得不到保留，因此智能婴儿车市场份额一直极低。基于以上分析，本文提出了INFANCY智能婴儿车管家系统——一种致力于实现 “普通婴儿车+INFANCY智能婴儿车管家=高级智能婴儿车”的方案，该项设计是基于stm32核心版、蓝牙传输、单片机及APP编写设计等技术。首先，通过蓝牙接收移动终端APP上的信息，然后通过stm32单片机对接收的信息进行处理，最终控制安全带上电磁锁的开关实现解锁操作。本文设计并完成了能便携安装于大多普通婴儿车上的“INFANCY智能安全带”，从而最终实现了任何一辆普通婴儿车通过该产品低成本转化为需通过手机端输入正确密码方才能解开婴儿车安全带的目的。
关键词：婴儿车；STM32；蓝牙传输；智能
The Design of Smart Baby Stroller Housekeeper INFANCY
Abstract: The project's inspiration for the development of smart baby carriages comes from the continuous cases of missing babies and a fully open second-child policy; although there are many complex smart baby carriages on the market, their high price and smart functions fixed to every baby carriage which lead the "smart function" be replaced as with the replacement of baby carriages. So it’s market’s share has been very low. Based on the analysis above, this paper puts forward the design scheme of INFANCY intelligent baby carriage housekeeper system, which is devoted to the realization of "ordinary baby carriage + INFANCY intelligent baby carriage housekeeper = advanced intelligent baby carriage"; this design is based on STM32 core version, Bluetooth transmission, MCU and APP programming technology, first of all, receive information from the mobile terminal APP through Bluetooth, second, process the received information through the STM32 microcontroller, and finally control the switch of the electromagnetic lock on the safety belt. In the first phase, the "INFANCY intelligent safety belt" which can be easily installed in most ordinary baby carriages is designed and completed, and finally through the product any ordinary baby carriage can be changed as an intelligent one whose seat belt can be undone only by the correct password on the cellphone.
Key words: baby carriage; STM32; Bluetooth; intelligent
1.引言
随着全面开放的二胎政策以及百姓生活质量的提高，人们对婴儿这一弱势群体的关注也越来越多。在此基础上，大规模的市场调查(包括线下的访谈调查和线上的问卷调查)的结果表明，在7项指标中，消费者将性价比定义为婴儿车的首要性能指标。市场上虽已经存在很多种类的智能婴儿车，但都因为其价格昂贵且“智能功能”机械固定于婴儿车上不便拆卸致使市场接纳度较低，更多的家庭趋向于购买一个普通的婴儿车，而普通婴儿车必然无法深层次地解放父母的双手，因此我们设计并初步研发了“INFANCY智能婴儿车管家系统”，首期推出“INFANCY智能安全带”一款能够实现任何普通婴儿车向智能婴儿车便捷且低价转变的智能产品。该产品通过app与stm32单片机交互实现对硬件部分的控制，在app上输入预先存取的正确密码方才能解开婴儿车上的安全带；且该智能安全带可便携拆卸，当婴儿车损坏或大小不合适需要更换时，该智能安全带便可拆卸下来，安装于新购买的婴儿车上，实现智能功能的低价转移。
目前，关于智能婴儿车的研究都是从整体角度展开的。刘斌琨，刘海涛（2018）提出了以两片STM32F103为主控芯片设计的移动通信安全智能婴儿车 ；李芷含，石业成，王颖采用STC89C51单片机作为核心控制单元，利用光敏电阻、红外传感器、超声波传感器等器件采集信息最终实现多功能智能模型车的功能 ；杨军艺（2011）提出在普通婴儿车基础上加入监控系统、传感器、和辐射屏蔽等设计，实现婴儿车的智能化和人性化 ；许丰丞，郭海宁，覃晓（2016）设计出一款能够通过蓝牙协议的无线数据传输，将婴儿车上的各种情况及时准确地汇报到Android界面上 ；王秋明，朱朝阳，徐秋雨，孙宇轩（2017）基于STC51单片机制作了新型安全智能婴儿车 ；邹琪俊，韦孙佳，覃世吉，陈辉金（2015）提出基于STM32芯片，通过智能传感器感知婴儿生理参数，采用多终端监视，并运用数据保存技术实现远程跟踪的智能婴儿车 ；邢俊凤，李慧萍，高琦提出将FRID技术运用于婴儿安全防盗中 。从上面的研究可以看出现已有的关于智能婴儿车的研究都是以婴儿车整体为研究对象，通过对婴儿车整体的开发为基础，实现婴儿车的智能化，而关于将智能婴儿车中的智能功能外设于一个可便携安装或拆卸于普通婴儿车上的智能安全带的研究还近乎空白，而基于stm32核心版、蓝牙传输、单片机及APP编写设计等技术INFANCY智能安全带的研究恰好弥补了这一空白。从而最终实现了任何一辆普通婴儿车通过该产品低成本转化为需通过手机端输入正确密码方才能解开婴儿车安全带的目的。
2.整体方案设计
2.1系统创新性：
INFANCY智能婴儿车管家系统的创新点体现我们从以下两个方面进行阐述：
（1）从产品总体角度出发，INFANCY智能婴儿车管家实现了婴儿车智能功能的外设，弥补了这一产品在市场上的空白，解决了现如今婴儿车消费者的很多刚性需求；如：一、市场上的智能婴儿车价格过高，宝爸宝妈不能接受；二、婴儿成长速度很快，智能婴儿车的更换成本太高，而我们的产品正好能够便携拆卸安装于新婴儿车上，使之延续其价值。
（2）从产品的局部模块出发：我们将stm32核心版通过蓝牙信号传输控制磁力锁打进婴儿车安全带市场，用最小的体积实现了产品最大的效用。
2.2系统介绍
2.2.1整体框架
INFANCY智能婴儿车管家系统分为两部分：1.安全带硬件部分；2.安卓手机APP。
安全带硬件部分将会实现GPS定位、远离报警、摄像监控、语音音乐播放。并将这些功能集成于一条安全带中，功能外设于安全带的特点使它能够实现让普通婴儿车向智能婴儿车的转变。
安卓APP部分将实现对智能婴儿车管家的控制，控制婴儿车各种功能的实现。其整体框架如图1所示：
该产品的已完成功能和产品介绍，我们将在下面进行详细阐述：
2.2.2硬件组装及使用器件介绍
该产品的安全带硬件部分包括报警器，磁力锁，锂电池组，蓝牙4.0串口模块，多路输出DCDC电压转换模块，按键模块，数码管，5V继电器模块以及STM32F103C8T6小系统版（单片机核心板）。现已能够实现远离报警，密码解锁以及APP与智能安全带的交互。成品展示图，硬件电路图分别如图2、图3所示：
图 3 硬件电路图
各器件功能介绍：
stm32核心板：本嵌入式系统的主控芯片，负责驱动继电器，蓝牙模块，和进行密码设置（读取矩阵键盘输入的密码值）、验证和通过的工作，速度快，拥有72Mhz超高速，能够及时处理蓝牙模块发来的信号
数码管：在用户在单片机上输入密码的时候，它会实时显示密码
矩阵键盘：用于输入密码
稳压器：也就是电源模块，作用是将锂电池的12V电转化为单片机使用到3.3V，继电器使用的5V，以及直接给磁力锁供电的12V
电磁锁：锁住安全带，固定小宝宝
安全带：配合磁力锁，固定小宝宝
蓝牙模块：接收手机给发来的密码，并且将密码传递给单片机进行核对
电磁继电器：小电压控制大电压，3.3V输出的单片机通过它可以控制12V的电磁锁
系统为stm32为核心的嵌入式系统，通过连接在串口上的蓝牙模块从手机获取密码，如果密码和家长在矩阵键盘上设置的相同，那么单片机就会给继电器发送信号，继电器就会导通，使磁力锁打开，从而实现对婴儿的安全保护。
2.2.3 APP设计及实现
APP是Android版本的，两个activity，一个是主界面，一个是密码输入界面，主页面有一个textview和3个button，button分别为“蓝牙连接”，“解锁安全带”和“设置密码”，“蓝牙连接”带的方法是检测蓝牙不存在的时候（现在一般没有此种情况，但是稳妥起见，有此设置），在未打开的时候，打开蓝牙，打开后会弹出toast提示，提示蓝牙打开，“解锁安全带”按钮的作用是输入密码，然后检测输入的密码与出门前设置的密码是否相同，如果相同，才可开锁，“设置密码”是在出门前设置好一个任意长的密码，在外出过程中，只要不输入正确密码，不法分子就不能把孩子抱走。
具体的源码，部分见如下：
Button bt0,bt1,bt2;
Private String passcoderight="aabbccdd";
Vibrator vibrator;
private ImageView pic0;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState)
{
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.main);
findid();.
vibrator=(Vibrator)getSystemService(VIBRATOR_SERVICE);
bt0.setOnClickListener(bts);
bt1.setOnClickListener(bts);
bt2.setOnClickListener(bts);
}
private void findid()
{
bt0=(Button)findViewById(R.id.bt0);
bt1=(Button)findViewById(R.id.bt1);
bt2=(Button)findViewById(R.id.bt2);
pic0=(ImageView)findViewById(R.id.pic0);
}
private Button.OnClickListener bts=new OnClickListener()
{
2.2.4单片机编程
C语言部分，就是先将串口初始化，将IO口初始化，通过IO口读取矩阵键盘数据并且将其保存在单片机中（每次出门之前都设置密码，设置好后拔出键盘，这样就能保证每次出门之后的密码互不相同，这样就能保证婴儿更加安全），在键盘上设置的密码会作为用户名，在手机上输入用户名，输入密码，才能解锁。IO口初始化之后就可以输出高低电平，控制安全带的开和关，初始化之后也可以驱动矩阵键盘，进行密码的读入和设置。
int main()
{
usart_init();
while(1);
}
void usart_init()
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;//RXGPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
USART_InitStructure.USART_BaudRate=9600; USART_InitStructure.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;USART_InitStructure.USART_StopBits=USART_StopBits_1;USART_InitStructure.USART_Parity=USART_Parity_No;
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;
USART_InitStructure.USART_Mode=USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx;USART_Init(USART1,&USART_InitStructure);
USART_Cmd(USART1, ENABLE);
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE)；USART_ClearFlag(USART1,USART_FLAG_TC);
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
}
其软件系统功能图如图4所示：
图 4 软件系统功能图
3．系统测试及分析
分析：较强力的磁力锁能够保证婴儿不会被直接偷走;开锁时间快能保证家长不用辛苦等待; 8小时的续航时间保证不论孩子在外面待多久（通常不会有家长舍得让小宝宝在婴儿车上待好几个小时）都能一直处于保护下;一般家长不会离开婴儿车超过两米，所以一旦超过2m的安全距离，家长的手机就会进入震动状态，提醒家长照顾好孩子；安全带在选材方面因为要考虑到孩子的舒适度，并不是坚韧的，并且我们在安全带的里面加了一根金属丝，一旦有不法分子企图剪开安全带，家长的手机也会立即震动提示；最后，设备整体不太重，放在婴儿车上不会增加家长的负担，以及其便于安装拆卸的特点，不但能让家长体验DIY的乐趣，还能给孩子提供更多的安全保障。
（1）电磁锁承受最大拉力：超过30kg，青年男性用最大的力气也拉不开
（2）APP发送开锁时间：小于1s
（3）电池续航时间：超过8小时
（4）婴儿车离开感应端报警距离：2m
（5）剪断安全带是否报警：是
（6）设备总体重量：小于3kg
（7）无经验安装时间：（包括缝安全带和安装电路板和电池）30分钟
测试时间如表1所示：
4．结束语
本产品基于stm32为核心的嵌入式系统，设计并制作了INFANCY智能安全带。通过硬件与APP交互，蓝牙传输，实现密码解锁，更大程度地解放了父母的双手；其次，各项智能功能外设的能便携安装拆卸于普通婴儿车的特点使其智能功能的价值不随婴儿车的更替而消失，能一直得到延续，从而发挥至最大化。
参考文献
[1]刘斌琨，刘海涛. 基于 STM32 的数据通信智能安全婴儿车设计[J].科技与创新,2018(16):62-67.
[2]李芷含，石业成，王颖. 多功能智能婴儿车设计与研究[J] . 数字技术与应用,2018,3(3):174-175.
[3]杨军艺. 新型智能婴儿车的原理及设计[J]. 机械工程与自动化,2011,12(6):183-186.
[4]许丰丞，郭海宁，覃晓. 远程控制智能婴儿车[J]. 科技展望,2016(25):120-122
[5]王秋明，朱朝阳，徐秋雨，孙宇轩.智能婴儿车设计[J].信息与电脑，2017（21）：110-111.
[6]邹琪俊，韦孙佳，覃世吉，陈辉金.一种婴儿车智能化的设计[J]大众科技，2015，6（17）：5-7.
[7]邢俊凤，李慧萍，高琦.RFID技术在婴儿安全防盗中的应用研究[J].计算机与数字工程，2013（10）：1710-1711.
论文作者:刘池琴 刘哲辰 孙春香 唐诗棋
论文发表刊物:《知识-力量》2019年1月中
论文发表时间:2018/11/26
标签：婴儿车论文; 智能论文; 安全带论文; 蓝牙论文; 密码论文; 婴儿论文; 功能论文; 《知识-力量》2019年1月中论文;