基于单片机的智能婴儿车控制系统设计

总体方案设计
     智能遥控音乐婴儿车由婴儿车智能控制模块、检测系统、遥控模块、显示模块、执行系统、音乐模块等几部分构成。
     (1)婴儿车智能控制系统采用嵌入式系统设计，能够自动运行，处理数据，控制和协调各部分模块工作。用户可以在本系统开发的基础上对婴儿车的各部分进行观察和控制。同时可通过按键板或红外遥控器对系统进行控制。
     (2)检测模块又分为声音检测、尿湿检测和温度检测。分别对婴儿是否睡醒、婴儿是否尿湿、奶水温度分别给89C52对应的信号。其中各个检测模块均受系统控制。
     (3)遥控模块采用NEC制式红外遥控，可遥控MP3解码的播放模式、音乐效果、选歌、音量、系统的时间调节各个模块的控制和协调。
     (4)显示部分采用LCD12864液晶屏显示，可显示时间、倒计时时间、奶瓶温度、湿度状态。
     (5)执行机构又分为机械执行和声音执行，从而更完美地模拟出人的效果。
     其整体结构框图如图1所示。
   
   

2 硬件设计
2．1 硬件结构
     本文选用Atmcl公司STC89C52芯片为控制器的控制核心，以完成红外、液晶屏、探测系统、按键板、执行机构的数据存储、通讯以及协调。
2. 2 智能遥控模块的硬件设计
     控制器电路设计主要分为以下几个模块：
     (1)STC89C52的外围电路包括电源管理、键盘、液晶屏等。
     (2)遥控模块及其电路的设计：本文选用普通的红外发射接收管，采用NEC制式编码译码。
     (3)探测系统及其电路设计：此系统主要对声、温、液三种物理量进行探测，声音采用以驻极式话筒为信号源的三极管放大电路。温度用18B20温度探测芯片进行测量。液体测量是以两探针为信号源的三极管放大电路。
     (4)执行机构：机械机构主要由大功率直流电刷电机驱动以L298N为核心的驱动电路驱动电机，以555为核心的PWM发生电路来驱动L298N从而实现调速。
2．3 单片机管脚设置
     本文采用的单片机型号为STC89C52，其具有32个可操作的I／O口。在完成系统分配后还有I／O未被操作，故不需要扩展I／O口。I／O分配如图2所示。
   
   
2．4 遥控模块电路的设计
     遥控模块采用市场上常见的车载MP3遥控器。可与MP3解码模块无缝连接。采用内部程序调用其按键对时间等进行无线操作。
     遥控解码采用中央处理器，按照NEC制式。NEC标准：遥控载波的频率为38kHz(占空比为1：3)；当某个按键按下时，系统首先发射一个完整的全码，然后经延时再发射一系列简码，直到按键松开即停止发射。简码重复延时108ms，每两个引导脉冲上升沿之间的间隔都是108ms。一个完整的全码如图3所示。其中，引导码高电平4．5ms，低电平4．5ms；系统码8位，数据码8位，共32位；数据0用“高电平0．5625ms+低电平0．5625ms”表示，数据1用“高电平0．5625ms+低电平1．6875ms”表示，一个简码=引导码+系统码位0的反码+结束位(0．5625ms，)高电平。其时序及工作原理如图3所示。
   
   
2．5 系统电源的设计
     针对此电路功率大的特点，本文采用独立电源设计，分别分为单片机工作电源、MP3解码模块电源、电机驱动电源。其电路如图4所示。
   
   
2．6 电机控制设计
2．6．1 电机驱动电路设计
     婴儿车共有两个电机，分别控制婴儿的摇晃和奶瓶的开启与关闭，采用以L289N为核心的驱动电路。其电路如图5所示。
   
   
2．6．2 电机调速电路设计
     考虑到电机为大功率的直流电机，电机外形已经固定。控制磁极对数实现调速不现实。串电阻由于其工作负载较大而电流变化大，综上所述，本文采用PWM波的方式来实现电机的调速。PWM波的产生有软件和硬件两种实现方式。
     方案一：通过软件，所需硬件在原有的89C52的基础上额外地添加A／D电转换环节，及A／D转换。
     方案二：通过硬件，所需硬件为常见的555定时器。
     综上对比，后者无论是在程序设计还是成本上都优于前者，其设计电路如图6所示。
   
   
2．7 婴儿车的音乐模块
     本文采用MP3解码模块进行音乐播放与控制。可读取USB、SD、MMC卡中的MP3文件，支持FAT12、FAT16的文件系统。支持MP1layer3、MP2layer3、MP3layer3版本歌曲文件。其原理如图7所示。
   
   
2．8 探测电路和红外接收电路的设计
     婴儿车的探测系统在本产品中起着至关重要的地位，主要探测的物理量有奶瓶的温度、婴儿的哭声和婴儿身下的液体。奶瓶的温度采用18B20进行测量。针对婴儿哭声的分贝数高而持续时间长的特点，采用灵敏度较低的声音触发电路触发高低电平给中央处理器，同时这种设计也可以检测外部分贝高且持续时间长的噪声。红外电路主要的是红外接收管。其电路如图8所示。
   
   

3 系统软件设计
     系统的软件主要分为六部分。分别是时间、检测、红外解码、按键探测、外部输出、LCD12864显示。系统以红外遥控为运行最高优先级，时刻监听红外信号。用户可随意修改时间，包括触发后持续的时间。通过本系统的研发，在实践应用中达到了预期目标。为婴儿看护提供了极大方便。