婴儿睡眠监护系统原理介绍

目前大多数家庭还是主要依靠家人时时刻刻看守着孩子，这就造成了父母正常工作、休息等的不便。同时，因为婴儿没有行为能力，若婴儿在尿湿、踢被、翻身和睡醒等状态时能够及时地被发觉，父母就可以及时采取相应的处理措施。为此本文以微处理器为核心，结合外围电路检测婴儿实时状态，并且引用远程监护原理，融合视频监护的技术，设计了一个多功能的婴儿睡眠监护系统。

1 系统功能及原理

本系统采用ATMEL公司生产的高性能ATmega64单片机作为微处理器，包含尿湿检测、翻身检测、踢被检测、感光检测、温湿度检测、体温检测、语音提示、振动提示和彩灯抚慰等部分。其中采用尿湿感应垫检测婴儿是否尿床；利用红外发射接收技术检测婴儿是否踢被。当检测的信息超出正常范围时，单片机将控制语音芯片，实时播放报警信息。此外系统采用温湿度传感器检测环境温度和湿度、采用非接触式红外传感器检测婴儿体温的功能。在报警提醒方面，在实现语音报警的同时，考虑到在环境嘈杂情况下语音信息不能清晰地传递，系统添加了振动提示；根据环境的不同可以设定不同的报警方式。

微处理器一方面利用上述外围电路采集婴儿实时状态信息，另一方面通过无线传输的方式与上位机(Web服务器)进行串口通信，上位机将婴儿实时状态及婴儿视频信息通过IIS服务对外发布，实现基于网络的远程监护。系统原理框图如图1所示。



2 系统功能单元设计

2.1 尿湿检测单元

尿湿检测部分采用有一定阻值的特制垫子检测信号。婴儿躺在这种垫子上，垫子通过引线连到单片机带A/D转换的I/O端口上(EMI1是信号输出脚)。因自身有一定阻值，所以会有初始电压。通过对端口电压值的A/D采样处理，可以根据实际情况智能设计尿湿报警门限值，避免了普通开关式测量带来的误判。当婴儿发生尿床时，垫子电压就会升高。当经单片机处理后的电压值超过设定电压的门限值上限时，系统就会自动提示报警，及时将报警信息告知父母[1-2]，电路图如图2所示。



2.2 踢被检测单元

踢被检测采用红外线发射-接收技术。踢被检测分为红外发射部分和接收部分。发射部分采用AVR系列单片机ATmega8作为中央处理器，为增大驱动能力，在红外发射管前面连接三极管QN1和QN2，用单片机I/O口TXD和OC1A电平的变化来控制三极管的通断，进而控制红外发射管发射红外线；红外发射和接收部分电路如图3、图4所示。

另外为增大发射功率和发射角度，在电路中采用了两个红外发射管并联，同时发射。为避免环境中别的红外信号的干扰，在程序中做了设置：在发射程序中让红外发射管发出一定的加密数据，在接收程序中检测接收的数据。当检测接收的数据正确时，系统则自动提示婴儿踢被报警信息。