本发明涉及婴幼儿监护领域，特别涉及一种基于物联网的婴幼儿智能家居监护系统。
背景技术：
目前，我国正处于新型工业化、信息化、城镇化、农业现代化同步发展的新时期，信息通信技术在经济转型升级发展、产业结构优化调整方面正发挥着前所未有的作用。物联网是新一轮科技发展的战略制高点，其作为我国战略性新兴产业的重要组成，正与其他信息技术融合渗透，进入深化发展的新阶段，我国已将其列为国家重点培育的五大战略性新兴产业之一。
随着物联网技术的不断完善，普通大众对生活质量需求的不断提高，构建高效安全的智能家居生活成为物联网的重要组成部分。作为智能家居的典型应用，智能监护是未来家居生活必要的不可或缺的组成部分。
随着人口众多的“80后”、“90后”长大并陆续成家，我国迎来了新一轮的婚育高峰，每年今后大体出生1700万或者以上。随着“单独二胎”政策的放开，以及我国居民收入水平的提高，到了生育年龄的人群更有意愿生两个小孩。根据国家卫计委调查结果显示，已婚育龄人群的平均理想子女数为1.93个，单独二孩政策目标人群中近40％有再生育的打算。因此我国第四次婴儿潮的人口规模将非常庞大。同时，传统的婴幼儿护理方式也显现出了相当大的弊端。如传统方式下婴幼儿与大人同床休息，很容易受到挤压和相互影响；父母与孩子的生物钟很难达到一致，睡眠质量不高；婴幼儿尿床哭闹不能及时发现和处理；患病婴幼儿体征检测频繁、定时喂药等无不困扰着大部分家庭。另外由于现如今年轻父母工作压力大、生活节奏快、缺乏护理经验、精力匮乏等原因，使得婴幼儿的护理成了一项非常繁重的任务。由于婴幼儿缺乏有效看护，导致各种意外因素对婴幼儿的正常生活甚至生命带来了严重的威胁。因此随着社会的现代化发展，婴幼儿的智能监护问题将逐步成为社会关注的重要热点之一。
目前我国的婴幼儿监护的物联网应用处于起步阶段，大部分是以婴幼儿可穿戴的形式出现，对于家居护理及新生儿在视频监护、尿床检测、室内环境检测等方面就显得功能不够完善。国外也进行了相应的产品研发，但国外的婴幼儿护理系统在婴幼儿照料方式和侧重点上与国内还是有一定的差异，同时产品价格比较昂贵，使用代价比较高，限制了大面积的普及使用。
技术实现要素：
本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种基于物联网的婴幼儿智能家居监护系统。
本发明的技术方案是：一种基于物联网的婴幼儿智能家居监护系统，包括主控模块、传感器模块、摄像模块、显示模块、报警模块、wifi模块、手机移动终端以及电源模块，所述传感器模块、显示模块、报警模块、摄像模块以及wifi模块分别与主控模块信号连接，所述wifi模块和手机移动终端无线通信连接；所述主控模块还与电源模块电连接；所述传感器模块包括用于检测婴幼儿所处居家环境中温湿度值的温湿度传感器、用于检测婴幼儿所处居家环境中的烟雾值的烟雾传感器、用于检测婴幼儿是否尿床的漏液传感器、用于检测婴幼儿是否哭闹的声音传感器、用于检测婴幼儿体温的体温传感器以及用于检测婴幼儿脉搏值的脉搏传感器；所述温湿度传感器、烟雾传感器、漏液传感器、声音传感器、体温传感器以及脉搏传感器分别将所检测到的数据发送给所述主控模块；所述摄像模块用于摄录婴幼儿所处居家环境中的视频信息，并将所述视频信息发送给所述主控模块；所述主控模块用于接收所述温湿度传感器、烟雾传感器、漏液传感器、声音传感器、体温传感器以及脉搏传感器所检测到的数据，并将所述数据发送给所述显示模块进行显示以及将所述数据通过wifi模块发送给手机移动终端，同时主控模块将所检测到的数据分别与所设定的数据值范围进行比对，当所接收到的任意一项所述数据超出所设定的该类数据的数据值范围时，主控模块便向所述报警模块发送报警指令，同时主控模块还将该报警指令通过wifi模块发送给手机移动终端；所述主控模块还用于接收所述摄像模块发送来的视频信息，并将该视频信息通过wifi模块发送给手机移动终端；
所述报警模块接收到所述主控模块发送来的所述报警指令后进行现场报警提示；手机移动终端接收到所述报警指令后进行远端报警。
该基于物联网的婴幼儿智能家居监护系统还包括与主控模块信号连接的辅助功能模块，所述辅助功能模块包括分别与主控模块信号连接的小夜灯照明模块、小风扇降温及驱蚊模块、mp3播放模块、形状颜色卡识别模块以及语音识别聊天对话模块；所述小夜灯照明模块用于向婴幼儿所处居家环境中进行照明，所述小风扇降温及驱蚊模块用于向婴幼儿进行降温、驱蚊；所述mp3播放模块用于向婴幼儿播放mp3歌曲；所述形状颜色卡识别模块用于使婴幼儿进行形状颜色识别类趣味学习；所述语音识别聊天对话模块用于父母和婴幼儿进行语音识别聊天对话；所述手机移动终端通过wifi模块以及主控模块能够控制所述辅助功能模块的各个模块的运行。
该基于物联网的婴幼儿智能家居监护系统还包括与主控模块信号连接的设于婴幼儿睡床护栏上端的光幕系统，其中该光幕系统的发射端位于婴幼儿睡床护栏上端的一侧，该光幕系统的接收端位于婴幼儿睡床护栏上端的与发射端相对的另一侧；所述光幕系统用于检测婴幼儿是否从床上爬起，当所述光幕系统检测到婴幼儿爬起的遮挡信号后，将该信号发送给所述主控模块，主控模块通过wifi模块向手机移动终端发送婴幼儿爬起的报警指令，从而及时提醒持有手机移动终端的父母，以避免婴幼儿从床上掉落。
该基于物联网的婴幼儿智能家居监护系统还包括与主控模块信号连接的设于婴幼儿睡床上的振动检测模块，所述振动检测模块用于检测婴幼儿是否踢闹，并将所检测到的踢闹信号发送给所述主控模块，主控模块通过wifi模块将所述踢闹信号发送给手机移动终端。
上述主控模块型号为stm32f103c8t6的主控芯片。
本发明的有益效果：本发明实施例提供了一种基于物联网的婴幼儿智能家居监护系统，该系统应用了物联网技术、电子技术、传感器技术、智能处理等技术，以stm32f103c8t6为核心主控芯片实现婴幼儿的智能化护理，能够通过手机app软件客户端来随时监测婴幼儿的状况，能够让父母在照顾婴儿时更加轻松和方便。通过手机客户端可以随时查看儿童房及孩子的视频画面并及时获取婴幼儿的身体体征数据以及环境数据，如遇到婴儿尿床、发烧、室内温湿度及体征异常等特殊情况发生时及时发出警报，方便父母第一时间处理。同时还配有其它辅助功能，如具有小夜灯，小风扇，个性化mp3播放，形状颜色认知幼教和语音聊天等功能，可以辅助婴幼儿舒适休息以及丰富娱乐生活。
附图说明
图1为本发明系统的电连接框图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
参见图1，本发明实施例提供了一种基于物联网的婴幼儿智能家居监护系统，包括主控模块、传感器模块、摄像模块、显示模块、报警模块、辅助功能模块、wifi模块、手机移动终端以及电源模块，所述传感器模块、显示模块、报警模块、摄像模块、辅助功能模块以及wifi模块分别与主控模块信号连接，所述wifi模块和手机移动终端无线通信连接；所述主控模块还与电源模块电连接；所述传感器模块包括用于检测婴幼儿所处居家环境中温湿度值的温湿度传感器、用于检测婴幼儿所处居家环境中的烟雾值的烟雾传感器、用于检测婴幼儿是否尿床的漏液传感器、用于检测婴幼儿是否哭闹的声音传感器、用于检测婴幼儿体温的体温传感器以及用于检测婴幼儿脉搏值的脉搏传感器；所述温湿度传感器、烟雾传感器、漏液传感器、声音传感器、体温传感器以及脉搏传感器分别将所检测到的数据发送给所述主控模块；所述摄像模块用于摄录婴幼儿所处居家环境中的视频信息，并将所述视频信息发送给所述主控模块；所述辅助功能模块包括分别与主控模块信号连接的小夜灯照明模块、小风扇降温及驱蚊模块、mp3播放模块、形状颜色卡识别模块以及语音识别聊天对话模块；所述小夜灯照明模块用于向婴幼儿所处居家环境中进行照明，所述小风扇降温及驱蚊模块用于向婴幼儿进行降温、驱蚊；所述mp3播放模块用于向婴幼儿播放mp3歌曲；所述形状颜色卡识别模块用于使婴幼儿进行形状颜色识别类趣味学习；所述语音识别聊天对话模块用于父母和婴幼儿进行语音识别聊天对话；所述主控模块用于接收所述温湿度传感器、烟雾传感器、漏液传感器、声音传感器、体温传感器以及脉搏传感器所检测到的数据，并将所述数据发送给所述显示模块进行显示以及将所述数据通过wifi模块发送给手机移动终端，同时主控模块将所检测到的数据分别与所设定的数据值范围进行比对，当所接收到的任意一项所述数据超出所设定的该类数据的数据值范围时，主控模块便向所述报警模块发送报警指令，同时主控模块还将该报警指令通过wifi模块发送给手机移动终端；所述主控模块还用于接收所述摄像模块发送来的视频信息，并将该视频信息通过wifi模块发送给手机移动终端；所述报警模块接收到所述主控模块发送来的所述报警指令后进行现场报警提示；手机移动终端接收到所述报警指令后进行远端报警。
进一步地，该基于物联网的婴幼儿智能家居监护系统还包括与主控模块信号连接的设于婴幼儿睡床护栏上端的光幕系统，其中该光幕系统的发射端位于婴幼儿睡床护栏上端的一侧，该光幕系统的接收端位于婴幼儿睡床护栏上端的与发射端相对的另一侧；所述光幕系统用于检测婴幼儿是否从床上爬起，当所述光幕系统检测到婴幼儿爬起的遮挡信号后，将该信号发送给所述主控模块，主控模块通过wifi模块向手机移动终端发送婴幼儿爬起的报警指令，以及时提醒持有手机移动终端的父母，以避免婴幼儿从床上掉落。
进一步地，该基于物联网的婴幼儿智能家居监护系统还包括与主控模块信号连接的设于婴幼儿睡床上的振动检测模块，所述振动检测模块用于检测婴幼儿是否踢闹，并将所检测到的踢闹信号发送给所述主控模块，主控模块通过wifi模块将所述踢闹信号发送给手机移动终端。
进一步地，所述主控模块型号为stm32f103c8t6的主控芯片。
以下对本发明各硬件部件做进一步的介绍：
本发明为婴幼儿家居监护系统的智能化控制,采用嵌入式开发芯片stm32f103c8t6为主控核心，采用物联网技术、电子技术、传感器技术、智能处理等技术实现婴幼儿家居环境参数(实时视频画面、房间温度、湿度、烟雾浓度、环境噪声等)、个人体征(体温、脉搏)、护理辅助(尿床检测、哭闹检测、照明小夜灯、降温驱蚊小风扇、人性化mp3、幼儿识图、语音对话)等智能化控制。
本发明硬件部分主要包括主控模块、传感器模块、显示模块、报警模块、wifi模块、手机移动终端模块、摄像头模块、辅助功能模块、电源模块等。
(1)主控模块主要是由stm32f103c8t6芯片完成环境信息的采集、处理和交互，并对信息进行综合分析，发出指令控制相应的模块执行给定动作，是整个婴幼儿智能家居监护系统的核心。
(2)传感器模块包括温湿度传感器、烟雾传感器、声音传感器、体温传感器、脉搏传感器等组成，对婴幼儿家居环境和个体体征参数进行采集，并将信息发给主控芯片。
(3)显示模块是通过oled显示屏显示系统的基本信息。
(4)报警模块主要实现婴儿哭闹、体温异常、尿床、烟雾火灾、系统故障等报警的功能，一方面通过蜂鸣器发出报警响声，另一方面将报警信息发送的手机。
(5)wifi模块主要是用于主芯片和摄像头模块及手机终端进行通信，实现信息的无线发送和接收。
(6)手机终端即通过终端应用软件主要实现信息的显示及指令的发送，实现信息的显示及图像的监控显示。
(7)摄像头模块选用的是无线wifi网络摄像头，可与wifi直接无线相连，支持360度旋转，并可使用移动终端控制其角度和方向，实现婴幼儿的实时监控，同时可为幼儿学习娱乐的智能识别提供画面捕捉功能。
(8)辅助功能模块主要包括小夜灯照明控制、小风扇降温驱蚊控制、mp3个性化播放控制、形状颜色卡识别、语音识别聊天对话等，可实现方面内灯光控制、降温驱蚊、父母个性化mp3歌曲的播放控制、娱乐学习等功能。电源模块：系统电压有5v和3.3v两种，5v直接采用usb供电，3.3v经过lm11117低压差线性稳压器稳压后供电。
本发明的手机移动终端apk主要由房间舒适度、环境监测、体征检测、娱乐生活四部分区域组成。通过数据接收和指令发送，完成传感器数据显示、视频监控，mp3播放，夜灯、风扇控制等功能。具体功能如下：
(1)数据显示：用来接收硬件发送给apk的数据，然后把接收到的数据传递给apk显示区域，用来显示各种传感器接收到的数据，帮助监护人随时掌握婴儿状态以及房间环境参数。
(2)监控部分：打开广播，寻找到摄像头，接收摄像头数据并且显示实时画面。该界面还有图像识别等功能配合幼儿娱乐。
(3)mp3播放：用来通过apk控制硬件mp3的播放，停止，音量加减等功能。mp3模块内存储卡可存储父母个性化音频文件，达到灵活促进亲子交互的效果。
(4)小风扇控制：监护人可根据室内温度信息通过手机界面按钮控制是否开启小风扇，实现降温、驱蚊效果。
(5)小夜灯控制：监护人通过手机界面按钮控制是否开启小夜灯，实现婴幼儿室内睡眠管线的灵活控制。
(6)报警部分：当婴儿哭闹、体温异常、尿床、烟雾火灾、系统故障等异常情况时，apk实现报警显示和声音提示来提醒监护人。
(7)娱乐学习:通过摄像头和语音识别模块完成儿童颜色形状卡的识别和语音聊天对话功能。
本发明硬件部分具体介绍：
(一)主控芯片：控制电路采用的是st的stm32f103c8t6，是目前比较流行的mcu之一。芯片供电电压为2.0v-3.6v；兼容5v的i/o管脚；采用arm32位的cortex-m3内核；内部具有8mhz和40khz的rc振荡器，一般采用8m的外部晶振驱动，经过内部电路倍频后，最高频率可达到72m；16级可编程优先级，并且所有的引脚都可以作为中断输入；3种低功耗模式：休眠，停止，待机模式；为rtc和备份寄存器供电的vbat；调试模式有串行调试(swd)和jtag接口；3个12位的us级的a/d转换器(16通道)：a/d测量范围：0v-vcc，双采样和保持能力，片上集成一个温度传感器；12通道dma控制器。支持的外设：定时器，adc，dac，spi，iic和uart。具有64k的flash存储器和20k的sram存储器，还具有usart总线，16位定时器，spi总线，i2c总线，usb总线，can总线，pwm定时器功能丰富,性价比极高。
供电电路可以输出5v和3.3两种电压。5v直接由usb提供，3.3v采用lm1117-3.3v低压差线性稳压芯片进行稳压。
(二)、传感器模块
数据采集主要依靠传感器模块来完成，其中包括：空气温湿度采集，空气污染监测，室内噪声监测，心率检测，尿床检测，体温检测。
空气温湿度采集电路：空气温湿度采集采用dht11温湿度传感器，精度湿度±5％rh，温度±2℃，量程湿度20-90％rh，温度0-50℃。dht11有四个引脚，既vcc(电源引脚)，支持3v-5.5vdc输入，data(数据输入/输出引脚)，nc(空脚)，gnd(电源地)。dht11的供电电压为3－5.5v。传感器上电后，要等待1s以越过不稳定状态在此期间无需发送任何指令。电源引脚(vdd，gnd)之间可增加一个100nf的电容，用以去耦滤波。data用于dht11与微处理器之间的通讯和同步,采用单总线数据格式,一次通讯时间4ms左右,用户mcu发送一次开始信号后,dht11从低功耗模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束后,dht11发送响应信号,送出40bit的数据,并触发一次信号采集,用户可选择读取部分数据.从模式下,dht11接收到开始信号触发一次温湿度采集,如果没有接收到主机发送开始信号,dht11不会主动进行温湿度采集.采集数据后转换到低速模式。
空气污染监测：mq-2型烟雾传感器属于二氧化锡半导体气敏材料，属于表面离子式n型半导体。处于200-300摄氏度时，二氧化锡吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值增加。当与烟雾接触时，如果晶粒间界处的势垒收到烟雾的调至而变化，就会引起表面导电率的变化。利用这一点就可以获得这种烟雾存在的信息，烟雾的浓度越大，导电率越大，输出电阻越低，则输出的模拟信号就越大。
烟雾传感器检测周围环境中的烟雾浓度作为输入参数，转换为电信号输出，然后stm32单片机的adc通道检测到这个信号，进行必要的转换后，最后在进行判断处理。
室内噪声监测：室内噪声监测电路通过一个麦克风采集到外界的声音信号，经过一个小功率三极管构成的共射放大电路放大后输出一个模拟信号，该模拟信号越大表示外界声音越大，该模拟信号越小表示外界的声音越小，当该模拟量大于一定值时代表此时外界的音量已经影响到了婴儿休息，stm32会做出相应的动作提醒父母注意安静。
心率检测：心率检测采用的是一款用于脉搏心率测量的光电反射式模拟传感器。将其佩戴于手指、耳垂等处，通过导线连接可将采集到的模拟信号传输给stm32用来转换为数字信号，再通过stm32简单计算后就可以得到心率数值。
传统的脉搏测量方法主要有三种：一是从心电信号中提取；二是从测量血压时压力传感器测到的波动来计算脉率；三是光电容积法。前两种方法提取信号都会限制测量人的活动，而光电容积法脉搏测量作为监护测量中最普遍的方法之一，其具有方法简单、佩戴方便、可靠性高等特点。众多智能手环就是用的该种方法。
光电容积法的基本原理是利用人体组织在血管搏动时造成透光率不同来进行脉搏测量的。其使用的传感器由光源和光电变换器两部分组成，光源一般采用波长500nm-700nm的发光二极管。当光束透过人体外周血管，由于动脉搏动充血容积变化导致这束光的透光率发生改变，此时由光电变换器接收经人体组织反射的光线，转变为电信号并将其放大和输出。由于脉搏是随心脏的搏动而周期性变化的信号，动脉血管容积也周期性变化，因此光电变换器的电信号变化周期就是脉搏率。
尿床检测：尿床检测采用的也是dht11温湿度传感器，dht11温湿度传感器上面已经介绍，这里不再介绍。其工作原理为，当婴儿尿床后床单会变湿，通过检测床单的湿度可以确认婴儿是否尿床。
体温检测：体温检测使用的是探头式ds18b20，测温范围－55℃～+125℃，误差1℃。支持多点组网功能，多个ds18b20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。工作电源:3.0-5.5v(可以数据线寄生电源)，在使用中不需要任何外围元件，测量结果以9～12位数字量方式串行传送。独特的单线接口方式，ds18b20在与stm32连接时仅需要一条线即可实现双向通讯。
显示电路原理：显示部分采用的是一块0.96寸的oled显示屏，采用iic方式通信，直接接在stm32的pb7和pb6引脚，主要通过软件驱动，无需外部电路。
数据传输电路原理：数据传输电路采用hlk-rm04wifi模块做无线通信，实现设备与手机端的互联，各个传感器模块采集的信息数值经过单片机处理后，经过一系列转换通过wifi模块发射出去。用户把操作的意图通过手机端传递到wifi模块，经过解码后单片机对信息进行判断，解读出用户的操作意图，然后通过io口控制外设完成动作。同时它也是手机端与wifi摄像头之间的纽带，摄像头把获取的图像信息传送到wifi模块，手机端在从网络中获取到摄到的图像。
辅助功能电路：
1、小风扇及小夜灯驱动电路
驱动电路核心为uln2003a，uln2003是高耐压、大电流复合晶体管阵列，由七个硅npn复合晶体管组成。工作电压高，工作电流大，灌电流可达500ma，并且能够在关态时承受50v的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。
2、mp3电路
mp3采取的是串口mp3模块。直接接到了stm32的pa2和pa3。无需其他外部电路。
3、语音识别电路
语音识别采用的是串口语音识别模块，可完成语音识别和输出，实现对话聊天功能。
4、监控电路
监控摄像头采用无线连接到电路板的wifi模块，然后通过wifi将数据直接传送到手机端，无其他硬件电路。
综上所述，本发明实施例提供了一种基于物联网的婴幼儿智能家居监护系统，该系统应用了物联网技术、电子技术、传感器技术、智能处理等技术，以stm32f103c8t6为核心主控芯片实现婴幼儿的智能化护理，能够通过手机app软件客户端来随时监测婴幼儿的状况，能够让父母在照顾婴儿时更加轻松和方便。通过手机客户端可以随时查看儿童房及孩子的视频画面并及时获取婴幼儿的身体体征数据以及环境数据，如遇到婴儿尿床、发烧、室内温湿度及体征异常等特殊情况发生时及时发出警报，方便父母第一时间处理。同时还配有其它辅助功能，如具有小夜灯，小风扇，个性化mp3播放，形状颜色认知幼教和语音聊天等功能，可以辅助婴幼儿舒适休息以及丰富娱乐生活。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。