婴幼儿睡眠智能监护系统及方法与流程

本申请涉及智能家居技术领域，具体涉及一种婴幼儿睡眠智能监护系统及方法。

背景技术：

随着科技技术的不断发展进步，各式各样的智能产品在家庭中的使用比例也越来越大，智能产品将通过各种类型的设备(比如传感器，摄像头、可编程处理器，外部输出设备等)连接集成到一起，提供了环境监测、数据采集，数据传输、设备控制、远程监控以及报警提醒等多种的功能和手段，使人们的生活更加便捷、舒适与安全，在各种不同的应用场景下帮助或取代人们的工作，并且让工作和生活更加便利。

在智能产品的各种应用场景中，婴儿监护一直是很多家庭关心的重要问题。由于婴幼儿身体机能较弱，因此需要成人随时随刻进行陪护以免造成意外的发生，这就造成了父母正常工作、休息等的不便。通常在婴幼儿的睡眠过程中，看护人员才有闲暇时间忙于工作、家务等其他事情，但是若婴儿入睡时被打扰或者睡醒等状态时不能够及时得到安抚，就会导致监护陪伴人员身心疲惫，婴儿得不到很好的照应。

因此，基于上述情况，如何在一定程度上实现远程监控婴儿的睡眠状况，对婴幼儿睡醒的状态及时进行提醒，提高监护效率，是亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种婴幼儿睡眠智能监护系统及方法，可实现婴儿入睡时不被干扰，以及婴幼儿睡眠的无人看护和提醒，在减轻看护人负担的同时提高监护的效率，更加的人性化。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种婴幼儿睡眠智能监护系统，其特征在于，由室内子系统和室外子系统组成，所述室内子系统与所述室外子系统通过无线方式连接，其中，

所述室内子系统包括声强传感器、光强传感器、语音模块、第一供电模块以及室内控制模块，所述室内控制模块分别与所述声强传感器、所述光强传感器、所述语音模块以及所述第一供电模块进行连接；所述声强传感器用于检测室内的声音强度，并输出数字开关信号给所述室内控制模块；所述光强传感器用于检测室内的光线强度，并保存至内部存储器中；所述第一供电模块为所述室内控制模块进行供电；所述室内控制模块还用于读取所述光强传感器的内部存储器获取光线强度，并根据所述数字开关信号和所述光线强度设置状态控制信号并发送给室外控制模块；所述室内控制模块用于根据所述数字开关信号和所述光线强度控制所述语音模块播放音乐；

所述室外子系统包括所述室外控制模块、显示模块、警示灯模块、蜂鸣器模块以及第二供电模块，所述室外控制模块分别与所述显示模块、所述警示灯模块、所述蜂鸣器模块以及所述第二供电模块进行连接；所述室外控制模块根据所述状态控制信号对所述显示模块、所述警示灯模块以及所述蜂鸣器模块进行控制；所述第二供电模块为所述室外控制模块进行供电。

本申请的技术方案，通过声强传感器和光强传感器接收室内的声音和光线变化，信息传递给处理器处理，同时室内语音模块和室外的状态元件将按照预先设定的方案，响应不同的场景情况进行状态显示和提醒，可实现室外监护人员对室内婴幼儿睡眠情况的实时监控，通过避免干扰或者及时安抚提高婴幼儿睡眠监护的效率，同时也减轻监护人员的负担。

进一步地，所述室内子系统和所述室外子系统还分别包括蓝牙模块，用于传输所述状态控制信号。

进一步地，所述室内控制模块和所述室外控制模块采用的模块型号均为stm32f103c8t6，所述光强传感器采用的模块型号为gy-39，所述声强传感器采用的模块型号为yl-56，所述语音模块采用的模块型号为jq8900-tf。

进一步地，所述室内控制模块根据所述数字开关信号和所述光线强度设置状态控制信号的具体方式为：

若所述光线强度大于或等于第一阈值，则设置所述警示灯模块状态为闪烁；若所述光线强度大于或等于第二阈值且小于所述第一阈值，则设置所述警示灯模块状态为常亮；否则，设置所述警示灯模块状态为关闭；

若所述光线强度小于所述第一阈值且所述数字开关信号为低电平，则设置所述蜂鸣器模块状态为开启，否则，设置所述蜂鸣器模块状态为关闭；

若所述数字开关信号为低电平且所述光线强度大于或等于所述第一阈值，则设置所述显示模块显示为睡前状态；若所述数字开关信号为高电平且所述光线强度大于或等于所述第一阈值，则设置所述显示模块显示为渐渐入睡状态；若所述数字开关信号为高电平且所述光线强度小于所述第一阈值，则设置所述显示模块显示为深睡状态；若所述数字开关信号为低电平且所述光线强度小于所述第一阈值，则设置所述显示模块显示为睡醒状态。

相应地，本申请还提供了一种婴幼儿睡眠智能监护方法，其特征在于，包括以下步骤：

声强传感器检测室内的声音强度，并输出数字开关信号给室内控制模块；

光强传感器检测室内的光线强度，并保存至内部存储器中；

所述室内控制模块读取所述光强传感器的内部存储器获取光线强度；

所述室内控制模块根据所述数字开关信号和所述光线强度控制语音模块播放音乐；

所述室内控制模块根据所述数字开关信号和所述光线强度设置状态控制信号并发送给室外控制模块；

所述室外控制模块根据所述状态控制信号对状态元件进行控制。

进一步地，所述室内控制模块与所述室外控制模块通过蓝牙模块进行通讯。

进一步地，所述状态元件包括显示模块、警示灯模块以及蜂鸣器模块。

进一步地，所述室内控制模块根据所述数字开关信号和所述光线强度设置状态控制信号，具体为：

若所述光线强度大于或等于第一阈值，则设置所述警示灯模块状态为闪烁；若所述光线强度大于或等于第二阈值且小于所述第一阈值，则设置所述警示灯模块状态为常亮；否则，设置所述警示灯模块状态为关闭；

若所述光线强度小于所述第一阈值且所述数字开关信号为低电平，则设置所述蜂鸣器模块状态为开启，否则，设置所述蜂鸣器模块状态为关闭；

若所述数字开关信号为低电平且所述光线强度大于或等于所述第一阈值，则设置所述显示模块显示为睡前状态；若所述数字开关信号为高电平且所述光线强度大于或等于所述第一阈值，则设置所述显示模块显示为渐渐入睡状态；若所述数字开关信号为高电平且所述光线强度小于所述第一阈值，则设置所述显示模块显示为深睡状态；若所述数字开关信号为低电平且所述光线强度小于所述第一阈值，则设置所述显示模块显示为睡醒状态。

进一步地，所述室内控制模块根据所述数字开关信号和所述光线强度控制语音模块播放音乐，具体为：

若所述数字开关信号为低电平且所述光线强度小于所述第一阈值，则所述室内控制模块控制所述语音模块进行音乐播放，否则，所述室内控制模块控制所述语音模块保持静音。

本申请的技术方案，当声强传感器检测出声音，并且通过光强传感器测定室内为无光或者微光时，通过在室内播放音乐，可以安抚睡眠中醒来婴幼儿的情绪，更加人性化。

区别于现有技术，本发明技术方案的有益效果有：

通过声强传感器和光强传感器接收室内的声音和光线变化，信息传递给处理器处理，同时室内语音模块和室外的状态元件将按照预先设定的方案，响应不同的场景情况进行状态显示和提醒，可实现室外监护人员对室内婴幼儿睡眠情况的实时监控，通过避免干扰或者及时安抚提高婴幼儿睡眠监护的效率，同时也减轻监护人员的负担。同时，当声强传感器检测出声音，并且通过光强传感器测定室内为无光或者微光时，通过在室内播放音乐，可以安抚婴幼儿的情绪，更加人性化。

附图说明

图1是本发明一种婴幼儿睡眠智能监护系统结构图。

图2是stm32f103c8t6的引脚说明图。

图3是本发明复位单元电路设计图。

图4是本发明滤波单元电路设计图。

图5是本发明晶振单元电路设计图。

图6是本发明启动单元电路设计图。

图7是本发明指示灯单元电路设计图。

图8是本发明电平转换单元电路设计图。

图9是本发明声强传感器的电路设计图。

图10是本发明光强传感器与室内控制模块的连接方式图。

图11是本发明语音模块与室内控制模块的连接方式图。

图12是本发明显示模块与室外控制模块连接方式图。

图13是本发明警示灯模块电路设计图。

图14是本发明蜂鸣器模块电路设计图。

图15是本发明蓝牙模块与控制模块的连接方式图。

图16是本发明一种婴幼儿睡眠智能监护方法步骤流程图。

图17是本发明所述室内控制模块设置状态控制信号步骤流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，是本发明一种婴幼儿睡眠智能监护系统结构图，由室内子系统和室外子系统两部分组成，室内子系统与室外子系统通过无线方式连接，其中，

室内子系统由声强传感器、光强传感器、语音模块、第一供电模块以及室内控制模块组成。本申请中所述的室内控制模块和室外控制模块，是整个系统的核心控制模块，采用单片机实现，可以进行数据处理，数据存储，io中断等各种处理，在工业控制领域广泛应用。在一优选的实施例中，本申请所述的室内控制模块和室外控制模块，均由stm32f103c8t6最小系统实现，stm32f103c8t6是一款基于armcortex-m内核stm32系列的32位的微控制器，程序存储器容量是64kb，需要电压2v～3.6v，工作温度为零下40摄氏度至85摄氏度之间。如图2所示，是stm32f103c8t6的引脚说明图，室内控制模块通过引脚分别与所述声强传感器、所述光强传感器、所述语音模块以及所述第一供电模块进行连接；为辅助stm32f103c8t6正常工作，通常还需要设置复位单元、滤波单元、晶振单元，电路设计分别如图3至图5所示。所述第一供电模块为所述室内控制模块进行供电，由启动单元、指示灯单元以及电平转换单元组成，电路设计分别如图6至图8所示。

声强传感器用于检测室内的声音强度，并输出数字开关信号给所述室内控制模块；如图9所示，是本申请声强传感器的电路设计图，声强传感器通过麦克风采集附近环境的声音强度，其工作电压范围是3.3v-5v，输出的方式为数字开关量信号，其中，有声音时输出为0(低电平)，无声音时输出为1(高电平)，同时所述声强传感器的灵敏度可以通过r12进行调节。将声强传感器模块的输出的开关量信号连接至室内控制模块的一个io口，例如pa1口，同时将io口设置为上拉输入，当声强传感器检测到周围环境有声音时，三极管q1导通，输入给lm393低电平，再经过lm电压比较器后，声强传感器的out输出端会送出一个低电平把室内控制模块的io口拉低。在另一优选的实施例中，声强传感器还可以采用现有的yl-56模块实现。

所述光强传感器用于检测室内的光线强度，并保存至内部存储器中；通常光强传感器是可以测量气压、温湿度、光照强度的一种集成模块，具有工作成本低，工功耗小，安装便利的优点。在一具体的实施例中，本申请的光强传感器可采用gy-39光强传感器模块，其工作电压为3v～5v，本申请中只使用该模块测量光照强度的功能，来测量卧室内的光线强度，室内控制模块依据光强来让室外的报警灯作出相应的响应。如图10所示，是本发明光强传感器与室内控制模块的连接方式，使用光强传感器的i²c接口进行数据传输，将光强传感器串口连接至室内控制模块的串口引脚，即pb10、pb11上，就可以访问光强传感器内部的存储器获取监测的光线强度数据值。

所述室内控制模块通过读取所述光强传感器的内部存储器获取光线强度,根据所述数字开关信号和光线强度控制所述语音模块播放音乐；当室内控制模块接收到声强传感器输出的低电平数字开关量信号后并且光线强度小于第一阈值的时候，说明婴幼儿已经睡醒或者在哭闹中，这时候，室内控制模块可通过控制语音模块进行音乐播放，缓和婴幼儿的情绪。具体的实施例中，所述语音模块可采用现有的jq8900-tf模块，工作电压范围3.3v-5.2v，优点是占用空间较小，价格较低，可支持多种功能。所述室内控制模块通过发送控制指令可实现语音模块音乐播放停止、选曲等常用功能。如图11所示，是本发明语音模块与室内控制模块的连接方式，将语音模块的串口tx、rx分别与室内控制模块的串口pb6、pb7连接。

为了向室外控制模块发送状态控制信号，使得室外的婴幼儿监护人可以对室内的情况进行监控，所述室内控制模块还根据所述数字开关信号和所述光线强度设置状态控制信号并发送给室外控制模块。所述室内控制模块根据所述数字开关信号和所述光线强度设置状态控制信号的具体方式为：

若所述光线强度大于或等于第一阈值，则设置所述警示灯模块状态为闪烁；若所述光线强度大于或等于第二阈值且小于所述第一阈值，则设置所述警示灯模块状态为常亮；否则，设置所述警示灯模块状态为关闭；

若所述光线强度小于所述第一阈值且所述数字开关信号为低电平，则设置所述蜂鸣器模块状态为开启，否则，设置所述蜂鸣器模块状态为关闭；

若所述数字开关信号为低电平且所述光线强度大于或等于所述第一阈值，则设置所述显示模块显示为睡前状态；若所述数字开关信号为高电平且所述光线强度大于或等于所述第一阈值，则设置所述显示模块显示为渐渐入睡状态；若所述数字开关信号为高电平且所述光线强度小于所述第一阈值，则设置所述显示模块显示为深睡状态；若所述数字开关信号为低电平且所述光线强度小于所述第一阈值，则设置所述显示模块显示为睡醒状态。

所述室外子系统包括所述室外控制模块、显示模块、警示灯模块、蜂鸣器模块以及第二供电模块，所述室外控制模块通过引脚分别与所述显示模块、所述警示灯模块、所述蜂鸣器模块以及所述第二供电模块进行连接；所述第二供电模块为所述室外控制模块进行供电，内部电路设计与第一供电模块相同。

所述室外控制模块根据所述状态控制信号对所述显示模块、所述警示灯模块以及所述蜂鸣器模块分别进行控制，具体为：

首先，将当前室内婴幼儿的睡眠状态显示在显示模块上，所述显示模块通常为oled显示器，具有薄、轻、节能等特点。如图12所示，是本发明显示模块与室外控制模块连接方式图，将0.96寸显示模块的串口的i2c端口与室外控制模块的串口pb6、pb7进行连接。

其次，根据警示灯模块状态信号对警示灯模块进行控制，所述警示灯模块通常为led有机发光二极管，警示灯模块电路设计图如图13所示，将警示灯模块与室外控制模块的io端口pa1连接，通过限流电阻连接到上拉电源，当警示灯模块状态信号为开启时，室外控制模块的io口pa1输出低电平，使得警示灯模块灯亮，若输出高电平，则警示灯模块熄灭，若按一定时间间隔输出高电平和低电平，则警示灯模块呈闪烁状态。

再次，根据所述蜂鸣器模块状态信号对蜂鸣器模块进行控制，如图14所示，是本发明蜂鸣器模块电路设计图，将蜂鸣器模块与室外控制模块的io端口pb12连接，当所述蜂鸣器模块状态信号为开启的时候，该io口pa2输出低电平，pnp型三极管导通，蜂鸣器模块发出响声进行报警。

在一优选的实施例中，所述室内子系统和所述室外子系统还分别包括蓝牙模块，用于将室内子系统设置的状态控制信号传输给室外子系统。具体地，可采用hc-05蓝牙模块进行数据通讯，其是一款主从一体的串口通信芯片，通过此款蓝牙芯片来完成两个stm32f103c8t6最小系统的通信。hc-05蓝牙模块有命令响应和自动连接两种工作模式，命令响应模式时执行at命令，通过室内控制模块或室外控制模块的外部引脚pi011输入不同的电平，能够实现蓝牙模块工作状态的动态转换。本发明使用的是hc-05蓝牙模块的自动连接模式，当蓝牙模块为自动连接模式时，模块将会根据预前设定的方法，自动连接数据，进行状态控制信号的传输。如图15所示，是本发明蓝牙模块与控制模块的连接方式图，即将蓝牙模块的串口与室内、室外控制模块的串口pa2、pa3进行连接。

在一具体的实施例中，本发明的婴幼儿睡眠智能监护系统在使用过程中，内部子系统和外部子系统的工作状态如下表所述：

场景一：当孩子准备睡觉时，房间处于有光状态，例如台灯开启，此时室内系统的语音模块为静音状态，室外子系统的显示模块显示“beforeasleep”，蜂鸣器模块处于静音状态，led灯为闪烁状态。陪护人可根据需要在房间内陪护。

场景二：当孩子逐渐入睡时，室内渐渐安静无声，房间仍处于有光状态，此时室内系统的语音模块仍保持静音状态，室外子系统的显示模块显示“graduallyfallasleep”，蜂鸣器模块处于静音状态，led灯为闪烁状态。家中的其他人员根据提示尽可能的不进入室内，以免打扰婴幼儿的入睡。

场景三：当孩子在安静的睡眠之中，陪护人通常会把卧室里的照明灯关闭，此时室内处于无光状态，卧室内的检测系统处于检测状态，卧室外的显示模块显示“fallasleep”，蜂鸣器处于静音状态，led灯熄灭。

场景四：当孩子朦胧醒来发出哭声时，卧室内的声强传感器检测到声音，语音模块将会播放舒缓的音乐平缓孩子的情绪；同时卧室外的led灯保持熄灭，显示模块显示“waking”，同时，蜂鸣器发出响声，提示陪护人孩子已经醒来，需要进入卧室陪伴孩子。此状态下，陪护人进入卧室后可选择把音乐关掉或者切换其他音乐哄小孩，由陪护人决定是安抚孩子继续入睡，或者逐步唤醒孩子。

实际生活中，也有一些小孩需要在有微光(小夜灯)的环境下才能逐步安心进入睡眠。卧室内有微光和无微光时，系统响应的区别就是：有微光时，卧室外的装置中led灯为常亮状态。无光时，卧室外的装置中led灯为熄灭状态。

需要说明的是，本申请的技术方案并非局限于上述四种应用场景，可根据实际的需求进行相应的调整，对光强传感器和声强传感器的检测结果改变状态元件的不同控制方式和内容。

本申请的技术方案，通过声强传感器和光强传感器接收外界的声音和光线变化，信息传递给处理器处理，同时室内语音模块和室外的状态元件将按照预先设定的方案，响应不同的场景情况进行状态显示和提醒，可实现室外监护人员对室内婴幼儿睡眠情况的实时监控，提高婴幼儿睡眠监护的效率，同时也减轻监护人员的负担。同时，当声强传感器检测出声音后，通过在室内播放音乐，可以安抚婴幼儿的情绪，更加人性化。

如图16所示，是本发明一种婴幼儿睡眠智能监护方法步骤流程图，包括以下步骤：

步骤1、声强传感器检测室内的声音强度，并输出数字开关信号给室内控制模块；

声强传感器通过麦克风采集附近环境的声音强度，输出数字开关量信号，其中，有声音时输出为0(低电平)，无声音时输出为1(高电平)，同时声强传感器的灵敏度是可以调节的。将声强传感器模块的输出的开关量信号连接至室内控制模块的一个io口，同时将io口电平设置为上拉输入，当声强传感器检测到周围环境有声音时，内部三极管导通，经过电压比较器后，声强传感器的输出端会发出一个低电平把室内控制模块的io口电平拉低。在一优选的实施例中，声强传感器还可以采用现有的yl-56模块实现。

步骤2、光强传感器检测室内的光线强度，并保存至内部存储器中；

光强传感器是可以测量气压、温湿度、光照强度的一种集成模块，具有工作成本低，工功耗小，安装便利的优点。在一具体的实施例中，本申请的光强传感器可采用gy-39光强传感器模块，其工作电压为3v～5v，本申请中只使用该模块测量光照强度的功能，来测量卧室内的光线强度，室内控制模块依据光强来让室外的报警灯作出相应的响应。通过将光强传感器串口连接至室内控制模块的串口引脚，就可以访问光强传感器内部的存储器获取监测的光线强度数据值。

步骤3、所述室内控制模块读取所述光强传感器的内部存储器获取光线强度；

步骤4、所述室内控制模块根据所述数字开关信号和所述光线强度控制语音模块播放音乐；当室内控制模块接收到声强传感器输出的低电平数字开关量信号且并且光线强度小于第一阈值的时候，说明婴幼儿已经睡醒或者在哭闹中，这时候，室内控制模块可通过控制语音模块进行音乐播放，缓和婴幼儿的情绪。若室内控制模块接收的声强传感器输出的数字开关量信号为高电平，则所述室内控制模块控制所述语音模块保持静音。

步骤5、所述室内控制模块根据所述数字开关信号和所述光线强度设置状态控制信号并发送给室外控制模块；

在一具体的实施例中，本发明所述室内控制模块设置状态控制信号步骤流程如图17所示，具体为：若所述光线强度大于或等于第一阈值，则设置所述警示灯模块状态为闪烁；若所述光线强度大于或等于第二阈值且小于所述第一阈值，则设置所述警示灯模块状态为常亮；否则，设置所述警示灯模块状态为关闭；

若所述光线强度小于所述第一阈值且所述数字开关信号为低电平，则设置所述蜂鸣器模块状态为开启，否则，设置所述蜂鸣器模块状态为关闭；

若所述数字开关信号为低电平且所述光线强度大于或等于所述第一阈值，则设置所述显示模块显示为睡前状态；若所述数字开关信号为高电平且所述光线强度大于或等于所述第一阈值，则设置所述显示模块显示为渐渐入睡状态；若所述数字开关信号为高电平且所述光线强度小于所述第一阈值，则设置所述显示模块显示为深睡状态；若所述数字开关信号为低电平且所述光线强度小于所述第一阈值，则设置所述显示模块显示为睡醒状态。

在设置好状态控制信号后，室内控制模块需要将这些状态控制信号发送给室外控制模块，优选地，所述室内控制模块与所述室外控制模块通过蓝牙模块进行通讯。具体地，可采用hc-05蓝牙模块进行数据通讯，其是一款主从一体的串口通信芯片，通过此款蓝牙芯片来完成两个stm32f103c8t6最小系统的通信。当hc-05蓝牙模块为自动连接模式时，模块将会根据预前设定的方法，自动连接数据，进行状态控制信号的传输。

步骤6、所述室外控制模块根据所述状态控制信号对状态元件进行控制。

在具体的实施例中，所述状态元件包括显示模块、警示灯模块以及蜂鸣器模块。首先，将当前室内婴幼儿的睡眠状态显示在显示模块上，所述显示模块通常为oled显示器，具有薄、轻、节能等特点。例如，当婴幼儿在睡前状态时，显示模块显示“beforeasleep”；当婴幼儿逐渐入睡时，显示模块显示“graduallyfallasleep”；当室内婴幼儿在安静地睡眠的时候，显示模块显示“fallasleep”，当孩子朦胧醒来发出哭声时，室外子系统的显示模块显示“waking”。其次，根据警示灯模块状态信号对警示灯模块进行控制，所述警示灯模块通常为led有机发光二极管，当警示灯模块状态信号为开启时，室外控制模块的io口pa1输出低电平，使得警示灯模块灯亮，若输出高电平，则警示灯模块熄灭，若按一定时间间隔输出高电平和低电平，则警示灯模块呈闪烁状态。最后，根据所述蜂鸣器模块状态信号对蜂鸣器模块进行控制，当所述蜂鸣器模块状态信号为开启的时候，通过io口输出低电平时，蜂鸣器模块的pnp型三极管导通，发出响声进行报警，否则蜂鸣器模块关闭。

上述具体实施方式只是对本发明的技术方案进行详细解释，本发明并不只仅仅局限于上述实施例，凡是依据本发明原理的任何改进或替换，均应在本发明的保护范围之内。