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基于STM32单片机的超声波跟随婴儿车设计

news 2025/9/18 15:23:39

1. 基于STM32单片机的超声波跟随婴儿车设计

本设计提出了一种基于STM32单片机的智能婴儿车系统，集成了超声波跟随、温度检测与环境控制、尿不湿湿度检测、啼哭检测音乐播放以及光照调节功能。与传统的婴儿车相比，该系统不仅提升了安全性与舒适性，还增强了智能化水平，为婴儿及家长提供了更加人性化的使用体验。

2. 系统功能介绍

2.1 超声波跟随功能

小车通过超声波发射模块与接收模块实现跟随，区别于传统的固定目标跟随方式，本设计以手持超声波发射模块为参考源，婴儿车可灵活、灵敏地跟随用户移动，提升使用的自由度与实用性。

2.2 婴儿温度检测与环境控制

通过温度传感器实时检测婴儿车内的温度，当温度低于阈值时启动加热模块；当温度高于阈值时开启风扇降温；若温度过高或过低均触发蜂鸣器报警，以保证婴儿处于适宜的温度环境。

2.3 尿不湿湿度检测

在婴儿尿不湿下方布置湿度传感器，当检测到湿度异常时，立即触发报警提醒家长及时更换尿不湿。

2.4 啼哭检测与音乐播放

通过声音传感器检测婴儿是否哭泣，若检测到哭声信号，系统将自动播放“小星星”音乐，起到安抚作用，同时也可提示家长注意婴儿情况。

2.5 光照检测与窗帘控制

光敏传感器实时检测光照强度，当光照过强时，舵机控制窗帘关闭，避免婴儿受到强光刺激；当光线不足时，舵机打开窗帘，保持适宜的光照环境。

3. 系统电路设计

3.1 STM32单片机核心电路

采用STM32F103C8T6作为主控芯片，具备强大的运算能力与丰富的外设资源，负责对各类传感器数据的采集、逻辑判断、执行控制以及外设驱动。核心电路包括电源电路、晶振电路、复位电路和最小系统模块，保证主控的稳定运行。

3.2 超声波跟随模块

超声波发射模块：手持发射端以固定频率发射超声波信号。
超声波接收模块：安装在婴儿车四周，用于接收超声波信号，并通过测距和信号强度判断发射源方向，从而实现跟随。
电机驱动模块：采用L298N电机驱动电路，根据STM32的PWM控制信号，调整小车的速度与方向。

3.3 温度检测与控制模块

温度传感器：采用DS18B20数字温度传感器，精度高且接口简洁。
加热模块：采用小功率加热片，受MOS管控制。
风扇模块：由直流风扇组成，用于降温。
蜂鸣器：温度超出安全范围时触发报警。

3.4 尿不湿湿度检测模块

湿度传感器：采用电阻式湿度检测电路，安装于尿不湿位置下方，检测到湿度升高时电阻减小，STM32通过ADC采样得到信号并进行判断。

3.5 啼哭检测与音乐播放模块

声音传感器：通过驻极体麦克风与放大电路获取声音信号，并输出模拟电压。
音乐播放电路：利用STM32的PWM功能驱动蜂鸣器播放“小星星”旋律。

3.6 光照检测与窗帘控制模块

光敏传感器：通过光敏电阻采集环境光照强度，STM32 ADC口采样。
舵机驱动电路：使用PWM信号驱动舵机旋转，实现窗帘的开合控制。

3.7 电源电路

采用锂电池供电，通过DC-DC转换电路输出5V与3.3V电压，为STM32及各模块提供电源。

4. 系统程序设计

4.1 主程序框架

int main(void) {SystemInit();Init_Peripherals();Init_Sensors();Init_Motors();Init_Temperature();Init_Servo();Init_Buzzer();while(1) {Ultrasonic_Follow();    // 超声波跟随Temperature_Control();  // 温度检测与控制Diaper_Check();         // 尿不湿检测Crying_Check();         // 啼哭检测与音乐播放Light_Control();        // 光照检测与窗帘控制}
}

4.2 超声波跟随程序设计

void Ultrasonic_Follow(void) {int distance_left = Get_Distance(LEFT_SENSOR);int distance_right = Get_Distance(RIGHT_SENSOR);if(distance_left < 200 && distance_right < 200) {Motor_Forward();} else if(distance_left < distance_right) {Motor_Turn_Left();} else {Motor_Turn_Right();}
}

4.3 温度检测与环境控制

#define TEMP_LOW 20
#define TEMP_HIGH 28void Temperature_Control(void) {float temp = DS18B20_Read();if(temp < TEMP_LOW) {Heater_On();Fan_Off();} else if(temp > TEMP_HIGH) {Fan_On();Heater_Off();} else {Heater_Off();Fan_Off();}if(temp < 15 || temp > 35) {Buzzer_On(); // 超出安全范围报警} else {Buzzer_Off();}
}

4.4 尿不湿检测

#define DIAPER_THRESHOLD 500void Diaper_Check(void) {int moisture = ADC_Read(MOISTURE_CHANNEL);if(moisture < DIAPER_THRESHOLD) {Buzzer_On(); // 提醒更换尿不湿} else {Buzzer_Off();}
}

4.5 啼哭检测与音乐播放

void Crying_Check(void) {int sound = ADC_Read(SOUND_CHANNEL);if(sound > 800) {Play_Twinkle(); // 播放小星星}
}void Play_Twinkle(void) {int melody[] = {262, 262, 392, 392, 440, 440, 392};int duration[] = {500, 500, 500, 500, 500, 500, 1000};for(int i=0; i<7; i++) {PWM_SetFreq(melody[i]);Delay(duration[i]);}PWM_Stop();
}

4.6 光照检测与舵机控制

#define LIGHT_THRESHOLD 300void Light_Control(void) {int light = ADC_Read(LIGHT_CHANNEL);if(light > LIGHT_THRESHOLD) {Servo_Close_Curtain();} else {Servo_Open_Curtain();}
}