一种多传感器信息融合智能婴儿床

技术领域

本发明属于智能家居技术领域，具体涉及一种智能婴儿床。

背景技术

目前在我国随着二胎政策的全面开放，婴幼儿的产品进入蓬勃发展期。于此同时，看护人的时间精力与想要全面细致照顾的主观意愿的矛盾，造成了当下的育儿难的困境。加之，智能婴儿看护产品的发展与创新已经具备了技术与工业基础。在未来，智能化婴儿产品成为产业发展趋势已露苗头。现阶段，我国关于智能婴儿床的研究尚处于发展阶段，如何较好的实现婴儿的智能看护、保护是当今社会迫切关注的问题。

目前绝大多数的婴儿车/婴儿床底座为弯曲式结构，婴儿床移动困难且无法停止摇动；还有的使用吊顶式摇法，此摇法占地空间大，且需要坚硬结实的梁，安装不方便，且不方便移动。

市面上的婴儿床大部分是传统单一的形制，主要的产品应用方式有如下几种：

①婴儿提篮

婴儿提篮，为篮子形状。这一产品在外国家庭比较流行，在中国家庭很少看到使用。婴儿提篮非常轻便，走到哪都能带到哪，比较适合一个人在家照顾小婴儿的妈妈，或者外出时使用。常见是藤条等天然材料编织而成。它对需要借助人力来看管保护婴儿，对人力资源是一种浪费，而且也不能很好的保证婴儿的舒适性与安全性。

②摇篮床

摇篮床区别于普通的儿童床，在于带有摇摆功能，可以帮助哄宝宝睡觉。常见是全木制的。虽然功能有所增加，可以摇摆，但是不具备更加“智能”的功能，而且使用周期短，婴儿长大之后，婴儿床就会成为一种浪费。

③儿童床

儿童床可使用期很长，常见木制材料为主。由于外观单一，且智能化程度低，在未来万物互联的时代缺乏市场。

④旅行床(便携式)

宝宝小的时候贪睡，睡眠的时间长，如果想要带宝宝去旅游、走亲戚，可以带上一款便携式婴儿床，这样宝宝可以在长途中休息得更好。其特点是可拆卸和组装，随时可移动。

⑤床中床

床中床现在在国外比较流行，也属于便携式婴儿床的一种，还可折叠、方便携带，适合初生婴儿。所谓“床中床”就是直接放在大床中央即可，实际上还是相当于与父母同睡，只是给宝宝划分了一块比较宽阔的位置，宝宝的“领地”更有保障，避免宝宝受到挤压和防止翻出床外。

综上可以看到，传统的婴儿床不够智能，少数的智能婴儿床婴儿床功能少，并且不够美观、使用周期短，还很少考虑安全等问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种多传感器信息融合智能婴儿床，包括顶盖、支架、床仓、柔性床仓底座、物联网模块和手机APP；顶盖位于智能婴儿床顶部，起到保护婴儿的作用；柔性床仓底座位于智能婴儿床的最下端，支架下端固定在柔性床仓底座上；支架上装有滑轨，顶盖安装在支架的滑轨上，顶盖能够沿着支架上下移动并在任一位置固定；床仓放置在柔性床仓底座上，当顶盖移动到最下方时，与床仓合拢，形成一个空心椭球，顶盖为空心椭球的上半部分，床仓为空心椭球的下半部分；物联网模块具有环境温湿度监测、婴儿体温监测、婴儿尿床监测、婴儿声音监测、播放音乐和婴儿视频监测的功能；本发明能对婴儿进行全方位的监控，更好照顾到婴儿，提高生活质量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种多传感器信息融合智能婴儿床，包括顶盖、支架、床仓、柔性床仓底座、物联网模块和手机APP；

所述顶盖位于智能婴儿床顶部，起到保护婴儿的作用；所述柔性床仓底座位于智能婴儿床的最下端，所述支架下端固定在柔性床仓底座上；所述支架上装有滑轨，顶盖安装在支架的滑轨上，顶盖能够沿着支架上下移动并在任一位置固定；所述床仓放置在柔性床仓底座上，当顶盖移动到最下方时，与床仓合拢，形成一个空心椭球，顶盖为空心椭球的上半部分，床仓为空心椭球的下半部分；

所述床仓下部设置四个全向轮，床仓能够从柔性床仓底座上取下，放在地面推行；

所述物联网模块包括主控板、传感器模块、音乐播放器和WIFI模块；所述传感器模块采集数据，将采集到的数据送入主控板转换为可显示形式后通过WIFI模块发送到手机APP，在手机APP上实时显示；所述音乐播放器受手机APP控制播放音乐；所述物联网模块具有环境温湿度监测、婴儿体温监测、婴儿尿床监测、婴儿声音监测、播放音乐和婴儿视频监测的功能。

进一步地，所述顶盖采用透明有机复合材料制成。

进一步地，所述顶盖能从智能婴儿床上取下，方便搬动婴儿。

进一步地，所述顶盖上装有柔光灯，采用多个低功耗的暖光LED灯珠分布式排列；所述柔光灯外装有柔光遮罩，减少对婴儿眼睛的刺激；所述手机APP能够控制柔光灯的开关和控制顶盖在支架上上下移动。

进一步地，所述顶盖上设置纱帘，保护婴儿不受蚊虫叮咬。

进一步地，所述传感器模块包括温湿度传感器、红外测温传感器、水滴传感器、声音传感器、图像传感器和气体检测传感器；所述温湿度传感器用于检测智能婴儿床周围环境温湿度；所述红外测温传感器用于测量婴儿体温；所述水滴传感器用于检测婴儿是否尿床；所述声音传感器采集婴儿发出的声音，送入主控板后判断婴儿发出的是哭声或者笑声或者除哭和笑之外的其他声音；所述图像传感器对婴儿在智能婴儿床内的状况进行实时直播；所述气体检测传感器用于检测智能婴儿床周围的空气质量。

进一步地，所述主控板采用Atmel mega 2560；所述温湿度传感器采用DHT 11；所述红外测温传感器采用MLX 90614；所述水滴传感器采用低电位控制电阻式水滴传感器；所述声音传感器使用多个微麦克风实现；所述图像传感器采用OV 7670；所述气体检测传感器采用MQ-138传感器检测甲醛、MQ-135传感器检测空气质量、MQ-7传感器检测一氧化碳。

进一步地，所述柔性床仓底座包括刚性支撑部分和柔性攀爬部分；所述柔性床仓底座内部为刚性支撑部分，为床仓提供机械支撑；所述柔性床仓底座外部为柔性攀爬部分，采用柔性材料制成，方便婴儿自由攀爬进出智能婴儿床。

进一步地，所述柔性床仓底座设置红外感应灯，用于夜间照明。

进一步地，所述柔性床仓底座设置机械摇臂，机械摇臂由手机APP控制带动床仓在柔性床仓底座上左右摇动。

本发明的有益效果如下：

1、本发明的智能婴儿床具有环境温湿度监测、婴儿体温监测、婴儿尿床监测、婴儿声音监测、播放音乐和婴儿视频监测功能，能对婴儿进行全方位的监控，更好照顾到婴儿，缓解新手父母的劳累和压力，提高生活质量。

2、本发明的智能婴儿床在结构上有较大程度地创新，使用方便、安全。

3、本发明的智能婴儿床能够通过手机APP对控制智能婴儿床的设施，具有高度智能化的特点。

4、本发明的智能婴儿床床车一体化的设计节约了生活空间，给家居管理带来便捷。

附图说明

图1为本发明智能婴儿床结构示意图。

图2为本发明智能婴儿床顶盖打开状态效果图。

图3为本发明智能婴儿床顶盖闭合状态效果图。

图4为本发明智能婴儿床床仓从底座取下后效果图。

图5为本发明智能婴儿床手机APP功能图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明基于当下的婴儿看护问题及智能婴儿床发展现状，设计一款集智能、安全、美观、多功能、可持续于一体的智能婴儿床产品。希望能够通过智能婴儿床的设计研究，引起人们对婴儿智能看护、安全防护，看护人心理、生理压力解放，婴儿产品的多功能、可持续发展等问题的关注，也为今后智能婴儿床的研究提供参考价值。

如图1所示，一种多传感器信息融合智能婴儿床，包括顶盖、支架、床仓、柔性床仓底座、物联网模块和手机APP；

所述顶盖位于智能婴儿床顶部，起到保护婴儿的作用；所述柔性床仓底座位于智能婴儿床的最下端，所述支架下端固定在柔性床仓底座上；所述支架上装有滑轨，顶盖安装在支架的滑轨上，顶盖能够沿着支架上下移动并在任一位置固定；所述床仓放置在柔性床仓底座上，当顶盖移动到最下方时，与床仓合拢，形成一个空心椭球，顶盖为空心椭球的上半部分，床仓为空心椭球的下半部分；

所述床仓下部设置四个全向轮，床仓能够从柔性床仓底座上取下，放在地面推行；

所述物联网模块包括主控板、传感器模块、音乐播放器和WIFI模块；所述传感器模块采集数据，将采集到的数据送入主控板转换为可显示形式后通过WIFI模块发送到手机APP，在手机APP上实时显示；所述音乐播放器受手机APP控制播放音乐；所述物联网模块具有环境温湿度监测、婴儿体温监测、婴儿尿床监测、婴儿声音监测、播放音乐和婴儿视频监测的功能。

进一步地，所述顶盖采用透明有机复合材料制成。

进一步地，所述顶盖能从智能婴儿床上取下，方便搬动婴儿。

进一步地，所述顶盖上装有柔光灯，采用多个低功耗的暖光LED灯珠分布式排列；所述柔光灯外装有柔光遮罩，减少对婴儿眼睛的刺激；所述手机APP能够控制柔光灯的开关和控制顶盖在支架上上下移动。

进一步地，所述顶盖上设置纱帘，保护婴儿不受蚊虫叮咬。

进一步地，所述传感器模块包括温湿度传感器、红外测温传感器、水滴传感器、声音传感器、图像传感器和气体检测传感器；所述温湿度传感器用于检测智能婴儿床周围环境温湿度；所述红外测温传感器用于测量婴儿体温；所述水滴传感器用于检测婴儿是否尿床；所述声音传感器采集婴儿发出的声音，送入主控板后判断婴儿发出的是哭声或者笑声或者除哭和笑之外的其他声音；所述图像传感器对婴儿在智能婴儿床内的状况进行实时直播；所述气体检测传感器用于检测智能婴儿床周围的空气质量。

进一步地，所述主控板采用Atmel mega 2560；所述温湿度传感器采用DHT 11；所述红外测温传感器采用MLX 90614；所述水滴传感器采用低电位控制电阻式水滴传感器；所述声音传感器使用多个微麦克风实现；所述图像传感器采用OV 7670；所述气体检测传感器采用MQ-138传感器检测甲醛、MQ-135传感器检测空气质量、MQ-7传感器检测一氧化碳。

进一步地，所述柔性床仓底座包括刚性支撑部分和柔性攀爬部分；所述柔性床仓底座内部为刚性支撑部分，为床仓提供机械支撑；所述柔性床仓底座外部为柔性攀爬部分，采用柔性材料制成，方便婴儿自由攀爬进出婴儿床。

进一步地，所述柔性床仓底座设置红外感应灯，用于夜间照明。

进一步地，所述柔性床仓底座设置机械摇臂，机械摇臂由手机APP控制带动床仓在柔性床仓底座上左右摇动。

具体实施例：

1、智能婴儿床主体部分—椭球形婴儿床仓。

作为设计的主体，整体呈椭球形，分为顶盖与床仓两大部分，作为婴儿睡眠、生活的核心部件。

顶盖为透明有机复合材料制成，方便观察婴儿。顶盖的外型及结构也可以采用计算机模拟龟壳的仿生结构制成，外部壁面形成园拱形，背部骨架形成“加强筋”的形状，具有轻薄而高强度、曲面简约的特点。在保障结构强度的同时又降低了婴儿床的重量，并且选择使用有机复合材料，安全透气且有效抗压，保障婴儿在其中时免受外界重物或者他人、动物所可能造成的肢体损伤。如图2和图3所示，顶盖可以实时开闭或者整体取下，为婴儿照顾、搬动提供方便。在顶盖上设计有柔光灯，采用多个低功耗的暖光LED灯珠分布式排列，辅以柔光遮罩的方案，减少对婴儿眼睛的刺激，且可在婴儿床上或手机APP上一键操作，方便监护人夜间照顾；纱帘保持婴儿床内空气清新且免除昆虫侵扰；透明顶盖在不开盖打扰婴儿的情况下，实时对婴儿进行看护照顾；图像传感器即摄像头，能够在外出或离开时实时监护婴儿情况，24小时全天候呵护，也可在APP上生成分享链接，进行远程分享，发送给不在身边却又思念担心婴儿的爷爷奶奶、外公外婆等亲属，促进亲情交流。

床仓同样采用高强度的有机复合材料制成，内置配套的分体式柔软床褥为婴儿提供舒适的睡眠环境，也便于更换以及清洗。壳体内安装有环境传感、婴儿状态检测、音乐播放、无线通信、信息处理、能源供应等电路，作为婴儿床智能功能实现的核心，通过Arduino主控板和Wi-Fi模块，实时与看护人的手机APP链接，发送提醒与状态信息，帮助保障孩子生活在一个舒适良好的环境。在床仓上设置健身架等可供娱乐休闲早教的组合模块，让孩子能在床上度过开心时光。

2、“云朵”装柔性床仓底座。

“云朵”状柔性床仓底座主要分为锥台形刚性支撑部分和云朵形柔性攀爬部分。在家中使用时将床仓放置在“云朵”柔性床仓底座上，两者协同发挥全部功能。

柔性床仓底座内部为锥台形刚性支撑部分，为智能床仓提供机械支撑。内设有进行滞后缓冲设计的机械摇臂，为床仓提供舒适缓和的摇摆，外置的机械结构也避免了对婴儿造成损伤的可能。底座的悬挂系统双重减震，有效保护婴儿。

外部为云朵形柔性攀爬部分，为美观柔软的云朵状柔性材质组成，使婴儿可以在上面自由攀爬进出婴儿床，且翻滚玩耍不受损伤。并挂有小型布艺玩具等，成为婴儿玩乐的中心，并可在长大后转换功能成为家庭的懒人沙发。

柔性床仓底座内内安装有环境传感、婴儿状态检测、音乐播放、无线通信、信息处理、能源供应等电路，作为婴儿床智能功能实现的核心，通过Arduino主控板和Wi-Fi模块，实时与看护人的手机APP链接，发送提醒与状态信息，帮助保障孩子生活在一个舒适良好的环境。

3、出行车式结构。

如图4所示，床仓可以从底座上取下，四个全向轮对婴儿床仓进行承载，使之成为简单方便的婴儿车，大小轮方便越障，装配有悬挂系统用于减震，车轮角度多变且有减震效果，对复杂地形有较高适应性。床仓上设置有储物挂网，方便携带外出用品。也方便在外出时将婴儿床仓取下放置在汽车座椅上，进行不同交通方式之间的切换。

4、物联网模块设计

智能婴儿床的设计，紧紧围绕物联网的四层体系架构展开，感知控制层通过各种传感器获取识别信息，主控板将收集到的数据传输给WiFi模块，WiFi模块作为连接物联网平台层与感知控制层的桥梁，起到信息传递与转换的作用，应用服务层对物联网应用进行构建，通过手机APP实现人机交互为看护人提供全面、完善、细致的服务。

4.1感知控制层

Arduino主控板

整个系统控制单元的核心是采用Atmel mega 2560，具有自由度高，可扩展性能强的优点，有丰富的数字、模拟I/O口。作为婴儿床的智能处理中枢，可以对各个传感器收集到的数据进行整合处理，进行机械摇臂等执行器进行控制，并通过Wi-Fi模块进行数据传输。

温湿度传感器

作为检测婴儿生活环境的底层传感器设备,采用DHT 11温湿度传感器与主控数字模块相连，用于测量温湿度信息，DHT 11作为一款有已校准数字信号输出的温湿度传感器。其精度湿度+-5％RH，温度+-2℃，量程湿度20-90％RH，温度0～50℃。具有极高的可靠性和长期稳定性,为婴儿生活在一个适宜健康的环境提供保障。

红外测温传感器

采用MLX 90614红外测温传感器完成非接触式的体温测量，MLX 90614在人体温度范围内的高精确度(±0.1℃),设计适于医疗应用的要求。可以实现对婴儿的体温进行测控，生成婴儿的每日体温报表，针对高温发烧这一婴儿高频、高危害的重点健康问题进行监护。

婴儿尿床传感模块

采用低电位控制电阻式水滴传感器，放置在垫子中，在干燥环境下电路中电阻很大，电流几乎忽略。当婴儿尿床时，有水滴或是湿度变大，水滴感应器电阻变小，电路导通，导通后模拟电路会发出高电位到控制中枢，触发尿床提示，提醒家长更换垫子。选择采用柔性基底制作水滴感应电阻片，制成三角锥形的传感器薄片，采用柔软的导线连接水滴感应电阻片以及模拟电路与控制中枢。使水滴感应电阻片可以插入在尿不湿中或者是智能婴儿床仓的柔性垫子中，适合于在不同情况下的灵活检测。

声音传感器

采用多个微麦克风对声音信号进行采集分析，探测婴儿的啼哭情况，探测婴儿是否在夜晚多次醒来，并实时向手机APP发送提示，减少父母的看护压力。当驻极体微麦克风检测到外部声音变化时,驻极体微麦克风两端的电压随之变化,对话筒采集的声音进行放大。哭声检测则使用音频信号处理的方案。使用切比雪夫滤波器对输入信号进行噪声消除以及滤波。通过绘制去噪的切比雪夫滤波器输出图像，完成频域分析。在去噪完成后，信号会被分解成为几个小波。然后统计对比信号特征，如均值，方差，小波标准差等。特征提取完成后，将特征数据通过人工神经网络将婴儿的声音进行对比，从而检测判断为哭泣、笑声或者其他声音。

摄像头模块

摄像头模块采用OV 7670图像传感器。OV 7670图像传感器配有FIFO模块，针对MCU速度较慢时留有缓冲储存空间，使得画面更加连贯。OV7670图像传感器是低成本数字输出CMOS摄像头，其摄像头包含30w像素的CMOS图像感光芯片，3.6mm焦距的镜头和镜头座，板载CMOS芯片所需要的各种不同电源，板子同时引出控制管脚和数据管脚，方便与Arduino2560主控板的连接。高灵敏度适合低照度应用、降噪自动调节、低电压适合嵌入式应用、自动曝光控制、自动增益控制、自动白平衡。

气体检测传感器

婴儿需要在安全无污染的环境下才能健康成长，而室内装修的过程不可避免的会产生一些有害气体，在这种情况下，气体检测显得不可或缺。采用MQ-138传感器检测甲醛、MQ-135传感器检测空气质量、MQ-7传感器检测一氧化碳。MQ系列传感器是根据半导体气敏材料对空气中的负氧离子进行吸附，使半导体中的电子密度减少，使电阻增加。通过高精度的模数转换，将MQ系列传感器的电阻的模拟量变化转化为数字量变化，采集到的数据通过IIC协议发送到中Arduino Mega 2560主控板中。

直流无刷电机

直流无刷电机的稳定性好，控制应用成熟，可以达到使婴儿摇篮平稳、柔顺摇摆的目的；且噪音小，不对婴儿和看护人的睡眠造成影响；供电电压低，一般为安全特低电压供电，对婴儿这个心智尚不完全健全的特殊群体，可以最大程度地预防触电漏电所带来的安全危险；且直流无刷电机价格适中，寿命较长。选用四个直流无刷电机，制成曲柄摇杆机构，在智能婴儿床仓的底部滑动。婴儿床形成的摆动在摇杆的牵引下，但滞后与摇杆的运动。从而形成一个非刚性的，带有滞后性的摇动，具有缓冲功能，给婴儿提供一个舒适柔和的摇摆。

4.2网络层

WiFi模块采用HLK－RM04模块，该模块成本低性能高，采用嵌入式UART－ETH－WiFi(串口－以太网－无线网)的模式，可以通过连接Arduino Mega 2560主控板与移动设备连接通讯。基于通用串行接口标准，内置TCP/IP协议栈，Arduino Mega 2560主控板不需要改变任何配置便可通过互联网传播信息。

4.3服务层

如图5所示，在云平台上搭建服务器，实现数据从婴儿床到手机的传输。从传感器收集到的温度、湿度、空气情况、体温、婴儿状态等数据实时发送到看护人手机APP上，并辅以相应的必要提示，使看护人可以实时的获取数据以对孩子进行更好地保护，记录婴儿生长状态，生成成长日记。辅以相应的知识小百科，给父母普及育儿、早教知识。

纪录部分

自动记录下传感器检测到的体温信息、温湿度情况，记录成为日、月、年的图表，使看护人可以一目了然的了解到婴儿及其生活环境的各项指标，在人性化、可视化的情况下，又可以帮助看护人判断各项指标的变化，及时给与婴儿相应的照顾。婴儿夜醒情况、尿床情况也会生成相应的日、月、年的图表，并提供软件后台的数据分析，根据每个婴儿的数据，且按照年龄与总的数据库进行对比，从而计算预测婴儿的习惯，即判断预测婴儿可能会饿醒或者尿床等不适现象可能出现的时间点。提前通过手机APP给看护人发送相应的提示，帮助看护人给予及时的照料，让智能更好的帮助婴儿的照料。

陪伴部分

通过陪伴中的视频功能，手机APP可以直接连接视频摄像头，实时监护婴儿情况，通过旁边的功能界面也可以实现更多的功能，包括语音通话、拍照、录制视频、调整各项功能机构等，给予婴儿全方面交互式的照料。系统也会每日自动记录抓拍的婴儿成长图片和视频，家长也可以手动上传自己拍摄的婴儿日常视频照片或者艺术照，加上家长手动输入的宝宝成长日记的文字，组合生成美观的婴儿成长日记，可以通过微信一键分享，方便宝爸、宝妈们晒娃。婴儿日记也会全程记录婴儿的成长，作为家庭美好的回忆。

育儿部分

手机APP自带有一些婴儿的小故事、轻柔音乐、早教知识等，用户可以自行选择来为婴儿播放，来舒缓婴儿心情，陪伴婴儿成长。也可以自己录制故事、音乐等自制内容，用父亲、母亲的声音陪伴孩子的生长。

“我的”部分

“我的”部分，主要功能有：一、作为消息的管理通知中心，按消息的重要紧迫程度进行排列，便于父母及时处理和管理。二、可以实现家庭成员的管理，在其中可以设置主要看护人和其他看护人，实现爸爸妈妈、爷爷奶奶、外公外婆等各个亲属的手机APP的多项链接，使之可以在远程访问婴儿情况，缓解思念之前；实现消息和警报的多向推送，保障婴儿可以收到及时准确的照料。三、作为一个知识分享的平台，手机APP会为看护人提供一些专业的育儿知识，也同时起到论坛的作用，家长可以在其中相互分享育儿经验、情感交流。