[134]-基于STM32设计的智能婴儿床(ESP8266局域网)_2024升级版.pdf

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一、设计需求

【1】项目功能介绍

随着科技的不断进步和人们生活质量的提高，智能家居成为了新的发展趋势。尤其是在家庭育儿领域，家长们对

于婴儿的成长环境愈发关注。为了满足现代家庭对于婴儿护理的需求，基于STM32设计了一款智能婴儿床控制系

统。

婴儿床是婴儿成长过程中的重要伴侣，而一个舒适、安全的婴儿床能够为婴儿提供良好的睡眠环境，有助于婴儿

的健康成长。在传统的婴儿床中，家长们需要时刻关注婴儿的状态，不仅给家长带来了很大的压力，还可能因为

疏忽而引发安全问题。

为了解决这一问题，利用STM32主控芯片的强大功能，设计了这款智能婴儿床控制系统。通过集成声音检测模

块、温湿度检测模块、空气质量检测模块等多个传感器，系统能够实时监测婴儿床的环境状态，为婴儿提供一个

舒适、安全的睡眠环境。

结合ESP8266模块的WIFI联网功能，将采集到的环境数据上传到手机APP上，家长们可以随时随地查看婴儿床的

状态，并进行远程控制。手机APP的提示功能也可以确保家长们不会错过任何重要信息，让婴儿护理更加便捷。

项目采用STM32F103C8T6主控芯片，结合DHT11温湿度检测模块、麦克风声音采集模块、MQ135空气质量检测

模块等，确保了系统的稳定性和准确性。同时，本地LCD显示屏能够直观地展示传感器数据，方便家长们在婴儿

床旁查看。

基于STM32设计的智能婴儿床控制系统为现代家庭提供更加便捷、智能的婴儿护理体验。通过实时监测婴儿状态

和环境数据，并结合手机APP的远程监控功能，家长们可以更加放心地照顾自己的宝贝，享受科技带来的便利和

乐趣。

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当前设计的智能婴儿床的特点：

STM32端的ESP8266配置成AP模式+TCP服务器模式，散发WIFI热点信号，电脑上位机或者手机APP可以搜索到

ESP8266创建的WIFI热点，并连接TCP服务器并完成通信。也就是STM32+ESP8266 创建热点，并开启TCP

服务器模式，等待手机连接，连接上之后再打开手机APP进行通信。

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【2】程序最终的运行逻辑

STM32设备端有一个LCD小屏幕，每次上电，屏幕上会显示硬件的初始化状态。ESP8266初始化之后会创建一个

热点名字，

名称为 "ESP8266_C8T6",密码为:"12345678" ，初始化成功之后，手机打开WIFI，搜索名称

为："ESP8266_C8T6"的WIFI，输入密码连接上。再安装，打开婴儿床专用的手机APP，就可以收到婴儿床上

传的数据，以及对婴儿床进行控制。

手机APP功能:

【1】父母在手机APP上可以看到婴儿床上传的空气质量、婴儿床的毯子温度、婴儿床的毯子湿度（温度检测传感

器是放在婴儿床宝宝的毯子下面的）。

【2】可以在手机APP上，控制婴儿床的音乐播放开关，设置婴儿床的工作模式(睡眠模式或者手动模式)，可以

控制摇摇床的开关(开启舵机摇动婴儿床哄宝宝睡觉或者玩耍)。

【3】如果检测到婴儿醒了，手机APP上会弹窗提示《孩子醒了》，同时会播放语音提示《孩子醒了》。

【4】如果检测到湿度大于80%，手机APP上会弹窗提示《该换尿不湿了》，同时会播放语音提示《该换尿不湿

了》。

STM32设备端的功能：

【1】按1秒钟的频率采集一次传感器的数据，上传到手机APP（如果手机APP已经连接）。

【2】如果检测到婴儿醒了，就开启音乐播放器播放安抚音乐，父母可以在手机APP上关闭音乐播放。

【3】如果接收到手机APP下发的指令，就根据指令完成对应的设置。

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【3】硬件模块组成

本项目的硬件模块主要由以下几个部分组成：

（1）STM32F103C8T6主控芯片：这是整个系统的核心，负责协调各个模块的工作，处理各种输入信号，并控制

输出信号。这是一款低功耗、高性能的ARM Cortex-M3处理器。具有丰富的外设接口和强大的计算能力，适合

用于嵌入式系统的控制和数据处理。

（2）DHT11温湿度检测模块：这个模块负责监测婴儿床的环境温度和湿度。能够将当前环境的温湿度信息转换

为电信号，然后传递给STM32主控芯片进行处理。

（3）麦克风声音采集模块：这个模块用于检测婴儿的哭泣声音。当婴儿哭泣时，麦克风会采集到声音信号，并

将其转换为电信号，传递给STM32主控芯片。

（4）MQ135空气质量检测模块：这个模块用于检测当前环境的空气质量。可以检测空气中的有害气体，并将检

测结果传递给STM32主控芯片。

（5）ESP8266 WIFI模块：这个模块负责系统的无线通信功能。将采集到的环境数据、婴儿的哭泣声音等通过

WIFI上传到家庭路由器，进而传输到手机APP上，实现远程监控。

（6）LCD显示屏：婴儿床本地的LCD显示屏用于实时显示各个传感器的数据，包括温湿度、空气质量以及声音检

测情况等，方便家长在婴儿床旁直接查看。

（7）其他模块：还有一些辅助模块，如音乐播放模块、舵机模块等，用于实现音乐播放和摇摇床功能。

以上这些硬件模块共同构成了这个基于STM32设计的智能婴儿床控制系统，实现了对婴儿环境的全面监测和控

制，提供了更为智能、便捷的育儿体验。

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【4】ESP8266模块配置

在整个设计里，STM32端的ESP8266配置成AP模式+TCP服务器模式，散发WIFI热点信号，电脑上位机或者手机

APP可以搜索到ESP8266创建的WIFI热点，并连接TCP服务器并完成通信。

ESP8266模块具有两种常用的工作模式，分别是STA模式和AP模式：

（1）STA模式（Station Mode）：在STA模式下，ESP8266可以连接到已存在的Wi-Fi网络作为一个客户端

设备。它可以扫描周围的Wi-Fi网络，并且根据提供的SSID和密码进行连接，获取IP地址后可以通过该网络与

其他设备进行通信。在STA模式下，ESP8266可以实现与互联网的连接，执行各种网络相关的操作。

（2）AP模式（Access Point Mode）：在AP模式下，ESP8266可以作为一个独立的Wi-Fi接入点（热点）运

行。它会创建一个自己的Wi-Fi网络，允许其他设备（如手机、电脑等）连接到这个热点上。在AP模式下，

ESP8266可以充当局域网内部的服务器，通过建立TCP/IP连接与其他设备进行通信，提供Web页面访问、数据

传输等服务。

通过STA模式，ESP8266可以连接到互联网上的其他设备或服务器，实现远程控制和数据交换；而通过AP模式，

ESP8266可以作为一个独立的接入点，让其他设备通过它进行连接和通信。

【5】上位机开发思路

项目里，上位机是采用Qt开发，Qt是一个基于C的跨平台软件开发框架。为应用程序开发者提供建立艺术级图

形用户界面所需的功能。在Qt中以TCP客户端方式连接指定的TCP服务器通信，是通过使用 QTcpSocket 类来

实现。 QTcpSocket 是一个用于TCP套接字通信的类，提供了与服务器建立连接、发送和接收数据的功能。

以下是使用 QTcpSocket 进行TCP客户端通信的步骤：

（1）创建 QTcpSocket 对象：首先，在应用程序中创建一个 QTcpSocket 对象，作为客户端与TCP服务器

进行通信的套接字。

（2）建立连接：使用 connectToHost() 函数来连接指定的TCP服务器地址和端口号。可以通过

waitForConnected() 函数来等待连接成功。

（3）发送数据：使用 write() 函数向服务器发送数据。可以使用 waitForBytesWritten() 函数来等待

数据发送完成。

（4）接收数据：使用 readyRead() 信号来接收从服务器返回的数据。可以通过 readAll() 函数或者

read() 函数来读取接收到的数据。

（5）断开连接：使用 disconnectFromHost() 函数来关闭与服务器的连接。

Qt中以TCP客户端方式连接指定的TCP服务器通信，主要使用的类包括 QTcpSocket 、 QHostAddress 和

QAbstractSocket 等。通过这些类，可以完成与服务器的连接、数据发送和接收等操作。

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【6】系统功能模块划分

软件模块划分：

声音检测模块：此模块负责通过麦克风采集声音，识别婴儿的哭泣，并触发相应的安抚措施。

温湿度检测模块：用于读取DHT11传感器的数据，获取婴儿床的温湿度信息。

空气质量检测模块：通过MQ135传感器检测空气质量，并提供相关的数据。

WIFI数据传输模块：利用ESP8266模块，将收集到的各种数据上传到家庭路由器，并进一步传输到手机

APP。

LCD显示模块：用于在本地显示屏上展示所有传感器的实时数据。

控制模块：根据用户的手机APP指令，控制音乐的播放、摇摇床的启动等。

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系统功能模块划分：

环境监测功能：这部分功能包括温湿度的监测、空气质量的监测以及声音的检测，确保婴儿处于一个舒适、

安全的环境中。

智能安抚功能：当系统检测到婴儿哭泣或尿床时，会自动播放轻柔的音乐进行安抚，同时通知家长的手机

APP。

远程监控功能：家长可以通过手机APP远程查看婴儿床的各种环境参数，并可以进行相应的控制操作，如播

放音乐、开启摇摇床模式等。

数据展示功能：通过婴儿床旁的LCD显示屏，可以实时查看各个传感器的数据，方便家长随时了解婴儿床的

环境状态。

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1.2 项目开发背景

【1】项目研究意义

在当今社会，科技不断进步，智能家居技术逐渐渗透到我们的日常生活中。人们对生活质量的要求也越来越高，

特别是对于婴儿护理这一领域。婴儿是家庭的未来，他们的健康和安全是每个家长最为关注的问题。

传统婴儿床虽然可以提供基本的睡眠功能，但缺乏智能化和远程监控的功能，无法满足现代家庭的需求。为了解

决这一问题，我们提出了基于STM32设计的智能婴儿床控制系统，通过集成多种传感器和远程控制技术，为婴儿

提供一个更健康、安全、舒适的睡眠环境。

本项目的研究意义主要体现在以下几个方面：

（1）保障婴儿健康与安全，通过实时监测婴儿的状态和环境参数，预防潜在的危险。

（2）推动智能家居技术在婴儿护理领域的应用，提升现代化生活品质。

（3）提供便捷的远程监控功能，减轻家长的照顾压力，并实时掌握婴儿状态。

（4）为后续婴幼儿护理领域的智能化发展奠定基础，推动相关技术的进步。

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【2】发展现状

近年来，国内在智能家居领域取得了显著的进步。在婴儿护理领域，越来越多的家庭开始关注婴儿的成长环境，

对婴儿床的要求也逐渐提高。国内一些企业开始研发智能婴儿床，引入了传感器技术、远程监控等技术，提供了

更加智能化、便捷化的婴儿床产品。同时，国内的手机APP开发也异常活跃，为婴儿床的远程控制提供了良好的

平台。

目前国内的智能婴儿床市场尚处于起步阶段，产品种类和功能相对较少。而且，在技术研发上还存在一些瓶颈，

如传感器的精度和稳定性、远程传输的延迟等问题，有待进一步突破。

相比之下，国外的智能婴儿床市场更加成熟。在欧美等发达国家，智能家居技术的应用更加普及，智能婴儿床作

为其中的一个重要组成部分，得到了更广泛的关注和应用。国外的智能婴儿床产品种类繁多，功能也更加完善，

不仅实现了基本的婴儿状态监测和环境参数检测，还引入了智能识别、数据分析等高级功能。

国外的技术研发力量更加强大，不断有新的技术被应用到智能婴儿床中。例如，一些高端的智能婴儿床产品采用

了高精度的传感器和先进的数据传输技术，提高了系统的稳定性和实时性。此外，还有一些研究机构致力于开发

智能化的婴儿护理系统，将婴儿床的智能化技术与其他领域的先进技术相结合，提供更加个性化、智能化的婴儿

护理方案。

从国内外的发展现状来看，智能婴儿床作为一个新兴的市场领域，正在逐渐引起人们的关注。虽然国内智能婴儿

床市场尚未成熟，但随着技术的不断进步和市场需求的增加，有着巨大的发展潜力。通过本项目的研发，希望能

够推动国内智能婴儿床技术的发展，提高产品的竞争力和市场占有率，为婴幼儿的健康和安全做出更大的贡献。

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【3】研究过程中主要问题和解决办法

主要问题：

（1）硬件集成：在将各个传感器、主控芯片、显示屏等硬件组件集成到婴儿床的过程中，遇到了硬件兼容性、

连接稳定性等方面的问题。

（2）声音检测算法优化：对于婴儿哭泣的识别，初期的声音检测算法存在较高的误报和漏报率，需要优化来提

高准确性。

（3）数据传输稳定性：在远程数据传输过程中，遇到网络不稳定导致的数据丢失或延迟问题。

（4）APP界面与用户体验：手机APP作为用户与婴儿床交互的主要界面，其操作流畅性、界面美观性等方面都需

要考虑。

解决办法：

（1）硬件选择与测试：在选购硬件之前，先进行充分的调研和测试，确保各个组件之间的兼容性。对连接不稳

定的部分，采用更稳定的连接方式。

（2）算法改进与验证：对声音检测算法进行改进，提高声音识别的准确性。

（3）数据传输策略优化：采用更稳定的网络传输协议，增加数据重传机制，确保数据的完整性和实时性。通过

选择信号更强的WIFI频段和网络优化，减少网络不稳定带来的影响。

（4）APP迭代与用户反馈：在手机APP开发过程中，针对性地进行界面和操作优化，提升APP的整体用户体验。

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1.3 开发工具的选择

上位机的开发选择Qt框架，编程语言采用C；Qt是一个1991年由Qt Company开发的跨平台C图形用户界面

应用程序开发框架。它既可以开发GUI程序，也可用于开发非GUI程序，比如控制台工具和服务器。Qt是面向对

象的框架，使用特殊的代码生成扩展（称为元对象编译器(Meta Object Compiler, moc)）以及一些宏，Qt

很容易扩展，并且允许真正地组件编程。Qt能轻松创建具有原生C性能的连接设备、用户界面（UI）和应用程

序。它功能强大且结构紧凑，拥有直观的工具和库。

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STM32的编程语言选择C语言，C语言执行效率高，大学里主学的C语言，C语言编译出来的可执行文件最接近于机

器码，汇编语言执行效率最高，但是汇编的移植性比较差，目前在一些操作系统内核里还有一些低配的单片机使

用的较多，平常的单片机编程还是以C语言为主。C语言的执行效率仅次于汇编，语法理解简单、代码通用性强，

也支持跨平台，在嵌入式底层、单片机编程里用的非常多，当前的设计就是采用C语言开发。

开发工具选择Keil，keil是一家世界领先的嵌入式微控制器软件开发商，在2015年，keil被ARM公司收购。因

为当前芯片选择的是STM32F103系列，STMF103是属于ARM公司的芯片构架、Cortex-M3内核系列的芯片，所

以使用Kile来开发STM32是有先天优势的，而keil在各大高校使用的也非常多，很多教科书里都是以keil来教

学，开发51单片机、STM32单片机等等。目前作为MCU芯片开发的软件也不只是keil一家独大，IAR在MCU微处

理器开发领域里也使用的非常多，IAR扩展性更强，也支持STM32开发，也支持其他芯片，比如：CC2530,51单

片机的开发。从软件的使用上来讲，IAR比keil更加简洁，功能相对少一些。如果之前使用过keil，而且使用

频率较多，已经习惯再使用IAR是有点不适应界面的。

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DS小龙哥

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