基于单片机的尿湿检测及报警系统设计

    吴永兵 张金博

    摘 要 设计采用STM32单片机作为核心，温湿度传感器作为信息采集端口，将采集到的温度、湿度模拟电压信号通过导线传输给单片机，然后单片机由无线形式传送信息交由终端显示。该设计可以采用手动设置湿度的上、下限值，只要与设定的值不符合时，即湿度过高或过低，则会触发报警并在终端显示实时的需照顾人员情况，然后通过网络将需要照顾人员的情况发送至护理人的APP或电脑终端。在特殊人群紧急需要帮助时可按下呼叫按钮， 此时在终端上会显示呼叫位置表示呼叫指示。同时在APP上会显示呼叫，用来提醒护理人员及时解决，当问题得到解决后需在计算机上取消呼叫， 来表示问题已经得到解决。当有多个呼叫时， 计算机部分会记录每个信号来源，并提醒护理人员有报警通知， 当护理人员收到并处理报警后，通过按钮回复给特殊人群以实现双向传输。当所有的问题都得到解决后，护士人员可以按计算机或APP上的完成键，消除报警。每次处理后，计算机实时更新报警记录。

    关键词 护理 温湿度传感器 双向传输 APP

    中图分类号：TP368 文献标识码：A

    0引言

    科技在不断地进步，无线技术以被越来越多的人认可和应用，无线控制技术也逐步面向成熟。当代大多数医院的病床呼叫应答系统都是有线传输方式，这种有线的传输方式比较麻烦，不易大规模应用。随着近年来无线通信领域技术不断发展，技术越来越成熟，普遍应用到生活、娱乐、学习和军工等领域，这为研究和开发无线传输方式的病床呼叫应答系统提供了有力的技术支持。现在无线控制技术有飞快发展，目前，虽然已经存在无线控制的呼叫系统，但是最终实现的结果都不尽人意，存在很多现实的问题。设计了一个简单的RC充放电低成本电路，通过观测在无尿湿情况和有尿湿情况下电容值的变化，依靠硬件抗干扰设计和软件自适应滤波算法，能够准确判断是否有尿湿发生。理论分析和计算机仿真结果表明，该方法能有效监测婴幼儿、老年人的尿湿状况，还可以滤除环境变化对微小电容容值的影响。

    1系统硬件设计

    本设计主要包括：单片机控制模块、温湿度检测、温湿度调节、温湿度显示模块、主动呼叫模块，无线传输模块，音乐报警模块。

    2硬件设计

    2.1单片机介绍

    STM32单片机基本特点：内核：ARM32位Cortex-M3 CPU，最高工作频率72MHz，1.25DMIPS/MHz；单周期乘法和硬件除法。存储器：片上集成32-512KB的Flash存储器；6-64KB的SRAM存储器。时钟、复位和电源管理：2.0-3.6V的电源供电和I/O接口的驱动电压；上电复位（POR）、掉电复位（PDR）和可编程的电压探测器（PVD）；4-16MHz的晶振，内嵌出厂前调校的8MHz RC振荡电路；内部40 kHz的RC振荡电路，用于CPU时钟的PLL，带校准用于RTC的32kHz的晶振。低功耗：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：串行调试（SWD）和JTAG接口。DMA：12通道DMA控制器。支持的外设：定时器，ADC，DAC，SPI，IIC和UART。

    2.2单片机的引脚配置

    浮空输入：浮空（floating）就是逻辑器件的输入引脚即不接高电平，也不接低电平。由于逻辑器件的内部结构，当它输入引脚悬空时，相当于该引脚接了高电平。一般实际运用时，引脚不建议悬空，易受干扰。带弱电上拉输入：上拉就是把电位拉高，比如拉到VCC。上拉就是将不确定的信号通过一个电阻位在高电平，电阻同时起限流作用，弱强只是上拉电阻的阻值不同，未严格区分。

    2.3 LCD1602液晶显示模块电路

    利用其物理特性，通过控制电压来控制显示区域，有电就可以正确显示，可以显示任何想要的设计。液晶具有体积小，适合于大规模集成电路直接驱动，易于实现全彩色显示的特点，目前已广泛应用于各个领域的生活，毫无疑问这也是信息时代不可或缺的一部分。

    2.4报警模块

    本设计中四个床位使用一个蜂鸣器报警，接在P3.0引脚上，在中断扫描中，当有人呼叫时开启蜂鸣器，而后利用定时器0中断控制报警10s。

    3软件设计方案

    系统选用C语言编写程序，在keil uVision5软件环境下编译与调试，系统对各模块程序进行初始化，然后进行对温湿度数据采集并编写数据采集子程序来完成数据采集。将采集到的数据进行滤波处理后显示在LCD屏上。

    4测试

    本系统设计采用软硬件结合的方法，通过软件控制硬件电路，实现预期效果。在实验室测试时，先在编程软件上编写，调试相应程序，然后下载到硬件系统中通过运行程序来检查结果，经过多次的修改，终于达到了设计结果。向温湿度传感器吹气，此时LCD显示屏的湿度由设定的固定值上升，达到一定值时，若超过设定的最大湿度值时，则蜂鸣器报警。

    5总结

    本设计基于单片机的尿湿检测及报警系统。该系统通过以STM32单片机工作处理器核心，外接温湿度传感器和LED显示屏，能够有效到针对尿湿进行报警。通過查找资料，充分利用图书馆和网络资源等方法，经过努力，整个系统实现了预期的目标。通过这次毕业设计，我对尿湿加热报警器有了一定的认识，相信人们的生活也处处都离不开它。由此可见进一步提高系统的可靠性有很大的潜力，因此，开发和研制尿湿加热报警器具有十分重要的实际意义。

    作者简介：吴永兵（1995年3月-）男，汉族，陕西省榆林市，本科，陕西国际商贸学院， 研究方向：电子科学与技术；张金博（1971年2月-）男，汉族，陕西省扶风县 ，本科，陕西国际商贸学院高级工程师， 研究方向：工业自动化，物联网，电子科学与技术。

    参考文献

    [1] 梁桂明.创造学与新产品开发思路及实例[M].北京：机械工业出版社，2005.

    [2] 刘仲林.中国创造学概论[M].天津：天津人民出版社，2001.