基于单片机的多功能智能婴儿车设计

1 基于单片机的多功能智能婴儿车设计

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1.1 设计背景与意义

婴儿车是婴幼儿外出时最常使用的辅助工具之一，既承担着承载婴儿、减轻家长负担的功能，又直接影响婴儿的舒适度与安全性。传统婴儿车通常只具备基本的推行与折叠结构，缺乏对环境变化的感知能力，也缺少主动安全保护功能。例如：婴儿尿湿后无法及时提醒，婴儿车内温度过高可能造成婴儿不适；户外光照强烈时遮阳罩未及时展开，可能导致婴儿眼睛受刺激；夜间外出照明不足时无法提供适当补光；无人推车时婴儿车在坡道上可能发生溜车风险；车辆侧倾或翻倒时如果没有报警将可能造成严重危险。

因此，设计一套基于单片机的多功能智能婴儿车系统，能够通过多种传感器实时检测婴儿车状态与外部环境，并自动执行风扇降温、遮阳与照明调节、音乐安抚、安全刹车、倾斜报警等功能，同时通过串口通信将状态数据传输至外部设备进行监控与管理，将显著提升婴儿车安全性、舒适性与智能化水平。

本设计以单片机为控制核心，采用模块化硬件设计与状态机/任务调度的软件架构，实现多传感器融合、多执行器联动与可靠报警提示，兼顾功能丰富性与系统稳定性，适合作为课程设计、毕业设计或智能母婴设备原型开发方案。

1.2 系统设计目标与总体要求

本智能婴儿车系统围绕"舒适调节 + 安全防护 + 人机交互 + 远程监控"四个核心方向，提出以下设计目标：

1）尿湿检测：通过湿度传感器实时检测婴儿尿湿情况，达到阈值后及时提醒家长。

2）温度调节：检测婴儿车内温度，当温度过高自动启动风扇降温，并可在温度恢复正常后自动关闭。

3）光照调节：根据光线强度自动控制车罩遮阳，并自动调节灯光照明，实现"强光遮阳、弱光补光"。

4）音乐播放：支持播放舒缓音乐，用于安抚婴儿情绪，可通过按键或串口指令控制播放/暂停和曲目切换。

5）安全刹车：结合速度检测与触摸检测功能，当无人推车且车辆仍有速度时自动刹车，防止溜车。

6）倾斜报警：通过倾角传感器检测车体倾斜度，若倾斜角超过阈值判定存在侧翻风险，立即报警提示。

7）状态通信：通过串口实时发送婴儿车运行状态，包括温度、湿度、光照、速度、刹车状态、倾斜状态等，便于远程监控。

系统总体要求还包括：

运行稳定、抗干扰能力强，适应户外震动与噪声环境。
多任务并行：检测、控制、显示/报警、通信互不阻塞。
结构模块化：便于调试与扩展，例如后期加入GPS定位、蓝牙APP控制等。

2 系统功能设计

2.1 尿湿检测功能设计

尿湿检测用于判断婴儿是否尿湿，从而提醒家长及时更换尿布，避免婴儿皮肤长期潮湿造成红屁屁等问题。系统采用湿度传感器（如电阻式湿度检测片、土壤湿度模块改造、或织物电极 + 放大电路）安装于尿垫或尿布附近，通过检测湿度变化判断是否尿湿。

实现逻辑如下：

1）周期采样湿度值（每500ms~2s采样一次）。

2）与设定湿度阈值进行比较：

湿度值超过阈值判定尿湿。
湿度值恢复到阈值以下并持续一段时间判定恢复正常（防止波动误判）。
3）尿湿触发提醒方式：
蜂鸣器报警或语音提示（可选）。
通过指示灯闪烁提示。
串口通信上报尿湿状态。

为了降低误报警，可采用连续判定机制：例如连续3次检测超过阈值才认为尿湿成立。

2.2 温度调节功能设计（风扇自动控制）

婴儿车内部温度会受到环境温度、阳光直射以及婴儿体温影响。当温度过高时容易使婴儿烦躁甚至出现中暑风险，因此系统需具备自动降温功能。

温度检测可采用数字温度传感器（如DS18B20）或模拟温度传感器（如LM35、NTC热敏电阻）。推荐DS18B20，精度高且抗干扰好。

控制策略：

1）设定温度上限阈值（如30℃或32℃）。

2）实时采集温度并与阈值比较：

若温度 ≥ 上限阈值：自动开启风扇。
若温度 ≤ 下限阈值（如上限-2℃形成回差）：关闭风扇。
3）状态上报：将风扇状态与当前温度通过串口发送。

回差控制可以避免温度在临界点附近波动时风扇频繁开关，提升寿命与稳定性。

2.3 光照调节功能设计（遮阳与补光联动）

光照调节包括两部分：

1）自动遮阳：当光照过强时自动展开遮阳罩或调整车罩角度。

2）自动照明：当光照较弱（夜间、室内）时自动开启LED灯提供照明。

光照检测可采用光敏电阻模块（LDR）或BH1750数字光照传感器。课程设计中常用光敏电阻模块，成本低且易实现。

控制逻辑：

若光照强度 > 强光阈值：
- 驱动舵机或电机控制遮阳罩展开。
- 关闭LED补光灯或降低亮度。
若光照强度 < 弱光阈值：
- 收回遮阳罩或保持中间位置。
- 打开LED补光灯。

遮阳控制方式：

舵机控制：角度可精确调整，适合控制车罩开合。
电机控制：结构更复杂，需要限位开关。
本设计推荐舵机控制遮阳罩角度（例如0°收回，90°展开）。

2.4 音乐播放功能设计

音乐播放用于安抚婴儿情绪，是智能婴儿车的重要舒适功能。系统可采用以下方案之一：

1）蜂鸣器PWM播放简单旋律：实现成本低，但音质较简单。

2）DFPlayer Mini + TF卡：可播放MP3音频，音质较好，适合真实产品。

3）语音模块：播放固定语音或音乐片段。

为了实现"舒缓音乐播放"，推荐使用DFPlayer Mini模块：

单片机通过串口控制播放/暂停/切歌/音量。
TF卡存储音乐文件，播放效果好。

控制方式：

按键控制：播放/暂停、下一曲、音量加减。
串口控制：远程发送命令控制音乐播放状态。

2.5 安全刹车功能设计（速度检测 + 触摸检测）

安全刹车是本设计的关键安全功能，用于防止无人推车时婴儿车在坡道上溜车。功能要求为：

结合速度检测与触摸检测：当无人推车且车辆仍有速度时自动刹车。

实现思路：

1）速度检测：

可采用霍尔传感器检测车轮转速，计算当前速度。
或使用光电编码器检测轮速。
2）触摸检测：
在推把处安装触摸传感器（TTP223）或压力传感器，用于检测是否有人握住推把。
3）刹车触发条件：
触摸未检测到（无人推车）
且速度 > 设定阈值（例如 > 0.5km/h）
且持续一定时间（如500ms）
满足条件后启动刹车执行器（电磁刹车或舵机拉杆刹车）。

刹车执行器方案：

舵机拉动机械刹车杆：结构简单，适合演示。
电磁铁制动：响应快但耗电较高。

刹车解除条件：

检测到有人推车（触摸有效）或速度归零，解除刹车。
为避免误动作，可设置解除延时。

2.6 倾斜报警功能设计

婴儿车在不平路面或受到外力碰撞时可能出现侧倾甚至翻倒。倾斜报警功能通过倾角传感器检测车体姿态，在倾斜角度过大时立即报警提醒。

倾斜检测可采用：

MPU6050（加速度计+陀螺仪）
简单倾斜开关（只能检测是否倾斜，精度低）
推荐MPU6050，可以计算俯仰角与横滚角，能够更准确判断侧翻风险。

报警逻辑：

1）实时计算倾斜角（横滚角roll、俯仰角pitch）。

2）当 |roll| 或 |pitch| 超过设定阈值（如30°或35°）并持续一定时间（如200ms），判定存在侧翻风险。

3）触发报警：蜂鸣器连续鸣叫 + LED闪烁 + 串口上报。

4）解除条件：角度恢复到安全范围并持续一段时间。

此功能具有很强的安全意义，尤其适用于坡道、台阶或不平路面环境。

2.7 状态通信功能设计（串口上报）

为了实现远程监控与管理，系统通过串口实时发送婴儿车运行状态。串口通信可连接：

上位机（电脑）用于调试与监控
无线模块（蓝牙/ESP8266）用于手机APP远程显示
车载网关用于数据采集

上报内容可包括：

温度值、风扇状态
湿度值、尿湿状态
光照值、遮阳罩角度、灯光状态
当前速度、触摸状态、刹车状态
倾斜角度、倾斜报警状态
音乐播放状态（播放/暂停/曲目编号/音量）

建议采用帧头帧尾协议，提升可靠性，例如：

#T:28.5,H:70,L:320,S:1.2,BR:1,AL:0*
其中#为帧头，*为帧尾，字段之间用逗号分隔，便于解析。

3 系统电路设计

3.1 电路总体结构与模块划分

智能婴儿车系统硬件由多传感器与多执行器组成，整体可划分为以下模块：

1）单片机最小系统模块

2）电源管理与稳压模块

3）尿湿检测模块（湿度传感器）

4）温度检测模块（DS18B20）

5）光照检测模块（LDR/BH1750）

6）速度检测模块（霍尔传感器）

7）触摸检测模块（触摸传感器）

8）倾斜检测模块（MPU6050）

9）执行器控制模块（风扇、遮阳舵机、LED灯、刹车舵机/电磁铁）

10）音乐播放模块（DFPlayer Mini）

11）蜂鸣器与报警指示模块

12）串口通信模块

电路设计原则：

传感器信号稳定：模拟信号需滤波，数字信号需抗干扰。
电源合理：风扇、舵机等大电流负载需要独立供电或足够的电源能力。
强弱电分离：执行器电流较大，必须合理走线并加去耦电容。
模块化：便于调试，传感器与执行器可独立测试。

3.2 单片机最小系统模块

单片机可选用51系列、STC系列、AVR或STM32等。本系统由于涉及I2C通信（MPU6050、BH1750）与多任务控制，若使用51也可实现，但需要更严格的资源规划；如果追求更强扩展性可选用STM32。课程设计常用51，因此以下以51为例说明：

最小系统组成：

1）晶振电路：11.0592MHz或12MHz，保证系统时钟稳定。

2）复位电路：上电复位 + 手动复位按键。

3）去耦电容：0.1uF陶瓷电容贴近VCC与GND。

4）IO口分配：合理规划传感器、显示/报警、执行器、串口等接口。

单片机主要任务：

采集传感器数据
运行控制算法与阈值判断
输出执行器控制信号
处理按键或触摸输入
执行串口通信与协议解析
控制音乐播放模块

3.3 电源管理与稳压模块

智能婴儿车通常由电池供电，例如7.4V锂电池或12V电池组。系统中存在多个不同电压需求模块：

单片机与传感器：5V或3.3V
舵机：通常5V（电流较大）
风扇：5V或12V
DFPlayer：5V
LED灯：5V或通过限流驱动

电源设计建议：

1）使用DC-DC降压模块将电池电压稳定降至5V，为控制系统供电。

2）舵机与风扇建议独立供电或在5V电源上加大电容（如1000uF）避免动作瞬间拉低电压导致单片机复位。

3）对3.3V传感器（MPU6050）可使用AMS1117-3.3或DC-DC输出3.3V。

4）电源输入端加防反接保护与保险丝（可扩展），提升安全性。

3.4 尿湿检测模块电路设计

湿度检测模块可采用电阻式湿度传感器输出模拟电压。若单片机无ADC，可采用以下方案：

1）外接ADC芯片（如PCF8591、ADC0808）进行采样。

2）使用带数字输出的湿度模块（比较器输出），直接输出高低电平。

为了简化设计，可选用比较器输出模块：

可通过电位器设置触发阈值
当湿度达到阈值输出低电平或高电平
单片机读取数字信号即可判断尿湿状态

若需要精确湿度值，可采用ADC方案，并在串口中上报数值。

3.5 温度检测模块电路设计（DS18B20）

DS18B20为单总线数字温度传感器，电路设计要点：

数据线接单片机IO口
数据线需要4.7K上拉电阻到VCC
VCC与GND附近加0.1uF电容滤波
采用外接供电方式更稳定

DS18B20可提供0.5℃或更高精度，适合婴儿车环境温度检测。

3.6 光照检测与遮阳/照明控制模块电路设计

光照检测：

光敏电阻与电阻组成分压，输出模拟电压表示光照强度。
若使用51无ADC，可外接ADC或使用比较器输出阈值判断。
若使用BH1750数字光照传感器，可通过I2C读取光照值，精度更高。

遮阳控制：

使用舵机控制遮阳罩角度。舵机输入PWM信号，需5V供电。
舵机控制线由单片机PWM输出，建议使用定时器产生50Hz PWM。

照明控制：

LED灯通过三极管或MOSFET驱动，避免IO口直接带载。
若要调光可采用PWM控制LED亮度。

3.7 速度检测模块电路设计（霍尔传感器）

速度检测通过霍尔传感器检测车轮磁铁，输出脉冲信号。电路要点：

霍尔传感器输出接外部中断引脚（INT0/INT1）
输出需上拉电阻（如10K）
信号线可加小电容滤波，减少干扰
软件加入最小脉冲间隔过滤抖动

速度计算可采用周期测量法，提高低速精度。

3.8 触摸检测模块电路设计

触摸检测用于判断是否有人推车。可选方案：

1）TTP223触摸模块：输出数字高低电平，电路简单。

2）压力传感器：更接近真实推车握力检测，但需要ADC。

推荐TTP223：

VCC/GND供电
OUT接单片机IO
触摸有效输出高电平
安装位置：推把表面或握把内部。

3.9 倾斜检测模块电路设计（MPU6050）

MPU6050通过I2C与单片机通信，电路要点：

VCC一般为3.3V
SCL/SDA需上拉电阻（4.7K）
模块靠近车体中心位置安装，避免局部震动影响过大
电源旁路电容减少噪声

MPU6050可输出加速度与角速度，通过滤波算法计算倾角。

3.10 执行器控制模块电路设计

执行器包括：

风扇（降温）
遮阳舵机（车罩调整）
LED灯（照明）
刹车舵机/电磁制动（安全刹车）

驱动方式：

1）风扇：通过MOSFET或三极管开关控制，必要时加续流二极管。

2）舵机：PWM控制，电源独立并加大电容。

3）LED：三极管或MOSFET驱动，支持PWM调光。

4）刹车：舵机拉动刹车机构，或电磁铁制动，均需单片机控制输出。

执行器属于大电流设备，电源设计与布线要合理，否则会引发单片机复位或传感器数据异常。

3.11 音乐播放模块电路设计（DFPlayer Mini）

DFPlayer Mini模块电路要点：

供电5V，建议加电容滤波
TX/RX与单片机串口连接（可用软串口或与通信串口复用）
接扬声器或功放模块输出音频
TF卡存储音乐文件

为了避免串口冲突，可选择：

单片机主串口用于上位机通信
软串口用于DFPlayer控制
或使用多串口单片机（如STC15系列）更方便。

3.12 串口通信模块电路设计

串口用于状态上报与远程监控：

单片机TXD/RXD连接USB转TTL模块
或连接蓝牙模块HC-05/HC-06实现无线串口
串口波特率可设为9600或115200

为了提高可靠性，通信协议应有帧头帧尾并可加入简单校验。

4 系统程序设计

4.1 软件总体架构设计

由于系统功能多、传感器数量多，推荐采用"定时任务 + 状态机 + 中断驱动"混合架构：

1）定时器提供系统节拍（如1ms、10ms、100ms）。

2）外部中断用于霍尔速度采集（车轮脉冲捕获）。

3）主循环执行：

传感器采样任务
阈值判断与执行器控制
报警与提示
串口上报任务
音乐控制任务

任务调度建议：

10ms：按键/触摸检测、蜂鸣器状态机
100ms：速度计算更新、光照判断
500ms：温度采样、湿度采样、倾角计算
1s：串口上报

采用该结构可避免大量阻塞延时，使系统能及时响应倾斜报警与溜车刹车等安全事件。

4.2 数据结构与参数管理

系统需要大量参数与状态变量，建议使用结构体分类管理：

1）环境状态：温度、湿度、光照

2）运动状态：速度、触摸状态、刹车状态

3）安全状态：尿湿报警、超温、倾斜报警

4）执行器状态：风扇、灯光、遮阳角度、音乐播放

5）通信状态：上报周期、命令解析缓冲

数值表示建议采用定点数：

温度以0.1℃存储
速度以0.1km/h存储
光照可用ADC值或Lux整数
这样更适合单片机运算。

4.3 尿湿检测模块程序设计

尿湿检测程序流程：

1）周期读取湿度值或湿度模块数字输出。

2）与阈值比较并使用连续判定：

连续3次超过阈值 → 尿湿报警成立
连续3次低于阈值 → 恢复正常
3）尿湿报警成立后：
蜂鸣器短鸣提示
LED闪烁提示
串口发送尿湿状态字段

尿湿属于舒适性提醒功能，报警方式可设计为较温和的提示音。

4.4 温度检测与风扇控制模块程序设计

温度采样：读取DS18B20温度值。

风扇控制逻辑：

temp >= TH_HIGH：风扇打开
temp <= TH_LOW：风扇关闭
其中TH_LOW = TH_HIGH - 2℃形成回差。

此外应考虑异常值检测：

温度读取失败或不合理（如-55℃、125℃）判定传感器异常，进入安全模式并上报错误。

4.5 光照检测与遮阳/照明控制模块程序设计

光照检测：读取ADC或数字光照传感器值。

控制策略：

光照强：遮阳展开，灯光关闭
光照弱：遮阳收回或半开，灯光开启
为了避免频繁动作，可加入延时判定，例如光照持续强/弱1秒才执行动作。

遮阳舵机控制：

根据光照等级设置不同角度，例如：
- 强光：90°（展开）
- 中光：45°
- 弱光：0°（收回）

灯光控制：

夜间开启，可用PWM调光以减少刺眼。

4.6 音乐播放模块程序设计

音乐控制可设计为：

1）播放/暂停按键

2）下一曲按键

3）串口命令控制

4）默认自动播放（可选，例如婴儿哭闹时播放，扩展）

DFPlayer控制流程：

初始化模块，设置音量
发送播放命令
发送暂停/下一曲命令
发送停止命令

为避免与上位机通信冲突，应设计串口资源分配或使用软串口。

4.7 速度检测与安全刹车模块程序设计

速度检测：通过霍尔外部中断记录脉冲间隔计算速度。

安全刹车逻辑：

若触摸无效（无人推车）且速度 > 阈值（如0.5km/h），持续500ms则触发刹车。
触发后刹车舵机转到制动角度，或电磁铁制动。
若检测到触摸有效或速度归零，解除刹车。

为避免误刹车，可加入条件：

刹车触发后最短保持1秒
解除需满足触摸有效或速度持续为0一段时间

4.8 倾斜检测与报警模块程序设计

MPU6050采样加速度数据，通过简化算法计算倾角：

roll = arctan(Ay/Az)
pitch = arctan(Ax/Az)
在单片机中可使用近似算法或查表，课程设计中也可只用阈值比较加速度分量实现倾斜判断。

报警逻辑：

|roll| > 30° 或 |pitch| > 30° 持续200ms触发报警
蜂鸣器连续响，LED快速闪烁
串口上报ALARM字段
倾斜恢复后延时解除报警

倾斜报警属于高优先级安全功能，应在主循环中优先处理。

4.9 串口通信协议与上报模块程序设计

串口上报建议采用固定周期发送：

每1秒发送一次状态帧
若触发报警（倾斜/超温/溜车刹车）可立即发送一次紧急帧

协议示例：
#T:285,H:1,L:320,F:1,LED:1,S:12,TO:0,BR:1,TI:5,AL:0*

其中：

T：温度(0.1℃)
H：尿湿状态(0/1)
L：光照值
F：风扇状态
LED：灯光状态
S：速度(0.1km/h)
TO：触摸状态
BR：刹车状态
TI：倾斜角（简化）
AL：报警状态

接收命令（可扩展）：

@MUSIC,PLAY
@MUSIC,PAUSE
@LIGHT,ON
@FAN,AUTO

命令解析建议使用帧头帧尾加缓冲，避免半帧解析错误。

5 关键程序代码示例（单片机C语言，任务调度+状态上报）

c 复制代码

#include <reg52.h>
#include <string.h>

/* ========= IO定义（示例） ========= */
sbit FAN     = P1^0;
sbit LED_L   = P1^1;
sbit BEEP    = P1^2;

sbit TOUCH   = P3^0;  // 触摸输入，1表示有人
sbit WET_IN  = P3^1;  // 尿湿输入，1表示湿
/* 霍尔传感器接 INT0(P3.2)，MPU6050/BH1750通过I2C(软件模拟) */

/* 舵机PWM输出（遮阳/刹车） */
sbit SERVO_SUN  = P2^0;
sbit SERVO_BRAKE= P2^1;

/* ========= 参数 ========= */
#define TEMP_HIGH  320  // 32.0℃
#define TEMP_LOW   300  // 30.0℃
#define SPEED_TH   5    // 0.5km/h(0.1km/h单位)

/* ========= 系统变量 ========= */
volatile unsigned int ms_tick = 0;
bit flag_10ms = 0, flag_100ms = 0, flag_500ms = 0, flag_1s = 0;

unsigned int temp_x10 = 280;   // 28.0℃
unsigned int light_val = 300;  // 光照模拟值
unsigned int speed_x10 = 0;    // 速度0.1km/h
bit wet_flag = 0;
bit tilt_alarm = 0;
bit brake_on = 0;

/* 串口发送 */
void uart_send_char(char c) {
    SBUF = c;
    while(!TI);
    TI = 0;
}
void uart_send_str(char *s) {
    while(*s) uart_send_char(*s++);
}

/* ========= 定时器0 1ms ========= */
void timer0_init(void) {
    TMOD |= 0x01;
    TH0 = 0xFC;
    TL0 = 0x66;
    ET0 = 1;
    EA = 1;
    TR0 = 1;
}
void timer0_isr(void) interrupt 1 {
    TH0 = 0xFC;
    TL0 = 0x66;
    ms_tick++;

    if(ms_tick % 10 == 0) flag_10ms = 1;
    if(ms_tick % 100 == 0) flag_100ms = 1;
    if(ms_tick % 500 == 0) flag_500ms = 1;
    if(ms_tick % 1000 == 0) flag_1s = 1;
}

/* ========= 串口初始化 ========= */
void uart_init(void) {
    SCON = 0x50;
    TMOD |= 0x20;
    TH1 = 0xFD; TL1 = 0xFD;  // 9600bps@11.0592MHz
    TR1 = 1;
}

/* ========= 传感器读取（示例占位） ========= */
unsigned int Read_Temp_x10(void) {
    return temp_x10; // 实际应读取DS18B20
}
unsigned int Read_Light(void) {
    return light_val; // 实际应读取ADC/BH1750
}
unsigned int Read_Speed_x10(void) {
    return speed_x10; // 实际应由霍尔中断计算
}
bit Read_Wet(void) {
    return WET_IN ? 1 : 0;
}
bit Read_Touch(void) {
    return TOUCH ? 1 : 0;
}

/* ========= 温度风扇控制 ========= */
void Temp_Fan_Control(void) {
    if(temp_x10 >= TEMP_HIGH) FAN = 1;
    else if(temp_x10 <= TEMP_LOW) FAN = 0;
}

/* ========= 光照遮阳与照明控制（简化） ========= */
void Light_Control(void) {
    if(light_val > 700) { // 强光
        LED_L = 0;         // 关闭灯
        /* 舵机遮阳展开：此处省略PWM实现 */
    } else if(light_val < 200) { // 弱光
        LED_L = 1;         // 开灯
        /* 舵机遮阳收回 */
    }
}

/* ========= 安全刹车控制 ========= */
void Brake_Control(void) {
    static unsigned char cnt = 0;
    bit touch = Read_Touch();

    if(!touch && speed_x10 > SPEED_TH) {
        if(cnt < 5) cnt++;
        else {
            brake_on = 1;
            /* 刹车舵机动作：此处省略PWM实现 */
        }
    } else {
        cnt = 0;
        if(touch || speed_x10 == 0) brake_on = 0;
    }
}

/* ========= 倾斜报警（简化为外部标志） ========= */
void Tilt_Check(void) {
    /* 实际应读取MPU6050计算角度，这里简化 */
    if(tilt_alarm) {
        BEEP = 1;
    }
}

/* ========= 状态上报 ========= */
void Report_Task_1s(void) {
    char msg[100];
    char buf[10];

    strcpy(msg, "#");

    /* 温度 */
    strcat(msg, "T:");
    sprintf(buf, "%u", temp_x10);
    strcat(msg, buf);

    /* 尿湿 */
    strcat(msg, ",W:");
    strcat(msg, wet_flag ? "1" : "0");

    /* 光照 */
    strcat(msg, ",L:");
    sprintf(buf, "%u", light_val);
    strcat(msg, buf);

    /* 风扇 */
    strcat(msg, ",F:");
    strcat(msg, FAN ? "1" : "0");

    /* 灯 */
    strcat(msg, ",LED:");
    strcat(msg, LED_L ? "1" : "0");

    /* 速度 */
    strcat(msg, ",S:");
    sprintf(buf, "%u", speed_x10);
    strcat(msg, buf);

    /* 触摸 */
    strcat(msg, ",TO:");
    strcat(msg, Read_Touch() ? "1" : "0");

    /* 刹车 */
    strcat(msg, ",BR:");
    strcat(msg, brake_on ? "1" : "0");

    /* 倾斜报警 */
    strcat(msg, ",AL:");
    strcat(msg, tilt_alarm ? "1" : "0");

    strcat(msg, "*\r\n");

    uart_send_str(msg);
}

void main(void) {
    FAN = 0; LED_L = 0; BEEP = 0;

    uart_init();
    timer0_init();

    while(1) {
        if(flag_100ms) {
            flag_100ms = 0;
            speed_x10 = Read_Speed_x10();
            light_val = Read_Light();
            Light_Control();
            Brake_Control();
        }

        if(flag_500ms) {
            flag_500ms = 0;
            temp_x10 = Read_Temp_x10();
            wet_flag = Read_Wet();
            Temp_Fan_Control();
        }

        if(flag_10ms) {
            flag_10ms = 0;
            if(tilt_alarm) BEEP = !BEEP; // 倾斜报警蜂鸣器闪烁
            else if(wet_flag) BEEP = 1;  // 尿湿提示（可优化为间歇）
            else BEEP = 0;
        }

        if(flag_1s) {
            flag_1s = 0;
            Report_Task_1s();
        }
    }
}

6 系统可靠性设计与安全策略

6.1 多传感器融合的稳定性问题

智能婴儿车系统涉及多个传感器，户外环境中温度变化快、光照变化大、震动干扰强，因此必须进行稳定性设计：

1）采样滤波：温度、光照、湿度均应采用滑动平均或递推滤波，避免瞬时波动误判。

2）连续判定：尿湿、倾斜、溜车等事件应连续满足条件才触发，降低误触发概率。

3）任务分频：不同传感器采样周期不同，避免所有任务集中在同一时刻执行导致卡顿。

6.2 安全刹车与倾斜报警的优先级管理

在所有功能中，安全刹车与倾斜报警属于最高优先级：

1）一旦满足溜车条件必须立即刹车，即使音乐播放或光照调节正在执行，也应优先响应。

2）倾斜报警属于严重风险，触发后应持续报警直到倾斜解除，同时可联动刹车以防翻倒进一步滑动。

3）可设计多级报警：轻微倾斜提示音、严重倾斜连续报警。

6.3 电源与执行器干扰抑制

风扇、舵机、刹车执行器属于大电流负载，会产生电源波动。设计建议：

1）舵机供电独立，增加1000uF以上电容缓冲。

2）电源采用DC-DC模块，提高瞬态响应能力。

3）传感器供电单独滤波，避免噪声进入采样。

4）PCB或布线时强电线远离I2C信号线与温度传感器数据线。

6.4 通信可靠性设计

串口上报在干扰环境下可能丢帧或乱码，因此建议：

1）使用帧头帧尾确定帧边界。

2）加入简单校验和或CRC（扩展）。

3）对重要报警事件立即上报并可重复发送三次，确保接收端获取。

4）接收命令时采用缓冲与超时机制，避免粘包与半帧误解析。

7 系统总结与扩展方向

7.1 系统设计总结

基于单片机的多功能智能婴儿车系统设计，通过湿度、温度、光照、速度、触摸、倾斜等多种传感器实现尿湿提醒、自动降温、遮阳与照明调节、音乐播放、安全刹车、倾斜报警与串口状态通信等功能。该系统在舒适性与安全性方面具有明显提升，能够实时感知环境与车体状态并自动执行控制动作，同时通过通信功能实现远程监控与管理。硬件采用模块化设计，软件采用任务调度与安全优先策略，结构清晰、可维护性强，适合智能母婴设备原型开发与教学项目实践。

7.2 可扩展功能方向

本系统具有良好扩展性，可进一步升级：

1）加入蓝牙/WiFi模块，实现手机APP实时监控与控制。

2）加入GPS定位与电子围栏，防止婴儿车走失或超出安全范围。

3）加入哭声检测模块，自动播放音乐或提醒家长。

4）加入电池电量检测与低电量报警，保证系统长期可靠运行。

5）加入摄像头模块，实现视频监控与远程看护。

6）增加更多安全传感器，如门锁、座椅安全带检测等。

8 结论

本设计实现了一套基于单片机的多功能智能婴儿车系统，能够完成尿湿检测提醒、温度自动调节降温、光照智能遮阳与照明、音乐播放安抚、安全刹车防溜车、倾斜报警防侧翻以及串口状态通信等功能。系统具有较强的实用性与安全性，硬件结构清晰，软件设计模块化并具备多任务处理能力，可作为智能母婴设备开发的基础平台，也可用于单片机课程设计与毕业设计的综合性项目实现。