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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2、系统总体设计概述

2.1 设计目标与应用场景

本系统面向婴儿车的实际使用场景，围绕"安全""舒适""智能提醒""远程可视化"四个核心需求展开设计。传统婴儿车在日常使用中存在一些常见问题：例如婴儿尿湿后家长可能无法第一时间察觉，环境温度或光照变化导致婴儿不适，夜间照明不足或遮阳不合理，婴儿情绪哭闹时需要外部安抚手段，以及婴儿车无人看管时可能发生滑行溜车或倾倒等风险。同时，家庭或护理机构也希望通过某种方式掌握婴儿车状态，实现简单的远程监控与管理。

因此，本设计以单片机为核心控制单元，通过多种传感器采集婴儿车关键状态，并驱动风扇、遮阳装置、照明、音乐模块和电磁/机械制动模块等执行机构，在满足功能要求的同时保证系统可靠、低功耗、易维护。系统还通过串口通信实时输出运行状态数据，便于上位机或无线转发模块实现远程监控。

2.2 系统功能列表

系统具备以下七项核心功能：

（1）尿湿检测：湿度传感器检测婴儿是否尿湿，触发声光提示并上传状态。

（2）温度调节：温度过高自动启动风扇降温，温度恢复后自动关闭，形成闭环控制。

（3）光照调节：根据光照强度自动控制遮阳车罩，同时调整车载照明亮度或开关。

（4）音乐播放：支持播放舒缓音乐，可按需触发或结合安抚策略自动播放。

（5）安全刹车：结合速度检测与触摸检测，当无人推车且有速度时自动刹车，防止溜车。

（6）倾斜报警：检测车体倾斜角，若存在侧翻风险立即报警并上传状态。

（7）状态通信：串口实时发送婴儿车运行状态，便于远程监控与管理。

2.3 系统整体结构

系统总体可分为四层：

（1）感知层：湿度传感器、温度传感器、光照传感器、速度检测模块、触摸检测模块、倾角检测模块。

（2）控制层：单片机最小系统、时钟、复位、电源管理、存储与任务调度。

（3）执行层：风扇驱动、遮阳执行机构驱动、照明驱动、音乐播放模块、刹车执行机构。

（4）通信与交互层：蜂鸣器/指示灯告警、串口通信输出。

这种结构可以保证功能模块之间解耦，便于调试与后期扩展。例如在通信层加入无线模块（蓝牙/WiFi/LoRa）只需在串口上进行透明转发即可，不影响核心逻辑。

3、系统功能设计详解

3.1 尿湿检测功能

婴儿尿湿通常会导致尿布或垫子湿度升高。系统使用湿度传感器（或电阻式湿度检测片）采集湿度值，并通过阈值判断是否尿湿。为了减少误报，可采用以下策略：

（1）多次采样取平均，降低偶然波动影响。

（2）设置滞回阈值：例如湿度超过阈值A触发报警，低于阈值B才解除报警（B<A），避免状态抖动。

（3）加入持续时间判定：湿度连续高于阈值超过一定时间才判定尿湿。

触发尿湿报警后，系统可以执行声光提示（蜂鸣器鸣叫、指示灯闪烁），同时通过串口发送"尿湿状态=1"。在护理场景中，上位机可以记录报警时间用于护理管理。

3.2 温度调节功能

婴儿对温度变化敏感，温度过高会造成不适甚至中暑风险。系统通过温度传感器采集环境温度，采用阈值控制风扇：

（1）温度 > T_high：风扇开启。

（2）温度 < T_low：风扇关闭。

其中T_low略低于T_high，用于滞回控制，避免风扇频繁启停。

风扇可以采用PWM调速方式，在温度略高时低速运行、温度很高时高速运行，改善体验并降低噪声。系统也可记录风扇运行时间，形成一定的健康管理数据输出。

3.3 光照调节功能

婴儿车在户外使用时光照变化明显：强光时需要遮阳，弱光或夜间则需要照明。系统通过光敏电阻或数字光照传感器采集光照强度，根据阈值控制遮阳装置和照明装置：

（1）光照强度 > L_strong：遮阳装置关闭车罩或展开遮阳帘；照明关闭或降低亮度。

（2）光照强度 < L_weak：遮阳装置收回；照明打开或提高亮度。

为了避免因云层变化导致频繁动作，同样可设置滞回区间与时间滤波。

遮阳执行机构可以采用舵机、步进电机或直流减速电机+限位开关实现。为了安全，必须加入限位保护，避免电机持续堵转导致过流发热。若采用舵机驱动，可通过角度控制实现多级遮阳角度。

3.4 音乐播放功能

音乐播放功能用于安抚婴儿情绪。实现方式通常包括：

（1）使用DFPlayer Mini类MP3模块，通过串口或IO控制播放指定曲目。

（2）使用蜂鸣器播放简单旋律（适用于低成本方案，但音质有限）。

本系统建议采用MP3模块，支持TF卡存储音频文件，可播放舒缓音乐、白噪音等。音乐播放可由以下条件触发：

（1）手动按键触发（可扩展）。

（2）检测到尿湿报警后短暂停止音乐并提示。

（3）可加入"哭声检测"扩展功能（本题未要求，可作为后期升级）。

播放时可控制音量，避免过大刺激婴儿。系统通过串口上报音乐播放状态（正在播放/暂停/曲目编号）。

3.5 安全刹车功能

婴儿车溜车风险是非常关键的安全问题。本系统综合两类传感信息：

（1）速度检测：判断婴儿车是否在移动。可通过轮速霍尔传感器+磁铁或光电编码器实现。

（2）触摸检测：判断是否有人推车。可通过电容触摸模块安装在推车把手上检测人体触摸。

控制逻辑：

当"无人推车（触摸=0）且车速>0"时，系统立即执行刹车动作。刹车方式可以是电磁铁拉动刹车机构、舵机/电机带动刹车卡钳或机械锁止结构。刹车后持续监测速度是否降为0，若仍有速度则保持刹车并发出更强报警。

为了避免误触发，触摸检测通常需要去抖和稳定判定；速度检测也需过滤短时间脉冲。刹车动作应设置超时保护，防止执行机构长期通电过热。

3.6 倾斜报警功能

婴儿车侧翻风险可能来自路面倾斜、碰撞或误操作。系统采用三轴加速度计或IMU模块（如MPU6050）获取姿态角或倾斜角。主要策略包括：

（1）计算俯仰角/横滚角，若绝对值超过阈值θ_alarm，则触发倾斜报警。

（2）结合变化率判断：若倾斜角快速增大，说明有翻倒趋势，可提前预警。

（3）报警后持续监测，若恢复正常则解除报警。

倾斜报警属于高优先级报警，应立即触发蜂鸣器并通过串口发送告警信息，同时可强制触发刹车（如果处于移动状态），进一步降低风险。

3.7 状态通信功能

系统通过串口输出运行状态，实现远程监控与管理。串口数据内容建议包含：

（1）温度、湿度、光照强度

（2）风扇状态、遮阳状态、灯光状态、音乐状态

（3）速度值、触摸状态、刹车状态

（4）倾斜角度、倾斜报警状态

（5）报警类型、时间戳或计数器

通信协议可采用简洁的文本协议（便于调试）或固定帧格式（抗干扰更强）。例如使用JSON字符串输出，易于上位机解析；或使用"帧头+长度+数据+校验"格式，提高可靠性。

4、系统电路设计

4.1 电路设计总体说明

本系统电路设计遵循以下原则：

（1）安全性优先：婴儿车属于儿童用品，电路必须防短路、防反接、防过流、避免高温。

（2）低功耗与稳定：电池供电场景下需保证续航与电压稳定。

（3）模块化：各传感器、执行器、通信模块采用标准接口，便于更换与维护。

（4）抗干扰：电机类负载（风扇、电机、刹车执行器）易产生电磁干扰，必须合理设计滤波、隔离与接地。

系统一般采用锂电池供电（如7.4V或3.7V），再通过DC-DC降压或LDO提供5V与3.3V供各模块使用。单片机可采用常见的51、STM32、AVR等，本方案以"带ADC与串口、具备足够IO资源"的单片机为主。

4.2 单片机最小系统模块

4.2.1 电源与时钟

单片机需要稳定的工作电压（如3.3V或5V）。建议在单片机供电端增加：

（1）0.1uF去耦电容紧贴电源引脚，吸收高频噪声。

（2）10uF电容用于低频滤波，提高供电稳定性。

（3）如果有外部晶振，晶振两端按要求配置匹配电容，并保证走线短且远离高干扰源。

4.2.2 复位电路

复位电路用于确保系统上电后进入确定状态。可采用RC复位或专用复位芯片。若系统对可靠性要求高，推荐使用带电压监测的复位芯片，避免电压缓慢上升导致单片机异常启动。

4.2.3 下载与调试接口

单片机应保留下载接口（如SWD、ISP或串口下载接口），同时预留调试串口接口用于日志输出或协议测试。

4.3 尿湿检测模块电路

尿湿检测可以用湿度传感器模块输出模拟电压，通过单片机ADC采样；也可用数字输出模块，通过比较器阈值输出高低电平。

（1）模拟方案：传感器→分压/放大→ADC输入，需加RC滤波减少噪声。

（2）数字方案：传感器+比较器→IO输入，阈值通过电位器调整。

为了安全与舒适，尿湿传感电极应使用低电压、低电流方式，避免直接与婴儿皮肤接触，建议安装在隔离层下方或尿垫底部。

4.4 温度检测与风扇驱动模块电路

4.4.1 温度检测部分

温度传感器可选：

（1）DS18B20：单总线数字传感器，抗干扰较好，线路简单。

（2）NTC热敏电阻：成本低，但需要ADC采样与校准。

（3）数字温湿度一体模块：可同时获取温度和湿度（需I2C或单总线）。

4.4.2 风扇驱动部分

风扇一般为直流风扇，可用MOSFET或三极管驱动：

（1）单片机IO→驱动电阻→N沟道MOSFET→风扇→电源。

（2）风扇两端并联续流二极管（若为电机负载），降低反电动势。

（3）若采用PWM调速，MOSFET需具备低导通电阻与较快开关速度。

此外，风扇供电线与单片机供电应合理分隔，地线采取"单点接地"或"星形接地"减少干扰。

4.5 光照检测与遮阳/照明驱动模块电路

4.5.1 光照检测部分

光照传感器可采用光敏电阻+分压电路→ADC采样，也可采用数字光照传感器（如BH1750）→I2C读取。光敏电阻方案简单，但需要校准；数字光照传感器测量更线性准确。

4.5.2 遮阳执行机构驱动

遮阳机构常用三种方式：

（1）舵机驱动：电路简单，控制信号为PWM，适合角度定位。

（2）步进电机：定位精确，但驱动电路复杂且耗电更高。

（3）直流电机+限位：成本低，需限位开关与H桥驱动。

为了安全，遮阳驱动必须具备：

（1）限位保护（机械限位或行程开关）

（2）过流保护（电流检测或保险丝）

（3）软启动或限速策略（避免动作过猛夹手或惊吓婴儿）

4.5.3 照明驱动

照明可采用LED灯带或高亮LED，通过MOSFET控制开关或PWM调光。若使用高功率LED需考虑散热和恒流驱动，低功率LED可采用限流电阻。建议加入环境光阈值控制与夜间自动开启模式。

4.6 音乐播放模块电路

若采用DFPlayer Mini：

（1）供电：一般为5V，需加滤波电容避免音频噪声。

（2）通信：TX/RX与单片机串口连接（注意电平匹配，若单片机为3.3V而模块为5V需分压或电平转换）。

（3）音频输出：连接小喇叭或功放模块。若直接推喇叭需注意功率与阻抗匹配。

为了降低噪声，音频地与数字地建议在电源入口处汇聚，避免电机干扰耦合到音频。

4.7 速度检测模块电路

速度检测可采用霍尔传感器：

（1）在车轮辐条或轴上固定磁铁。

（2）霍尔传感器安装在靠近磁铁经过路径的位置。

（3）霍尔输出接单片机外部中断或计数输入，通过计数脉冲计算速度。

为增强抗干扰，可加入上拉电阻、施密特触发或RC滤波。若使用光电编码器则需注意防尘与安装稳定性。

4.8 触摸检测模块电路

触摸检测建议使用电容触摸模块（如TTP223类）：

（1）模块输出数字电平，接单片机IO。

（2）安装在推车把手内侧或外壳下方，能感应人体触摸。

（3）通过软件去抖，避免误判。

该方案无需机械按键，寿命高且防水性更好。

4.9 刹车执行机构驱动模块电路

刹车执行机构可选择电磁铁或舵机/电机：

（1）电磁铁：响应快、结构简单，但耗电较大，需MOSFET驱动并加续流二极管。

（2）舵机：耗电相对较低，控制方便，可实现"刹车/释放"两位置。

（3）电机+机械结构：需要H桥驱动与限位反馈。

刹车属于安全关键模块，应加：

（1）硬件保险丝或自恢复保险

（2）软件超时保护

（3）故障检测（例如刹车动作后速度是否下降）

4.10 倾斜检测模块电路

倾斜检测一般采用I2C接口的加速度计/IMU模块：

（1）供电通常为3.3V。

（2）SCL/SDA连接单片机I2C引脚，上拉电阻保证总线稳定。

（3）模块固定在车体稳定位置，避免松动造成误报。

应确保总线走线短，远离电机线束，必要时加入屏蔽或串联电阻。

4.11 串口通信模块电路

串口通信用于数据输出与上位机连接：

（1）TTL串口：直接输出给无线模块或USB转串口模块。

（2）若连接PC可使用USB-TTL转换器。

（3）若需要更远距离可加RS485收发器。

通信线路建议加ESD保护器件，提高耐静电能力。

4.12 电源管理与保护模块电路

电源管理是可靠性核心：

（1）输入端反接保护（MOSFET反接保护或二极管）。

（2）过流保护（保险丝、自恢复保险）。

（3）DC-DC降压模块提供5V，LDO提供3.3V。

（4）电池欠压检测：电压过低时提示并限制高耗电模块（风扇、刹车执行器）。

（5）电机供电与逻辑供电分离，避免电机启动导致单片机复位。

5、程序设计

5.1 程序总体结构与设计思想

系统程序采用模块化设计，将每个功能模块封装成独立的驱动层与应用层。程序框架可按以下层次组织：

（1）硬件抽象层HAL：GPIO、ADC、PWM、UART、I2C、定时器等基础驱动。

（2）设备驱动层：湿度传感器驱动、温度传感器驱动、光照驱动、IMU驱动、DFPlayer驱动、霍尔测速驱动、触摸检测驱动。

（3）业务逻辑层：尿湿判断、温控策略、光控策略、刹车策略、倾斜报警策略、音乐控制策略。

（4）通信协议层：状态帧封装、数据发送、命令解析（可扩展）。

系统采用"定时周期采样 + 中断事件触发"相结合：

（1）湿度、温度、光照、倾角等属于周期采样。

（2）速度脉冲计数、紧急倾斜报警等可采用中断或更高频率采样。

（3）关键报警具有最高优先级，可抢占普通任务。

5.2 数据采集模块程序设计

5.2.1 湿度采集与尿湿判断

湿度采样流程：

（1）定时器每500ms或1s触发一次ADC采样。

（2）对最近N次数据做平均或滑动滤波。

（3）与阈值比较，若持续超过阈值并达到持续时间，则置位尿湿状态。

（4）触发报警并上报。

5.2.2 温度采集与风扇控制

温度采集可每1s更新一次：

（1）读取温度值。

（2）判断是否超过T_high，开启风扇。

（3）当温度低于T_low关闭风扇。

（4）如采用PWM调速，可根据温度差映射占空比。

5.2.3 光照采集与遮阳/照明控制

光照采集同样可每1s更新：

（1）读取光照值。

（2）若光照强，执行遮阳展开，灯光降低。

（3）若光照弱，遮阳收回，灯光开启。

（4）对阈值判断加入滞回与持续时间机制，避免频繁动作。

5.2.4 倾角采集与姿态判断

IMU采样频率建议10~50Hz：

（1）读取加速度/角速度数据。

（2）计算横滚角roll与俯仰角pitch（可用简化互补滤波）。

（3）若角度超过阈值且持续一定时间，触发倾斜报警。

（4）如角度变化率很高，可直接触发紧急预警。

5.2.5 速度采集与车速计算

霍尔脉冲可用外部中断计数：

（1）每次检测到磁铁经过，计数+1。

（2）定时器每100ms或500ms计算一次速度：

速度 = (脉冲数 / 采样时间) × 轮周长 / 每圈脉冲数

（3）将速度值用于刹车策略与串口上报。

5.2.6 触摸检测采集

触摸检测为数字输入：

（1）周期读取触摸引脚状态。

（2）加入去抖（例如连续检测到同一状态超过50ms才确认）。

（3）触摸状态参与刹车策略。

5.3 执行控制模块程序设计

5.3.1 风扇控制模块

输出PWM或开关控制。风扇控制函数根据温度状态设置风扇开关和占空比，同时记录运行时间。若电池电量低，可限制风扇最大占空比。

5.3.2 遮阳控制模块

遮阳控制需要考虑动作安全：

（1）执行动作前判断当前状态与目标状态，避免重复动作。

（2）动作过程中可延时或分段执行，减少机械冲击。

（3）若使用限位开关，应实时监测并停止驱动。

（4）动作失败可上报故障状态。

5.3.3 照明控制模块

照明支持开关与调光：

（1）夜间自动亮灯。

（2）强光自动关闭或降低亮度。

（3）报警时可闪烁提示。

5.3.4 音乐播放模块

音乐控制模块包含：

（1）初始化DFPlayer。

（2）播放/暂停/下一曲等命令封装。

（3）播放状态管理，避免重复发送命令导致模块异常。

（4）在重要报警（倾斜、溜车）时可暂停音乐并优先报警。

5.3.5 刹车控制模块

刹车属于高优先级功能：

（1）当满足"无人推车+有速度"条件立即刹车。

（2）刹车动作持续一段时间或直到速度降为0。

（3）若速度未降低，触发更强报警并保持刹车。

（4）刹车动作加超时保护，防止执行器过热。

5.3.6 报警与指示模块

报警包括蜂鸣器与指示灯：

（1）不同报警类型对应不同鸣叫/闪烁模式。

（2）倾斜、溜车报警优先级最高。

（3）尿湿报警属于提示级。

（4）可实现"静音模式"扩展，但需保证安全报警仍可提示。

5.4 状态通信模块程序设计

5.4.1 数据封装格式设计

建议采用文本协议，例如：
$BABY,Temp=28.5,Hum=65,Light=320,Fan=1,Shade=1,LED=0,Music=1,Speed=0.12,Touch=0,Brake=1,Tilt=5.2,Alarm=2*CS\r\n

其中：

（1）以$BABY为帧头便于识别。

（2）字段以逗号分隔。

（3）末尾可加入校验CS。

这种格式便于上位机直接解析并展示，同时也方便调试查看。

5.4.2 发送策略

（1）周期发送：例如每1s发送一次完整状态。

（2）事件立即发送：尿湿、倾斜、溜车等事件发生时立即发送告警帧。

（3）避免阻塞：串口发送建议采用中断或DMA（若平台支持），确保主循环实时性。

5.5 系统任务调度与优先级

程序可以采用简单的超级循环（while(1)轮询）配合定时器节拍，也可采用轻量级RTOS。对于本项目，超级循环+时间片即可满足需求：

（1）10ms任务：按键扫描（可扩展）、触摸去抖、速度脉冲处理。

（2）100ms任务：速度计算、刹车判定、报警更新。

（3）1s任务：温度/湿度/光照采样与控制、串口状态发送。

（4）紧急任务：倾斜角超限立即处理（可在高频采样中判断）。

6、程序示例代码（模块化示例）

6.1 全局数据结构与状态定义

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>

typedef struct {
    float temperature;
    float humidity;
    uint16_t light;
    float speed;
    float tilt_roll;
    float tilt_pitch;

    uint8_t fan_on;
    uint8_t shade_on;
    uint8_t led_on;
    uint8_t music_on;
    uint8_t brake_on;

    uint8_t touch_on;
    uint8_t wet_alarm;
    uint8_t tilt_alarm;
    uint8_t runaway_alarm;

    uint32_t tick_ms;
} SystemState;

static SystemState g_state;

6.2 湿度采样与尿湿判断模块

#define WET_TH_HIGH   700   // 湿度报警阈值（ADC或数字量）
#define WET_TH_LOW    650   // 解除阈值
#define WET_CONFIRM_MS 3000 // 持续时间确认

static uint32_t wet_high_ms = 0;

uint16_t Humidity_ReadADC(void);  // 由HAL实现

void WetDetect_Task(uint32_t period_ms)
{
    uint16_t hum = Humidity_ReadADC();
    g_state.humidity = (float)hum;

    if (hum > WET_TH_HIGH) {
        wet_high_ms += period_ms;
        if (wet_high_ms >= WET_CONFIRM_MS) {
            g_state.wet_alarm = 1;
        }
    } else if (hum < WET_TH_LOW) {
        wet_high_ms = 0;
        g_state.wet_alarm = 0;
    }
}

6.3 温度采样与风扇控制模块

#define TEMP_HIGH  30.0f
#define TEMP_LOW   28.0f

float Temperature_Read(void);          // 由传感器驱动实现
void Fan_Set(uint8_t on, uint8_t pwm); // pwm:0~100

void TempControl_Task(void)
{
    g_state.temperature = Temperature_Read();

    if (g_state.temperature > TEMP_HIGH) {
        g_state.fan_on = 1;
        // 简单PWM映射：温度越高占空比越大
        uint8_t pwm = (g_state.temperature > 35.0f) ? 100 : 60;
        Fan_Set(1, pwm);
    } else if (g_state.temperature < TEMP_LOW) {
        g_state.fan_on = 0;
        Fan_Set(0, 0);
    }
}

6.4 光照控制与遮阳/照明模块

#define LIGHT_STRONG 800
#define LIGHT_WEAK   300

uint16_t Light_ReadADC(void);
void Shade_Set(uint8_t on);
void LED_Set(uint8_t on, uint8_t pwm);

void LightControl_Task(void)
{
    g_state.light = Light_ReadADC();

    if (g_state.light > LIGHT_STRONG) {
        g_state.shade_on = 1;
        Shade_Set(1);

        g_state.led_on = 0;
        LED_Set(0, 0);
    } else if (g_state.light < LIGHT_WEAK) {
        g_state.shade_on = 0;
        Shade_Set(0);

        g_state.led_on = 1;
        LED_Set(1, 60);
    }
}

6.5 速度检测与刹车策略模块

#define SPEED_RUNAWAY 0.05f // 速度阈值（m/s）
#define BRAKE_HOLD_MS 2000

uint32_t Speed_GetPulseCountAndClear(void);
void Brake_Set(uint8_t on);

static uint32_t brake_hold_ms = 0;

void SpeedCalc_Task(uint32_t period_ms, float wheel_circumference, uint8_t pulses_per_round)
{
    uint32_t pulses = Speed_GetPulseCountAndClear();

    float rounds = (float)pulses / (float)pulses_per_round;
    float distance = rounds * wheel_circumference;
    float t = (float)period_ms / 1000.0f;

    g_state.speed = (t > 0) ? (distance / t) : 0;
}

void BrakeControl_Task(uint32_t period_ms)
{
    bool no_push = (g_state.touch_on == 0);
    bool moving  = (g_state.speed > SPEED_RUNAWAY);

    if (no_push && moving) {
        g_state.runaway_alarm = 1;
        g_state.brake_on = 1;
        Brake_Set(1);
        brake_hold_ms += period_ms;
        if (brake_hold_ms > BRAKE_HOLD_MS) {
            // 超时仍未停下，可持续刹车并加强报警策略（此处仅示例）
            brake_hold_ms = BRAKE_HOLD_MS;
        }
    } else {
        g_state.runaway_alarm = 0;
        g_state.brake_on = 0;
        Brake_Set(0);
        brake_hold_ms = 0;
    }
}

6.6 倾斜检测与报警模块

#define TILT_ALARM_DEG 20.0f

void IMU_ReadAngles(float *roll, float *pitch);
void Alarm_BuzzerPattern(uint8_t type);

void TiltDetect_Task(void)
{
    IMU_ReadAngles(&g_state.tilt_roll, &g_state.tilt_pitch);

    float abs_roll  = (g_state.tilt_roll  > 0) ? g_state.tilt_roll : -g_state.tilt_roll;
    float abs_pitch = (g_state.tilt_pitch > 0) ? g_state.tilt_pitch : -g_state.tilt_pitch;

    if (abs_roll > TILT_ALARM_DEG || abs_pitch > TILT_ALARM_DEG) {
        g_state.tilt_alarm = 1;
        Alarm_BuzzerPattern(2); // 2:倾斜报警
    } else {
        g_state.tilt_alarm = 0;
    }
}

6.7 音乐播放模块（DFPlayer示例框架）

void Music_Play(uint16_t track_id);
void Music_Stop(void);

void MusicControl_Task(void)
{
    // 示例策略：若发生倾斜/溜车报警，暂停音乐，优先安全报警
    if (g_state.tilt_alarm || g_state.runaway_alarm) {
        if (g_state.music_on) {
            g_state.music_on = 0;
            Music_Stop();
        }
        return;
    }

    // 示例：平时保持音乐播放（实际可按键或策略触发）
    if (!g_state.music_on) {
        g_state.music_on = 1;
        Music_Play(1);
    }
}

6.8 串口状态通信模块

#include <stdio.h>

void UART_SendString(const char *s);

static uint8_t CalcSimpleChecksum(const char *s)
{
    uint8_t cs = 0;
    while (*s) cs ^= (uint8_t)(*s++);
    return cs;
}

void StatusReport_Send(void)
{
    char buf[256];
    snprintf(buf, sizeof(buf),
        "$BABY,Temp=%.1f,Hum=%.0f,Light=%u,Fan=%u,Shade=%u,LED=%u,Music=%u,Speed=%.2f,Touch=%u,Brake=%u,TiltR=%.1f,TiltP=%.1f,Wet=%u,TiltA=%u,RunA=%u",
        g_state.temperature, g_state.humidity, g_state.light,
        g_state.fan_on, g_state.shade_on, g_state.led_on, g_state.music_on,
        g_state.speed, g_state.touch_on, g_state.brake_on,
        g_state.tilt_roll, g_state.tilt_pitch,
        g_state.wet_alarm, g_state.tilt_alarm, g_state.runaway_alarm
    );

    uint8_t cs = CalcSimpleChecksum(buf);
    char out[300];
    snprintf(out, sizeof(out), "%s*%02X\r\n", buf, cs);
    UART_SendString(out);
}

7、系统可靠性与安全性设计要点

7.1 抗干扰措施

由于风扇、电机、刹车执行器都可能产生电磁干扰，系统应采用以下措施：

（1）电机端并联续流二极管或TVS，抑制反向电压。

（2）电源分区：电机供电与单片机供电分离，重要器件供电增加滤波电容。

（3）地线设计：采用星形接地或单点接地，避免大电流回路穿过单片机地线。

（4）信号线滤波：对模拟输入加RC滤波，对长线输入加上拉与防抖。

（5）软件容错：通信帧加入校验，传感器数据加入异常值剔除。

7.2 低功耗与续航策略

婴儿车可能长时间使用电池供电，系统可采用：

（1）降低采样频率：在稳定环境下减少传感器读取频率。

（2）执行器按需启动：风扇、音乐、照明等仅在必要时工作。

（3）待机模式：无报警且无动作时单片机进入低功耗模式，定时唤醒。

（4）电池欠压策略：电压过低时限制高耗电模块，并提示用户充电。

7.3 安全关键模块冗余与故障处理

（1）刹车模块建议具备机械自锁能力，即使断电也能保持一定制动效果（结构设计层面）。

（2）倾斜报警可结合加速度与角速度双判断，降低误报。

（3）关键报警需要声光提示与通信双通道上报。

（4）系统异常（传感器掉线、通信异常、供电异常）应设置故障码并上报。

8、结论

本设计以单片机为核心，通过湿度、温度、光照、速度、触摸、倾斜等多种传感器实现婴儿车状态感知，并驱动风扇、遮阳、灯光、音乐与刹车执行机构完成多功能智能控制。系统具备尿湿提醒、自动温控、智能光控、音乐安抚、安全刹车、倾斜报警以及串口状态通信等功能，能够显著提升婴儿车在日常使用中的安全性、舒适性与智能化程度。通过模块化电路设计与模块化程序架构，系统便于维护与扩展，可进一步加入无线通信、定位、防丢、哭声识别等功能，实现更完善的智能育儿辅助平台。