CN107689135A - 多功能无线婴儿监护器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能无线婴儿监护器，包括信号收集器和监护终端以及无线通信系统；无线通信系统为无线双工通信模块，在所述的监护终端一侧的无线射频发射模块设置有定时发射设定功率的心跳信号的心跳信号发射模块，所述的信号收集器一侧无线接收模块中设置有检测接收到的所述的心跳信号功率的功率检测模块，所述的信号收集器的无线射频发射模块中包括功率调节模块，所述的功率调节模块根据所述的功率检测模块检测到的心跳信号的功率设定所述的信号收集器的无线射频发射模块的发射功率。本发明中采用通过接收信号衰减情况确定最低发射功率发射的方式，可以最大限度地减小辐射的同时抗干扰能力强。

Description

多功能无线婴儿监护器

技术领域

本发明涉及安全监护领域，特别是一种针对生活不能自理的老人、病人和婴幼儿进行安全监护的多功能无线婴儿监护器。

背景技术

婴儿监护器（Baby Monitor）属于无线家庭安全防护系统 ,由看护器（也称婴儿端）和显示器（也称父母端）两部分组成，在宝宝的房间中放置看护器,即可以通过显示器随时监护到宝宝的安全。 婴儿监护器作为一种家庭用安防产品，这种产品利用监护端对婴儿的一举一动一言一行提供实时的监视，监视的结果通过模拟信号或者数字信号的无线电波发送到监护人手上的控制端设备上，并以还原成视频或者音频。通过使用婴儿监视器，父母或者监护人不再需要寸步不离地守候在婴儿或小孩的身旁即可了解到他们的行为，并在异常情况出现的同时立即可以察觉并进行处理。婴儿监听器不仅是婴幼儿最佳的日常生活护理用品，也可是照顾老人及病人必备的好帮手。

中国专利公开号CN2781473Y就公开了一种小孩踢被及烟雾检测的无线看护装置，该装置包含有：一信号感应器，其至少包含有一热传感器、一电池及一可将在京信号发射出去的红外线发射。一信号收发器，其至少包含有接收信号感应器的红外线接收器、一摄影镜头及一可将红外线接收器接收到的信号与摄影镜头拍摄的数据发射出去的无线发射器。一监视器，除可用以显示画面外，其具有一用以接收信号收发器所发出无线电波的无线电接收器及扬声器。这种小孩踢被及烟雾检测的无线看护装置是一种典型的安全监护系统，它可以将信号感应器设置在被看护者如婴幼儿及生活不能自理的老人及病人身上，一量被看护者发生状况，该监视器除随时播放画面外，还会立刻发生街区声响通知看护者处理，以达到被看护者健康安全得到保障，而看护者也可充分享受休息的功效。

但目前在信号收发器与监视器之间的无线通信装置所采用的是2.4GHz无线技术，这是一种短距离无线传输技术，供开源使用。2.4GHz所指的是一个工作频段，2.4GHz ISM（Industry Science Medicine）是全世界公开通用使用的无线频段，在2.4GHz频段下工作可以获得更大的使用范围和更强的抗干扰能力，随着无线通讯技术的发展， 2.4GHz无线技术目前广泛应用于婴儿监护器等人身安全监护器，用2.4GHz设计的婴儿监控器虽然采用DSP（数字信号处理器）技术。但存在以下问题：(1)发射功率大、辐射高，长时间发射对婴儿有一定的影响。(2)通讯距离短，小于300米，限制了应用范围。另外，还存在以下问题(1)采用CTCSS或DCS编解码方式，易剖解密码，保密性差。(2)电路复杂，元器件多，生产成本和故障率高。(3)只能采用单工工作模式，若采用半双工工作模式技术难度大，成本很高。(4)功能简单 ，难以满足高端客户需要。(5)频点少，易受到手机和其他通讯设备干扰。(6)体积大。

发明内容

本发明是为了克服以上现有技术存在的缺点而提出的，其所解决的技术问题是提供一种抗干扰能力强，音质清晰，传输距离远的多功能无线婴儿监护器。

本发明的技术方案是：一种多功能无线婴儿监护器，包括设置在被监护对象处的信号收集器和设置在监护者处的监护终端以及信号收集器与监护终端之间的无线通信系统；所述的无线通信系统包括分别设置在信号收集器一侧和监护终端一侧的无线射频发射模块和无线接收模块组成的无线双工通信模块，在所述的监护终端一侧的无线射频发射模块设置有定时发射设定功率的心跳信号的心跳信号发射模块，所述的信号收集器一侧无线接收模块中设置有检测接收到的所述的心跳信号的功率检测模块，所述的信号收集器的无线射频发射模块中包括功率调节模块，所述的功率调节模块根据所述的功率检测模块检测到的心跳信号的功率设定所述的信号收集器的无线射频发射模块的发射功率。

本发明中采用通过接收信号衰减情况确定最低发射功率发射的方式，可以最大限度地减小辐射的同时抗干扰能力强。

进一步的，上述多功能无线婴儿监护器中：在所述的信号收集器一侧还设置有所收集到的监护对象的信号的存储器，所述的信号收集器的无线射频发射模块是一种间歇式发射器。所述的信号收集器中包括音频收集处理模块、温度检测模块、烟雾报警检测模块和被监测对象呼吸检测模块。所述的音频收集处理模块包括麦克风、前置放大器、可编程滤波器、语音模/数转换器，麦克风收集到被监护对象及其环境的声音，经过前置放大器放大后输入到可编程滤波器进行滤波，再通过语音模/数转换器转换成数字信号后暂存于存储器中；所述的前置放大器的放大倍数由音频电平寄存器来选择。所述的温度检测模块包括温度传感器和温度数据处理单元，所述的温度传感器包括热敏电阻，温度数据处理单元包括实时测量所述的热敏电阻阻值的电阻检测电路，与标准电阻阻值比对计算出实时温度的计算电路，所述的计算电路输出的实时温度数据暂存于存储器中。所述的被监测对象呼吸检测模块包括检测被监测对象呼吸状态的呼吸板，与呼吸板输出相连的A/D转换器，A/D转换器输出的与被监测对象呼吸状态有关的数据暂存于存储器中。所述的烟雾报警检测模块包括烟雾传感器，对烟雾传感器输出的实时烟雾深度数据进行处理的烟雾数据处理模块，当烟雾浓度达到设定值时报警的报警模块，所述的报警模块包括触发信号收集器的无线射频发射模块的以最大功率立即发射烟雾报警信息的触发模块，设置在监护终端一侧的当收到烟雾报警信息时进行报警的报警器。

本发明还提供了一种多功能无线婴儿监护系统，包括至少在两个被监护对象处的一组信号收集器和设置在监护人一侧的监护终端以及每个信号收集器与监护终端之间的无线通信系统；所述的无线通信系统为每个信号收集器与监护终端之间的时分/频分复用无线通信系统。

可以实现一个监护终端对多个信号收集器的婴儿监护系统，各信号收集器与监护终端之间的时分/频分复用无线通信系统。所述的监护终端包括至少两台分时交替向所有的信号收集器广播心中信号的终端。

以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。

附图说明

图1为本发明实施例1多功能无线婴儿监护器结构框图。

图2为本发明实施例多功能无线婴儿监护器组件电路原理图。

图3为本发明实施例多功能无线婴儿监护器射频放大电路图。

图4为本发明实施例多功能无线婴儿监护器射频收发芯片原理图。

图5为本发明实施例多功能无线婴儿监护器音频放大电路图。

图6为本发明实施例多功能无线婴儿监护器DSP数字信号处理器芯片原理图。

图7为本发明实施例多功能无线婴儿监护器温度检测电路和烟雾报警检测电路图。

图8为本发明实施例多功能无线婴儿监护器婴儿呼吸检测电路图。

图9为本发明多功能无线婴儿监护器一点对多点通讯示示意图。

具体实施方式

实施例1，本实施例是对婴儿等不能生活处理的特殊人群进行监护的多功能无线婴儿监护器，利用本监护器，监护人可以短时离开被监护对象，比如婴儿的母亲可以在婴儿睡觉时，短时离开婴儿去在附近做一些自己的事，利用信号收集器收集婴儿睡眠的情况，在婴儿需要的时候迅速返回婴儿身边。由于是采用的无线通信系统将婴儿的情况采集后发送到监护人处，因此，在保证能够正确无误地将现场情况传送到监护人处外，还需要无线射频发射装置的功率越小越好，因为功率越小，辐射越小。

本实施例中，采用的方法是利用接收由监护终端向信号收集器发送设定功率心跳信号，在信号收集器端通过检测心跳信号的功率，确定信道的衰减，然后，以监护终端的无线接收模块分辨率也就是最低接收功率加上衰减的功率发送检测信号。

如图1所示，本实施例中，多功能无线婴儿监护器，包括设置在婴儿处的信号收集器和设置在监护者处的监护终端以及信号收集器与监护终端之间的无线通信系统；具体的，信号收集器可是一个可穿戴设备，它由婴儿穿戴，而监护终端可以是一种移动终端，特别是一种目前使用广泛的智能手机，而无线通信系统可以采用蓝牙通信系统。

无线通信系统包括分别设置在信号收集器一侧和监护终端一侧的无线射频发射模块和无线接收模块组成的无线双工通信模块，在监护终端一侧的无线射频发射模块设置有定时发射设定功率的心跳信号的心跳信号发射模块，信号收集器一侧无线接收模块中设置有检测接收到的心跳信号的功率检测模块，信号收集器的无线射频发射模块中包括功率调节模块，功率调节模块根据功率检测模块检测到的心跳信号的功率设定信号收集器的无线射频发射模块的发射功率。

本实施例中，采用的是信号收集器的蓝牙通信系统的无线射频发射模块的发射功率可以设定为三个档，比如13dBm、16dBm和20dBm三档，而手机的蓝牙通信系统的无线射频发射模块发射心跳信号时采用的是20dBm，手机的蓝牙通信系统的无线接收模块的分辨率假设为1dBm，信号收集器接收到的心跳信号的功率是15dBm，则说明信道的衰减是5dBm，则信号收集器的蓝牙通信系统的无线射频发射模块的发射功率大于6dBm即可，因此，可以选择13dBm这档发射。当信号收集器接收到的心跳信号的功率是3dBm，则说明信道的衰减是17dBm，则信号收集器的蓝牙通信系统的无线射频发射模块的发射功率大于18dBm才行，因此，可以选择20dBm这档发射。 当信号收集器接收到的心跳信号的功率是7dBm，则说明信道的衰减是13dBm，则信号收集器的蓝牙通信系统的无线射频发射模块的发射功率大于14dBm才行，因此，可以选择16dBm这档发射。总之选择最小功率一档，辐射最小。当信号收集器不能收到心跳信号时，表示监护人与婴儿之间的距离超过作用范围，信号收集器也不向手机发送信号。

本实施例中，为了更加减小辐射对婴儿的影响，信号收集器一侧还设置有所收集到的监护对象的信号的存储器，信号收集器的无线射频发射模块是一种间歇式发射器。这样，信号收集器的蓝牙通信系统的无线射频发射模块可以在存储器中存储有较长时间的实时状况后才发射，可以减少辐射时间。

信号收集器包括一个PCB印刷电路板和外壳，面板等，PCB印刷电路板如图2所示，在PCB印刷电路板上的电路包括射频放大电路、DSP数字信号处理器和音频放大电路、温度检测电路、烟雾报警检测电路和婴儿呼吸检测电路。

如图3、4所示，本实施例中两端的射频放大电路相同，都是蓝牙无线发射模块，包括射频收发芯片TW3321、收发转换芯片、低通滤波器。微控制单元MCU收到音频数字信号后打包存入缓存，当满20个包时就通过射频收发芯片发射,射频收发芯片控制收/发切换开关中发射开关闭合，射频信号通过低通滤波器，滤除高频部分发射出去。射频收发芯片TW3321工作电压为1.9-3.6V,内部有功率放大器、唤醒定时器、数字调制解调器、64字节的发送和接收数据FIFO以及可配置的GPIO,在使用时所需的外部元件为1个20MHz的晶体与C5、C6、C7电容、L3、L4、L5电感、R2电阻组成一个高可靠的发射系统，与C8、C9电容和L7电感组成一个高可靠的接收系统。设计简单，且成本低。当波特率为2kbps时，接收灵敏度达到-117dBm。当波特率为70kbps时，接收灵敏度达到-102dBm。可提供极佳的链路质量，在扩大通讯范围的同时将功耗降至最低。最小滤波带宽达8KHz，具有极佳的频率选择性，在频段内不加功率放大器时的最大输出功率可达20dBm。当波特率为2kbps时，最远传输距离可达2KM。当波特率为70kbps时，最远可靠音频通讯距离可达600米以上。

音频收集处理模块包括麦克风、前置放大器、可编程滤波器、语音模/数转换器，麦克风收集到被监护对象及其环境的声音，经过前置放大器放大后输入到可编程滤波器进行滤波，再通过语音模/数转换器转换成数字信号后暂存于存储器中；前置放大器的放大倍数由音频电平寄存器来选择。如图5所示，音频收集处理模块包括麦克风前置放大器、可编程滤波器、音频幅度调整寄存器和语音模/数转换和数/模的语音编解码器、音频放大器。语音信号通过麦克风输入，经过差分输入方式至语音编解码芯片MIC+和MIC-输入，经过芯片内置前置放大器对语音信号进行放大。可通过音频电平寄存器来选择放大器的放大倍数，再经过可编程滤波器对音频信号滤波。然后对语音信号进行压缩，将模拟信号转换成数字信号，从TX DT 口传输语音编码数据至微控制单元MCU。在手机端，微控制单元MCU收到射频模块输入的语音数据，经过RX DT口进入芯片解压，将数字信号转换成模拟信号。经过可编程滤波器对音频信号滤波，通过音频电平寄存器来选择放大器的放大倍数。音频信号从AFOUT口输出，经过音频放大器对信号进行放大，并从喇叭输出。

如图6所示，上面语音编解码器为TW3326， TW3326内部包括麦克风前置放大器、可编程滤波器、音频幅度调整寄存器和语音模/数转换和数/模 。语音编解码器TW3326具有全双工编解码功能，具有误码率低，低功耗，工作电流1.9mA。该元件具有用户可配置的工作模式与算法，因此可根据具体应用来选择最佳的传输率和语音品质。它提供从16～128kbps的采样频率，采样时钟可选用由外部提供或内部产生。内部集成的数字扰频器可在一定程度上增强通信的安全性，并降低不规则连续的“1”或“0”出现的概率，而语音检测器则可以用来支持电源功耗的节省。

温度检测模块包括温度传感器和温度数据处理单元，温度传感器包括热敏电阻，温度数据处理单元包括实时测量所述的热敏电阻阻值的电阻检测电路，与标准电阻阻值比对计算出实时温度的计算电路，计算电路输出的实时温度数据暂存于存储器中。如图7所示，温度传感器中电阻T1值随着检测到婴儿环境温度变化而变化，微控制单元MCU P5.0口读出电压值，计算出电阻T1的电阻值。与标准电阻T1值比对，计算出婴儿环境温度；当烟雾报警器检测到婴儿环境有一定浓度的烟雾时，通过无线发射装置BT-100，以433MHz频率发出报警信号。当手机收到433MHz射频信号时，经过低通滤波器滤除高频部分，输入至射频模块进行放大。信号通过射频模块SDN口输出，当微控制单元MCU检测到是烟雾报警信号时，通过手机喇叭发出报警。

当希望婴儿端处于无射频辐射状态时，通过接收机按键来选择。此时接收LCD液晶显示器显示无辐射指示字符和发射LCD液晶显示器中显示无辐射字符；接收机收到烟雾报警信号时，接收LCD液晶显示器显示烟雾报警指示字符；当接收机守候状态时，婴儿安静或睡眠状态时接收机LCD液晶显示器显示内容为睡眠样式，当婴儿吵闹或哭闹时接收机LCD液晶显示器交替显示出哭闹样式和痛苦样式；同时手机显示器有接收声音大小7级变化字符、接收环境温度显示、接收机振动提示、电池低电和充电状态指示、喇叭音量级调节显示功能。发射LCD液晶显示器显示内容包括无辐射指示字符、配对字符、发射机声控灵敏度6级可调字符，喇叭音量6级可调字符。

烟雾报警检测模块包括烟雾传感器，对烟雾传感器输出的实时烟雾深度数据进行处理的烟雾数据处理模块，当烟雾浓度达到设定值时报警的报警模块，所述的报警模块包括触发信号收集器的无线射频发射模块的以最大功率立即发射烟雾报警信息的触发模块，设置在监护终端一侧的当收到烟雾报警信息时进行报警的报警器。如图8所示，婴儿呼吸检测部分采用精准的AD转换，无线婴儿呼吸板对呼吸感应的微小信号进行放大，然后再用AD转换进行判断。通过检测AD值的不同范围的跳变来判断呼吸的不同状态。无线婴儿呼吸板通过调整发射机的输出功率，灵活设置通信的距离。由于婴儿呼吸板工作时的发射功率非常低，因而说产生的电磁辐射也极小。无线呼吸板作为可以实时动态检测婴儿睡眠状态的工具，已成为婴儿监听器中颇受喜爱的一种产品。

当一台接收机和三台发射机中一台进行配对时，当一台接收机和三台发射机同时工作时，接收机按照接收每台发射机30秒—30秒—30秒进行循环工作。当一台接收机和三台发射机同时工作时，接收机按照接收每台发射机30秒—30秒—30秒进行循环工作。这样可以有效解决双胞胎和多胞胎通讯问题。

采用功率自动控制技术，并能根据发射机接收终端侦听到的电磁场强度而自适应地调整APRS发射终端的发送功率（即自动调整辐射强度）。以达到最大限度地减少无线婴儿监视器的无线辐射信号对婴儿用户可能造成的潜在影响。

采用多功能无线婴儿监护器很好解决以上问题，其输出功率低（小于25mW），通讯距离远（大于600米）。其外形独特，深受世界各地用户喜爱。目前设计技术达到世界领先水平，此机是世界第一台用800MHz设计，采用DSP技术，通讯距离大于600米机。

另外，信号收集器与监护终也可以采用多对多的方式，这个方式多用于养老监护机构，如多个老年人住房中安装信号收集器，可以收集老人住房中的各自实时情况，如每个老人的体温、心率等，以及房间内的气味等分野向外发射，也是一种广播方式发送，各服务人员的手机或者专用智能终端都收到了这些信息，同样，每一个服务人员的智能手机或者其它专用的智能终端向所有的信号收集器发送心跳信号也是一种广播的方式，不同的智能手机在不同的时刻发送心跳信号。

Claims (9)

1.一种多功能无线婴儿监护器，包括设置在被监护对象处的信号收集器和设置在监护者处的监护终端以及信号收集器与监护终端之间的无线通信系统；其特征在于：所述的无线通信系统包括分别设置在信号收集器一侧和监护终端一侧的无线射频发射模块和无线接收模块组成的无线双工通信模块，在所述的监护终端一侧的无线射频发射模块设置有定时发射设定功率的心跳信号的心跳信号发射模块，所述的信号收集器一侧无线接收模块中设置有检测接收到的所述的心跳信号的功率检测模块，所述的信号收集器的无线射频发射模块中包括功率调节模块，所述的功率调节模块根据所述的功率检测模块检测到的心跳信号的功率设定所述的信号收集器的无线射频发射模块的发射功率。

2.根据权利要求1所述的多功能无线婴儿监护器，其特征在于：在所述的信号收集器一侧还设置有所收集到的监护对象的信号的存储器，所述的信号收集器的无线射频发射模块是一种间歇式发射器。

3.根据权利要求2所述的多功能无线婴儿监护器，其特征在于：所述的信号收集器中包括音频收集处理模块、温度检测模块、烟雾报警检测模块和被监测对象呼吸检测模块。

4.根据权利要求3所述的多功能无线婴儿监护器，其特征在于：所述的音频收集处理模块包括麦克风、前置放大器、可编程滤波器、语音模/数转换器，麦克风收集到被监护对象及其环境的声音，经过前置放大器放大后输入到可编程滤波器进行滤波，再通过语音模/数转换器转换成数字信号后暂存于存储器中；所述的前置放大器的放大倍数由音频电平寄存器来选择。

5.根据权利要求3所述的多功能无线婴儿监护器，其特征在于：所述的温度检测模块包括温度传感器和温度数据处理单元，所述的温度传感器包括热敏电阻，温度数据处理单元包括实时测量所述的热敏电阻阻值的电阻检测电路，与标准电阻阻值比对计算出实时温度的计算电路，所述的计算电路输出的实时温度数据暂存于存储器中。

6.根据权利要求3所述的多功能无线婴儿监护器，其特征在于：所述的被监测对象呼吸检测模块包括检测被监测对象呼吸状态的呼吸板，与呼吸板输出相连的A/D转换器，A/D转换器输出的与被监测对象呼吸状态有关的数据暂存于存储器中。

7.根据权利要求3所述的多功能无线婴儿监护器，其特征在于：所述的烟雾报警检测模块包括烟雾传感器，对烟雾传感器输出的实时烟雾深度数据进行处理的烟雾数据处理模块，当烟雾浓度达到设定值时报警的报警模块，所述的报警模块包括触发信号收集器的无线射频发射模块的以最大功率立即发射烟雾报警信息的触发模块，设置在监护终端一侧的当收到烟雾报警信息时进行报警的报警器。

8.一种多功能无线婴儿监护系统，其特征在于：包括至少在两个被监护对象处的一组信号收集器和设置在监护人一侧的监护终端以及每个信号收集器与监护终端之间的无线通信系统；所述的无线通信系统为每个信号收集器与监护终端之间的时分/频分复用无线通信系统。

9.根据权利要求8所述的多功能无线婴儿监护系统，其特征在于：所述的监护终端包括至少两台分时交替向所有的信号收集器广播心中信号的终端。