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摘要：随着社会的发展，婴儿的生命安全是备受关注的一个问题，对于婴幼儿安全防护这一方面仍然有很大缺口。因此需要一个安全、小型化、智能化一体的婴儿防护装置。本文应用FPGA芯片设计了一款满足绝大多数车载应用环境的智能婴儿防护带。

关键词： FPGA，无线传输模块；生命监测模块

Abstract：With the development of society， the safety of infants is a highly concerned issue， and there is still a significant gap in infant safety protection. Therefore， a safe， small， and intelligent integrated baby protective device is needed. This article applies FPGA chips to design an intelligent baby protective belt that meets the vast majority of automotive application environments.

Key words： FPGA；bluetooth module; life monitoring module

一、引言

随着交通事业的发展，交通事故也频繁发生，根据我国交通部门的数据，每年有2万宝宝死于交通事故。特别是在农村地区和中小城市。在我国大部分的婴儿车载防护带往往不能完全保障婴儿的生命安全。

本设计可以利用多种功能对婴儿进行及时有效的防护。不仅拥有传统婴儿防护带的功能，而且能通过温湿度监测模块实时监测婴儿的体温预防婴儿在车内发生高温昏迷的危险。通过气体监测模块可以随时感知车内的气体情况，预防婴儿在车内窒息。使其可以在突发情况出现时能最大程度的保证婴儿的生命安全。

同时本装置可以利用HC-05蓝牙3.0模块进行平时检测，并且可以使用SIM900A进行无线传输，与家长的移动设备连接，方便家长实时掌握婴儿的动态。

二、优势

对比传统的婴儿防护带，本装置的功能性更加完善和智能化。在原有的五点式基础防护上还添加了生命体征的智能监测以及报警系统，方便家长在看不见婴儿的地方掌控婴儿的动向。下图为传统防护带和本装置的比较。

三、技术介绍

（一）FPGA

FPGA是一种集成电路，具有可重新配置硬件架构的特点。它包含大量可编程逻辑单元（LE）、存储器和互连线路。FPGA 允许工程师在硬件层面上实现数字电路，而无需使用固定的硬件结构。这使得 FPGA 在快速开发、验证和生产数字电路方面具有很高的灵活性。作为一种可重新配置的硬件平台，在各种领域都具有广泛的应用前景。随着技术的不断发展，FPGA 将在未来继续发挥重要作用，为各行业带来更多创新可能性。

（二） 温湿度监测模块

温湿度监测模块使用DHT11传感器，DHT11是一种含有已校准的数字信号输出的复合传感器。用于测量室内湿度和温度的传感器。它是基于电阻式传感技术开发的，具有相对较低的成本和较好的准确性。抗干扰能力强，单线的串口使得系统集成整洁。4针单排的接口，连接方便。DHT11 传感器广泛应用于家庭、办公室等场所的气候监测。

（三） 无线传输模块

对婴儿的平时检测采用HC-05蓝牙3.0模块，具有低能耗、便于使用、成本低等优点。广泛应用于各种蓝牙设备中。使用该模块可以在一定范围内对婴儿的动态进行精准的把控。并且能很好的确保传输数据的安全性和稳定性。

无线通信使用SIM900A模块。SIM900A一款由美国 Silicon Labs 公司生产的通信模块，它是一款基于 GSM/GPRS 技术的无线模块，广泛应用于物联网设备、无线数据传输、远程监控等领域。SIM900A 模块性能稳定，可靠性强，经过长时间的使用和市场验证，赢得了用户的信任。SIM900A 模块的配置简单，通过AT指令进行交互，易于上手和操作。

（四）生命监测模块

生命监测使用AD8232生理检测模块，它主要用于对人体心电信号进行实时监测。具有宽带宽、低噪声、高输出电流等优点，可确保心电信号的准确传输和处理。生理监测模块系统复杂度低，集成度高，便于携带和安装。模块具有良好的电源抑制比和输入失调电压，能有效抵抗外部干扰，确保心电信号的稳定性。生理监测模块采用紧凑的封装，便于携带和安装。同时，模块可通过手机进行控制和数据查看，实现远程监测。生理监测模块可对心电信号进行实时分析，提取有用信息，如心率、血压等指标。

四、婴儿防护带设计

4.1基于FPGA的婴儿防护带原理

传统的婴儿防护带一般都是五点式的普通防护带，不具备其他的功能。因而面对突发的交通事故并不能很好的保障婴儿的生命安全。本装置通过多种模块从全方位的保证婴儿的安全，具备体温监测功能，可以实时记录婴儿的体温，预防婴儿由于车内温度过高引起的晕厥。还可以收集车内的气体数据，在汽车行驶过程中的湿度和气体变化，预防婴儿因为气体的变化造成的呼吸困难。在遇到紧急情况时还可以通过SIM900A进行远程无线传输，帮助家长了解婴儿的实时动态。相比传统防护带可靠性也有所提高。

本装置主要分为4个模块，分别为无线传输模块、温湿度监测模块、气体检测模块、生命监测模块。

4.2采集端

通过DHT11温湿度传感器对车内的湿度和温度进行精准的测量，并通过软串口将数字信号输出给FPGA。

利用AD8232生理监测模块对婴儿的心率、血压等进行测量。

气体监测模块对气体进行分析和处理。

4.3发送端

HC-05蓝牙模块和FPGA结合，通过I2C接口较为方便的和FPGA进行数据交互。监测HC-05的通信状态，一定范围内监控婴儿的状态。具有高性能低能耗的优势。

SIM900A模块与FPGA开发板通过串口相连接，可以远程传输给家长的SIM卡实时掌握婴儿在车内的情况。

4.4接收端

FPGA具有很强的灵活性和可重构性，使得可以不断地优化模块。借助FPGA对各个模块发送的数据进行接收与处理，并灵活的运用和控制。

五、结束语

基于传统婴儿防护带智能化低、安全系数低的缺点，本装置主要分为四个模块，分别为无线传输模块、温湿度监测模块、气体监测模块、生命监测模块。可以同时对婴儿进行多方面保护，提高了稳定性和可靠性，极大程度保障了婴儿在车内的安全。

同时本装置是基于FPGA构造的一款智能防护带，进而借助芯片对模块进行控制，达到灵活的运用。

参考文献：

[1] 张影 . 社区医疗模式下远程多参数监护系统设计与实现 [D].东南大学 ，2015.

[2] 杨虹 . 基于无线传感器网络的远程医疗监护系统的设计与实现 [D]. 湖南大学 ，2016.

[3] 张岩 . 基于系统的物联网应用平台设计与实现 [D]. 哈尔滨工程大学，2013