预防产后抑郁症的婴儿照顾情景模拟系统的制作方法

本发明涉及预防产后抑郁症产前预防领域，具体为一种预防产后抑郁症的婴儿照顾情景模拟系统。

背景技术：

产后抑郁症(Postpartum Depression,PPD)被称为“隐形杀手”,是指产妇分娩后出现的抑郁障碍,是女性精神障碍中最为常见的类型,最早由Pitt于1986年提出并报道。产后抑郁在临床上表现为焦虑、沮丧、心情低落、绝望、悲观、敌对、自暴自弃以及恐惧等，严重者造成生活自理能力及婴儿照顾能力的丧失，甚至还出现过杀婴以及自杀等行为，对产妇的母婴关系、哺乳、婴儿的生长发育以及自身的健康与家庭的和谐造成很大的影响。

产后抑郁症的主要致病原因主要是以下两个方面：一是新生妈妈由于角色和生活习惯的转变，缺乏对分娩的心理准备及相关认知，对母亲角色认同缺少；二是家人对于产妇照顾新生儿的难度理解上存在差异，产后缺乏家庭和社会支持。由于不同国家地区社会发展水平、诊断标准等不同，其发病率各国报道差异也较大。国外报道，PPD发病率为2.1％-31.6％，国内各地报道的发病率从6.50％-43.12％不等，且近年来在我国呈现上升趋势^[1]。加之，自我国“二孩”政策实施以来，累计生育需求集中释放，产次增加，患病人次增加，对产后抑郁症的关注尤其重要。

目前国内外对于产后抑郁症的常规治疗手段主要有心理治疗、药物治疗等，上述两种侧重于产后抑郁症已经发生之后的治疗手段，随着研究的不断深入，有研究发现症状最严重的抑郁症最常在怀孕期间开始，而非人们通常认为的分娩之后，因此产前干预预防作为一种新兴的治疗方式得到较多青睐，相关研究^[2]表明采取认知行为治疗干预对初产妇进行心理干预能有效降低抑郁症的发生。

因此，本发明旨在提供一种能够仿生新生儿的具有提升孕妇认知功能的情景模拟系统。准爸妈通过产前对模拟新生儿照顾情景系统的训练，提升对哺育新生儿过程的认知以适应产后养育孩子的过渡，从而达到减少产后抑郁症发病几率的目的。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种新的方案，使得准妈妈通过对该模拟婴儿的“哺育”提前了解育儿过程，加强育儿方面的认知，顺利完成由为人妻到为人母的过渡，从而达到预防产后抑郁症的目的。此外，该方案可以由准爸妈一同参与体验，让家庭成员体会到育儿的艰辛，有利于唤醒其他家庭成员对孕产妇给予更多关爱的意识。综上所述，预防产后抑郁症的婴儿照顾情景模拟系统可以在准妈妈和其他家庭成员两方面起到预防产后抑郁症的作用。

本发明采用的技术方案如下：提供一种预防产后抑郁症的婴儿照顾情景模拟系统，包括模拟婴儿外形的橡胶娃娃和内置芯片、液晶显示屏模块、语音模块，其特征在于，该系统还包括运动传感器模块、磁力传感器模块、干簧管、奶嘴头部装有磁铁的奶瓶、封装有磁铁的纸尿布，所述橡胶娃娃体内放置内置芯片和语音模块、运动传感器模块和磁力传感器模块；

液晶显示屏模块的显示屏外露于橡胶娃娃的表面，液晶显示屏模块的线路部分设置在橡胶娃娃内部，运动传感器模块位于橡胶娃娃的体内中轴线上，内置芯片位于橡胶娃娃腹部的内部，干簧管安装在橡胶娃娃口腔内部，磁力传感器模块位于橡胶娃娃肚脐位置；

运动传感器模块与内置芯片的IIC接口连接，液晶显示屏模块与内置芯片的显示屏接口连接，语音模块、磁力传感器模块、干簧管均与内置芯片的主控部分的IO口引脚连接。

所述内置芯片内加载有对应喂食、拍嗝、便溺、哄睡功能的正确操作二维码图案和以婴儿口吻表达的需求话语，且内置芯片内加载有传感器控制和检测程序。

所述内置芯片中的传感器控制和检测程序的程序流程是：首先开始系统进行初始化，并在液晶显示屏模块上显示婴儿当前状态信息，然后随机进入三种情形：

CASE 1：喂食，

液晶显示屏模块中显示喂食二维码，语音模块进行模拟婴儿哭声提示，设置喂食时间间隔，用奶嘴头部装有磁铁的奶瓶，采用干簧管进行配合操作，干簧管检测奶瓶位置，液晶显示屏模块上不断刷新喂养进度，判断喂养动作是否完成，如果没有完成则返回干簧管检测奶瓶位置；如果喂养动作完成，则进入拍嗝动作；运动传感器模块检测拍嗝动作，根据检测到的动作强度和频率情况进行记录和分析，判断拍嗝动作是否完成，如果拍嗝动作没有完成，则返回运动传感器模块检测拍嗝动作；当达到预设的拍嗝动作幅度阈值后，拍嗝动作完成，则语音模块发出模拟婴儿笑声，提示问题结束；

CASE 2：哄睡，

液晶显示屏模块中显示哄睡二维码，语音模块进行哭声提示，模拟哭声，设定哄睡时间间隔，运动传感器模块检测哄睡动作，进行摇晃哄睡同时语音模块响起摇篮曲，然后判断哄睡动作是否规范，若动作不规范，则返回运动传感器模块检测哄睡动作；若动作规范则在液晶显示屏模块上不断刷新哄睡进度，判断哄睡动作是否完成，若哄睡动作没有完成则返回运动传感器检测哄睡动作；当运动传感器模块检测到动作幅度满足预设摇晃哄睡动作幅度阈值，系统模拟入睡，结束哄睡过程；

CASE 3：便溺，

液晶显示屏模块中显示便溺二维码，语音模块进行哭声提示，模拟哭声，设定便溺时间间隔，每次便后会以“哭声”作为提示，采用磁力传感器模块进行操作；磁力传感器模块检测纸尿布的打开状态，并在液晶显示屏模块上不断刷新换尿布进度，判断换尿布动作是否完成，若没有完成，则返回磁力传感器模块检测纸尿布的打开状态，若更换纸尿布并满足更换时间设定，则系统语音模块发出模拟婴儿笑声即表明功能实现，结束换尿布过程。

该系统用于预防产后抑郁或者用于婴儿教学实验模拟。

与现有技术相比，本实发明的有益效果是：

(1)本发明更加经济，用STM32单片机为主控MCU，集各项控制于一身，大大提高了程序运行的速度，为算法的高度优化，多模块的数据处理提供了便利，确保了低功耗的同时运行的可靠性，同时较好的控制了从设计到使用各环节中的各项成本。MPU6050六轴陀螺仪的使用，提高了操作的准确性与运行的可靠性，真正模拟了产褥期婴儿对外界环境敏感的特征，同时该运动组件在本系统中得到多次使用，进一步提高了本发明成本优势。

(2)本发明专利受众面更广、模拟更先进，其受众对象的不只是新生妈妈们，还有他们的家人，同样是很好的体验对象，这意味着可以在家庭因素方面同样可以较好地预防产后抑郁症。该系统利用MPU6050加速度等传感器，使传统的无生命的塑胶娃娃得以具备鲜活的功能，使得新生妈妈对育儿操作更加真实，体验更加丰富。于社会方面的应用而言，该系统可以用在孕妇学校，护理学校等产前培训机构，以及一些医疗公司，科研院所作为实验模具，给橡胶娃娃内置了由单片机和传感器构成的控制装置，从而使智能橡胶娃娃更加真实，更加智能。

(3)本发明技术层面更开放，可个性化定制。考虑到国内此类通过婴儿照顾情景模拟来预防孕产妇产后抑郁症的作品数量极少，并且此类消费电子产品的普及尚需一个较长的过程，本发明为科研人员以及广大爱好者预留了调试接口,STM32单片机本身具有串口接口，即日常生活中常见的MINI USB Type B的一根数据线便可以实现单片机到电脑端口的连接。由于不同婴儿个体具体的生活习惯以及作息规律不同，此接口可根据用户需求上传特定婴儿的生活习惯，睡眠周期等具体信息，以便广大科研人员和爱好者利用MATLAB等数值分析软件对算法进行验证并加以发展。

(4)综上，本发明的设计简单合理，更具人性化，通过对1-3个月大婴儿全方面的周期性模拟，较好地展示了孕产妇对婴儿照顾的情景。语音模块模拟婴儿的哭声，笑声等设计，侧重唤醒母爱，使孕产妇意识到母亲的责任以及适应婴儿的生活状态；液晶显示屏模块对于二维码的显示，不仅传授给用户切实高效的育儿技巧，更能确保与婴儿活跃时期的良好互动，拉进母子心灵之间的距离。以上种种设计，确保使用者得到了良好的用户体验，更加人性化。

本发明系统内部STM32单片机(内置芯片)、MPU6050运动传感器、语音模块、液晶显示屏、磁力传感器，干簧管之间建立合理的导线连接，通过给STM32单片机编写的对上述各个传感器控制和检测的程序，并在外部封装上橡胶娃娃之后，实现了一个能够模拟真实婴儿基本生理过程的智能娃娃。单片机和传感器之间的物理连接，是借助杜邦线实现了单片机排针和传感器外引接口(多为排针)的连接，即简单的拔插，主要创新点在于给橡胶娃娃内置了本申请一套由单片机和传感器构成的控制装置，使得橡胶娃娃能够模仿新生儿“吃喝睡哭笑”的基本生理过程，准爸妈通过使用该系统进行产前的训练，提升对哺育新生儿过程的认知以适应产后养育孩子的过渡，从而达到减少产后抑郁症发病几率的目的。

附图说明

图1为本发明预防产后抑郁症的婴儿照顾情景模拟系统的硬件结构框图。

图2为本发明防产后抑郁症的婴儿照顾情景模拟系统的程序流程图。

图中，1橡胶娃娃、2语音模块、3运动传感器模块、4磁力传感器模块、5液晶显示屏模块、6内置芯片、7奶瓶、8纸尿布、9干簧管。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明疫苗运输系统做进一步详述。但并不以此作为对本申请保护范围的限定。

本发明一种预防产后抑郁症的婴儿照顾情景模拟系统(参见图1)，该系统包括模拟婴儿外形的橡胶娃娃1、运动传感器模块3、磁力传感器模块4、干簧管9、液晶显示屏模块5、语音模块2、内置芯片6、奶嘴头部装有磁铁的奶瓶7、封装有磁铁的纸尿布8，所述橡胶娃娃体内放置内置芯片6和语音模块2、运动传感器模块3、磁力传感器模块4和液晶显示屏模块5；

除了相对于外部封装的橡胶娃娃而言，液晶显示屏模块位于橡胶娃娃的胸部位置，MPU6050运动传感器模块位于橡胶娃娃的体内中轴线上，内置芯片位于橡胶娃娃腹部的内部，干簧管安装在娃娃口腔内部，磁力传感器模块位于娃娃肚脐位置；

所述内置芯片以STM32系列、MSP430系列单片机为控制中心；运动传感器模块采用MPU6050或MPU6000运动传感器，运动传感器模块与内置芯片的IIC接口连接，液晶显示屏模块与内置芯片的显示屏接口连接，语音模块、磁力传感器模块、干簧管等均与STM32系列、MSP430系列单片机的普通IO口引脚连接；

本发明中各种元器件均为市面上常见的型号，其内置芯片可选STM32系列、MSP430系列单片机，运动传感器可选择型号为MPU6050、MPU6000，磁力传感器模块可选型号为KY系列磁力传感器，干簧管可选型号为GPS-14A、MKA系列、TS100或ORD-324，语音模块可选型号ISD系列，液晶显示屏模块可选型号为OLED-64128、OLD-12864、LCD-19264、SMR1602或LCD-12864。

内置芯片内加载有对应喂食、拍嗝、便溺、哄睡功能的正确操作二维码图案和以婴儿口吻表达的需求话语，且内置芯片内加载有传感器控制和检测程序；

在喂食功能的实现过程中，内置芯片控制液晶显示屏模块显示喂食二维码及婴儿有喂食需求的话语，并控制语音模块模拟婴儿哭声予以提示，动作过程的实现是通过一个奶嘴头部装有磁铁的奶瓶来配合完成的，当奶瓶靠近橡胶娃娃嘴部时，奶瓶奶嘴部位的磁铁便会引发干簧管动作，从而内置芯片识别喂食动作并开始计时，当计时达到设定的喂食时间阈值时，内置芯片控制语音模块模拟笑声，提示动作已经完成喂食功能；

当喂食功能实现之后，便会进入拍嗝环节，拍嗝功能的实现原理是内置芯片通过实时读入运动传感器模块传回的xyz三轴加速度数据进行判断，当拍嗝动作符合拍嗝动作的xyz三轴加速度设定的幅度阈值范围时，开始计入一次次数，当达到设定次数阈值时，内置芯片控制语音模块模拟笑声提示拍嗝功能已经完成，至此Case1中的喂食和拍嗝功能均已实现；

在Case2中哄睡功能，哄睡功能的实现原理及流程是内置芯片控制液晶显示屏模块显示哄睡二维码及婴儿有哄睡需求的话语，并控制语音模块模拟婴儿哭声予以提示，内置芯片通过实时读入运动传感器模块传回的xyz三轴加速度数据进行判断，并与设定的哄睡摇晃动作的xyz三轴加速度幅度阈值做比较，来判断摇晃哄睡动作是否符合标准，当摇晃哄睡动作幅度符合标准时，内置芯片控制语音模块播放摇篮曲音乐，计入符合标准的动作次数，当次数达到预设的次数阈值时，内置芯片控制语音模块发出笑声，提示摇晃哄睡动作已经完成，至此Case2哄睡功能已经实现；

在Case3中，我们主要实现在婴儿便溺时排便换纸尿布的功能，该功能的实现原理和流程是：内置芯片控制液晶显示屏模块显示便溺排便换纸尿布的二维码及婴儿有换纸尿布需求的话语，并控制语音模块模拟婴儿哭声予以提示，内置芯片通过腰部封装有磁铁的普通纸尿布配合操作，该功能中一开始纸尿布是穿在橡胶娃娃身上的，因此将纸尿布脱下的动作会通过位于橡胶娃娃肚脐位置的磁力传感器被单片机检测到，此时内置芯片开始计时，当腰部位置封装有磁铁的纸尿布再次给橡胶娃娃穿上时，位于橡胶娃娃肚脐位置的磁力传感器便会检测到换好纸尿布的动作，从而停止计时，当计时长度未到达设定换尿布动作的时间阈值时，内置芯片通过控制语音模块模拟婴儿笑声，提示动作已经完成。设定换尿布动作时间阈值的目的，主要是考虑实际当中，给婴儿换纸尿布应当在一定时间内完成，而不宜过久，从而督促使用者能在规定的时间内完成该动作；

随婴儿年龄大小或地域习惯不同而，上述的喂食时间阈值、拍嗝动作幅度阈值、摇晃哄睡动作幅度阈值、换纸尿布时间阈值的具体取值根据1-3个月大的新生儿生理状况和生理周期会发生改变，进而实现对1-3个月大的新生儿生理状况和生理周期的真实模拟。

根据文献显示以及参考周围人群的实例，1-3个月的新生儿活动范围以及活动能力十分有限，日常行为表现比较简单，仅具备喂食、哄睡、便溺三种基本的生理需求，且对于外界的需求只通过哭声来表达。根据以上1-3个月婴儿的生理特点，将该情景模拟系统的功能主要集中在三个方面，分别对应于婴儿喂食、哄睡、便溺三种需求。

第一个功能为喂食。根据查阅资料可知，1-3个月婴儿的喂奶频率平均为4小时一次，因此我们在系统喂食功能中设置喂食频率为每4时/次。当需要进行婴儿喂食动作时，该情景模拟系统会通过“哭声”予以提示。动作过程中，利用喂食工具进行操作，此时液晶显示屏对应显示喂食进行的完成度(是否达到喂食时间阈值)。考虑到实际中婴儿在喂食后由于胃部压力容易出现溢奶，吐奶现象，因此在此功能中增加拍嗝功能。喂食完成后，将该模拟婴儿直立抱起，让婴儿趴在自己肩上进行拍嗝操作，根据实际情况进行多次试验，设定值为拍嗝动作次数的阈值。进行拍嗝动作，若拍嗝动作不当或者未达到完成要求，根据读入的MPU6050传感器xyz三轴加速度的值和预设拍嗝动作幅度阈值比较来判断，当大于该拍嗝动作幅度阈值时橡胶娃娃会通过语音模块发出哭声，该系统同样会发出“哭声”作为提醒，直至完成度为100％(拍嗝动作恰当，在预设的拍嗝动作幅度阈值范围内)，系统会模拟婴儿发出“笑声”代表功能实现。运动传感器会根据检测到的动作强度和频率情况进行记录和分析，当每一次都达到预设的拍嗝动作次数的阈值并最终达到完成度后，系统会发出“笑”声，代表功能实现。

第二个功能为哄睡。经查阅资料1-3个月婴儿每天大部分的时间都是在睡眠中度过，尤其在喂食完成后更容易感到困倦，此外在实际情况中我们了解到在入睡前一般需要新生妈妈进行轻微的摇晃动作来帮助婴儿更好地入睡。基于此种情况，利用MPU6050六轴陀螺仪采取动作时的角度和加速度数据，根据MPU6050中自带的DMP解算姿态算法进行橡胶娃娃的姿态结算，经过该算法其输出的数据输送给内置芯片，更方便人为操作，设定xyz三轴加速度摇晃哄睡动作幅度阈值。动作进行前，婴儿开始“啼哭”，此时动作开始进行，液晶显示屏完成程度并验证姿态的准确度，通过“哭声”进行错误提示，通过“笑声”代表功能实现，其中功能实现过程中，设置“摇篮曲”代表动作进行的正确性。

第三个功能为便溺。1-3个月婴儿正是用尿布或者纸尿布的阶段，对于新生儿换纸尿布的频次，一般为宝宝大便后立马更换，小便则可以每2-3小时换一次，因此，系统设定时间为每2.5时\次。功能进行前同样通过“哭声”进行提示。动作过程中，设定解开纸尿布为功能进行状态，同时设定纸尿布更换时间，若未达到预设时间，系统会发出“哭声”。直至纸尿布更换完毕，达到完成度，系统发出“笑声”表示功能进行完毕。

以上三种功能进行时，进行了个性化显示的设定。液晶显示屏会出现对应不同功能的二维码图案和以婴儿口吻表达的需求话语，新生妈妈们均可通过扫描显示屏上的二维码图案获取对应不同功能下的教学视频进行观看，使得动作更加准确，体验更加流畅。

同时，以上功能实现过程中，通过MPU6050进行姿态解算，利用串口上传至MATLAB平台，实现实时检测信号变化并记录波形，可以利用记录的数据对孕妇进行育儿动作指导。

所述内置芯片中的传感器控制和检测程序的程序流程是：首先开始系统进行初始化，并在液晶显示屏模块上显示婴儿当前状态信息，然后随机进入三种情形：

CASE 1：喂食。液晶显示屏模块中显示喂食二维码，语音模块进行模拟婴儿哭声提示，喂食时间间隔设定为每4小时一次，用特制的喂奶工具，采用干簧管进行配合操作，干簧管检测奶瓶位置，液晶显示屏模块上不断刷新喂养进度，判断喂养动作是否完成，如果没有完成则返回干簧管检测奶瓶位置；如果喂养动作完成，则进入拍嗝动作；运动传感器检测拍嗝动作，根据检测到的动作强度(拍嗝动作幅度阈值)和频率(拍嗝次数阈值)情况进行记录和分析，判断拍嗝动作是否完成，如果拍嗝动作没有完成，则返回运动传感器检测拍嗝动作；当达到预设的拍嗝动作幅度阈值后，拍嗝动作完成，则语音模块发出模拟婴儿笑声，提示问题结束。

CASE 2：哄睡。液晶显示屏模块中显示哄睡二维码，语音模块进行哭声提示，模拟哭声，哄睡时间间隔设定为每6小时一次，运动传感器模块检测哄睡动作，进行摇晃哄睡同时语音模块响起摇篮曲，然后判断哄睡动作是否规范，若动作不规范，则返回运动传感器模块检测哄睡动作；若动作规范则在液晶显示屏模块上不断刷新哄睡进度，判断哄睡动作是否完成，若哄睡动作没有完成则返回运动传感器检测哄睡动作；当运动传感器模块检测到动作幅度(加速度和角度)满足预设摇晃哄睡动作幅度阈值，系统模拟入睡，结束哄睡过程。

CASE 3：便溺。液晶显示屏模块中显示便溺二维码，语音模块进行哭声提示，模拟哭声，便溺时间间隔设定为每2.5小时一次。每次便后会以“哭声”作为提示，采用磁力传感器模块进行操作；磁力传感器模块检测纸尿布的打开状态，并在液晶显示屏模块上不断刷新换尿布进度，判断换尿布动作是否完成，若没有完成，则返回磁力传感器模块检测纸尿布的打开状态，若更换纸尿布并满足更换时间设定，则系统语音模块发出模拟婴儿笑声即表明功能实现，结束换尿布过程。

本发明中所述的纸尿布为一种广义概念，可以为普通的传统尿布、也可以为一次性尿片、尿不湿、拉拉裤等多种形式，无论何种形式在纸尿布与娃娃接触的腰部均要设置有磁铁。

本发明未述及之处适用于现有技术，所涉及的元器件均由公知的商购途径获得。