多信息檢測技術(shù)融合下的新型安全智能腳環(huán)設(shè)計

何龍飛

摘 要：隨著人民生活水平的不斷提高，家長對孩子的安全問題愈加重視。近年來，兒童溺水、汽車內(nèi)窒息死亡和走丟等情況頻頻發(fā)生。現(xiàn)今智能手環(huán)和電話手表已廣泛普及，本文針對兒童群體，設(shè)計了一款在智能手環(huán)和信息檢測技術(shù)基礎(chǔ)上的新型安全智能腳環(huán)，它可以通過檢測壓力和生命特征判斷兒童安全性，根據(jù)收集的信息追蹤定位確定兒童的位置，并在異常情況下自動報警，以有效避免意外情況的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：智能腳環(huán)；信息檢測；安全；報警

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.095

1 前言

根據(jù)權(quán)威部門的有效統(tǒng)計，我國每年因溺水、走丟以及汽車內(nèi)窒息死亡的兒童數(shù)量是十分巨大的，并且隨著二胎政策的放寬，兒童的數(shù)量會逐漸增大，對兒童安全的關(guān)注也會越來越強[1]。隨著智能技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)今以智能手環(huán)和電話手表為代表的多功能簡易佩戴設(shè)備不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)具備計步、計時、鬧鐘等基礎(chǔ)功能的佩戴設(shè)備已經(jīng)不能滿足公眾對佩戴設(shè)備安全保障功能的要求，因此研制一款具備安全保障功能的佩戴設(shè)備變得十分必要[2]。

隨著現(xiàn)代信息的不斷發(fā)展，媒體對兒童出現(xiàn)意外身亡的報道時有發(fā)生，2018年6月24日，山西省呂梁市下屬村莊發(fā)生兒童意外走失，最終丟失兒童身亡。2018年7月17日，安徽發(fā)的兩名女童鉆進未上鎖的轎車內(nèi)玩耍，不慎將自己反鎖車內(nèi)無法出來，在35℃的高溫天氣內(nèi)窒息死亡。2018年8月5日，北京一對8歲的雙胞胎姐妹跟媽媽到青島旅游，沙灘游玩時溺水身亡。在這種背景下，研制一款適合兒童并具有安全檢測及報警功能的佩戴設(shè)備具有重要的價值。因此，本文設(shè)計了一種具備多信息檢測功能的新型安全智能腳環(huán)。

2 智能腳環(huán)設(shè)計原則

該設(shè)計的適用對象是兒童群體，考慮到其特殊性，設(shè)計方案需要充分考慮簡易性、舒適性、持久性和可靠性的要求。簡易性和舒適性是因為兒童心理成熟度不足，防止其破壞設(shè)備或設(shè)備脫落；持久性是因為監(jiān)護人未必可以時刻關(guān)注兒童佩戴的設(shè)備，兒童也未必知道保證設(shè)備狀態(tài)正常；可靠性是安全性的基礎(chǔ)，可靠性要做到信息檢測的準確性、信息傳遞和報警的實時性。

基于以上設(shè)計原則，繪制如圖1所示的示意圖。

3 智能腳環(huán)功能設(shè)計

3.1 總體功能設(shè)計

本文設(shè)計的新型安全智能腳環(huán)主要實現(xiàn)四個功能：游泳水中壓力檢測、實時定位和生命特征檢測以及超過預(yù)定值自動報警。

游泳水中壓力檢測是用于保證兒童水中游泳的安全性，其可以檢測到水中的實時壓力，當(dāng)壓力超過預(yù)定值，不適合游泳時，自動報警，以電話和信息等形式傳遞給監(jiān)護人。實時定位是用來當(dāng)兒童走丟或者超出預(yù)定距離時，自動報警，以電話和信息等形式傳遞給監(jiān)護人。生命特征檢測是用來當(dāng)兒童窒息或溺水等情況時，生命特征出現(xiàn)異常時，自動報警，以電話和信息等形式傳遞給監(jiān)護人。除了以上主要功能，考慮到兒童的年齡和性格問題，該設(shè)計需具有娛樂性，如以卡通人物為表面設(shè)計[3]。

綜合以上設(shè)計功能的新型安全智能腳環(huán)，信息采集和自動報警是核心，總體功能設(shè)計如圖2所示。

3.2 電源設(shè)計

電源設(shè)計可以說是保證設(shè)備可靠性的重要設(shè)計之一。因為該安全智能腳環(huán)有多個信息采集設(shè)備，還有GPS和一些輔助功能，耗電量大，而電池由于體積較小，無法設(shè)計大容量電池，會造成設(shè)備待機時間比較短，大大降低了腳環(huán)使用的可靠性[4]。

因此本設(shè)計采用太陽能電池板和可充放電電池，利用電路轉(zhuǎn)換將太陽能轉(zhuǎn)化為電能儲存至電池，克服手機待機時間短的缺點。

3.3 軟件設(shè)計

各個模塊收集多種信息，通過4G協(xié)議發(fā)送到服務(wù)器端進行數(shù)據(jù)分析并與預(yù)設(shè)值進行比較，當(dāng)檢測到的數(shù)值超過預(yù)定值時，啟動報警功能，即通過短信和電話的形式通知監(jiān)護人[5]。

3.4 防水設(shè)計

因為安全智能腳環(huán)佩戴兒童可能經(jīng)常處于水中或者雨中，因此防水設(shè)計是保證腳環(huán)功能正常的重要設(shè)計之一。本文參照Bong智能手環(huán)的防水功能設(shè)計，保證腳環(huán)浸入水中數(shù)小時也不會使功能受到影響[6]。

3.5 信息收集模塊設(shè)計

本設(shè)計中最重要的信息模塊為水中壓力檢測模塊和生命特征檢測模塊。壓力檢測模塊是檢測智能腳環(huán)在水中產(chǎn)生的壓力信息，設(shè)計于腳環(huán)表面；生命特征檢測模塊是檢測佩戴者的血氧飽和度和心率特征，設(shè)計于靠皮膚一側(cè)[7]。

3.6 整體外觀設(shè)計

首先選擇舒適度高并無過敏原的材料制作腳環(huán)帶；然后，為避免兒童存在心理上的不適，將外漏的信息檢測模塊、表帶等外部與卡通、動漫進行結(jié)合，提高兒童心理方面的舒適感。

4 結(jié)語

本文對于現(xiàn)今兒童的可能面臨的安全隱患進行充分的考慮，結(jié)合兒童的心理、生理特性，設(shè)計出適用于兒童的新型安全智能腳環(huán)，能夠在充分獲取各類即時信息的情況下，準確判斷出兒童的安全情況，異常情況下及時報警通知監(jiān)護人，以有效避免兒童因意外而死亡情況的發(fā)生。

參考文獻：

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[2]佚名.手腕上的革命與“健康”息息相關(guān)的智能手環(huán)[J].電腦愛好者，2014（15）：94-95.

[3]葉奕風(fēng).兒童智能手環(huán)的工業(yè)設(shè)計[J].天津科技，2018（01）：83-85.

[4]王磊，邵平凡.基于MSP430和μC/OS-Ⅱ的低功耗智能手環(huán)設(shè)計[J].微型機與應(yīng)用，2015，34（15）：95-98.

[5]何曉龍，史文越，盛張群.智能手環(huán)/手機應(yīng)用程序在不同步行速度或路面中的計步有效性研究[J].中國體育科技，2016，52（06）：122-127.

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[7]王利，張思琪，曹繼剛.脈診疾病預(yù)警定位智能手環(huán)的發(fā)明設(shè)計[J].中國中醫(yī)藥現(xiàn)代遠程教育，2016，14（15）：51-53.