一種用于輔助救援的多功能手表的設計與應用

劉昊炎

摘 要：在地震、礦難、火災等突發(fā)性事故中，建筑物的倒塌會導致許多人員被困于廢墟之下。在寶貴的救援時間里，很少有受困者能夠通過向地面發(fā)出求救信號的方式獲得救助。本文基于上述背景設計出一種可用于輔助救援的多功能手表，該手表設有救援模式功能，并內(nèi)置聲波發(fā)生器和脈搏感受器。除此之外，手表的供電系統(tǒng)采用太陽能電池和紐扣電池的雙電池組供電模式，保障了手表的日常使用。該多功能手表的設計為手表智能化與多樣化的發(fā)展提供了一種參考模式，也為突發(fā)性事故中的救援工作提供了更多便利。

關鍵詞：多功能手表;輔助救援;聲波發(fā)生器;脈搏感受器

中圖分類號：TH789 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）08-0033-02

0 引言

手表作為一種顯示時間的儀表工具，方便了人們的日常生活。隨著智能化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與人們使用需求的增多，手表也被賦予了更多的功能，比如通話、計步、感知心率等。這些常用的功能在一定程度上簡化了人們的生活方式，也為我們提供了更多的便利。然而當?shù)卣稹⒌V難等一些突發(fā)性事故發(fā)生時，很少有人能夠利用身邊的設施實現(xiàn)自救或向他人發(fā)出求救信息。手表作為人們?nèi)粘Ｉ钪械谋銛y設備，如若對其賦予輔助救援功能。則當人們身處逆境時，便多了一種救援手段，從而更有可能脫離危險。

在目前的多功能手表研究過程中，張自達設計了一款基于STM32的多功能智能健康手表。該智能健康手表不僅擁有傳統(tǒng)可穿戴產(chǎn)品查看時間，設置鬧鐘等功能。還擁有血氧飽和度檢測、運動量監(jiān)測、跌倒檢測、心率檢測、血氧飽和度檢測、血壓檢測、電話、短信、音樂播放、體溫檢測等功能[1]。王伯韜等人設計了一款節(jié)能手表，該手表具有檢測步數(shù)、探測心率、控制加減速實現(xiàn)更加健康運動的功能[2]。鐘麗娜等人設計了一種基于STM32芯片的小型多功能智能手表系統(tǒng)，該系統(tǒng)除常規(guī)計時外，還實現(xiàn)了環(huán)境溫度檢測、心率檢測、睡眠狀態(tài)檢測、電子羅盤等功能[3]。林道設計了一種多功能手表尋呼機，可使用手表進行日常打電話等功能[4]。催振永采用一種新型的電路設計了一種多功能語言萬年歷手表，該手表具有樣式新穎、功能多且實用、價格低廉等特點[5]。而僅在近期，李輝等人才提出手表防身警報器的設想，意在當兒童、婦女遇到歹徒或者其他緊急情況時為其提供報警幫助其可按下手表表盤的按鈕，手表會發(fā)出100分貝左右的強烈報警聲，有效地嚇阻歹徒。或者患有急性疾病的病人，遇到病情發(fā)作而口不能發(fā)出求救聲，也可按下手表按鈕，發(fā)出報警聲，向他人尋求幫助，甚至可能會挽救生命[6]。然而關于輔助救援的新型手表的研究依然匱乏，本文在此基礎上提出了一種多功能手表的設計理念。

本文所設計的手表除了查看時間的功能外，手表上還設有救援模式切換開關。當打開切換開關時，表盤上的LED燈開始閃爍，方便受困者在障礙物遮擋的陰暗環(huán)境中進行活動。手表內(nèi)置有聲波發(fā)生器，可發(fā)出聲波信號以便被搜救人員所使用的生命探測器感知。手表上還配備脈搏感受器用于探測佩戴者的生命體征。手表的供電系統(tǒng)采用太陽能電池和紐扣電池雙電池組供電的模式，以確保手表的各項功能在苛刻的環(huán)境中依然能夠正常運行。本文提供的多功能手表設計方案為地震多發(fā)區(qū)以及事故風險區(qū)人員提供了一種生命保障。

1 設計方案

1.1 智能手表總體設計布局

如下圖1所示為智能手表的總體設計布局，當佩戴人員處于日常工作模式時，手表可作為時間工具正常使用。當佩戴人員遇到險情處于求救狀態(tài)時，可將模式切換開關切換至求救模式。此時LED燈盤上的燈珠被點亮，整個表盤實現(xiàn)電筒功能向表盤指示方向發(fā)出強光;聲波發(fā)生器發(fā)出超聲波，為外界處于搜救狀態(tài)的聲波探測器提供信號;脈搏探測器用于探測使用者的生命體征，當檢測到使用者生命體征減弱時，將反饋信號提供給聲波發(fā)生器和LED燈盤，聲波發(fā)生器和LED燈盤加強工作模式，擴大求救信號，以便地面搜救人員能夠更加容易的找到被困的手表佩戴者。當脈搏探測器未檢測到脈搏信號時，將反饋信號提供給電池組和LED燈盤，電池組切換工作模式，將所有電量供給給聲波發(fā)生器，LED燈停止工作。聲波發(fā)生器降低聲波發(fā)射頻率，以弱波形式向外界持續(xù)發(fā)出信號，便于搜救人員尋找受害者遺體。本文所設計的智能手表在一定程度上實現(xiàn)了人性化與智能化的結合，為輔助救援設備的設計與研究提供了參考方向。

1.2 控制系統(tǒng)設計方案

如圖2所示為手表的控制系統(tǒng)設計模式。模式本身具有反饋回路，模式切換開關控制求救模式和脈搏傳感器的開啟與關閉，LED燈盤和聲波發(fā)生器由求救模式進行控制，脈搏傳感器實現(xiàn)反饋調(diào)節(jié)。當佩戴人員打開模式切換開關時，手表處于求救模式，此時LED燈盤、聲波發(fā)生器和脈搏傳感器處于工作狀態(tài)。脈搏傳感器檢測的脈搏信號作為反饋信號反饋給LED燈盤和聲波發(fā)生器。當脈搏傳感器檢測不到脈搏信號時，LED燈盤停止工作，聲波發(fā)生器調(diào)整工作狀態(tài)至弱波模式。

2 創(chuàng)新性與可行性分析

本文所設計的用于輔助救援的多功能手表相比較傳統(tǒng)手表而言，增加了救援模式，比較適用于地震多發(fā)區(qū)人員和礦物開采人員使用，具有一定的客戶針對性。腕表上配備的聲波發(fā)生器在救援模式打開時可向外界發(fā)出救援信號，這一設計目前在智能型手表的設計概念中尚屬首例，具有一定的創(chuàng)新性。本文的另一創(chuàng)新點在于將脈搏傳感器配備在表帶上，這與目前市場上出現(xiàn)的智能手表傳感器的配備模式不同。脈搏傳感器配備在表帶上可實現(xiàn)傳感器與脈搏的緊密貼合，從而更有利于傳感器對脈搏信號的探測。除此之外，腕表的太陽能電池和紐扣電池的雙電池組供電模式也為腕表本身提供了足夠的動力。綜上所述，本文所設計的智能型多功能手表具有一定的創(chuàng)新性。

目前關于智能型手表的設計方案有很多，然而實際投入應用的設計卻很少。其主要原因在于，絕大多數(shù)的智能型手表設計方案都將設計目標放置在手表的多功能上，即力求使手表具有防水、心率監(jiān)測、電話呼叫等功能。這些要求最終導致手表在制作過程中制作成本增加，可靠性變差，從而導致制作失敗，最終無法投入市場。本文所設計的智能型手表具有一定的用戶針對性，且功能簡單實用，能夠快速的實現(xiàn)制作過程并投入市場。制作成本低廉，從而價格親民。因此本文所設計的智能型手表在一定程度上表現(xiàn)出很大的可行性。

3 結語

本文提出一種用于輔助救援的多功能手表設計理念，該手表除了日常查看時間的功能外，還具有輔助救援功能。手表本身內(nèi)置LED表盤、聲波發(fā)生器、脈搏傳感器以及太陽能電池和紐扣電池共同作用的雙電池組工作模式。當佩戴人員處于求救環(huán)境時，能夠打開LED照明功能為佩戴人員在黑暗環(huán)境中提供光源，以便其熟悉周圍環(huán)境。與此同時，手表內(nèi)置的聲波發(fā)生器可向外界發(fā)送求救信號，從而更加便于搜救人員進行救援工作。手表本身所攜帶的脈搏傳感器可實時監(jiān)測佩戴人員的身體狀況，進而調(diào)整求救信號。腕表所具有的雙電池組工作模式能夠為其提供充足的動力，即使是在極端環(huán)境下，腕表依然可以實現(xiàn)正常工作功能。這些設計使得手表本身具有一定的實用性價值。同時，本文所提出的智能型手表設計理念也為我國救援設備的發(fā)展提供了一定的參考意義。

參考文獻

[1] 張自達.基于STM32的多功能智能健康手表設計[D].寧夏大學，2018.

[2] 王伯韜，王志坤，房欽格，薄志偉.多功能節(jié)能手表[J].河北農(nóng)機，2017（12）：34.

[3] 鐘麗娜，王志凌，孫嘯，梁貴龍，石俊杰，閆東.基于STM32的小型多功能智能手表[J].科技經(jīng)濟導刊，2016（34）：97.

[4] 林道.多功能手表尋呼機[J].現(xiàn)代通信，2001（09）：31.

[5] 催振永.KSD型多功能語言萬年歷手表[J].中小企業(yè)科技信息，1999（11）：21-22.

[6] 李輝，王志坤，王佳楠，鄒慧娜.手表防身警報器的設想[J].河北農(nóng)機，2018（10）：65.