一種兒童防摔呼叫裝置的制作

摘 要：0～3歲幼兒成長(zhǎng)過(guò)程中意外后摔造成的危險(xiǎn)愈發(fā)增多，因此，設(shè)計(jì)一款既能防摔又具有提醒功能的兒童防摔背墊可以減少或避免兒童后摔所造成的傷害。基于市面上現(xiàn)存的兒童防摔背墊已具有較完善的防摔功能，團(tuán)隊(duì)采用電阻式薄膜壓力傳感器和SIM9000A模塊，通過(guò)小組座談以及訪談的方式提出該防摔呼叫裝置的制作理念。該兒童防摔背墊包括背部背墊體和頭部背墊體一體設(shè)置，背部背墊體貼合兒童，背部一側(cè)設(shè)有兩個(gè)背帶口，將一組防脫彈力背帶與背帶口縫合，且該背帶可用扣環(huán)調(diào)節(jié)。將電子元器件安置在頭部背墊體內(nèi)，兒童后摔致頭部接觸到頭部背墊體后，薄膜壓力傳感器接收到信號(hào)并傳遞給STM32單片機(jī)處理，單片機(jī)發(fā)送命令至SIM900A模塊并被執(zhí)行。0～3歲幼兒頭部后摔所產(chǎn)生的重力是平均值，所以數(shù)值還有待測(cè)試。該裝置結(jié)合呼叫裝置，解決了因看護(hù)人疏忽導(dǎo)致兒童摔傷的問(wèn)題，給予兒童更多安全保障。

關(guān)鍵詞：兒童防摔；呼叫裝置；防摔背墊；GSM；單片機(jī)；SIM9000A

中圖分類號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2024）02-0-03

0 引 言

在全球范圍內(nèi)，每年約有7 000萬(wàn)個(gè)意外是兒童后摔引起的。0～3歲幼兒正處于成長(zhǎng)關(guān)鍵期，肢體發(fā)育不成熟，所以會(huì)由于不同原因出現(xiàn)摔倒情況而造成腦部受傷等嚴(yán)重后果。兒童摔倒后并不能依靠自我能力及時(shí)恢復(fù)安全狀態(tài)，且由于疼痛、不適等感受而亂動(dòng)，會(huì)對(duì)兒童自身造成更大傷害。該裝置將兒童防摔背墊與呼叫裝置結(jié)合，使家長(zhǎng)在獨(dú)自照顧兒童或由于疏忽等原因沒(méi)有及時(shí)幫助兒童的情況下，減少或避免兒童后摔造成的傷害。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了長(zhǎng)期研究，張華志[1]等人研究了兒童穿著防摔墊、兒童防后摔服裝等所起的保護(hù)作用。防摔墊由頭部防摔墊、后背防摔墊、背帶和防摔墊套構(gòu)成，所述頭部防摔墊與后背防摔墊相連，頭部防摔墊與后背防摔墊呈“T”字形；背帶連接防摔墊套的上部和下部，防摔墊套設(shè)有“U”形空腔，空腔大于后背防摔墊。防摔墊的頭部和后背有一定的彈性。但此兒童防摔背墊只能在摔倒時(shí)起到緩沖作用，不能在兒童摔倒后提醒家長(zhǎng)兒童處于危險(xiǎn)狀態(tài)。由于生活中摔倒的情況復(fù)雜，兒童手肘關(guān)節(jié)、腳踝等其他肢體部位均有可能磕碰，而當(dāng)下家長(zhǎng)又沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，可能導(dǎo)致兒童受傷情況加重。為此，本裝置將兒童防摔背墊與呼叫裝置結(jié)合，使家長(zhǎng)在獨(dú)自照顧兒童或由于疏忽等原因沒(méi)有及時(shí)幫助兒童的情況下，減少摔倒對(duì)兒童造成的危害，保障兒童安全[2-3]。

1 概 述

1.1 兒童防摔背景

兒童在長(zhǎng)大過(guò)程中意外摔倒跌傷不可避免。0～3歲幼兒在走路的過(guò)程中，會(huì)不斷磕碰甚至摔倒。而兒童缺少危險(xiǎn)意識(shí)，摔倒的方式及部位多種多樣，一旦摔到后腦存在很大的安全風(fēng)險(xiǎn)。大腦是控制人體的中心，其重要程度不言而喻，一旦摔傷主要產(chǎn)生以下幾種危害：

（1）可能會(huì)導(dǎo)致后腦勺受到一定的皮外傷。如，頭皮挫傷，還可能會(huì)有皮下血腫。大腦雖然有骨骼的保護(hù)，但是骨骼外的皮肉非常脆弱，一旦摔倒后腦勺著地，兒童體重的壓力外加慣性的作用，會(huì)使大腦后薄弱的皮肉承受很大的壓力。即使情況比較輕微，也有可能導(dǎo)致兒童的后腦勺受到一定

傷害。

（2）可能會(huì)導(dǎo)致輕微腦震蕩。所謂腦震蕩，是大腦內(nèi)部因?yàn)橥饨绲拇驌舳l(fā)生短暫的功能障礙。在兒童摔倒后腦勺著地的一瞬間，后腦勺承受的壓力比較大，而且震感往往會(huì)以骨骼作為媒介傳到大腦，導(dǎo)致兒童出現(xiàn)腦震蕩的情況[4]。

（3）可能會(huì)導(dǎo)致大腦出現(xiàn)比較嚴(yán)重的異常狀態(tài)，比如顱骨損傷等。若骨折嚴(yán)重，顱骨下陷可能會(huì)出現(xiàn)顱內(nèi)腦組織損傷，嚴(yán)重的會(huì)有腦水腫、腦出血等。與成年人相比，兒童的骨骼比較脆弱，情況嚴(yán)重時(shí)往往導(dǎo)致兒童昏迷[5]。

目前市場(chǎng)上已存在兒童防摔護(hù)欄、兒童防摔護(hù)具、兒童防摔帽、兒童防摔爬行墊和防摔墊等防摔產(chǎn)品。

1.2 本裝置設(shè)計(jì)的目的及意義

通過(guò)現(xiàn)有兒童防摔背墊與呼叫裝置相結(jié)合，制作了可以防摔并具有提示功能的防摔警示背墊，利用防摔警示背墊來(lái)減輕兒童摔倒時(shí)的受傷程度或避免兒童遭受更大的傷害，提醒監(jiān)護(hù)人此時(shí)兒童的狀態(tài)。通過(guò)防摔警示頭枕的使用，可大面積保護(hù)兒童頭部[6]。

根據(jù)生活中的真實(shí)場(chǎng)景，將兒童防摔背墊與呼叫裝置相結(jié)合。監(jiān)護(hù)人在家獨(dú)自照顧兒童時(shí)，兒童在監(jiān)護(hù)人視野外玩耍，摔倒發(fā)生危險(xiǎn)情況或需要監(jiān)護(hù)人幫助時(shí)，使用該裝置可使兒童避免遭受更大的傷害[7]。

湖南省兒童醫(yī)院統(tǒng)計(jì)了2018—2020年累計(jì)3年的住院兒童意外傷害數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)52%的兒童意外傷害發(fā)生在家庭，如圖1所示。

2 兒童防摔呼叫裝置的設(shè)計(jì)

文中設(shè)計(jì)的兒童防摔呼叫裝置由兒童防摔背墊體與呼叫裝置結(jié)合而成。將呼叫裝置分別固定在頭部背墊內(nèi)并連接，如圖2所示。

2.1 背墊體的設(shè)計(jì)

兒童防摔背墊背部一側(cè)設(shè)有兩個(gè)背帶口，將一組防脫彈力背帶與背帶口縫合，且該背帶可用扣環(huán)調(diào)節(jié)。將扣環(huán)設(shè)置在接近下部背帶口處，可以在兒童穿著時(shí)不對(duì)自身皮膚造成壓迫。此外，頭部背墊體中間為圓形；外圈可設(shè)計(jì)成圓形、五角星和花瓣等形狀；中心位置設(shè)有鏤空，為“O”型枕窩設(shè)計(jì)，兒童摔倒在地時(shí)自動(dòng)緩沖，給幼兒科學(xué)的防護(hù)且更加透氣。背部背墊體乃至整體都可以設(shè)計(jì)成小蜜蜂、小蝴蝶和小猴子等兒童喜愛(ài)的動(dòng)物形狀，如圖3所示。

該背墊體的材質(zhì)可根據(jù)季節(jié)選擇。春夏季節(jié)可采用透氣天絲面料結(jié)合3D透氣網(wǎng)面材質(zhì)，提升透氣度。秋冬季節(jié)可采用細(xì)膩水晶絨，更貼合幼兒的皮膚，無(wú)異物感，還具有保暖作用。內(nèi)里填充物為高密度軟彈海綿，此種海綿手感細(xì)膩，柔軟，不易變形。因?yàn)楦呙芏群＞d具有較好的記憶性以及很強(qiáng)的彈性，故其能夠?yàn)槿梭w提供較充足的支撐力，支撐0～3歲幼兒頭部，緩沖地面所帶來(lái)的沖擊力。

2.2 電子元器件的設(shè)計(jì)

本呼叫裝置主要由4個(gè)的薄膜壓力傳感器、GSM模塊、電池和單片機(jī)組成。兒童意外跌落摔倒后，頭部的重力和摔倒所形成的沖擊力會(huì)作用到薄膜壓力傳感器，觸發(fā)GSM模塊撥打指定電話提醒監(jiān)護(hù)人。設(shè)計(jì)框圖如圖4所示。

2.3 軟件程序的設(shè)計(jì)

該呼叫裝置需要薄膜壓力傳感器受到一定的壓力才能被觸發(fā)，數(shù)值根據(jù)以下分析得出。忽略空氣阻力等，在理想狀態(tài)下，薄膜壓力傳感器所接收的力約為兒童腦部的重力以及地面所帶來(lái)的沖擊力[8]。

從嬰幼兒腦重量的增速（與成人1 560 g腦重之比）看0～3歲嬰幼兒大腦的發(fā)展：

（1）新生兒大腦是成人腦重的25%，390 g。

（2）10個(gè)月的嬰兒的腦重是成人的50%，780 g。

（3）1歲幼兒的腦重是成人的60%，936 g。

（4）2.5歲幼兒的腦重是成人的75%，1 170 g。

由此可根據(jù)公式（1）得知0～3歲兒童跌落時(shí)腦部的重力為3.43～11.466 N，平均值為7.448 N。

出生時(shí)嬰兒標(biāo)準(zhǔn)身高為50 cm，標(biāo)準(zhǔn)體重為3.25 kg。1～

3歲標(biāo)準(zhǔn)身高和體重計(jì)算公式為身高=年齡（歲）×7+75；體重=年齡（歲）×2+8。由此可知，3歲兒童標(biāo)準(zhǔn)身高為96 cm，

體重為14 kg。再根據(jù)公式可得出地面給兒童后腦的沖擊力為22.556～96.926 N，平均值為59.741 N。

薄膜壓力傳感器受到約67.189 N的壓力就會(huì)發(fā)送信號(hào)給STM32單片機(jī)，單片機(jī)接收信號(hào)并向SIM900A模塊發(fā)送AT指令，撥打指定電話[9-10]，如圖5所示。

（1）

3 結(jié) 語(yǔ)

全球兒童安全組織調(diào)查顯示，在中國(guó)，意外跌落是城市兒童意外傷害的首要原因，36%的意外傷害是由意外跌落引起的。有資料顯示，我國(guó)每年約有二三百萬(wàn)兒童由于摔傷到醫(yī)院接受治療，且多為4歲以下幼兒。通常，5～9歲的兒童易在玩耍中滑倒或被人推倒，易從窗口跌落；10歲以上兒童少年，跌倒多發(fā)生在運(yùn)動(dòng)娛樂(lè)時(shí)。由此可知，0～3歲幼兒意外跌落摔倒事件多發(fā)，如若家長(zhǎng)可及時(shí)知曉危險(xiǎn)并幫助兒童會(huì)減少或避免造成嚴(yán)重后果。

為了減少或防止0～3歲兒童在成長(zhǎng)過(guò)程中后摔遇到重大危險(xiǎn)，該研究提出了一種兒童防摔呼叫裝置。在兒童防摔背墊的防后摔功能基礎(chǔ)上添加呼叫功能，具有極大價(jià)值。

該研究尚不完善，存在一些擬解決的問(wèn)題：

（1）可行性，即是否可以在不妨礙兒童正常生活的前提下發(fā)揮保護(hù)兒童安全的作用；

（2）正常0～3歲兒童摔倒，頭部重量是否能夠有效觸發(fā)裝置有待精確測(cè)量；

（3）觸發(fā)裝置位置還需要實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，尋找最有效、最安全的膜片壓力感應(yīng)器放置位點(diǎn)，需要準(zhǔn)確選取觸發(fā)裝置；

（4）相比市面上的防摔背墊，組合的呼叫裝置需要考慮成本和取材，本品為防摔呼叫一體裝置，成本稍高于普通防摔背墊。

參考文獻(xiàn)

[1]張華志. 一種兒童穿著防摔墊：CN203505637U[P].2014-04-02.

[2]劉鷹.手表式GPS兒童定位和求救呼叫裝置[J].現(xiàn)代科技譯叢（哈爾濱），2003，33（5）：48-49.

[3] 陸寅，朱鋁芬，楊帆.老人跌倒警報(bào)器的設(shè)計(jì)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2020，10（4）：82-83.

[4] 高敏，張一帆，洪成雨，等.基于FSR壓電薄膜傳感器鞋墊的足底壓力緩沖研究[J].中國(guó)皮革，2022，51（1）：81-85.

[5]虞沛芾，李偉.薄膜壓力傳感器的研究進(jìn)展[J].有色金屬材料與工程，2020，41（2）：47-54.

[6] NELSON T D，BERGMAN Y S，COUTO M C P，et al. Ageism：Stereotyping and prejudice against older persons [M]. The MIT Press：2017-05-26.

[7]彭永杰.預(yù)防兒童失聯(lián)及老人摔倒檢測(cè)系統(tǒng)[J].電腦樂(lè)園，2018，19（7）：90.

[8]楊曉冰.一種短距離兒童呼救訓(xùn)練電話機(jī)：CN207184556U [P]. 2017-08-14.

[9]余飚.兒童防摔背枕（貓頭鷹）：CN201830667575.8 [P]. 2018-11-22.

[10]余飚.兒童防摔背枕（DJ機(jī)器人）：CN201830667199.2 [P]. 2019-05-14.