CN102194301A - 基于呼吸和温差检测游泳安全的自动报警装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于呼吸和温差检测游泳安全的自动报警装置及检测方法，装置的温度采集单元采集游泳者呼吸和人体周围环境温度信息输入到数据处理与控制单元，数据处理与控制单元驱动电机动作，电机驱动光浮标报警。检测方法：温度采集单元通过第一、第二温度传感器采集游泳人的呼吸温度、周围环境温度值传输给数据处理与控制单元；数据处理与控制单元搜寻呼吸温度波峰波谷，计算呼吸周期；数据处理与控制单元计算出环境温度；呼吸周期判断呼吸停止时长给出报警信号；水温时长给出报警信号；组织抢救人员救治。结构简单，体积小，成本低，可视化，报警易被发现，使用方便，无需溺水者操作报警装置，广泛用于各种游泳池，江河、湖泊及海详游泳场。

Description

基于呼吸和温差检测游泳安全的自动报警装置及检测方法

技术领域

本发明涉及日常生活的一种游泳自动报警装置，具体涉及基于呼吸和温差检测游泳安全的自动报警装置及检测方法。

背景技术

游泳是大众喜爱的体育和休闲运动，但是每年都会发生游泳者溺水而亡的事故，给家庭和社会带来损失，因此，研究一种灵敏及时准确的报警装置是非常必要的。

目前随身携带的游泳报警装置有两种方式。其一，为手动报警。当泳者发生溺水或其它不适时，按响身上的蜂鸣报警器或启动无线发射器将信号发给管理者报警。其二，通过水压，判定泳者在水下的时长，即泳者在水下时间超过一定时间则自动启动报警。

第一种方法对于身体有其它不适可能更为有效，比如，感觉心脏不适或者抽筋等。但对于猛然呛水，就不是完全有效，呛水者可能瞬间窒息。尤其是对初学者，在水中手忙脚乱甚至完全不能自理，存在耽误报警时机的缺陷。

第二种方法是间接法，其依赖于对水压的检测，水中不同位置其水压也不同，而且是连续渐变的，以多深的水压作为泳者在水下的依据是个问题，该方法易造成误判或漏判的缺陷。

上述两种方法还存在有一个共同的缺陷：即无线信号在水中的衰减很快，信号很难被水上接收设备接收，水下的声光也不易被水面上监护者发现和听见。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单，体积小，成本低，使用方便，可视化，无需溺水者操作报警装置，该装置基于呼吸和温差检测的方式，结合自动启动闪烁浮标实现自动及时可视报警，从而达到准确及时地发现游泳溺水，避免伤亡事故发生的基于呼吸和温差检测游泳安全的自动报警装置。

本发明的另一目的是提供检测方法。

针对上述存在的缺陷或不足，本发明的技术解决方案是：一种基于呼吸和温差检测游泳安全的自动报警装置由温度采集单元、数据处理与控制单元、发光浮标报警单元组成，本发明的特殊之处在于所述温度采集单元采集游泳者的呼吸温度和人体周围环境温度信息输入到数据处理与控制单元，所述数据处理与控制单元根据人体呼吸温度特征以及水温特征输出门控制信号，所述门控制信号送到发光浮标报警单元的输入端，从而释放发光浮标浮出水面报警，所述数据处理与控制单元由呼吸分析、溺水特征识别、计时参数设置、电机四部分组成，所述温度采集单元由游泳者呼吸第一温度传感器和游泳者周围环境第二温度传感器构成，所述发光浮标报警单元由浮标箱，发光浮标，电池分别连接组成。

一种所述装置的检测方法，按下述步骤进行：

1）、该装置开机后，发光浮标报警单元中浮标箱内的二极管被点亮，设置报警时长和水温参数；

2）、温度采集单元通过第一、第二温度传感器分别开始采集游泳人的呼吸温度、周围环境温度，并将温度值分别输入给数据处理与控制单元；

3）、数据处理与控制单元对第一温度传感器送来的呼吸温度进行分析，通过搜寻呼吸温度波峰波谷，计算出呼吸周期；

4）、数据处理与控制单元对第二温度传感器送来环境温度数据与设置的水温参数进行比较计算；

5）、根据呼吸周期判断呼吸停止时长给出溺水驱动信号，或者根据环境温度判断水下持续时长给出溺水驱动信号；

6）、溺水驱动信号驱动电机动作；

7）在电机控制下自动打开浮标箱门，释放携带发光二极管的发光浮标浮出水面报警；

8）、当地面监控人员发现报警信号后，立即组织抢救人员救治。

本发明与现有技术相比，具有结构简单，体积小，成本低，使用方便，可视化，无需溺水者操作报警装置，该装置基于用呼吸和温差检测，并结合发光浮标报警，从而达到准确和及时的发现游泳溺水，避免伤亡事故发生的特点，根据人体的呼吸特征和水温特征共同实现双报警，其一，人呼气和吸气时有很大温差，会出现温度的最高点和最低点，即所谓温度的波峰与波谷，通过温差可以计算出呼吸周期，如果呼吸周期超过设定时长，即可认为游泳者溺水启动报警；其二，水温与水面上的温度差异大，如果检测出是水温特征且该特征持续时间超过设定时长也会启动报警。本装置采用基于呼吸和温差综合检测技术，通过发光浮标实施可视化报警，直接反应人体状况，用简单实用的方法解决了水中报警信号难以传输的问题，广泛用于各种游泳池，江河、湖泊及海洋游泳场。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明实现自动报警的工作流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对发明内容作进一步的说明：

参照图1所示，一种基于呼吸和温差检测游泳安全的自动报警装置，该装置由温度采集单元M1、数据处理与控制单元M2、发光浮标报警单元M3组成，所述温度采集单元M1采集游泳者的呼吸温度和人体周围环境温度信息输入到数据处理与控制单元M2，所述数据处理与控制单元M2根据人体呼吸温度特征以及水温特征输出溺水驱动信号，溺水驱动信号驱动电机输出门控制信号，所述门控制信号送到光浮标报警单元M3的箱体门，自动打开箱体门，带有发光二极管的发光浮标浮出水面，发光浮标通过软绳与浮标箱连接，所述温度采集单元M1由游泳者呼吸第一温度传感器和游泳者周围环境第二温度传感器构成，所述数据处理与控制单元M2由呼吸分析、溺水特征识别、计时和电机四部分组成，所述浮标光报警单元M3由浮标箱，发光浮标，电池和发光二极管组成，所述发光浮标上连接有发光二极管。

图2所示，一种基于呼吸和温差检测游泳安全的自动报警装置的检测方法，按下述步骤进行：

1）、该装置开机后，发光浮标报警单元中浮标箱内的二极管被点亮，设定报警时长、水温；

2）、温度采集单元M1通过第一、第二温度传感器分别开始采集游泳人的呼吸温度、周围环境温度，并将温度值输入给数据处理与控制单元；

3）、数据处理与控制单元M2通过第一传感器发出的信息对呼吸温度进行分析，通过搜寻呼吸温度波峰波谷，即搜索出呼气时的最高温度、吸气时的最低温度，并分别记录出现最低温度和最高温度的时间点，计算出完成一次呼气和吸气所需时间，即呼吸周期；

4）、数据处理与控制单元M2通过第二传感器发出的信息对环境温度数据进行计算，即与设定的水温比较，采集的温度在设定相应温度的±1.5℃范围内，对应的温度特征即为水温特征；

5）、如果呼吸周期大于设定的时长则给出溺水驱动信号，或者如果环境温度为水温特征的持续时间超过设定的时长则也给出溺水驱动信号，该信号驱动电机动作；

6）、溺水驱动信号驱动电机将浮标箱门自动打开，浮标在水的浮力作用下浮出水面发光报警；

7）、当地面监控人员发现报警信号后，立即组织抢救人员救治。

本装置佩戴在游泳者的头部，其中第一传感器伸出对准鼻子，第二传感器安装在头顶。

数据处理与控制单元由微处理器和电机构成，并完成以下4个功能

1）、呼吸分析：通过温度采集单元送来的信号进行分析处理，得出呼吸周期参数；

2）、溺水特征识别：对呼吸周期与温度采集单元送来的环境温度信号实时分析，进行溺水特征识别，该特征指呼吸周期超过设定时间或者水温特性持续时间超过设定时间，所述设定时间是指游泳者根据自身情况设置的报警时长；

3）、计时及参数设置：为系统提供时间基准、报警时长及温度设定；

4）、开门：通过电机自动打开浮标箱门；

3、发光浮标报警单元M3由浮标箱，发光浮标，供发光二极管用的电池和发光二极管组成。浮标箱门打开后，携带有发光二极管的光浮标浮出水面报警。

综上所述，游泳者下水之前，先将报警装置开机，设定报警时长和水温，然后将装置佩戴在游泳者的头部，开始下水游泳，此时，温度采集单元设置的第一温度传感器采集呼吸温度，温度参数实时传送到数据处理与控制单元；第二温度传感器采集游泳者所处的环境温度，该温度参数也实时送入数据处理与控制单元。

数据处理与控制单元接收来自温度采集单元的温度信息，一般的由于人呼吸时温度特征为呼气时温度高，吸气时温度低，可以搜索呼吸温度的波峰和波谷，根据波峰波谷出现的时间点可以计算出呼吸周期，如果在设定报警时长内没有检测到呼吸周期则认为游泳者处于溺水状态，则输出溺水驱动信号；对环境温度进行计算，由于水中与水面以上温度存在差异，一旦检测出为水温状态，则认为泳者处于水下，此时启动计时，计时超过报警设定时长则亦输出溺水驱动信号。不论是呼吸检测还是温差检测，只要有一个超过报警设定时长，则送出溺水驱动信号驱动电机动作，保证了告警的可靠性

发光浮标报警单元接收到电机的门控制信号，将浮标箱门自动打开，携带发光二极管的发光浮标浮出水面完成光报警。

实施例1

1）、该装置开机后，设置报警时长30秒，水温为29℃；

2）、温度采集单元通过第一、第二温度传感器分别开始采集游泳者的呼气温度和吸气温度，周围环境温度，即游泳者在水里则为水温，头伸出水面则为水上温度，并将温度值传输给数据处理与控制单元；实时采集，呼吸温度每个人稍有差异，采到多少就是多少。

3）、数据处理与控制单元通过第一传感器传来的数据测量出游泳者鼻孔处最高温度为35℃，且发生在第3秒钟,最低温度为25℃,且发生在第23秒中,则该游泳者的本次呼吸周期为20秒；

4）、数据处理与控制单元通过第二传感器发出的信息与预先设置的温度进行比较，得出环境温度，设置的水温为29℃，此时测出的温度为29℃，则认为游泳者在水下，并开始计时；

5）、设置的报警时常为30秒，由于呼吸周期为20秒，小于报警时长，则不输出逆水驱动信号；

6）、对水温的计时到20秒时，由于游泳者进行了呼吸，头会露出水面检测到室温特征则停止计时，由于没有超过30秒，也不输出逆水驱动信号，说明游泳者是安全的；

实施例2

1）、该装置开机后，设置报警时长为30秒，水温为29℃；

2）、温度采集单元通过第一、第二温度传感器分别开始采集游泳人的呼气温度和吸气温度，周围环境温度，即游泳者在水里则为水温，头伸出水面则为水上温度，并将温度值传输给数据处理与控制单元；

3）、数据处理与控制单元通过第一传感器传来的数据测量出游泳者鼻孔处最高温度为35℃，且发生在第3秒钟,之后发生溺水，数据处理与控制单元继续搜寻温度的波谷，但在第33秒仍没有测出最低温度,即没有测到温度的波谷，也就是说本次呼吸周期将大于30秒，则输出溺水驱动信号，说明游泳者已溺水，不安全，急需抢救；

4）、数据处理与控制单元通过第二传感器发出的信息与预先设置的温度进行比较，得出环境温度，此时测出的温度为29℃，则认为游泳者在水下，并开始计时，由于发生溺水，则测出的温度始终为29℃，计时到30秒后，输出溺水驱动信号，说明游泳者已溺水，不安全，急需抢救；

5）、此时，步骤3）或步骤4）输出其中任一溺水驱动信号都可以驱动电机动作；

6）、当电机收到溺水驱动信号，瞬间将浮标箱门自动打开，携带有发光二极管的发光浮标浮出水面，说明泳池或泳场有游泳者已溺水，发出了报警信号；

7）、当地面监控人员看到报警信号后，立即组织抢救人员救治。

Claims (2)

1.一种基于呼吸和温差检测游泳安全的自动报警装置，该装置由温度采集单元（M1）、数据处理与控制单元（M2）、发光浮标报警单元（M3）组成，其特征在于所述温度采集单元（M1）采集游泳者的呼吸温度和人体周围环境温度信息输入到数据处理与控制单元（M2），所述数据处理与控制单元（M2）根据人体呼吸温度特征以及水温特征输出门控制信号，所述门控制信号送到发光浮标报警单元（M3）的输入端，从而释放发光浮标浮出水面报警，所述数据处理与控制单元（M2）由呼吸分析、溺水特征识别、计时参数设置、电机四部分组成，所述温度采集单元（M1）由游泳者呼吸第一温度传感器和游泳者周围环境第二温度传感器构成，所述发光浮标报警单元（M3）由浮标箱，发光浮标，电池分别连接组成。

2.一种如权利要求1所述装置的检测方法，按下述步骤进行：

1）、该装置开机后，发光浮标报警单元中浮标箱内的二极管被点亮，分别设置报警时长和水温参数；

2）、温度采集单元通过第一、第二温度传感器分别开始采集游泳人的呼吸温度、周围环境温度，并将温度值分别输入给数据处理与控制单元；   

3）、数据处理与控制单元对第一温度传感器送来的呼吸温度进行分析，通过搜寻呼吸温度波峰波谷，计算出呼吸周期；

4）、数据处理与控制单元对第二温度传感器送来环境温度数据进行比较计算，得出环境特征；

5）、根据呼吸周期判断呼吸停止时长给出溺水驱动信号，或者根据环境温度判断水下持续时长给出溺水驱动信号；

6）、溺水驱动信号驱动电机动作；

7）在电机控制下自动打开浮标箱门，释放携带发光二极管的发光浮标浮出水面报警；

8）、当地面监控人员发现报警信号后，立即组织抢救人员救治。

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