CN104134318A - 一种基于水位检测模块的智能安全泳帽及溺水报警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于水位检测模块的溺水报警方法，包含以下步骤：设置在游泳所戴泳帽上的水位传感器检测、判断游泳者位于水下的时间，当时间达到设定的阈值，三极管开关电路连续发出低电平信号到中央处理芯片一；收到低电平信号后，中央处理芯片一控制泳帽上的蓝牙模块发送求救信号到手机客户端，手机收到信号后进行手机震动提醒；同时泳帽上的射频模块一发送求救信号至智能手环，智能手环发出警报提醒智能手环穿戴者有人溺水；泳帽上的LED报警灯一此时闪烁；若射频模块一与智能手环连接失败，中央处理芯片一立即控制射频模块一发送求救信息到紧急报警终端。本发明的报警方法及泳帽，实现多重无线通讯方式的可靠报警，可靠性高、安全性好。

Description

一种基于水位检测模块的智能安全泳帽及溺水报警方法

技术领域

本发明涉及游泳人员溺水检测领域，特别涉及一种基于水位检测模块的智能安全泳帽及溺水报警方法。

背景技术

随着国民经济的快速，平稳发展，人民生活水平的显著提高，人们也越来越注重生活的舒适性和娱乐性，游泳成为人们日常健身和娱乐的常见方式，而在舒适性和娱乐性两者兼顾的前提下，人们对娱乐活动或设施的安全性要求也越来越高。然而，近年来，在公共游泳场所，由于救生人员的疏忽或者硬件设施的缺失，许多儿童或者游泳初学者发生了不该发生的悲剧，有些甚至因此失去了宝贵的生命，在家庭私人游泳池，由于儿童独自在家游泳，家长无法照看，也有类似悲剧发生。游泳者溺水时，头部往往完全浸没于水中而导致无法呼吸而发生生命危险。因此，及时检测游泳者头部完全浸没于水中的时间，及时对游泳者的安全情况的监控对减少甚至避免溺水事件的发生是十分重要的。

目前已有的安全泳帽大体有两种，第一种是当溺水发生时会给溺水者提供短时间的氧气，已有的经验告诉我们，当溺水事故发生时，如果无法及时通知到救援人员，提供氧气时间如不够长，还是会酿成悲剧，而且充气设备的安全性不高；第二种是基于压力传感器来检测溺水并报警，研究发现，压力传感器读数不稳定，而且游泳速度对其读数也有影响，因此此类设备用于检测溺水误判率高，其次，压力传感器多数体积较大，且需要A/D转换，硬件成本高且不适合穿戴式设备的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于水位检测模块的智能安全泳帽。

本发明的另一目的在于提供一种基于水位检测模块的溺水报警方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种基于水位检测模块的智能安全泳帽，包括泳帽本体，还包括设置在泳帽本体上依次相连的水位传感器、三极管开关电路、中央处理芯片一，以及分别与中央处理芯片一相连的蓝牙模块、射频模块一、LED报警灯一。

所述的中央处理芯片一为MSP430G2553单片机，所述的射频模块一为NRF24L01射频模块，所述的LED报警灯一为高亮度闪光灯。MSP430G2553单片机为低功耗处理芯片，低电量条件下可长期工作，对MSP430单片机进行编程时候，采用单片机内部的低功耗模式编程代码，达到单片机内部处理信息和数据的功耗最小化，同时进行太阳能供电；采取NRF24L01模块作为主要求救信号的载体，NRF24L01传输距离可达200米，符合游泳池内的传输距离实际，而且NRF24L01有处于低功耗状态的工作模式，作为传输载体同样可以节省耗电量，同时采用NRF24L01握手通信技术，确保求救信号可以稳定地收发，并确定信息的准确性；高亮度的LED报警灯发出的闪光能帮助救生员尽快确定溺水者位置。

本发明的另一目的通过以下的技术方案实现：

一种基于水位检测模块的溺水报警方法，包含以下顺序的步骤：

S1.设置在游泳所戴泳帽上的水位传感器检测、判断游泳者位于水下的时间，当时间达到设定的阈值，三极管开关电路连续发出低电平信号到中央处理芯片一；

S2.收到低电平信号后，中央处理芯片一启动报警方式一：中央处理芯片一控制泳帽上的蓝牙模块发送求救信号到手机客户端，手机收到信号后进行手机震动提醒；

同时中央处理芯片一启动报警方式二：中央处理芯片一控制泳帽上的射频模块一发送求救信号至智能手环，智能手环发出警报提醒智能手环穿戴者有人溺水；

与此同时，中央处理芯片一控制泳帽上的LED报警灯一闪烁；

S3.若泳帽上的射频模块一与智能手环连接失败，即报警方式二失效时，中央处理芯片一立即启动报警方式三：中央处理芯片一控制泳帽上的射频模块一发送求救信息到紧急报警终端。

步骤S2中，所述的智能手环包含中央处理芯片二、LED报警灯二、蜂鸣器、振动器，中央处理芯片二收到求救信号后，控制LED报警灯二、蜂鸣器、振动器工作。

步骤S3中，所述的紧急报警终端包括依次相连的射频模块二、中央处理芯片三、GSM模块，射频模块二与射频模块一连接后，将射频模块一发出的求救信息传输给中央处理芯片三，中央处理芯片三控制GSM模块发出求救短信到急救站。GSM网络为当今世界最稳定的最及时的网络传输技术，可以保证求救信号传输的及时性和准确性，止求救信号的出错和发出不及时。

所述的中央处理芯片一、二、三均为MSP430G2553单片机，所述的射频模块一、二均为NRF24L01射频模块。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明利用水位检测原理、多方无线通讯原理，对游泳者头部完全浸没于水中的时间进行实时检测，及时掌握游泳者的安全情况，预防因溺水而发生安全事故，同时使用多种通讯方式进行报警，进一步提高了报警的可靠性、及时性。多重通讯方式实现可靠报警的智能安全泳帽是通过蓝牙通讯接通手机客户端、NRF射频通讯接通救生员智能手环、GSM网络通讯接通急救站的多重通讯方式实现信号传输的可靠报警。所述的NRF射频通讯无法连接到智能手环产生失效时立即启动GSM网络通讯报警到急救站，同时NRF射频模块继续尝试与智能手环握手通讯实现信息资源的高利用率和求救信号发出的可靠性，保证了高安全性。

2、本发明创新地改造了现有的水位检测模块，无需使用A/D转换，利用水位模块的电阻特性创造性地使用了三极管的开关特性，极大地提高了检测的灵敏度；

3、本发明的智能安全泳帽采取蓝牙模块作为调整溺水时间阈值长短的传输载体，蓝牙传输距离可达20米。在智能手机方面对蓝牙开发不耗费信息传输费用，传输数据稳定可靠，块处于低功耗运行方式，可以节省用电量，符合现今穿戴式装备低功耗的要求。

4、本发明的智能安全泳帽具有小巧轻便，便于携带的特点，符合可穿戴式设备的特点。

附图说明

图1为本发明所述的一种基于水位检测模块的智能安全泳帽的工作原理图；

图2为本发明所述的一种基于水位检测模块的智能安全泳帽所处的报警系统的结构示意图；

图3为本发明所述的一种基于水位检测模块的智能安全泳帽的三极管开关电路的电路图；

图4为本发明所述的一种基于水位检测模块的溺水报警方法的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1、2，一种基于水位检测模块的智能安全泳帽，包括泳帽本体，还包括设置在泳帽本体上依次相连的水位传感器1、三极管开关电路2、中央处理芯片一3，以及分别与中央处理芯片一3相连的蓝牙模块4、射频模块一5、LED报警灯一6；

所述的中央处理芯片一3为MSP430G2553单片机，所述的射频模块一5为NRF24L01射频模块，所述的LED报警灯一6为高亮度闪光灯；

如图3，三极管开关电路2工作过程：水位传感器在水上的等效电阻Rw为5KΩ—10KΩ，而在水下的的等效电阻在600Ω以下；当水位传感器未进入水中时，电阻R1两端的分压(即三极管b、e极两端的电压)大小为 这个电压值小于三极管的导通电压0.7V，使三极管处于截止状态，三极管c、e极间相当于大电阻，Vout几乎承受所有电压，即输出为高电平(约为4.7V)；当水位传感器进入水下时，其等效电阻为600Ω以下，导致R1两端的分压 $\mathrm{Vbe}=\mathrm{Vcc}\×\frac{R1}{\mathrm{Rw}+R1}=5\×\frac{100}{600+100}V=0.714V$ 大于0.7V，三极管处于导通状态，三极管ce极间相当于短路，故Vout的输出电压接近于0；所述的三极管为9013三极管，所述的电阻R1为100欧姆，电阻R2为50欧姆。

如图1、2、4，一种基于水位检测模块的溺水报警方法，包含以下顺序的步骤：

S1.设置在游泳所戴泳帽上的水位传感器1检测、判断游泳者位于水下的时间，当时间达到设定的阈值，三极管开关电路2连续发出低电平信号到中央处理芯片一3；

S2.收到低电平信号后，中央处理芯片一3启动报警方式一：中央处理芯片一3控制泳帽上的蓝牙模块4发送求救信号到手机客户端7，手机收到信号后进行手机震动提醒；

同时中央处理芯片一启动报警方式二：中央处理芯片一3控制泳帽上的射频模块一5发送求救信号至智能手环，智能手环发出警报提醒智能手环穿戴者有人溺水；所述的智能手环包含中央处理芯片二8、LED报警灯二9、蜂鸣器10、振动器11，中央处理芯片二8收到求救信号后，控制LED报警灯二9、蜂鸣器10、振动器工作11；

与此同时，中央处理芯片一3控制泳帽上的LED报警灯一6闪烁；

S3.若泳帽上的射频模块一5与智能手环连接失败，即报警方式二失效时，中央处理芯片一3立即启动报警方式三：中央处理芯片一3控制泳帽上的射频模块一5发送求救信息到紧急报警终端；所述的紧急报警终端包括依次相连的射频模块二12、中央处理芯片三13、GSM模块14，射频模块二12与射频模块一5连接后，将射频模块一5发出的求救信息传输给中央处理芯片三13，中央处理芯片三13控制GSM模块14发出求救短信到急救站；

所述的中央处理芯片一、二、三均为MSP430G2553单片机，所述的射频模块一、二均为NRF24L01射频模块；

具体工作过程如下：

当发生溺水状况时候，单片机识别到溺水信号，蓝牙模块会发出求救信号，成功与泳帽配对的手机接收到蓝牙信号之后，手机app弹出警告图案并伴随着震动和警报声响起，为最低级别的报警方式。泳帽向蓝牙手机报警的同时，通过泳帽内的NRF模块利用射频信号把求救信号发到救生员的智能手环上，救生员手环上的NRF模块成功配对之后接收到信号之后，手环发出声光报警信号，提醒救生员有人发生了溺水事件，此为二级报警模式。当泳帽上的NRF模块向救生员手环发出信号后，若救生员手环成功接收，会通过射频返回一个反馈信号，泳帽会一直与手环保持通讯，不会执行更高级别的报警方案。当泳帽向手环发出求救信号15秒内没有收到反馈信号，执行高级别报警方案。此时，泳帽会再次启用NRF模块，利用射频信号报报警信号发给放置于游泳池内固定的终端，终端发出警报声，提醒附近工作人员注意，同时终端会通过GSM模块把求救信息发到附近急救站。成功发出报警信号，手环会再次切换，继续向救生员手环发出求救信号，把报警信号发到手环上。

该装置由救生员手环，家长手机客户端以及紧急报警终端四大模块组成，各模块有各自的功能。智能泳帽端由主控芯片MSP430g2553，水位传感器模块，NRF模块以及蓝牙模块构成，儿童戴上智能泳帽下水后，如传感器完全浸没在水中，传感器的电阻变低，从而通过三极管开关电路使三极管开关状态反转，这次将有一个低电平输入到主控芯片，主控芯片便会开始计时，当超过家长手机端设置的时长，泳帽端的蓝牙模块就会发送报警信号到家长手机端，同时手机震动，于此同时，泳帽端的NRF模块发送信号到救生员的手环，发出声报警信号，以让救生员及时发现溺水儿童；家长手机端安装有自主编写的安卓界面，用于接收报警信息；救生员手环则由主控芯片，NRF模块以及蜂鸣器组成，接收报警信号同时发出声报警信号。智能手环监测到，蓝牙不在连接状态或者救生员手上感应手环收不到求救信号时候，把信息马上发到放置在游泳池或者沙滩的紧急求救终端，终端接收到信息之后马上通过GSM模块把求救信息发送到急救站处。发送信息到达终端后继续向手环发送求救信号，努力与手环握手取得联系。这样既能防止信息的浪费，而且可以实现可靠的报警。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于水位检测模块的智能安全泳帽，包括泳帽本体，其特征在于：还包括设置在泳帽本体上依次相连的水位传感器、三极管开关电路、中央处理芯片一，以及分别与中央处理芯片一相连的蓝牙模块、射频模块一、LED报警灯一。

2.根据权利要求1所述的基于水位检测模块的智能安全泳帽，其特征在于：所述的中央处理芯片一为MSP430G2553单片机，所述的射频模块一为NRF24L01射频模块，所述的LED报警灯一为高亮度闪光灯。

3.一种基于水位检测模块的溺水报警方法，其特征在于，包含以下顺序的步骤：

S1.设置在游泳所戴泳帽上的水位传感器检测、判断游泳者位于水下的时间，当时间达到设定的阈值，三极管开关电路连续发出低电平信号到中央处理芯片一；

S2.收到低电平信号后，中央处理芯片一启动报警方式一：中央处理芯片一控制泳帽上的蓝牙模块发送求救信号到手机客户端，手机收到信号后进行手机震动提醒；

同时中央处理芯片一启动报警方式二：中央处理芯片一控制泳帽上的射频模块一发送求救信号至智能手环，智能手环发出警报提醒智能手环穿戴者有人溺水；

与此同时，中央处理芯片一控制泳帽上的LED报警灯一闪烁；

S3.若泳帽上的射频模块一与智能手环连接失败，即报警方式二失效时，中央处理芯片一立即启动报警方式三：中央处理芯片一控制泳帽上的射频模块一发送求救信息到紧急报警终端。

4.根据权利要求3所述的基于水位检测模块的溺水报警方法，其特征在于：步骤S2中，所述的智能手环包含中央处理芯片二、LED报警灯二、蜂鸣器、振动器，中央处理芯片二收到求救信号后，控制LED报警灯二、蜂鸣器、振动器工作。

5.根据权利要求3所述的基于水位检测模块的溺水报警方法，其特征在于：步骤S3中，所述的紧急报警终端包括依次相连的射频模块二、中央处理芯片三、GSM模块，射频模块二与射频模块一连接后，将射频模块一发出的求救信息传输给中央处理芯片三，中央处理芯片三控制GSM模块发出求救短信到急救站。

6.根据权利要求4或5所述的基于水位检测模块的溺水报警方法，其特征在于：所述的中央处理芯片一、二、三均为MSP430G2553单片机，所述的射频模块一、二均为NRF24L01射频模块。