CN104932351A - 一种用于游泳者状态监测的可穿戴式智能卡 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电子信息技术领域，尤其涉及一种用于游泳者状态监测的可穿戴式智能卡，包括卡体和设置在卡体内的微处理器和电池，所述微处理器上连接有晶体振荡器、无线外设外围电路、三轴重力加速度传感器、水浸传感器、温度传感器、压力传感器、闪存卡、指示灯、蜂鸣器和按键，所述无线外设外围电路上连接有天线。本发明通过对多传感器数据的融合、分析、处理，能有效感知游泳者的行为和状态，在游泳者可能溺水时发出预警信息，提醒监护人员和其他游泳者及时寻找溺水者，避免悲剧的发生。

Description

一种用于游泳者状态监测的可穿戴式智能卡
技术领域
本发明属于电子信息技术领域，尤其涉及一种用于游泳者状态监测的可穿戴式智能卡。
背景技术
游泳溺水的事故屡见不鲜，游泳者因体力不支、紧张、抽筋、昏迷等原因可能会淹没入水中、造成呼吸道进水，若不及时救护，将会造成溺水事故。尽管有时有监护人员在场，但是监护人员并不能面面俱到，他们有时也会有疏忽。
发明内容
本发明为了解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，提供了一种能有效感知游泳者的行为和状态，在游泳者可能溺水时发出预警信息，提醒监护人员和其他游泳者及时寻找溺水者，避免悲剧发生的用于游泳者状态监测的可穿戴式智能卡。
本发明的技术方案：一种用于游泳者状态监测的可穿戴式智能卡，包括卡体和设置在卡体内的微处理器和电池，所述微处理器上连接有晶体振荡器、无线外设外围电路、三轴重力加速度传感器、水浸传感器、温度传感器、压力传感器、闪存卡、指示灯、蜂鸣器和按键，所述无线外设外围电路上连接有天线。
优选地，所述微处理器为多协议 SoC，其通过I/O与外围设备通讯并为其供电。
本发明中的微处理器用于实现无线通信、控制外围设备、分析处理数据等工作。所述微处理器为功能强大、高灵活性的多协议 SoC（芯片级系统），集成无线收发模块，支持超低功耗无线应用。所述微处理器通过I/O与外围设备通讯并为其供电，因此，微处理器可以自由、灵活地控制各个外围设备的工作状态，在某个外围设备不需要投入工作时不对其供电，从而有效降低系统能耗，延长电池使用寿命。
优选地，所述晶体振荡器为微处理器的无线收发模块提供精准的外部时钟，确保无线通信频率在额定误差范围之内，所述无线外设外围电路为微控制器实现无线通信功能，所述天线为微型印刷天线，其用于辐射和接收无线信号。
本发明中的晶体振荡器为微处理器的无线收发模块提供精准的外部时钟，确保无线通信频率在额定误差范围之内。无线外设外围电路是微控制器实现无线通信功能所必须的电路。天线用于辐射和接收无线信号，天线采用微型印刷天线，便于产品小型化和生产。
优选地，所述水浸传感器用于检测智能卡的浸水状态，其由2个耐腐蚀的金属电极组成：一个金属电极作为输出端，输出特定频率的电脉冲；另一个金属电极作为输入端，用于检测电脉冲信号。
当智能卡不浸水时，金属电极间为绝缘状态，输入端检测不到电脉冲信号；当智能卡浸水时，由于水的导电作用，金属电极间为导通状态，便能在输入端检测到相应的电脉冲，由此可确定智能卡处于浸水状态。
优选地，所述三轴重力加速度传感器用于检测智能卡在三维空间中的姿态和动作，所述温度传感器包含两个独立的温度传感器芯片：一个用于监测人体皮肤温度，一个用于监测环境温度，两个温度传感器被分别固定在智能卡壳体的不同位置。
当游泳者正确佩戴智能卡时，通过监测三轴重力加速度值可处理计算出游泳者的姿态和动作。当游泳者正确佩戴智能卡时，贴合人体皮肤一侧的温度传感器实时监测人体皮肤温度的变化；另一侧的温度传感器用于监测环境温度：气温或水温。
优选地，所述压力传感器用于监测环境压力，所述闪存卡用于存储智能卡的历史数据，所述指示灯用于智能卡的状态指示和报警指示，所述蜂鸣器用于空气中的声音指示，通过改变鸣叫音调和间隔来区分指示状态。
当智能卡暴露于空气中时，压力传感器测量结果为气压值；当智能卡浸没于水时，压力传感器测量结果为水压值，根据液体静压原理，可以计算出智能卡在水中的深度。本发明闪存卡用于存储智能卡的历史数据，这些历史数据包括各传感器测量数据、电池电压、系统工作状态、时间等数据。闪存卡内的数据可通过无线访问，或者取出闪存卡通过读卡器读取。本发明的指示灯通过不同颜色和闪烁模式来区分各个指示状态。
优选地，所述按键用于和用户的交互操作，所述电池为微处理器提供工作所需的电源。
本发明的按键用于和用户的交互操作，可通过按键触发报警或发出无线求助信息等。电池为微处理器提供工作所需的电源。智能卡采用可更换电池设计，微处理器定时测量电池电压，当电池电压低于预设值时触发低电量指示灯闪烁，提醒用户更换电池。
本发明通过对多传感器数据的融合、分析、处理，能有效感知游泳者的行为和状态，在游泳者可能溺水时发出预警信息，提醒监护人员和其他游泳者及时寻找溺水者，避免悲剧的发生。
附图说明
图1为本发明的可穿戴式智能卡的电路模块原理图。
具体实施方式
    下面结合附图和工作原理对本发明作进一步详细的说明，但并不是对本发明保护范围的限制。
如图1所示，一种用于游泳者状态监测的可穿戴式智能卡，包括微处理器、晶体振荡器、无线外设外围电路、天线、三轴重力加速度传感器、水浸传感器、温度传感器、压力传感器、闪存卡、指示灯、蜂鸣器、按键、电池。
上述微处理器用于实现无线通信、控制外围设备、分析处理数据等工作。所述微处理器为功能强大、高灵活性的多协议 SoC（芯片级系统），集成无线收发模块，支持超低功耗无线应用。所述微处理器通过I/O与外围设备通讯并为其供电，因此，微处理器可以自由、灵活地控制各个外围设备的工作状态，在某个外围设备不需要投入工作时不对其供电，从而有效降低系统能耗，延长电池使用寿命。
上述晶体振荡器为微处理器的无线收发模块提供精准的外部时钟，确保无线通信频率在额定误差范围之内。
上述无线外设外围电路是微控制器实现无线通信功能所必须的电路。
上述天线用于辐射和接收无线信号，天线采用微型印刷天线，便于产品小型化和生产。
上述水浸传感器用于检测智能卡的浸水状态。水浸传感器由2个耐腐蚀的金属电极组成：一个金属电极作为输出端，输出特定频率的电脉冲；另一个金属电极作为输入端，用于检测电脉冲信号。当智能卡不浸水时，金属电极间为绝缘状态，输入端检测不到电脉冲信号；当智能卡浸水时，由于水的导电作用，金属电极间为导通状态，便能在输入端检测到相应的电脉冲，由此可确定智能卡处于浸水状态。
上述三轴重力加速度传感器用于检测智能卡在三维空间中的姿态和动作。当游泳者正确佩戴智能卡时，通过监测三轴重力加速度值可处理计算出游泳者的姿态和动作。
上述温度传感器包含两个独立的温度传感器芯片：一个用于监测人体皮肤温度，一个用于监测环境温度，两个温度传感器被分别固定在智能卡壳体的不同位置。当游泳者正确佩戴智能卡时，贴合人体皮肤一侧的温度传感器实时监测人体皮肤温度的变化；另一侧的温度传感器用于监测环境温度：气温或水温。
上述压力传感器用于监测环境压力。当智能卡暴露于空气中时，压力传感器测量结果为气压值；当智能卡浸没于水时，压力传感器测量结果为水压值，根据液体静压原理，可以计算出智能卡在水中的深度。
上述闪存卡用于存储智能卡的历史数据，这些历史数据包括各传感器测量数据、电池电压、系统工作状态、时间等数据。闪存卡内的数据可通过无线访问，或者取出闪存卡通过读卡器读取。
上述指示灯用于智能卡的状态指示和报警指示。指示灯通过不同颜色和闪烁模式来区分各个指示状态。
上述蜂鸣器仅用于空气中的声音指示，通过改变鸣叫音调和间隔来区分指示状态。
上述按键用于和用户的交互操作，可通过按键触发报警或发出无线求助信息等。
上述电池为微处理器提供工作所需的电源。智能卡采用可更换电池设计，微处理器定时测量电池电压，当电池电压低于预设值时触发低电量指示灯闪烁，提醒用户更换电池。
游泳者在水中会有各种不同的表现行为，如潜泳、仰泳、跳水、踩水、打水仗等，游泳者必须正确佩戴智能卡以达到良好的监测效果，智能卡通过对多传感器数据的融合、分析、处理，能有效感知游泳者的行为和状态，在游泳者可能处于危险时发出预警信息。例如：游泳者潜入水中超过一定时间且动作变化异常，由此可判定该游泳者存在窒息或休克的可能，此时会闪烁红色的预警指示灯并定时发送无线预警信息；随着游泳者在水中停留时间的增加，预警指示灯的亮度会逐渐增强、闪烁频率会逐渐提高，以便能更好的引起附近游泳者和监护人员的注意，使遇险者得到及时的救助。与此同时，配套的无线传感器网络平台接收到无线预警信息后触发场地的预警系统，从而提醒监护人员和其他游泳者及时寻找溺水者，避免悲剧的发生。
工作原理：
为了降低系统功耗，延长电池使用寿命，系统采用间歇工作方式：微处理器定时启动测量水浸、三轴重力加速度、温度、压力、电池电压等参数，将数据汇总处理后通过无线信道发送出去，在完成一次工作便后进入超低功耗的休眠状态。在休眠状态下，仅水浸传感器和按键保持正常的工作。
智能卡有两种工作模式：待机模式和监测模式。
在监测模式下，智能卡的休眠时间和工作时间的比值小于50:1，系统实时性好，能可靠地监测游泳人员的状态，但又保持较低的系统功耗。
当智能卡保持干燥和静止状态超过预设时间阈值时，微处理器判定系统处于非使用状态，此时智能卡将进入待机模式。在待机模式下，除水浸传感器外，其余传感器的休眠时间和工作时间的比值大于1000:1，由此可大大地降低系统功耗并延长电池使用寿命。

Claims (7)

1.一种用于游泳者状态监测的可穿戴式智能卡，其特征在于：其包括卡体和设置在卡体内的微处理器和电池，所述微处理器上连接有晶体振荡器、无线外设外围电路、三轴重力加速度传感器、水浸传感器、温度传感器、压力传感器、闪存卡、指示灯、蜂鸣器和按键，所述无线外设外围电路上连接有天线。
2.根据权利要求书1所述的一种用于游泳者状态监测的可穿戴式智能卡，其特征在于：所述微处理器为多协议 SoC，其通过I/O与外围设备通讯并为其供电。
3.根据权利要求书2所述的一种用于游泳者状态监测的可穿戴式智能卡，其特征在于：所述晶体振荡器为微处理器的无线收发模块提供精准的外部时钟，确保无线通信频率在额定误差范围之内，所述无线外设外围电路为微控制器实现无线通信功能，所述天线为微型印刷天线，其用于辐射和接收无线信号。
4.根据权利要求书3所述的一种用于游泳者状态监测的可穿戴式智能卡，其特征在于：所述水浸传感器用于检测智能卡的浸水状态，其由2个耐腐蚀的金属电极组成：一个金属电极作为输出端，输出特定频率的电脉冲；另一个金属电极作为输入端，用于检测电脉冲信号。
5.根据权利要求书4所述的一种用于游泳者状态监测的可穿戴式智能卡，其特征在于：所述三轴重力加速度传感器用于检测智能卡在三维空间中的姿态和动作，所述温度传感器包含两个独立的温度传感器芯片：一个用于监测人体皮肤温度，一个用于监测环境温度，两个温度传感器被分别固定在智能卡壳体的不同位置。
6.根据权利要求书5所述的一种用于游泳者状态监测的可穿戴式智能卡，其特征在于：所述压力传感器用于监测环境压力，所述闪存卡用于存储智能卡的历史数据，所述指示灯用于智能卡的状态指示和报警指示，所述蜂鸣器用于空气中的声音指示，通过改变鸣叫音调和间隔来区分指示状态。
7.根据权利要求书6所述的一种用于游泳者状态监测的可穿戴式智能卡，其特征在于：所述按键用于和用户的交互操作，所述电池为微处理器提供工作所需的电源。
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