CN110920837B - 一种自动防溺水救生系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动防溺水救生系统，包括：溺水触发充气装置、可充气救生衣、智能手环和智能传感系统；所述溺水触发充气装置安装在所述可充气救生衣上，所述智能传感系统与所述智能手环无线连接，所述智能手环与所述溺水触发充气装置无线连接；所述智能传感系统设置于所述可充气救生衣上，用于对人体动作、水压和水体浊度进行监测，并将所监测到的数据发送至所述智能手环；所述可充气救生衣上表面为反光材料，且所述可充气救生衣的背面设置有放气口。本发明可以有效辅助用户获取游泳时环境及健康数据，同时对用户入水后进行安全保护。
Description
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，更具体的说是涉及一种自动防溺水救生系统。
背景技术
据WHO(世界卫生组织)统计，溺水是世界各地非故意伤害死亡的第三大原因，占所有与伤害有关死亡的7％，世界各地每年溺水死亡数估计为36万例。而全球也大大低估了溺水造成的实际公共卫生问题。在统计之中，儿童、男性以及水上作业的人，都有着极大的溺水威胁。如今，溺水已经成为了全球性的一个公共卫生问题。对于其它国家来说，如在美国，溺水死亡有45％发生在中上阶层的人群。仅美国海岸发生的溺水事件每年造成的直接和间接损失就达2.73亿美元。在澳大利亚和加拿大，溺水伤害每年造成的总损失分别为8550万美元和1.73亿美元。而对于拥有约14亿人口的中国来说，青少年以及水上作业的人，特别是对缺乏溺水等自我安全保护意识的人群来说，他们都需要更好的设备去提高他们在水中的安全性。
目前防溺水产品市场上产品大致可以分为传统的救生衣、救生圈等类似产品和比较新型的救生手环等，后者技术含量相对高一些，但多数为手动触发产品，均需要溺水人员手动拉开装备。也有小部分通过简单的压力和深度传感使设备自动监测溺水状态然后触发救援措施。还有一些救生装置应用水溶性材料，利用材料遇水溶解的特性来达到触发装置，从而达到救援的目的。但是有时候这类产品由于测量不准确会导致装置误触发，而且产品属于一次性的，显然目前的产品技术还不够成熟。
因此，如何提供一种自动防溺水救生系统是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种自动防溺水救生系统，用于辅助用户获取游泳时环境及健康数据和溺水时对用户进行安全保护。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种自动防溺水救生系统，包括：溺水触发充气装置、可充气救生衣、智能手环和智能传感系统；
所述溺水触发充气装置安装在所述可充气救生衣上，所述智能传感系统与所述智能手环无线连接，所述智能手环与所述溺水触发充气装置无线连接；
所述溺水触发充气装置包括手动触发机构、自动触发机构、触发执行机构、金属管道、击针和压缩气瓶；
所述手动触发机构和所述自动触发机构均与所述触发执行机构相连，所述触发执行机构安装于所述金属管道内，所述击针可滑动地设置于所述金属管道内，所述压缩气瓶安装在所述金属管道的一端，所述触发执行机构对准所述击针位置，所述击针对准所述压缩气瓶的瓶口；
所述金属管道上设置有出气口，所述金属管道通过所述出气口安装在所述可充气救生衣的进气口上；
所述智能手环用于接收监测数据，并对使用者的体征数据进行监测，并进一步对监测数据进行分析，根据数据分析结果判断是否通过所述自动触发机构触发所述溺水触发充气装置；
所述智能传感系统设置于所述可充气救生衣上，用于对人体动作、水压和水体浊度进行监测，并将所监测到的数据发送至所述智能手环；
所述可充气救生衣上表面为反光材料，且所述可充气救生衣的背面设置有放气口。
优选的，所述触发执行机构包括触发挡板、连接轴和触发弹片；
所述连接轴的一端安装在自动触发机构上，所述连接轴的另一端穿过所述金属管道的第一端面伸入所述金属管道内，所述金属管道内的所述连接轴的一端连接有所述触发挡板，所述触发弹片通过弹簧安装在所述第一端面上；
所述触发挡板的底部设有一扇形缺角，所述触发弹片的底端设置有一扇形凸角，所述扇形凸角的面积小于所述扇形缺角的面积，在未触发状态，所述触发挡板将所述触发弹片挡住，所述弹簧处于压缩状态，触发状态时，所述触发挡板旋转角度，所述扇形缺角朝上，所述弹簧处于拉长状态，所述扇形凸角从所处扇形缺角中穿过，所述触发弹片推动所述击针向前滑动，从而击破所述压缩气瓶的瓶口，气体释放于所述金属管道中，并从所述出气口进入所述可充气救生衣内。
优选的，所述自动触发机构为舵机，所述手动触发机构为旋转齿轮，所述连接轴安装在所述舵机上，且所述舵机与所述智能手环无线连接，所述旋转齿轮固定在所述连接轴上，且设置在所述舵机与所述第一端面之间。
优选的，所述击针的后端上方和所述触发弹片上方均设有复位结构，所述复位结构通过所述金属管道管壁上的滑槽伸出所述金属管道之外。
优选的，所述金属管道为密封管道，所述出气口、所述压缩气瓶的安装孔、所述连接轴的安装孔和所述滑槽均设有密封条。
优选的，所述智能手环包括微处理器，所述微处理器用于接收所述智能手环和所述智能传感系统所监测到的数据，并根据所监测到的数据判断是否利用自动触发装置实现对可充气救生衣自动充气。
优选的，所述智能手环还包括心率血氧传感模块和GPS模块；
所述心率血氧传感模块包括LED灯、信号采集单元、A\D转换单元和数据处理单元；
所述LED灯，用于发光并使光照射到使用者皮肤上；
所述信号采集单元，用于采集所述LED灯的灯光从使用者皮肤上反射的光信号并将所述光信号转换为电信号发送至所述A\D转换单元；
所述A\D转换单元，用于将所接收到的电信号转换为数字信号，并发送至所述数据处理单元；
所述数据处理单元，用于将所述数字信号进行处理，转换为心率血氧浓度的值并发送至所述微处理器；
所述GPS模块，用于对使用者进行定位，将定位数据实时发送至微处理器。
优选的，所述智能传感系统包括三轴传感模块、压力传感模块和浊度传感模块；
所述三轴传感模块，安装于所述可充气救生衣上，用于通过三轴传感器来实时监测使用者人体的运动数据，并将运动数据通过蓝牙发送至所述微处理器；
所述压力传感模块，安装于所述可充气救生衣的腰部位置，用于实时监测水压，并将所测得的水压数据通过蓝牙发送至所述微处理器；
所述浊度传感模块，安装于所述可充气救生衣上，用于跟进水中的光的接收度转化成电流来实时监测水质，并将所测得的水质数据通过蓝牙发送至所述微处理器。
优选的，还包括移动终端；
所述移动终端，实现与所述微处理器之间的无线通信，获取所述微处理器所发送的数据，并进行异常报警。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种自动防溺水救生系统，具有以下有益效果：
(1)手动自动一体化。在危急时刻溺水者可以根据自身情况进行触发装置的选择，手动触发装置简单快速，而自动击发装置相当于第二重重要保障，在人体非意识不可控的情况下作为最后的保护。
(2)多传感器同时监测。除了市面上产品中传统的压力传感判断(不精确的深度和停留时间数据)，本发明还加入了新型心率-血氧传感，和心电等心理信号测量技术，对比正常时候的数据指标，进行多项指标多重监测，将数据通过模拟信号端传送至开发板完成数据的计算和处理，能够更为精确地判断游泳者是否真的属于溺水状态，从而减少了装置误触发的可能，提高了判断的精准性，较少损失。
(3)通过智能手环获取并记录多项数据指标。手环里面存有已编制好的各种智能算法，以获取运动的距离、轨迹、卡路里消耗、心率等详细数据。将实时监测到游泳环境数据及人体健康数据，通过数据分析和计算，将数据传输到游泳者手机端，得到一份游泳环境的水质报告及游泳者运动时的健康报告，对游泳者进行及时而又有效的信息反馈。
(4)除技术功能外，本发明中的可充气救生衣采用反光材料制作，能将远方直射光线反射回发光处，尤其是晚上，可以有效提高能见度。
(5)多次使用，提高利用率。本发明在充气完成后如需二次使用，则将放气孔打开放气即可，并更换其中的压缩气瓶，将使用过的充气救生服初始化，等待第二次的使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的整体系统框图；
图2附图为本发明提供的未触发状态的溺水触发充气装置整体结构示意图；
图3附图为本发明提供的触发状态的溺水触发充气装置整体结构示意图；
图4附图为本发明提供的触发挡板和触发弹片的结构示意图；
其中，1-舵机、2-旋转齿轮、3-触发弹片、4-连接轴、5-触发挡板、6-可充气救生衣、7-出气口、8-金属管道、9-击针、10-压缩气瓶、11-弹簧、12-复位结构、13-扇形缺角、14-扇形凸角。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种自动防溺水救生系统，包括：溺水触发充气装置、可充气救生衣6、智能手环和智能传感系统；
溺水触发充气装置安装在可充气救生衣6上，智能传感系统与智能手环无线连接，智能手环与溺水触发充气装置无线连接；
溺水触发充气装置包括手动触发机构、自动触发机构、触发执行机构、金属管道8、击针9和压缩气瓶10；
手动触发机构和自动触发机构均与触发执行机构相连，触发执行机构安装于金属管道8内，击针9可滑动地设置于金属管道8内，压缩气瓶10安装在金属管道8的一端，触发执行机构对准击针9位置，击针9对准压缩气瓶10的瓶口；
金属管道8上设置有出气口7，金属管道8通过出气口7安装在可充气救生衣6的进气口上；
智能手环用于接收监测数据，并对使用者的体征数据进行监测，并进一步对监测数据进行分析，根据数据分析结果判断是否通过自动触发机构触发溺水触发充气装置；
智能传感系统设置于可充气救生衣6上，用于对人体动作、水压和水体浊度进行监测，并将所监测到的数据发送至智能手环；
可充气救生衣6上表面为反光材料，且可充气救生衣6的背面设置有放气口。
为了进一步实现上述技术方案，触发执行机构包括触发挡板5、连接轴4和触发弹片3；
连接轴4的一端安装在自动触发机构上，连接轴4的另一端穿过金属管道8的第一端面伸入金属管道8内，金属管道8内的连接轴4的一端连接有触发挡板5，触发弹片3通过弹簧11安装在第一端面上；
触发挡板5的底部设有一扇形缺角13，触发弹片3的底端设置有一扇形凸角14，扇形凸角14的面积小于扇形缺角13的面积，在未触发状态，触发挡板5将触发弹片3挡住，弹簧11处于压缩状态，触发状态时，触发挡板5旋转角度，扇形缺角13朝上，弹簧11处于拉长状态，扇形凸角14从所处扇形缺角13中穿过，触发弹片3推动击针9向前滑动，从而击破压缩气瓶10的瓶口，气体释放于金属管道8中，并从出气口7进入可充气救生衣6内。
为了进一步实现上述技术方案，自动触发机构为舵机1，手动触发机构为旋转齿轮2，连接轴4安装在舵机1上，且舵机1与智能手环无线连接，旋转齿轮2固定在连接轴4上，且设置在舵机1与第一端面之间。
需要说明的是：舵机1通过连接轴4带动旋转齿轮2和触发挡板5旋转。
为了进一步实现上述技术方案，击针9的后端上方和触发弹片3上方均设有复位结构12，复位结构12通过金属管道8管壁上的滑槽伸出金属管道8之外。
为了进一步实现上述技术方案，金属管道8为密封管道，出气口7、压缩气瓶10的安装孔、连接轴4的安装孔和滑槽均设有密封条。
为了进一步实现上述技术方案，智能手环包括微处理器，微处理器用于接收智能手环和智能传感系统所监测到的数据，并根据所监测到的数据判断是否利用自动触发装置实现对可充气救生衣6自动充气。
为了进一步实现上述技术方案，智能手环还包括心率血氧传感模块和GPS模块；
心率血氧传感模块包括LED灯、信号采集单元、A\D转换单元和数据处理单元；
LED灯，用于发光并使光照射到使用者皮肤上；
信号采集单元，用于采集LED灯的灯光从使用者皮肤上反射的光信号并将光信号转换为电信号发送至A\D转换单元；
A\D转换单元，用于将所接收到的电信号转换为数字信号，并发送至数据处理单元；
数据处理单元，用于将数字信号进行处理，转换为心率血氧浓度的值并发送至微处理器；
GPS模块，用于对使用者进行定位，将定位数据实时发送至微处理器。
为了进一步实现上述技术方案，智能传感系统包括三轴传感模块、压力传感模块和浊度传感模块；
三轴传感模块，安装于可充气救生衣6上，用于通过三轴传感器来实时监测使用者人体的运动数据，并将运动数据通过蓝牙发送至微处理器；
压力传感模块，安装于可充气救生衣6的腰部位置，用于实时监测水压，并将所测得的水压数据通过蓝牙发送至微处理器；
浊度传感模块，安装于可充气救生衣6上，用于跟进水中的光的接收度转化成电流来实时监测水质，并将所测得的水质数据通过蓝牙发送至微处理器。
为了进一步实现上述技术方案，还包括移动终端；
移动终端，实现与微处理器之间的无线通信，获取微处理器所发送的数据，并进行异常报警。
下面将进一步结合实际情况对本发明进行说明：
心率血氧传感模块：心率血氧传感器通过LED灯发光照射到皮肤，然后采集反射得到的光来被光敏传感器接收并转换成电信号。装置中再把电信号通过A\D转换，把电信号转换为数字信号。数字信号经过滤波，计算等处理后，转换为心率和血氧浓度的值。由于心率血氧传感器会配置在智能手环上，心率和血氧浓度的值可以传送至智能手环的开发板中进行分析。心率血氧传感器大概需要每2秒读取一次数据，如果发现穿戴者的心率血氧数据出现异常，则提高数据的读取速率，以更好地监测穿戴者状况。在开发板中，预先准备好心率与血氧浓度的监测方案。数据经过智能手环分析后，如果发现穿戴者出现身体不适的状况，则选择打开救生装置，并且通过蓝牙模块发送求救信号到手机中，让手机发出警报，通知身边的人，来及时救援。
浊度传感模块用来探测水质的大致情况。水质传感器根据水中的光的接收度来将其转化成相对应的电流大小。然后通过A\D转换来将电流信号转化成电压信号。然后获得一个0-5V的电压信号范围的信号，通过计算转化成一个直观可视的数据。传感器获得的数据将通过蓝牙无线模块发送至智能手环中存储并进行分析。当穿戴者完成游泳或水中作业的后可以在手机端查看相关的水质参数，并且能够结合GPS模块，对穿戴者的路线进行水质的汇报，以颜色绿到红，直接对路线进行上色，来直观显示不同区域的水质数据。
压力传感模块安装于救生衣的腰部位置，腰部位置相对于人体来说比较稳定，所以压力传感器所采取的数据也会相对稳定并且准确。每一个水压传感器中都配置有一个芯体，芯体通畅采用的材质是扩散硅，当被测水压的压力直接与传感器的膜片想接触时，金属电阻片就会发生一个十分“微妙”的微位移，一定的机械形变，导致传感器的电阻值从而发生一定的变化，进而通过一定的压力公式运算使得电压值的输出变化，当电子线路灵敏地察觉到这一变化后，就会输出一个相应压力的测量信号值，通过蓝牙模块，将测量所得的电压值通过无线传输传送到智能手环，手环通过特定的算法进行数据分析和计算，得出对应的压力值，最终通过数值判断决定是否打开触发装置，并通过手环中的蓝牙系统将求救信号发至手机端。
三轴传感模块的好处就是在预先不知道物体运动方向的场合下，应用三维传感器来检测信号。三轴传感器具有体积小和重量轻特点，可以测量空间加速度，能够全面准确反映物体的运动性质。传感器对三轴传感器进行数据读入，随后进行数据储存，当结束使用装置后，运用无线传输技术和蓝牙模块将读取的数据传输到手机端，利用手机端对数据进行计算，然后导出数据，得到使用者通过三轴传感所获得的运动数据。
本发明的工作原理如下：
本发明利用多重传感技术对环境及人体进行数据监测，通过无线蓝牙模块进行数据传输，将数据输送到微处理器通过预设算法进行数据分析及计算，通过分析数据来判断是否需要自动触发击针9击破压缩气瓶10从而对充气救生衣进行充气，微处理器通过无线传输将定位等数据发送至移动终端，通过移动终端进行异常警报，通知其他人员有紧急情况发生，进而通知安全员进行救援。
另一方面，当救生装置使用者在自我感觉到异常后可通过手动触发机构来控制触发弹片3的弹出，从而使救生衣进行充气。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种自动防溺水救生系统，其特征在于，包括：溺水触发充气装置、可充气救生衣(6)、智能手环和智能传感系统；
所述溺水触发充气装置安装在所述可充气救生衣(6)上，所述智能传感系统与所述智能手环无线连接，所述智能手环与所述溺水触发充气装置无线连接；
所述溺水触发充气装置包括手动触发机构、自动触发机构、触发执行机构、金属管道(8)、击针(9)和压缩气瓶(10)；
所述手动触发机构和所述自动触发机构均与所述触发执行机构相连，所述触发执行机构安装于所述金属管道(8)内，所述击针(9)可滑动地设置于所述金属管道(8)内，所述压缩气瓶(10)安装在所述金属管道(8)的一端，所述触发执行机构对准所述击针(9)位置，所述击针(9)对准所述压缩气瓶(10)的瓶口；
所述金属管道(8)上设置有出气口(7)，所述金属管道(8)通过所述出气口(7)安装在所述可充气救生衣(6)的进气口上；
所述智能手环用于接收监测数据，并对使用者的体征数据进行监测，并进一步对监测数据进行分析，根据数据分析结果判断是否通过所述自动触发机构触发所述溺水触发充气装置；
所述智能传感系统设置于所述可充气救生衣(6)上，用于对人体动作、水压和水体浊度进行监测，并将所监测到的数据发送至所述智能手环；
所述可充气救生衣(6)上表面为反光材料，且所述可充气救生衣(6)的背面设置有放气口；
所述触发执行机构包括触发挡板(5)、连接轴(4)和触发弹片(3)；
所述连接轴(4)的一端安装在自动触发机构上，所述连接轴(4)的另一端穿过所述金属管道(8)的第一端面伸入所述金属管道(8)内，所述金属管道(8)内的所述连接轴(4)的一端连接有所述触发挡板(5)，所述触发弹片(3)通过弹簧(11)安装在所述第一端面上；
所述触发挡板(5)的底部设有一扇形缺角(13)，所述触发弹片(3)的底端设置有一扇形凸角(14)，所述扇形凸角(14)的面积小于所述扇形缺角(13)的面积，在未触发状态，所述触发挡板(5)将所述触发弹片(3)挡住，所述弹簧(11)处于压缩状态，触发状态时，所述触发挡板(5)旋转角度，所述扇形缺角(13)朝上，所述弹簧(11)处于拉长状态，所述扇形凸角(14)从所处扇形缺角(13)中穿过，所述触发弹片(3)推动所述击针(9)向前滑动，从而击破所述压缩气瓶(10)的瓶口，气体释放于所述金属管道(8)中，并从所述出气口(7)进入所述可充气救生衣(6)内。
2.根据权利要求1所述的一种自动防溺水救生系统，其特征在于，所述自动触发机构为舵机(1)，所述手动触发机构为旋转齿轮(2)，所述连接轴(4)安装在所述舵机(1)上，且所述舵机(1)与所述智能手环无线连接，所述旋转齿轮(2)固定在所述连接轴(4)上，且设置在所述舵机(1)与所述第一端面之间。
3.根据权利要求2所述的一种自动防溺水救生系统，其特征在于，所述击针(9)的后端上方和所述触发弹片(3)上方均设有复位结构(12)，所述复位结构(12)通过所述金属管道(8)管壁上的滑槽伸出所述金属管道(8)之外。
4.根据权利要求3所述的一种自动防溺水救生系统，其特征在于，所述金属管道(8)为密封管道，所述出气口(7)、所述压缩气瓶(10)的安装孔、所述连接轴(4)的安装孔和所述滑槽均设有密封条。
5.根据权利要求1所述的一种自动防溺水救生系统，其特征在于，所述智能手环包括微处理器，所述微处理器用于接收所述智能手环和所述智能传感系统所监测到的数据，并根据所监测到的数据判断是否利用自动触发装置实现对可充气救生衣(6)自动充气。
6.根据权利要求5所述的一种自动防溺水救生系统，其特征在于，所述智能手环还包括心率血氧传感模块和GPS模块；
所述心率血氧传感模块包括LED灯、信号采集单元、A\D转换单元和数据处理单元；
所述LED灯，用于发光并使光照射到使用者皮肤上；
所述信号采集单元，用于采集所述LED灯的灯光从使用者皮肤上反射的光信号并将所述光信号转换为电信号发送至所述A\D转换单元；
所述A\D转换单元，用于将所接收到的电信号转换为数字信号，并发送至所述数据处理单元；
所述数据处理单元，用于将所述数字信号进行处理，转换为心率血氧浓度的值并发送至所述微处理器；
所述GPS模块，用于对使用者进行定位，将定位数据实时发送至微处理器。
7.根据权利要求6所述的一种自动防溺水救生系统，其特征在于，所述智能传感系统包括三轴传感模块、压力传感模块和浊度传感模块；
所述三轴传感模块，安装于所述可充气救生衣(6)上，用于通过三轴传感器来实时监测使用者人体的运动数据，并将运动数据通过蓝牙发送至所述微处理器；
所述压力传感模块，安装于所述可充气救生衣(6)的腰部位置，用于实时监测水压，并将所测得的水压数据通过蓝牙发送至所述微处理器；
所述浊度传感模块，安装于所述可充气救生衣(6)上，用于跟进水中的光的接收度转化成电流来实时监测水质，并将所测得的水质数据通过蓝牙发送至所述微处理器。
8.根据权利要求5所述的一种自动防溺水救生系统，其特征在于，还包括移动终端；
所述移动终端，实现与所述微处理器之间的无线通信，获取所述微处理器所发送的数据，并进行异常报警。
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