CN111099001A - 一种智能防溺水手环 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能防溺水手环，属于水域救生领域，包括壳体和信号采集控制系统，壳体包括上壳体和下壳体，还包括紧急救生系统，所述的紧急救生系统包括舵机、凸轮、连杆、刺破机构、气瓶、止回阀、气囊，所述的舵机安装在下壳体凹槽内，所述舵机输出端连接凸轮，所述凸轮外缘与连杆紧密接触，在舵机的作用下凸轮带动连杆在固定的滑槽内做平移运动，连杆连接刺破机构，连杆和刺破机构两部分在同一轴线上做平移运动，刺破机构一端与气瓶连接、另一端通过止回阀与气囊连接，所述刺破机构与气瓶相连的一端设置有钢针，气瓶通过螺纹连接在下壳体一侧，气囊设置在下壳体内。本发明智能判断溺水现象的发生，完成中小学生的求救和自救。
Description
技术领域
本发明涉及水域救生领域，尤其是一种自主发讯与定位功能的防溺水手环，主要用于中小学生游泳溺水时求救与自救。
背景技术
游泳是一项对体能要求非常高的体育运动，中小学生在游泳时，由于缺乏安全意识和足够的求生技能，在腿抽筋、体力不支等突发情况下，容易发生溺水事故。
救生衣、救生圈等救生设备体积大、浮力强，广泛应用于水域救生领域，然而，为最大限度享受游泳运动带来的乐趣，中小学生游泳时并不会选择携带这些救生设备。防溺水手环体积小、易携带，并且能够在突发情况发生后为游泳者提供快捷、安全的保护，避免溺水事故的发生。
目前，市场上的防溺水手环主要通过携带者手动扳动扳手刺破气瓶，自动化程度低，而且溺水者在惊慌之下，很难准确的扳动开关，自主控制设备开启。因此设计一种自动化程度高、可靠性强的防溺水手环，具有中小学生溺水救生的重大意义。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种自主发讯与定位功能的智能防溺水手环，用于中小学生水域救生。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种智能防溺水手环，包括壳体和信号采集控制系统，壳体包括上壳体和下壳体，还包括紧急救生系统，所述的紧急救生系统包括舵机、凸轮、连杆、刺破机构、气瓶、止回阀、气囊，所述的舵机安装在下壳体凹槽内，所述舵机输出端连接凸轮，所述凸轮外缘与连杆紧密接触，在舵机的作用下凸轮带动连杆在固定的滑槽内做平移运动，连杆连接刺破机构，连杆和刺破机构两部分在同一轴线上做平移运动，刺破机构一端与气瓶连接、另一端通过止回阀与气囊连接，所述刺破机构与气瓶相连的一端设置有钢针，气瓶通过螺纹连接在下壳体一侧，气囊设置在下壳体内。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述信号采集控制系统包括分别与单片机相连接的压力传感器模块、心率血氧传感器模块、单片机、GPRS通讯模块、PWM舵机驱动模块、GPS模块、电源，所述压力传感器模块、单片机、GPRS通讯模块、PWM舵机驱动模块、GPS模块、电源固定安装在上壳体内，所述心率血氧传感器模块安装在下壳体下端外表面的中心位置。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述下壳体上固定连接有腕带，腕带通过针扣固定在携带者手臂上，下壳体通过带弹簧复位功能的转轴连接上壳体，上壳体内舵机外设置有起防水作用的密封罩，密封罩连接处设置有密封垫。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述压力传感器模块实时检测携带者所处深度的水下压力信息，所述心率血氧传感器模块采集携带者心率血氧信息，单片机结合压力传感器模块与心率血氧传感器模块的信号判断携带者是否溺水，若判定携带者处于溺水状态，则向GPRS通讯模块、PWM舵机驱动模块发出相应指令，GPRS通讯模块向携带者监护人或现场救援人员发送救援信息、位置信息，实现求救；携带者监护人或现场救援人员根据GPS模块定位，快速找到救援目标，进行施救。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述PWM舵机驱动模块控制紧急救生系统中舵机按照调整好的转速转动，舵机转轴上的凸轮在舵机的作用下推动连杆做平移运动，连杆推动同轴的刺破机构做平移运动刺破气瓶，气瓶被刺破后，高压气体通过刺破机构另一端连接的止回阀向气囊充气，气囊充气后弹出将携带者拉出水底，实现自救。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述气囊为橙色。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本发明的智能防溺水手环，通过压力传感器模块采集携带者所处深度水下压力信息，通过心率血氧传感器模块采集携带者心率血氧信息，将采集到的信息传输至单片机，判断携带者是否溺水，当判定溺水事故发生时，通过GPRS通讯模块向携带者监护人或现场救援人员发送救援信息与位置信息，实现求救，同时，信号采集控制系统中PWM舵机驱动模块使舵机动作，推动连杆与刺破机构，刺破气瓶，高压气体通过止回阀向气囊充气，气囊弹出将携带者拉出水底，实现自救。
本发明的智能防溺水手环体积小、易携带，使用者通过腕带将其固定在手臂，在不影响携带者游泳体验的前提下，提高了携带者游泳的安全性，上、下壳体通过带弹簧复位功能的转轴连接，便于气囊的弹出，气瓶通过螺纹连接在壳体上，更换气瓶简单易操作，可长期使用，气囊为橙色有效减少救援人员搜寻时间，提高溺水救生几率。
现有防溺水手环自动化程度低，当携带者因腿抽筋、体力不支等原因发生溺水时很难自主控制设备开启，即使在气囊的帮助下浮出水面也只能通过大声呼救或鸣哨请求援助，自动化程度低。本发明可在携带者溺水发生时，自主发讯，向携带者监护人或现场救援人员发送求援信息、位置信息，同时控制舵机动作，刺破气瓶，弹出气囊，具有自动化程度高、安全、可靠等特点，能够为携带者提供强力的水域安全保障。
附图说明
图1是本发明智能防溺水手环结构俯视图；
图2是本发明智能防溺水手环结构仰视图；
图3是本发明智能防溺水手环立体结构俯视图；
其中，1、腕带，2、下壳体，3、舵机，4、连杆，5、凸轮，6、电源，7、PWM舵机驱动模块，8、GPS模块，9、上壳体，10、压力传感器模块，11、单片机，12、GPRS通讯模块，13、气瓶，14、刺破机构，15、止回阀，16、气囊，17、心率血氧传感器模块。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
如图1～3所示，本发明为一种智能防溺水手环，包括壳体、信号采集控制系统和紧急救生系统。其中壳体包括腕带1、下壳体2和上壳体9，腕带1通过针扣固定在携带者手臂上，下壳体2与腕带1固定连接，上壳体9与下壳体2通过带弹簧复位功能的转轴连接，控制壳体的开启，具体的上壳体9与下壳体2之间通过转轴穿接，同时在销轴上设置扭簧，扭簧使得上壳体9与下壳体2在弹性作用下处于闭合状态。其中在下壳体2内舵机3外设置有起防水作用的密封罩，密封罩连接处设置有密封垫。
信号采集控制系统包括压力传感器模块10、心率血氧传感器模块17、单片机11、GPRS通讯模块12、PWM舵机驱动模块7、GPS模块8、电源6，压力传感器模块10、单片机11、GPRS通讯模块12、PWM舵机驱动模块7、GPS模块8、电源6固定安装在上壳体9内，电源6为信号采集控制系统提供动力；上壳体9部分区域具备一定的防水功能，以保障电气元件的正常使用，心率血氧传感器模块17安装在下壳体中心位置与携带者皮肤直接接触。压力传感器模块10的传感器膜片微位移与水压成正比，当携带者所处水深变化时传感器的电阻值发生变化，用电子线路监测这一变化，并转换输出对应压力的电流信号。心率血氧传感器模块17采用光电容积脉搏波描记法，利用LED绿光和红外光，以及两种光传感器来实时检测携带者心率，当LED光射向皮肤，透过皮肤组织反射回的光被光敏传感器接受并转换成电信号再经过AD转换成数字信号，将两种传感器采集信号传输至单片机11，单片机11通过软件编程结合压力传感器模块10与心率血氧传感器模块17信号判断携带者是否溺水。
紧急救生系统包括舵机3、凸轮5、连杆4、刺破机构14、气瓶13、止回阀15、气囊16。舵机3安装在下壳体2凹槽内，凸轮5固定在舵机3转轴上，凸轮5的轮廓与连杆4紧密接触，当凸轮5转动时带动连杆4在下壳体2凹槽形成的滑槽内做平移运动，刺破机构14与连杆4同轴，刺破机构14也设置在滑槽内随连杆4平移，刺破机构14一端与气瓶13连接、另一端通过止回阀15与气囊16连接，刺破机构14与气瓶13连接的一端设有钢针，气瓶13通过螺纹连接在下壳体2外侧，气瓶13在被刺破后释放出高压气体，高压气体经过止回阀15进入气囊16，气囊16在高压气体的作用下充气，止回阀15保障气囊16与刺破机构14的连接强度与气囊17保压的时间。
其中刺破机构14为中空的结构，刺破机构14一端固定的钢针为中空结构且与刺破机构14内部连通，刺破机构14另一端通过止回阀15与气囊16连接，当钢针刺破气瓶13后，气瓶13内气体沿着钢针进入刺破机构14内部并最终导入气囊16内。
智能防溺水手环的工作过程如下：
首先，通过固定在上壳体9的压力传感器模块10采集携带者所处水深信息，通过心率血氧传感器模块17采集携带者心率血氧信息，将采集到的信息传输到单片机11，单片机11判断携带者是否溺水，当判定溺水事故发生时，单片机11则向GPRS通讯模块、PWM舵机驱动模块发出相应指令，GPRS通讯模块通过RS232串口与单片机相连，具备短信、通话、数据传输等功能，覆盖范围广，能够在所述单片机AT指令下将向携带者监护人或现场救援人员发送救援信息，实现求救。携带者监护人或现场救援人员可根据GPS模块8获取溺水者的位置信息，快速找到救援目标，进行救援。
同时，信号采集控制系统中PWM舵机驱动模块7将控制舵机3按照调整好的转速转动，舵机转轴上的凸轮5在舵机3的作用下推动连杆4做平移运动，连杆4推动同轴的刺破机构14做平移运动刺破气瓶13，高压气体通过止回阀15向气囊16充气，气囊16弹出将携带者拉出水底，实现自救。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种智能防溺水手环，包括壳体和信号采集控制系统，壳体包括上壳体（9）和下壳体（2），其特征在于：还包括紧急救生系统，所述的紧急救生系统包括舵机（3）、凸轮（5）、连杆（4）、刺破机构（14）、气瓶（13）、止回阀（15）、气囊（16），所述的舵机（3）安装在下壳体（2）凹槽内，所述舵机（3）输出端连接凸轮（5），所述凸轮（5）外缘与连杆（4）紧密接触，在舵机（3）的作用下凸轮（5）带动连杆（4）在固定的滑槽内做平移运动，连杆（4）连接刺破机构（14），连杆（4）和刺破机构（14）两部分在同一轴线上做平移运动，刺破机构（14）一端与气瓶（13）连接、另一端通过止回阀（15）与气囊（16）连接，所述与气瓶（13）相连的一端设置有钢针，气瓶（13）通过螺纹连接在下壳体（2）一侧，气囊（16）设置在下壳体（2）内。
2.根据权利要求1所述的一种智能防溺水手环，其特征在于：所述信号采集控制系统包括分别与单片机（11）相连接的压力传感器模块（10）、心率血氧传感器模块（17）、单片机（11）、GPRS通讯模块（12）、PWM舵机驱动模块（7）、GPS模块（8）、电源（6），所述压力传感器模块（10）、单片机（11）、GPRS通讯模块（12）、PWM舵机驱动模块（7）、GPS模块（8）、电源（6）固定安装在上壳体（9）内，所述心率血氧传感器模块（17）安装在下壳体（2）下端外表面的中心位置。
3.根据权利要求1所述的一种智能防溺水手环，其特征在于：所述下壳体（2）上固定连接有腕带（1），腕带（1）通过针扣固定在携带者手臂上，下壳体（2）通过带弹簧复位功能的转轴连接上壳体（9），下壳体（2）内舵机（3）外设置有起防水作用的密封罩，密封罩连接处设置有密封垫。
4.根据权利要求2所述的一种智能防溺水手环，其特征在于：所述压力传感器模块（10）实时检测携带者所处深度的水下压力信息，所述心率血氧传感器模块（17）采集携带者心率血氧信息，单片机（11）结合压力传感器模块（10）与心率血氧传感器模块（17）的信号判断携带者是否溺水，若判定携带者处于溺水状态，则向GPRS通讯模块（12）、PWM舵机驱动模块（7）发出相应指令，GPRS通讯模块（12）向携带者监护人或现场救援人员发送救援信息、位置信息，实现求救；携带者监护人或现场救援人员根据GPS模块（8）定位，快速找到救援目标，进行施救。
5.根据权利要求4所述的一种智能防溺水手环，其特征在于：所述PWM舵机驱动模块（7）控制紧急救生系统中舵机（3）按照调整好的转速转动，舵机（3）转轴上的凸轮（5）在舵机（3）的作用下推动连杆（4）做平移运动，连杆（4）推动同轴的刺破机构（14）做平移运动刺破气瓶（13），气瓶（13）被刺破后，高压气体通过刺破机构（14）另一端连接的止回阀（15）向气囊（16）充气，气囊（16）充气后弹出将携带者拉出水底，实现自救。
6.根据权利要求1所述的一种智能防溺水手环，其特征在于：所述气囊（16）为橙色。
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