CN112093012A - 一种基于心率判定的防溺水救生装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于心率判定的防溺水救生装置及其控制方法，涉及水上救援技术领域，包括救生机构、用于控制救生机构工作的控制机构及用于供能的电池；气瓶和气囊安装于具有防水功能的外壳内，外壳上对应气囊的位置设气囊开口，气囊封堵气囊开口；气瓶内部蓄存高压压缩气体或液化气体，其口部设有通气阀，并通过通气管与气囊连通，构成救生机构；外壳贴合人体颈部形态设置，电池设于外壳内。本发明以心率剧增作为判定溺水的依据，能够较好地适应个体的实际体质情况，判断准确率高、响应迅速，能及时地自动实现气囊的充气，冲鼓气囊并产生浮力，将使用者头部托出水面，保证使用者能够正常呼吸，进而确保使用者的生命安全。

Description

一种基于心率判定的防溺水救生装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及水上救援技术领域，具体涉及一种防溺水救生装置其控制方法。
背景技术
溺水是人淹没于水或其他液体介质中并受到伤害的状况。水或其他液体充满呼吸道和肺泡会引起缺氧窒息，吸收到血液循环的水会引起血液渗透压改变、电解质紊乱和组织损害，进而造成呼吸停止和心脏停搏，导致死亡或器官产生不可逆的损伤，严重影响溺水者的身体健康和生命安全。
现有的防溺水装置虽能一定程度起到救生作用，但仍存在一些不足，如不适用于无自主救援能力婴幼儿及难以在使用者身体不适丧失自主救援能力时起到较好的救生作用；同时，人溺水和游泳的动作极为相似，外界无法准确判断入水者处于溺水或游泳状态，现有的救援装置无法向外界传达救援信号，不利于外界救援工作的进行。
通过现有技术检索，存在以下已知的技术方案：
现有技术1：
加利福尼亚州Geek团队设计的kingii腕带式救生设备，由一个小型二氧化碳集气瓶、一个圆形气囊和一条橡胶腕组成，扳下手柄，高压气瓶可以瞬间释放大量气体以充满气囊。
该现有技术只适用于使用者具有自主救援能力的情况，当使用者丧失自主救援能力时，无法实现救援效果。
现有技术2：
申请号：CN201711329863.3，申请日：2017.12.13，公开(公告)日：2018.06.19，该现有技术提供了一种基于化学原理的溺水自救手环，手环呈腕表状，包括壳体、腕带、气囊，还包括计时的钟表单元表芯，气囊叠放在壳体内，气囊内部密封包装有液体盐酸和干粉状碳酸氢钠，盐酸又是独立另封装软体袋子中，碳酸氢钠包覆在盐酸外部，钟表单元表芯也封装在壳体内，壳体表面有观察时间窗口；正常情况下，塑料盖通过卡扣将气囊封状在壳体内，使用者仅是当做腕表携带，做水上运动，溺水遇险状况下，需要自救时，手动按压或水压压迫塑料盖，使得包装盐酸的袋子破裂，盐酸与碳酸氢钠反应产生气体，导致气囊冲开塑料盖而漂浮至水面，从而将遇险者带出水面，简单轻便，安全可靠。
但该现有技术的实施依赖于化学反应，其效果受反应物浓度、外界温度等客观条件的影响较大，设备工作的长期性、稳定性和可靠性较差。
现有技术3：
德国雷纳·菲克斯奇发明了一种安全气囊Ploota，传感器检测到使用者头部处于水下30秒之后，自动触发安全气囊的充气膨胀，将使用者头部抬至水面以上，也可以手动启动安全气囊以保证自身安全。
但该现有技术判断溺水的指标不够及时准确，且无法满足个性化需求。
通过以上的检索发现，以上技术方案没有影响本发明的新颖性；并且以上现有技术的相互组合没有破坏本发明的创造性。
发明内容
本发明正是为了避免上述现有技术所存在的不足之处，提供了一种基于心率判定的防溺水救生装置及其控制方法。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：一种基于心率判定的防溺水救生装置，包括救生机构、用于控制所述救生机构工作的控制机构及用于供能的电池；气瓶和气囊安装于具有防水功能的外壳内，所述外壳上对应所述气囊位置设气囊开口，所述气囊封堵所述气囊开口；所述气瓶内部蓄存高压压缩气体或液化气体，其口部设有通气阀，并通过通气管与所述气囊连通，构成所述救生机构；所述外壳贴合人体颈部形态设置，电池设于所述外壳内；
所述控制机构包括数据连通的控制模块和心率传感器，所述心率传感器安装于所述外壳内侧，贴合使用者颈部皮肤设置，所述控制模块安装于所述外壳上；所述控制模块和所述心率传感器均与所述电池电性连接，所述通气阀与所述控制模块数据连通。
进一步的，所述救生机构还包括设于所述外壳内的舵机，所述舵机与所述电池电性连接，并与所述控制模块数据连通。
进一步的，所述控制机构还包括蜂鸣器、警示灯和显示屏，所述蜂鸣器、所述警示灯和所述显示屏安装于所述外壳外侧，并分别与所述电池电性连接及与所述控制模块数据连通。
进一步的，所述救生机构还包括旋钮，所述旋钮安装于所述外壳外部，用于控制所述通气阀的开闭。
进一步的，所述气囊的数量为至少两个，均布设于所述外壳外侧。
进一步的，所述气瓶内蓄存有二氧化碳气体、氮气、氩气或氦气中的一种。
进一步的，所述外壳呈设有开口的环型结构，套设于使用者颈部，所述开口处设有卡扣，并以所述卡扣卡合。
进一步的，所述外壳和所述控制机构的外表面设有透明防水隔膜。
进一步的，所述心率传感器为光电式心率传感器，所述控制模块为单片机电路板。
用于控制上述防溺水救生装置的方法，包括以下步骤：
步骤一，将气瓶正确安装至外壳上，使所述气瓶的口部与通气阀连通；
步骤二，打开电源，通过控制模块设定安全心率，并将设定的安全心率显示于显示屏中；
步骤三，将外壳佩戴于使用者颈部，使心率传感器贴合使用者颈部皮肤，随后，使用者正常入水；
步骤四，所述心率传感器实时监测使用者的心率，并将心率数据传递至所述控制模块，所述控制模块以默认的间隔时间将心率数据传输至云端，并将其与安全心率进行比较：
若实时心率＞安全心率，则所述制模块控制舵机打开所述通气阀，使气瓶内的气体经通气管充入单个或多个气囊内，冲鼓所述气囊并产生浮力，将使用者头部托出水面，保证使用者能够正常呼吸；
与此同时，所述控制模块向云端发出报警信息，以便于救援工作的调度，蜂鸣器鸣响、警示灯闪烁，以形成醒目标的，便于工作人员救援；
否则，重复执行步骤四，直至使用者关闭电源。
本发明提供了一种基于心率判定的防溺水救生装置及其控制方法，具有以下有益效果：
1、本发明以心率剧增作为判定溺水的依据，判断准确率高、响应迅速，能及时地自动实现气囊的充气，冲鼓气囊并产生浮力，将使用者头部托出水面，保证使用者能够正常呼吸，进而确保使用者的生命安全；
2、本发明设有手动控制的旋钮，在使用者有自主救援能力时可通过旋钮手动实现气囊的冲鼓，进一步保障了使用者的身体健康和生命安全；
3、本发明在气囊展开会后向云端传递救援信息，利于救援工作的调度，同时设有蜂鸣器和警示灯，便于救援人员定位救援目标，提高了救援效率；
4、本发明可根据使用者的个体情况进行安全心率的设定，能够较好地适应个体的实际体质情况，同时结构简单、轻便，基本不影响水中作业及游泳体验，适用于个人水上运动及大型游泳场所监测管理等场合，具有良好的市场前景。
附图说明
图1为本发明的待机时的内部结构示意图；
图2为本发明救生时的结构示意图。
图中：
1、救生机构，11、外壳，111、开口，112、卡扣，12、舵机，13、气瓶，14、通气管，15、气囊，16、旋钮，17、通气阀，18、透明防水隔膜；2、控制机构，21、控制模块，22、心率传感器，23、蜂鸣器，24、警示灯，25、显示屏；3、电池。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，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作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。
如图1～图2所示，其结构关系为：包括救生机构1、用于控制救生机构1工作的控制机构2及用于供能的电池3；气瓶12和气囊15安装于具有防水功能的外壳11内，外壳11上对应气囊15的位置设气囊开口，气囊15封堵气囊开口；气瓶12内部蓄存高压压缩气体或液化气体，其口部设有通气阀17，并通过通气管14与气囊15连通，构成救生机构1；气瓶12向气囊15充气的过程中，气囊15因体积膨大，会由气囊开口处膨出至外壳11外部，以达到较好的救援效果；外壳11贴合人体颈部形态设置，电池3设于外壳11内；
控制机构2包括数据连通的控制模块21和心率传感器22，心率传感器22安装于外壳11内侧，贴合使用者颈部皮肤设置，控制模块安装于外壳11上；控制模块21和心率传感器22均与电池3电性连接，通气阀17与控制模块21数据连通；本发明的外壳11采用高防水性、高耐磨性、加工性能好、再生利用性好、柔性好、舒适性较高的材料制成，分上下两部分进行生产，装配时于交界处涂密封胶，外壳11内，通气管14穿过的部分应当加设橡胶防水圈。
优选的，救生机构1还包括设于外壳11内的舵机12，舵机12与电池3电性连接，并与控制模块21数据连通。
优选的，控制机构2还包括蜂鸣器23、警示灯24和显示屏25，蜂鸣器23、警示灯24和显示屏25安装于外壳11外侧，并分别与电池3电性连接及与控制模块21数据连通。
优选的，救生机构1还包括旋钮16，旋钮16安装于外壳11外部，用于控制通气阀17的开闭。
优选的，气囊15的数量为至少两个，均布设于外壳11外侧。
优选的，气瓶12内蓄存有二氧化碳气体、氮气、氩气或氦气中的一种。
优选的，外壳11呈设有开口111的环型结构，套设于使用者颈部，开口111处设有卡扣112，并以卡扣112卡合。
优选的，外壳11和控制机构2的外表面设有透明防水隔膜18。
优选的，心率传感器22为光电式心率传感器，控制模块21为单片机电路板。
上述防溺水救生装置的使用方法具体如下：
步骤一，将气瓶13正确安装至外壳11上，使气瓶13的口部与通气阀17连通；
步骤二，打开电源，通过控制模块21设定安全心率，并将设定的安全心率显示于显示屏25中；
步骤三，将外壳11佩戴于使用者颈部，使心率传感器22贴合使用者颈部皮肤，随后，使用者正常入水；
步骤四，心率传感器22实时监测使用者的心率，并将心率数据传递至控制模块21，控制模块21以默认的间隔时间将心率数据传输至云端，并将其与安全心率进行比较：
若实时心率＞安全心率，则制模块21控制舵机12打开通气阀17打开，使气瓶13内的气体经通气管14充入单个或多个气囊15内，冲鼓气囊15并产生浮力，将使用者头部托出水面，保证使用者能够正常呼吸；
与此同时，控制模块21向云端发出报警信息，以便于救援工作的调度，蜂鸣器23鸣响、警示灯24闪烁，以形成醒目标的，便于工作人员救援；
否则，重复执行步骤四，直至使用者关闭电源。
当使用者溺水并由自主救援能力时，也可转动旋钮16，打开通气阀17，使气瓶13内的气体经通气管14流入气囊15以冲鼓气囊15，达到救援效果。
具体使用时，控制模块21包括主控芯片STM89C52RC(LQFP44)、最小系统电路、信号处理电路和报警驱动电路，并设有用于在救援时确定救援目标位置的NEO-7NGPS定位模块，该定位模块具有高灵敏度、低功耗、小型化、极高追踪灵敏度等特点，大大扩大了其定位的覆盖面，在普通GPS接收模块不能定位的地方，如狭窄都市天空下、密集的丛林环境，NEO-7N都能高精度定位。报警驱动电路应当包括用于向云端传递信息的无线发射接收模块(wifi或蓝牙)、用于驱动蜂鸣器的蜂鸣器驱动电路、用于驱动警示灯的警示灯驱动电路及用于驱动舵机的舵机驱动电路。
心率传感器22模拟信号的输出端接入信号处理电路的输入端，信号处理电路的输出端接入主控芯片输入引脚，同时，设定的间隔时间对应的采样频率应当远大于心率周期。
工作过程中，心率传感器采集心率信息，形成模拟信号并传递至信号处理电路，信号处理电路将模拟波形中的部分误差滤除后，传递至主控芯片，完成较小误差的心率采样。
心率数据的传递可通过蓝牙或wifi模块进行传递。其中，蓝牙模块适用于近距离传输，在传输距离较近的场合，可通过蓝牙模块实现防溺水救生装置与云端的互联；WiFi模块传播距离更广，更适合建立网上云服务器的联系。
本发明还可配套MySQL数据库，数据来源为每个防溺水救生装置的使用者的心率数据，针对每个防溺水救生装置的使用者进行心率建模，可根据建立的模型实现心率预测。同时，数据库接受到的数据可通过可视化反馈到界面，使得工作人员能够更便捷地对使用者的心率进行监控和下达救援等相关操作。防溺水救生装置也可通过网络服务器，与使用者的手机客户端建立联系。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于心率判定的防溺水救生装置，其特征在于：包括救生机构(1)、用于控制所述救生机构(1)工作的控制机构(2)及用于供能的电池(3)；气瓶(12)和气囊(15)安装于具有防水功能的外壳(11)内，所述外壳(11)上对应所述气囊(15)的位置设气囊开口，所述气囊(15)封堵所述气囊开口；所述气瓶(12)内部蓄存高压压缩气体或液化气体，其口部设有通气阀(17)，并通过通气管(14)与所述气囊(15)连通，构成所述救生机构(1)；所述外壳(11)贴合人体颈部形态设置，电池(3)设于所述外壳(11)内；
所述控制机构(2)包括数据连通的控制模块(21)和心率传感器(22)，所述心率传感器(22)安装于所述外壳(11)内侧，贴合使用者颈部皮肤设置，所述控制模块安装于所述外壳(11)上；所述控制模块(21)和所述心率传感器(22)均与所述电池(3)电性连接，所述通气阀(17)与所述控制模块(21)数据连通。
2.根据权利要求1所述的一种基于心率判定的防溺水救生装置，其特征在于：所述救生机构(1)还包括设于所述外壳(11)内的舵机(12)，所述舵机(12)与所述电池(3)电性连接，并与所述控制模块(21)数据连通。
3.根据权利要求2所述的一种基于心率判定的防溺水救生装置，其特征在于：所述控制机构(2)还包括蜂鸣器(23)、警示灯(24)和显示屏(25)，所述蜂鸣器(23)、所述警示灯(24)和所述显示屏(25)安装于所述外壳(11)外侧，并分别与所述电池(3)电性连接及与所述控制模块(21)数据连通。
4.根据权利要求1所述的一种基于心率判定的防溺水救生装置，其特征在于：所述救生机构(1)还包括旋钮(16)，所述旋钮(16)安装于所述外壳(11)外部，用于控制所述通气阀(17)的开闭。
5.根据权利要求1所述的一种基于心率判定的防溺水救生装置，其特征在于：所述气囊(15)的数量为至少两个，均布设于所述外壳(11)外侧。
6.根据权利要求1所述的一种基于心率判定的防溺水救生装置，其特征在于：所述气瓶(12)内蓄存有二氧化碳气体、氮气、氩气或氦气中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种基于心率判定的防溺水救生装置，其特征在于：所述外壳(11)呈设有开口(111)的环型结构，套设于使用者颈部，所述开口(111)处设有卡扣(112)，并以所述卡扣(112)卡合。
8.根据权利要求1所述的一种基于心率判定的防溺水救生装置，其特征在于：所述外壳(11)和所述控制机构(2)的外表面设有透明防水隔膜(18)。
9.根据权利要求1所述的一种基于心率判定的防溺水救生装置，其特征在于：所述心率传感器(22)为光电式心率传感器，所述控制模块(21)为单片机电路板。
10.一种防溺水救生装置的控制方法，用于控制如权利要求3所述的防溺水救生装置，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将气瓶(13)正确安装至外壳(11)上，使所述气瓶(13)的口部与通气阀(17)连通；
步骤二，打开电源，通过控制模块(21)设定安全心率，并将设定的安全心率显示于显示屏(25)中；
步骤三，将外壳(11)佩戴于使用者颈部，使心率传感器(22)贴合使用者颈部皮肤，随后，使用者正常入水；
步骤四，所述心率传感器(22)实时监测使用者的心率，并将心率数据传递至所述控制模块(21)，所述控制模块(21)以默认的间隔时间将心率数据传输至云端，并将其与安全心率进行比较：
若实时心率＞安全心率，则所述制模块(21)控制舵机(12)打开所述通气阀(17)，使气瓶(13)内的气体经通气管(14)充入单个或多个气囊(15)内，冲鼓所述气囊(15)并产生浮力，将使用者头部托出水面，保证使用者能够正常呼吸；
与此同时，所述控制模块(21)向云端发出报警信息，以便于救援工作的调度，蜂鸣器(23)鸣响、警示灯(24)闪烁，以形成醒目标的，便于工作人员救援；
否则，重复执行步骤四，直至使用者关闭电源。
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