泳池溺水報(bào)警器

我校游泳館每次上課的人數(shù)都在100人左右，即2個(gè)班的學(xué)生一起上課，人數(shù)比較多。雖然有救生人員，他們也很負(fù)責(zé)，但用眼睛觀察畢竟有局限性。一旦事故發(fā)生了又沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，就會(huì)危及生命安全。安全成了老師、同學(xué)和家長(zhǎng)最擔(dān)心的問(wèn)題。如何解決安全報(bào)警問(wèn)題呢?由此，提出設(shè)計(jì)一種在游泳場(chǎng)所實(shí)時(shí)監(jiān)控報(bào)警的儀器——“泳池溺水報(bào)警器”，在游泳者溺水時(shí)能及時(shí)發(fā)出警報(bào)，以便救生員及早施救。

研究思路

1.判定溺水可能。當(dāng)游泳者沉入水中，報(bào)警器即開始計(jì)時(shí)，在限定時(shí)間內(nèi)游泳者沒(méi)有出水，便作出此人將溺水的判定。

2.實(shí)時(shí)發(fā)射報(bào)警信息。作出有人溺水判定，立刻顯示報(bào)警。同時(shí)，將報(bào)警信息發(fā)射給救生員報(bào)警顯示裝置，救生員進(jìn)行及時(shí)的救護(hù)。總控臺(tái)可通過(guò)游泳館的擴(kuò)音設(shè)備、電話等呼叫醫(yī)護(hù)人員。如果進(jìn)場(chǎng)時(shí)有登記，還可知道是誰(shuí)溺水了，并同時(shí)呼叫家長(zhǎng)或同行人員。

研究過(guò)程

1.溺水狀態(tài)識(shí)別過(guò)程

溺水狀態(tài)識(shí)別是問(wèn)題的核心。經(jīng)過(guò)分析，我認(rèn)為這個(gè)識(shí)別過(guò)程應(yīng)該由一個(gè)能識(shí)別進(jìn)、出水的傳感器來(lái)完成。我先選用了一個(gè)電阻傳感器，遇水后它的阻值有變化。這樣經(jīng)過(guò)放大處理后驅(qū)動(dòng)發(fā)射電路就發(fā)射信號(hào)。

經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，我發(fā)現(xiàn)這種傳感器過(guò)于敏感，只要有點(diǎn)濕或用手、濕布等都能觸發(fā)信號(hào)，誤發(fā)率高，無(wú)法滿足要求。在物理課中我們學(xué)過(guò)光的折射、反射原理。我就想：光通過(guò)水是會(huì)發(fā)生折射的，即水能夠改變光的傳播路線。只要設(shè)計(jì)、調(diào)整好光的發(fā)射和接受元件的相對(duì)位置，水對(duì)它的折、反射是一定的。

通過(guò)去圖書館翻閱資料、去各電子市場(chǎng)調(diào)研，我發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)上都沒(méi)有這樣的傳感器出售。如果自己制作這樣的光電傳感器，體積必然會(huì)很大，游泳者戴在頭上會(huì)很不方便。于是我上網(wǎng)查詢、一家一家地向廠家打電話咨詢，最終找到了一個(gè)廠家。他們生產(chǎn)的光電式傳感器能夠滿足我的要求。通過(guò)選型和試用，最終確定選用光電傳感器作為溺水狀態(tài)識(shí)別元件。

2.信息傳輸處理過(guò)程

無(wú)線發(fā)射器的最初工作原理是，只要接通電源，就開始發(fā)射信號(hào)。這種工作方式，在盆里進(jìn)行入水試驗(yàn)時(shí)還行，但到游泳池試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題：就是當(dāng)入水探測(cè)器在入水深度到0.3m后，接收裝置就收不到信號(hào)了。

更換大功率的同類產(chǎn)品也只不過(guò)使水下傳輸距離增大了一些，沒(méi)有解決實(shí)質(zhì)問(wèn)題。經(jīng)過(guò)反復(fù)的試驗(yàn)、分析，我們發(fā)現(xiàn)根本就不用考慮水中信號(hào)的發(fā)射問(wèn)題。我們最終調(diào)整了發(fā)射和接收的方案，改為遇水后發(fā)射器就停止工作，不發(fā)射信號(hào)，同時(shí)計(jì)數(shù)器開始計(jì)時(shí)的方案。

溺水探測(cè)裝置由游泳者攜帶，體積越小、重量越輕越好，所以發(fā)射器的電池容量不能大。另外，發(fā)射器沒(méi)有必要持續(xù)工作，利用間歇發(fā)射、延時(shí)計(jì)數(shù)的方法，可以方便、安全地滿足要求。所以，在發(fā)射器中增加了延時(shí)電路，改為間斷的脈沖發(fā)射方式，改持續(xù)工作為每6~10s鐘發(fā)射一次，持續(xù)發(fā)射0.2s，可延長(zhǎng)電池使用壽命30~50倍。若適當(dāng)?shù)卦黾与娫垂模€可大大提高脈沖的峰值功率，使通信距離增大，提高報(bào)警器的整體可靠性。溺水探測(cè)裝置封裝在工程塑料盒內(nèi)，開關(guān)采用非接觸式干簧管和雙向可控硅組成。

在研制過(guò)程中，我們遇到一個(gè)突出問(wèn)題就是溺水者的定位。在國(guó)外通常采用聲納、紅外線進(jìn)行定位，這些方法成本很高，很難普及和推廣。我們還比較了衛(wèi)星定位和射頻技術(shù)，衛(wèi)星定位在小范圍內(nèi)精度差，在室內(nèi)無(wú)法接收到信號(hào)；而射頻技術(shù)是一項(xiàng)新的定位和數(shù)傳技術(shù)，成本也很高，很難應(yīng)用。在專家的啟發(fā)和指導(dǎo)下，我們利用閃光來(lái)定位。經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)，最后確定設(shè)計(jì)一個(gè)脈沖電路給超高亮度的發(fā)光二極管供電，實(shí)現(xiàn)高亮度的閃爍效果，實(shí)驗(yàn)證明定位顯示效果很好。

面對(duì)泳池眾多的游泳者，少則幾人，多則幾十人甚至上百人，不可能每人設(shè)置一個(gè)頻率段。經(jīng)過(guò)調(diào)研和試驗(yàn)，可選用編解碼器件或單片機(jī)編程來(lái)解決此問(wèn)題。

此階段我進(jìn)行了以下工作：

1.利用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)了編、解碼電路和延時(shí)驅(qū)動(dòng)、報(bào)警程序。

2.在溺水探測(cè)裝置中，設(shè)計(jì)增加了超高亮度的溺水定位閃爍報(bào)警顯示。

3.在救生員裝置中增加了液晶顯示屏，方便了救生員的使用。

4.救生員裝置能夠與溺水探測(cè)裝置配合工作，無(wú)須計(jì)算機(jī)的支持。

研究結(jié)果

經(jīng)過(guò)多次的實(shí)驗(yàn)，終于形成了現(xiàn)在的泳池報(bào)警器——第三代泳池溺水報(bào)警器。這一代溺水報(bào)警器的溺水信息通過(guò)超亮度閃爍定位、編碼發(fā)送給救生員裝置和計(jì)算機(jī)，同時(shí)傳遞給周圍人群、救生員和管理人員，這樣就不會(huì)因?yàn)槟骋画h(huán)節(jié)的失誤而造成人員溺水，所以更加安全可靠。為便于推廣應(yīng)用，減少資金投入，本套報(bào)警器還可脫離計(jì)算機(jī)，由溺水探測(cè)裝置和救生員裝置來(lái)完成。