多信息檢測技術融合下的新型安全智能腳環設計

何龍飛

摘 要：隨著人民生活水平的不斷提高，家長對孩子的安全問題愈加重視。近年來，兒童溺水、汽車內窒息死亡和走丟等情況頻頻發生。現今智能手環和電話手表已廣泛普及，本文針對兒童群體，設計了一款在智能手環和信息檢測技術基礎上的新型安全智能腳環，它可以通過檢測壓力和生命特征判斷兒童安全性，根據收集的信息追蹤定位確定兒童的位置，并在異常情況下自動報警，以有效避免意外情況的發生。

關鍵詞：智能腳環；信息檢測；安全；報警

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.095

1 前言

根據權威部門的有效統計，我國每年因溺水、走丟以及汽車內窒息死亡的兒童數量是十分巨大的，并且隨著二胎政策的放寬，兒童的數量會逐漸增大，對兒童安全的關注也會越來越強[1]。隨著智能技術的快速發展，現今以智能手環和電話手表為代表的多功能簡易佩戴設備不斷涌現，傳統具備計步、計時、鬧鐘等基礎功能的佩戴設備已經不能滿足公眾對佩戴設備安全保障功能的要求，因此研制一款具備安全保障功能的佩戴設備變得十分必要[2]。

隨著現代信息的不斷發展，媒體對兒童出現意外身亡的報道時有發生，2018年6月24日，山西省呂梁市下屬村莊發生兒童意外走失，最終丟失兒童身亡。2018年7月17日，安徽發的兩名女童鉆進未上鎖的轎車內玩耍，不慎將自己反鎖車內無法出來，在35℃的高溫天氣內窒息死亡。2018年8月5日，北京一對8歲的雙胞胎姐妹跟媽媽到青島旅游，沙灘游玩時溺水身亡。在這種背景下，研制一款適合兒童并具有安全檢測及報警功能的佩戴設備具有重要的價值。因此，本文設計了一種具備多信息檢測功能的新型安全智能腳環。

2 智能腳環設計原則

該設計的適用對象是兒童群體，考慮到其特殊性，設計方案需要充分考慮簡易性、舒適性、持久性和可靠性的要求。簡易性和舒適性是因為兒童心理成熟度不足，防止其破壞設備或設備脫落；持久性是因為監護人未必可以時刻關注兒童佩戴的設備，兒童也未必知道保證設備狀態正常；可靠性是安全性的基礎，可靠性要做到信息檢測的準確性、信息傳遞和報警的實時性。

基于以上設計原則，繪制如圖1所示的示意圖。

3 智能腳環功能設計

3.1 總體功能設計

本文設計的新型安全智能腳環主要實現四個功能：游泳水中壓力檢測、實時定位和生命特征檢測以及超過預定值自動報警。

游泳水中壓力檢測是用于保證兒童水中游泳的安全性，其可以檢測到水中的實時壓力，當壓力超過預定值，不適合游泳時，自動報警，以電話和信息等形式傳遞給監護人。實時定位是用來當兒童走丟或者超出預定距離時，自動報警，以電話和信息等形式傳遞給監護人。生命特征檢測是用來當兒童窒息或溺水等情況時，生命特征出現異常時，自動報警，以電話和信息等形式傳遞給監護人。除了以上主要功能，考慮到兒童的年齡和性格問題，該設計需具有娛樂性，如以卡通人物為表面設計[3]。

綜合以上設計功能的新型安全智能腳環，信息采集和自動報警是核心，總體功能設計如圖2所示。

3.2 電源設計

電源設計可以說是保證設備可靠性的重要設計之一。因為該安全智能腳環有多個信息采集設備，還有GPS和一些輔助功能，耗電量大，而電池由于體積較小，無法設計大容量電池，會造成設備待機時間比較短，大大降低了腳環使用的可靠性[4]。

因此本設計采用太陽能電池板和可充放電電池，利用電路轉換將太陽能轉化為電能儲存至電池，克服手機待機時間短的缺點。

3.3 軟件設計

各個模塊收集多種信息，通過4G協議發送到服務器端進行數據分析并與預設值進行比較，當檢測到的數值超過預定值時，啟動報警功能，即通過短信和電話的形式通知監護人[5]。

3.4 防水設計

因為安全智能腳環佩戴兒童可能經常處于水中或者雨中，因此防水設計是保證腳環功能正常的重要設計之一。本文參照Bong智能手環的防水功能設計，保證腳環浸入水中數小時也不會使功能受到影響[6]。

3.5 信息收集模塊設計

本設計中最重要的信息模塊為水中壓力檢測模塊和生命特征檢測模塊。壓力檢測模塊是檢測智能腳環在水中產生的壓力信息，設計于腳環表面；生命特征檢測模塊是檢測佩戴者的血氧飽和度和心率特征，設計于靠皮膚一側[7]。

3.6 整體外觀設計

首先選擇舒適度高并無過敏原的材料制作腳環帶；然后，為避免兒童存在心理上的不適，將外漏的信息檢測模塊、表帶等外部與卡通、動漫進行結合，提高兒童心理方面的舒適感。

4 結語

本文對于現今兒童的可能面臨的安全隱患進行充分的考慮，結合兒童的心理、生理特性，設計出適用于兒童的新型安全智能腳環，能夠在充分獲取各類即時信息的情況下，準確判斷出兒童的安全情況，異常情況下及時報警通知監護人，以有效避免兒童因意外而死亡情況的發生。

參考文獻：

[1]梁可玥.基于智能手環的學生野外出游安全監測系統的探究[J]. 科技創新與應用，2016（14）：89.

[2]佚名.手腕上的革命與“健康”息息相關的智能手環[J].電腦愛好者，2014（15）：94-95.

[3]葉奕風.兒童智能手環的工業設計[J].天津科技，2018（01）：83-85.

[4]王磊，邵平凡.基于MSP430和μC/OS-Ⅱ的低功耗智能手環設計[J].微型機與應用，2015，34（15）：95-98.

[5]何曉龍，史文越，盛張群.智能手環/手機應用程序在不同步行速度或路面中的計步有效性研究[J].中國體育科技，2016，52（06）：122-127.

[6]梁景裕.心率監測讓運動睡眠監控更準確四款熱賣智能手表體驗對比[J].消費電子，2016（07）：59-67.

[7]王利，張思琪，曹繼剛.脈診疾病預警定位智能手環的發明設計[J].中國中醫藥現代遠程教育，2016，14（15）：51-53.