嬰幼兒智能防噎手圈

◆湖南省汨羅市第二中學 余天強 陳 就 王恩祈

有些小物品易使嬰幼兒噎住，如硬幣、扣子等，如不及時施救，會危及他們的生命。如何防止嬰幼兒被噎??？一方面家長應加強監(jiān)管，避免讓嬰幼兒隨意拿到小物品。另一方面，我們想發(fā)明一種嬰幼兒智能防噎手圈。一旦嬰幼兒抓取小物品往口里塞時，智能防噎手圈立即發(fā)出報警聲并迅速輕微振動其手臂，使其手中物品掉落，從而解除安全隱患。

一、結構設計

1.外部感應系統(tǒng)

當嬰幼兒手抓物品有往嘴里塞的動作時，繼電器工作，否則斷開。手圈能判斷物品的大小，如果物品橫截面小于或等于2厘米，手圈報警并振動，使物品從嬰幼兒手中掉落，如圖1所示。

圖1 外部感應系統(tǒng)示意圖

2.中央處理系統(tǒng)

中央處理系統(tǒng)包括景物和距離傳感器、視頻信號數(shù)字化設備、視頻信號快速處理器等。其中，景物和距離傳感器為圖像傳感器。視頻信號數(shù)字化設備將距離傳感器傳輸過來的信號轉化為計算機能分析的數(shù)字信號。視頻信號快速處理器再對視頻信號進行實時、快速的處理。

3.報警及振動系統(tǒng)

完成對傳輸過來的各種信號的處理工作以及處理系統(tǒng)發(fā)出的指令。結構圖如圖2。

圖2 報警及振動系統(tǒng)結構圖

二、工作原理

1.感應系統(tǒng)

感應系統(tǒng)主要包括一個光電傳感器和一個光電編碼器，通過灰度傳感器識別物品的長度、寬度、截面積大小等，利用觸碰傳感器檢測物品是否危險，通過紅外發(fā)射器檢測物品是否向口腔方向移動，利用伺服馬達完成振動動作，實現(xiàn)越限報警，并通過輕微振動解除物品入口的隱患。

2.控制系統(tǒng)

用GSM模塊和單片機結合的方式發(fā)送短信，無源開關導通則系統(tǒng)發(fā)送報警聲及產(chǎn)生振動。

智能防噎手圈主要由電源模塊、檢測感應模塊、聲光報警模塊、控制器模塊、電機驅動模塊、顯示模塊六部分組成。由于主控制器的任務較多，且控制程序較復雜，我們配備了一個單片機作為主控制器的輔助部分，用以分擔主控制器的工作。聲光報警模塊引入一條信號線實現(xiàn)對聲音的控制，在收到主控中心的指令后報警。

3.振動系統(tǒng)

單片機通過傳感器的反饋信號控制電機振動。設計以單片機為核心部件，利用紅外傳感檢測、電機控制等技術，通過各種方案的討論及嘗試，再經(jīng)過對軟、硬件多次調(diào)試，不斷地對系統(tǒng)進行優(yōu)化，最后達到防噎目的。

圖3 控制系統(tǒng)模塊設計圖

三、創(chuàng)新點與改進設想

1.嬰幼兒智能防噎手圈的松緊、大小可調(diào)，攜帶方便，外表手繪卡通圖案，符合嬰幼兒喜好。

2.該手圈的信息數(shù)據(jù)設置簡單，感應靈敏，能及時對可能造成嬰幼兒被噎的物品進行干預，避免事故發(fā)生。

接下來，我們還將繼續(xù)思考如何讓報警裝置精準識別該物品是否會造成嬰幼兒被噎，避免誤判而影響嬰幼兒的正常生活。（指導老師：曾尚文鐘 權）

專家點評

余天強、陳就、王恩祈三位同學完成的“嬰幼兒智能防噎手圈”是一項頗具新意的發(fā)明作品。讓人值得欣賞的是：其一，三位同學能捕捉到嬰幼兒成長中“防噎”的需求點，這便是強烈的創(chuàng)新意識能讓人獨具慧眼的生動實例。其二，三位同學對項目中幾個系統(tǒng)的設計與相關技術的靈活應用，盡顯少年智慧。

但值得注意的是，嬰幼兒在出生后就有口欲期表現(xiàn)，通過吸吮手指或其他物品來滿足自己的欲望。有的寶寶可能到幼兒期還有咬手、咬東西的習慣。醫(yī)學研究表明，嬰幼兒如果進入口欲期，家長不應過多干涉，否則可能會造成口欲期延長。因此，三位同學還要在“防噎”與不延長其口欲期等方面作更深入的研究。