嬰幼兒可穿戴智能監測服裝設計探究

湯 焰，代園園，陳冠惠

（惠州城市職業學院，廣東 惠州 516025）

由于新手父母在嬰幼兒看護方面并不具備充足的經驗，難以及時發現嬰幼兒的身體異常情況，不利于嬰幼兒的健康成長。為滿足這些新手父母的需求，應對嬰幼兒可穿戴智能監測服裝產生更多的關注并加大力度進行開發利用。

1 嬰幼兒可穿戴智能監測服裝的主要設計原則

在嬰幼兒智能服裝的設計中充分融入科技手段，可以強化嬰幼兒服裝的功能性，能夠更好地保護嬰幼兒；但同時，在嬰幼兒服裝設計過程中應用過多的電子元件，也會影響服裝的舒適性和美觀度。因此，在設計智能監測服裝時，要遵循多項設計原則，在保證嬰幼兒服裝功能性的同時，也要保證其美觀度和穿著舒適度。

1.1 用戶中心原則

在設計嬰幼兒智能服裝時，要充分考慮嬰幼兒日常活動的需求與穿著舒適度的需求，從嬰幼兒的真實感受入手，盡可能地消除電子元件給嬰幼兒造成的不適感。

1.2 功能性原則

功能性是決定嬰幼兒智能服裝質量的重要標準之一，嬰幼兒智能監測服裝只有具有較高的功能性，才能切實做到時刻監測嬰幼兒的狀態，對嬰幼兒起到保護作用。因此，設計時需要充分保證電子元件的技術水平，同時也要注意嬰幼兒服裝在保暖、抑菌、耐久等方面的功能性。

1.3 舒適性原則

嬰幼兒的抵抗力較差，且好動、易出汗，如果服裝舒適度較差，會導致嬰幼兒出現生理和心理上的不適。因此，需做好電子元件尺寸與工藝的設計，避免使嬰幼兒產生“異物感”[1]。

2 嬰幼兒可穿戴智能監測服裝的設計流程

在設計嬰幼兒智能監測服裝時，要事先安排好設計流程，充分結合智能、環保的設計原則，提升嬰幼兒智能監測服裝的設計水平[2]。

首先，需開展資料收集工作，明確各個智能可穿戴設備的信息。可以通過文件閱讀、互聯網搜索等方式，獲取智能可穿戴設備的資料，對嬰幼兒智能服裝的功能與價值產生更加深入的了解。其次，要整理好收集到的資料，建立資料庫，按照資料類型進行分類管理，例如，可以做好服裝材料資料和電子元件資料的分類。

3 嬰幼兒可穿戴智能監測服裝的具體設計方案

3.1 設計需求

在嬰幼兒看護方面，大量新手父母并不具備充足的經驗，因此，難以及時發現嬰幼兒的身體異常情況，如感冒、發燒等，不利于嬰幼兒健康成長。為滿足新手父母的需求，面向嬰幼兒的可穿戴智能監測服裝受到更多關注。對于該服裝而言，使用者為嬰幼兒，獲取到的監測信息能夠直接傳遞給嬰幼兒監護人。綜合來看，面向嬰幼兒的可穿戴智能監測服裝設計具有以下優點：（1）使用安全水平較高，能夠保證嬰幼兒穿戴與使用的安全性，且適合嬰幼兒穿戴，舒適程度良好[3]。（2）智能化水平更高，可以在監測到異常數據后第一時間傳達給監護人，提醒監護人及時處理。（3）精準獲取嬰幼兒個體的身體溫度數據、出汗量數據（濕度數據）。（4）具備一定的照護功能，可以在一定程度上輔助監護人更好地照看嬰幼兒。

3.2 總體設計思路

硬件監測單元與軟件監測單元是嬰幼兒可穿戴智能監測服裝的核心單元結構。該智能服裝的硬件監測單元中包含大量的電子元件，具有實時性采集嬰幼兒身體溫度數據與出汗量數據的作用；軟件監測單元主要承擔向嬰幼兒監護人及時發送相關監測數據的工作。

對于嬰幼兒可穿戴智能監測服裝的硬件監測單元而言，可以進一步將其細化為多個功能模塊，包括無線傳輸功能模塊、電源供電功能模塊、人體生理數據（溫濕度數據）采集功能模塊、開發板數據處理功能模塊等。在實際的運行過程中，電源供電功能模塊為該智能服裝監測活動的全過程落實提供動力支持，由人體生理數據采集功能模塊實現對嬰幼兒現實體溫、出汗量（濕度）數據的采集，并上傳至開發板數據處理功能模塊，實現數據匯總與綜合分析；在無線傳輸功能模塊的支持下，獲得的數據能夠迅速傳到監護人的移動終端內；結合移動終端內下載的對應App（軟件監測單元），監護人可以實時獲取嬰幼兒的生理數據。軟件監測單元開設了嬰幼兒生理數據匯總提取模塊、異常報警與提示模塊、嬰幼兒生理數據監測報告自動生成模塊、育兒論壇模塊等，在實際的運行過程中，監護人能夠在軟件監測單元內直接調取當前嬰幼兒的生理數據，一旦嬰幼兒的溫度與出汗量達到限定臨界值，手機App會自動發出警報，提醒監護人及時處理；監護人能夠在該軟件監測單元內隨時調取嬰幼兒生理數據的監測報告，全面掌握嬰幼兒在一段時間內的生理數據變化情況，為作出更為合理的嬰幼兒看護決策提供參考；監護人可以在該軟件監測單元內的育兒論壇模塊中，與其他監護人共同探討育兒知識、分享育兒經驗，更好地促進嬰幼兒生長發育。

與普通的嬰幼兒防護服裝相比，嬰幼兒可穿戴智能監測服裝由于內置傳感器，能夠實現對嬰幼兒身體健康數據的實時性獲取與監測，智能化程度相對較高，可以滿足監護人對嬰幼兒防護服裝的現實需求，支持嬰幼兒看護高質量開展。在本次嬰幼兒可穿戴智能監測服裝的設計過程中，主要對嬰幼兒溫度數據以及出汗量數據展開實時性監測，并上傳至對應的手機App平臺中，一旦系統判斷嬰幼兒的體溫、出汗量達到限定臨界值，手機App會自動發出警報，提醒監護人及時處理。

3.3 款式設計

由于本次設計的嬰幼兒可穿戴智能監測服裝使用主體為嬰幼兒，必須保證相應產品具有穿戴舒適性，適合嬰幼兒穿戴。因此，在實際的設計過程中，必須選用舒適性、透氣性以及吸濕性更為理想的面料，盡可能增加面料中的含棉量，確保該智能服裝具備優質的保暖性能[4]。結合嬰幼兒的情緒發展特征來選擇服裝顏色，本次設計主要選用了紅色，適用面廣、含義好且能夠在一定程度上調動幼兒的積極情緒。從款式方面來看，為了方便嬰幼兒穿脫，并避免嬰幼兒著涼，嬰幼兒可穿戴智能監測服裝主要應用了中國傳統肚兜款式，符合中國人的傳統審美，且兼具更好的功能性。

嬰幼兒可穿戴智能監測服裝的核心功能是監測嬰幼兒體溫以及出汗量，更為全面、精準地獲取生理數據，主要將傳感器加設在嬰幼兒汗腺分布密集、出汗量相對較大的位置，即嬰幼兒的左胸接近腋下區域；在采集溫度數據時，主要依賴設置在嬰幼兒腋下位置的溫度傳感器，由于腋下位置的溫度與人體體表溫度更為接近，且采集便捷、安全程度較高，嬰幼兒可穿戴智能監測服裝的溫度傳感器主要設置在腋下位置。

3.4 硬件監測單元設計

嬰幼兒可穿戴智能監測服裝的硬件監測單元可以進一步細化為多個功能模塊，包括無線傳輸功能模塊、電源供電功能模塊、人體生理數據（溫濕度數據）采集功能模塊、開發板數據處理功能模塊等。同時，由于柔性電子元件的體積、質量普遍維持在較低水平，運行中所消耗的能量也相對較小，在本硬件監測單元內投放了更多柔性電子元件。

其中，主要選擇LG柔性電纜型電池作為本智能服裝的電源供電功能模塊，其循環穩定性更為理想，且彎曲特性強、比容量大，可以提供較長時間的安全電力供應；主要選用穿戴式柔性傳感器（具體為柔性薄膜濕度傳感器、柔性NTC溫度傳感器）作為嬰幼兒溫度數據以及出汗量數據獲取、監測的硬件結構，相應傳感器結構具有較高的靈敏性，柔性也相對較高，所以能夠實現對嬰幼兒溫度、出汗量變化的迅速反應，提高生理數據采集的精準度與及時程度[5]；主要選用STM32F103C8T6微控制器作為本智能服裝的開發板數據處理功能模塊，該元件的體積更小且功能較好，成本也更為合理；主要應用藍牙低功耗（BLE）芯片完成本智能服裝的無線傳輸功能模塊構建，在短距離內擁有相對理想的無線數據傳輸能力，傳輸速度快且質量好，成本也維持在較低水平。

在嬰幼兒可穿戴智能監測服裝的實際使用過程中，通過對溫濕度傳感器的加設，達到及時獲取嬰幼兒生理數據（溫濕度數據）的效果，并依托微控制芯片處理前期獲取到的嬰幼兒溫濕度數據；在藍牙傳輸功能模塊的支持下，經過匯總處理的嬰幼兒生理數據會迅速傳遞至監護人智能終端的對應App中，實現對嬰幼兒身體表面溫濕度變化情況的全面監測；系統一旦判斷實測數據超出預設值，則監護人智能終端對應的App會第一時間發出報警信息，提醒監護人查看異常數據并做進一步處理。

3.5 軟件監測單元設計

嬰幼兒可穿戴智能監測服裝在實際設計過程中融入了交互設計理念，除了保證該智能服裝與環境之間實現良好交互，也驅動了嬰幼兒與監護人之間的高質量交互，在軟件監測單元（監護人智能終端上的對應App）的支持下，完成信息的快速傳遞。總體來看，通過利用軟件監測單元，嬰幼兒可穿戴智能監測服裝能夠與監護人建立起一種新型的交互模式，在實際運行過程中，通過無線接收功能模塊，將硬件監測單元獲取到的嬰幼兒生理數據第一時間傳遞至監護人移動終端App內，此時，監護人能夠直接在該App的對應功能模塊內全面獲取嬰幼兒當前的體溫數據以及出汗量數據，也能迅速查詢、調取嬰幼兒一段時間的體溫變化情況以及出汗量變化情況[6]。

3.6 應用與評價

3.6.1 系統調試

為保證嬰幼兒可穿戴智能監測服裝產品的功能穩定性與使用安全性，在某小區內隨機選取6名嬰幼兒作為被試對象，設定試驗時間為24 h。在此過程中，嬰幼兒穿戴該智能服裝，開啟串口監視器進行30 min的體溫與出汗量（濕度）數據檢測；利用溫度計、皮膚濕度測量儀進行多次（設定為3次）測溫以及表皮濕度測量，以此確定各個嬰幼兒被試的平均溫濕度數據。依托數據對比，可判斷出該嬰幼兒可穿戴智能監測服裝產品的功能穩定性。本次系統調試得到的具體數據如下所示。

被試1的串口監測溫度平均值為35.8 ℃，溫度計測量平均值為36.4 ℃，串口監測相對濕度平均值為45%，皮膚濕度測量儀測量平均值為48%；被試2的串口監測溫度平均值為36.2 ℃，溫度計測量平均值為36.8 ℃，串口監測相對濕度平均值為32%，皮膚濕度測量儀測量平均值為31%；被試3的串口監測溫度平均值為36.1 ℃，溫度計測量平均值為36.8 ℃，串口監測相對濕度平均值為59%，皮膚濕度測量儀測量平均值為63%；被試4的串口監測溫度平均值為35.7 ℃，溫度計測量平均值為36.5 ℃，串口監測相對濕度平均值為38%，皮膚濕度測量儀測量平均值為41%；被試5的串口監測溫度平均值為36.6 ℃，溫度計測量平均值為37.3 ℃，串口監測相對濕度平均值為24%，皮膚濕度測量儀測量平均值為25%；被試6的串口監測溫度平均值為36.4 ℃，溫度計測量平均值為37.0 ℃，串口監測相對濕度平均值為67%，皮膚濕度測量儀測量平均值為70%。

對比上述數據了解到，依托兩種測量方式獲取到的數據之間有著明顯的相關性，這樣的數據結果證實了嬰幼兒可穿戴智能監測服裝產品具備良好的功能穩定性。同時，在實際使用過程中，并沒有發生異常現象，說明該智能服裝產品的安全性良好。

3.6.2 應用成效分析

為進一步判斷嬰幼兒可穿戴智能監測服裝能否發揮出輔助監護人看護嬰幼兒的功能，組織了應用測試與分析。在實踐過程中，在某小區內隨機選取10名嬰幼兒及其監護人作為被試對象，設定試驗時間為48 h，在前24 h，未讓嬰幼兒穿著智能服裝，記錄期間嬰幼兒的哭鬧次數；后24 h，讓嬰幼兒穿著智能服裝，記錄期間嬰幼兒的哭鬧次數。通過獲取到的數據了解到，與未穿著智能服裝的嬰幼兒哭鬧次數（共計39次）相比，穿著智能服裝的嬰幼兒哭鬧次數（共計22次）更少，主要是因為在智能服裝發出報警信息后，監護人可以及時采取增減衣物等處理措施，讓嬰幼兒感到舒適，進而減少嬰幼兒的哭鬧次數。

4 結語

通過無線傳輸功能模塊、人體生理數據采集功能模塊、開發板數據處理功能模塊以及軟件平臺的結合利用，可以構建嬰幼兒可穿戴智能監測服裝系統，及時獲取到嬰幼兒的生理數據，并將其迅速傳遞至監護人智能終端的對應App中，一旦判斷實測數據超出預設值，則監護人智能終端的對應App會第一時間發出報警信息。實際的應用試驗結果表明，該智能服裝有著較為穩定的功能性，且能夠達到輔助監護人更好地看護嬰幼兒的效果，緩解監護人在照看嬰幼兒時產生的緊張和焦慮情緒，也能保證嬰幼兒長時間處于舒適狀態。