多信息检测技术融合下的新型安全智能脚环设计

何龙飞

摘 要：随着人民生活水平的不断提高，家长对孩子的安全问题愈加重视。近年来，儿童溺水、汽车内窒息死亡和走丢等情况频频发生。现今智能手环和电话手表已广泛普及，本文针对儿童群体，设计了一款在智能手环和信息检测技术基础上的新型安全智能脚环，它可以通过检测压力和生命特征判断儿童安全性，根據收集的信息追踪定位确定儿童的位置，并在异常情况下自动报警，以有效避免意外情况的发生。

关键词：智能脚环；信息检测；安全；报警

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

1 前言

根据权威部门的有效统计，我国每年因溺水、走丢以及汽车内窒息死亡的儿童数量是十分巨大的，并且随着二胎政策的放宽，儿童的数量会逐渐增大，对儿童安全的关注也会越来越强[1]。随着智能技术的快速发展，现今以智能手环和电话手表为代表的多功能简易佩戴设备不断涌现，传统具备计步、计时、闹钟等基础功能的佩戴设备已经不能满足公众对佩戴设备安全保障功能的要求，因此研制一款具备安全保障功能的佩戴设备变得十分必要[2]。

随着现代信息的不断发展，媒体对儿童出现意外身亡的报道时有发生，2018年6月24日，山西省吕梁市下属村庄发生儿童意外走失，最终丢失儿童身亡。2018年7月17日，安徽发的两名女童钻进未上锁的轿车内玩耍，不慎将自己反锁车内无法出来，在35℃的高温天气内窒息死亡。2018年8月5日，北京一对8岁的双胞胎姐妹跟妈妈到青岛旅游，沙滩游玩时溺水身亡。在这种背景下，研制一款适合儿童并具有安全检测及报警功能的佩戴设备具有重要的价值。因此，本文设计了一种具备多信息检测功能的新型安全智能脚环。

2 智能脚环设计原则

该设计的适用对象是儿童群体，考虑到其特殊性，设计方案需要充分考虑简易性、舒适性、持久性和可靠性的要求。简易性和舒适性是因为儿童心理成熟度不足，防止其破坏设备或设备脱落；持久性是因为监护人未必可以时刻关注儿童佩戴的设备，儿童也未必知道保证设备状态正常；可靠性是安全性的基础，可靠性要做到信息检测的准确性、信息传递和报警的实时性。

基于以上设计原则，绘制如图1所示的示意图。

3 智能脚环功能设计

3.1 总体功能设计

本文设计的新型安全智能脚环主要实现四个功能：游泳水中压力检测、实时定位和生命特征检测以及超过预定值自动报警。

游泳水中压力检测是用于保证儿童水中游泳的安全性，其可以检测到水中的实时压力，当压力超过预定值，不适合游泳时，自动报警，以电话和信息等形式传递给监护人。实时定位是用来当儿童走丢或者超出预定距离时，自动报警，以电话和信息等形式传递给监护人。生命特征检测是用来当儿童窒息或溺水等情况时，生命特征出现异常时，自动报警，以电话和信息等形式传递给监护人。除了以上主要功能，考虑到儿童的年龄和性格问题，该设计需具有娱乐性，如以卡通人物为表面设计[3]。

综合以上设计功能的新型安全智能脚环，信息采集和自动报警是核心，总体功能设计如图2所示。

3.2 电源设计

电源设计可以说是保证设备可靠性的重要设计之一。因为该安全智能脚环有多个信息采集设备，还有GPS和一些辅助功能，耗电量大，而电池由于体积较小，无法设计大容量电池，会造成设备待机时间比较短，大大降低了脚环使用的可靠性[4]。

因此本设计采用太阳能电池板和可充放电电池，利用电路转换将太阳能转化为电能储存至电池，克服手机待机时间短的缺点。

3.3 软件设计

各个模块收集多种信息，通过4G协议发送到服务器端进行数据分析并与预设值进行比较，当检测到的数值超过预定值时，启动报警功能，即通过短信和电话的形式通知监护人[5]。

3.4 防水设计

因为安全智能脚环佩戴儿童可能经常处于水中或者雨中，因此防水设计是保证脚环功能正常的重要设计之一。本文参照Bong智能手环的防水功能设计，保证脚环浸入水中数小时也不会使功能受到影响[6]。

3.5 信息收集模块设计

本设计中最重要的信息模块为水中压力检测模块和生命特征检测模块。压力检测模块是检测智能脚环在水中产生的压力信息，设计于脚环表面；生命特征检测模块是检测佩戴者的血氧饱和度和心率特征，设计于靠皮肤一侧[7]。

3.6 整体外观设计

首先选择舒适度高并无过敏原的材料制作脚环带；然后，为避免儿童存在心理上的不适，将外漏的信息检测模块、表带等外部与卡通、动漫进行结合，提高儿童心理方面的舒适感。

4 结语

本文对于现今儿童的可能面临的安全隐患进行充分的考虑，结合儿童的心理、生理特性，设计出适用于儿童的新型安全智能脚环，能够在充分获取各类即时信息的情况下，准确判断出儿童的安全情况，异常情况下及时报警通知监护人，以有效避免儿童因意外而死亡情况的发生。

参考文献：

[1]梁可玥.基于智能手环的学生野外出游安全监测系统的探究[J]. 科技创新与应用，2016（14）：89.

[2]佚名.手腕上的革命与“健康”息息相关的智能手环[J].电脑爱好者，2014（15）：94-95.

[3]叶奕风.儿童智能手环的工业设计[J].天津科技，2018（01）：83-85.

[4]王磊，邵平凡.基于MSP430和μC/OS-Ⅱ的低功耗智能手环设计[J].微型机与应用，2015，34（15）：95-98.

[5]何晓龙，史文越，盛张群.智能手环/手机应用程序在不同步行速度或路面中的计步有效性研究[J].中国体育科技，2016，52（06）：122-127.

[6]梁景裕.心率监测让运动睡眠监控更准确四款热卖智能手表体验对比[J].消费电子，2016（07）：59-67.

[7]王利，张思琪，曹继刚.脉诊疾病预警定位智能手环的发明设计[J].中国中医药现代远程教育，2016，14（15）：51-53.