基于STM32和物联网技术的智能游泳卫士

丛高翔 马天洋 罗明轩 郑梓文 曾鹏辉 贾晓强

摘要：针对现在社会上缺少智能游泳救生装备的问题，该文设计了一款基于STM32和物联网技术的智能防溺水呼救护腕——智能游泳卫士。智能游泳卫士可以通过佩戴者的心率、血氧含量、位置、所处环境湿度等信息进行综合测定与判断，当检测到佩戴者的生命体征等信息开始出现不正常的波动或存在向溺水状态靠近时，装置需要立刻将信息向手机客户端发送预警信号。此外智能游泳卫士还配有北斗GPS定位模块，用户家人或亲属可以第一时间通过手机App查看使用这儿的位置信息，从而最大限度地减少溺水带来的意外事故。

关键词： STM32; 物联网技术; 北斗GPS定位;游泳救生; 溺水事故

中图分类号：TP393        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）02-0065-02

1 引言

据世界卫生组织统计，占1～14岁儿童意外死亡的前五大原因之一是游泳溺水死亡[1]。每年有3万名左右的儿童死于溺水事故，溺水死亡占0～14岁儿童少年意外死亡的六成之多[2]。传统的救生设备如救生背心和救生圈等，在救援时较为笨拙且不能及时的发现溺水者，没有智能化的救援设备也间接的造成溺水事故的频繁发生[3]。基于STM32和物联网技术的智能游泳呼救护腕（智能游泳卫士）能有效地解决溺水发现不及时的问题，对智能游泳救生领域的发展具有积极的推动作用。

2 智能游泳卫士的设计思路

智能游泳卫士的系统设计遵循物联网架构[4]，整个系统共分为感知层、传输层和应用层三个基本层构成。具体的传感器和服务器由智能游泳卫士的系统设计连接图如图1所示，每层的设计思路如下。

2.1 智能游泳卫士的感知层

硬件感知层采用 STM32F103C8T6单片机为控制核心[5]，运用北斗GPS 定位模块，GPRS 数据传输模块，心率测量传感器，脉搏传感器和九轴姿态传感器等相关监测人体生理状况的传感器设备，可以大大提高溺水者的位置信息的精确度。

2.2 智能游泳卫士的传输层

传输层搭建MQTT Broker[6]，作为消息的中转保证信息的安全。通过订阅 GPRS推送上的Basic Data并进行处理。然后，通过MySql Connector将数据存储进MySql数据库，用作存储备份。当手机客户端请求数据时，将Basic Data 与 Processed Data再递交到Client service ，通过前端页面来展现所有数据。用户界面有更直观的图标与更清晰的数据，给用户更直观的变化。用户还可以查看历史数据，做出相应的预测。

2.3 智能游泳卫士的传应用层

智能游泳卫士的App 使用 uni-app前端应用的框架[7]，可发布到iOS、Android、H5、以及各种小程序（微信、头条、QQ、钉钉）等多个平台。App的页面文件遵循Vue单文件组件 （SFC）规范，数据绑定和事件处理遵循 Vue.js 规范[8]。系统还优化了多端运行、编译速度和运行性能等问题。

3 智能游泳卫士的系统实现

3.1 PCB设计与实现

为了使设计核心可以适用于游泳手环，本文将所有硬件感知模块绘制到PCB电路板上，可以避免不必要的空间浪费。针对PCB的绘制，本文对传感器进行封装，如图2所示，在完成器件的封装后，根据对应的连接进行布局，为了尽量减小空间占用，将成品的传感器绘制重叠起来，这样可以减小板子的面积，在进行焊接时，可以直接将传感器焊接到核心电路板上。

3.2 STM32F103最小系统算法设计

STM32F103主控核心板的算法設计流程如图3所示，九轴姿态传感器、GPS模块、心率血氧模块、人体温度模块均有核心板STM32F103C8T6控制，经过综合数据处理后判断使用者是否有溺水的情况发生，如果有那么就会弹出手环的安全气囊。

3.3 智能游泳卫士手机App

为了给用户提供更好的体验，智能游泳卫士的手机客户端设计选用vscode开发工具，在技术上运用 echarts与vant进行设计[9]。用户下载并注册信息后，可以实时地查看自己游泳时的心率，血氧含量，运动速率和查看历史记录等功能。此外，手机App还能通过北斗GPS实时定位使用者的地理位置信息，如果不幸发生意外可以找到位置并给予救援。

4 结论

智能游泳卫士具有便捷性、实时性、准确性等特点，切合实际地解决了目前溺水发现不及时的问题，能够有效地减少溺水事故的发生。智能游泳救生设备的实现，解决了目前市场上传感器和游泳设备相结合的空缺，具有良好的社会价值，可广泛地运用于各地游泳馆、海水浴场和方塘水库等多种溺水事故频发地段。

参考文献：

[1] 上海市疾病预防控制中心.夏季儿童溺水高发，防范意识不能少[J].生命与灾害，2019（8）：20-21.

[2] World Health Organization. Global report on drowning： preventing a leading killer[R]. Geneva： World Health Organization，2014.

[3] 孙永泉.可穿戴救生装置开发及浴场智能救生系统设计[D].秦皇岛：燕山大学，2019.

[4] 官国飞，宋庆武，张万生，等.基于边缘计算与强化学习的配电物联网体系架构研究与应用[J].机械与电子，2020，38（7）：14-22.

[5] 李国泷，杨开建，程双钰，等.基于STM32的脉搏信号监测系统设计[J].电子制作，2020（11）：23-25.

[6] 赵政，王彦冰.基于MQTT协议的远程管理智能化Android系统设计与实现[J].科学技术创新，2020（22）：100-102.

[7] 肖文娟，王加胜.基于Vue和Spring Boot的校园记录管理Web App的设计与实现[J].计算机应用与软件，2020，37（4）：25-30，88.

[8] 吴志霞，叶根梅，甘丽，等.基于Vue.js框架实现移动终端数据可视化研究与实践[J].通化师范学院学报，2020，41（6）：62-66.

[9] 韩洪勇，冉春晴，陈硕.基于Echarts和Flask的数据可视化系统[J].中国新通信，2020，22（12）：59.

【通联编辑：代影】