專利名稱：基于呼吸和溫差檢測(cè)游泳安全的自動(dòng)報(bào)警裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及日常生活的一種游泳自動(dòng)報(bào)警裝置，具體涉及基于呼吸和溫差檢 測(cè)游泳安全的自動(dòng)報(bào)警裝置。
背景技術(shù)：
游泳是大眾喜愛(ài)的體育和休閑運(yùn)動(dòng)，但是每年都會(huì)發(fā)生游泳者溺水而亡的事故， 給家庭和社會(huì)帶來(lái)?yè)p失，因此，研究一種靈敏及時(shí)準(zhǔn)確的報(bào)警裝置是非常必要的。目前隨身攜帶的游泳報(bào)警裝置有兩種方式。其一，為手動(dòng)報(bào)警。當(dāng)泳者發(fā)生溺水 或其它不適時(shí)，按響身上的蜂鳴報(bào)警器或啟動(dòng)無(wú)線發(fā)射器將信號(hào)發(fā)給管理者報(bào)警。其二，通 過(guò)水壓，判定泳者在水下的時(shí)長(zhǎng)，即泳者在水下時(shí)間超過(guò)一定時(shí)間則自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警。第一種方法對(duì)于身體有其它不適可能更為有效，比如，感覺(jué)心臟不適或者抽筋等。 但對(duì)于猛然嗆水，就不是完全有效，嗆水者可能瞬間窒息。尤其是對(duì)初學(xué)者，在水中手忙腳 亂甚至完全不能自理，存在耽誤報(bào)警時(shí)機(jī)的缺陷。第二種方法是間接法，其依賴于對(duì)水壓的檢測(cè)，水中不同位置其水壓也不同，而且 是連續(xù)漸變的，以多深的水壓作為泳者在水下的依據(jù)是個(gè)問(wèn)題，該方法易造成誤判或漏判 的缺陷。上述兩種方法還存在有一個(gè)共同的缺陷即無(wú)線信號(hào)在水中的衰減很快，信號(hào)很 難被水上接收設(shè)備接收，水下的聲光也不易被水面上監(jiān)護(hù)者發(fā)現(xiàn)和聽(tīng)見(jiàn)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，成本低，使用方便，可視化，無(wú)需 溺水者操作報(bào)警裝置，該裝置基于呼吸和溫差檢測(cè)的方式，結(jié)合自動(dòng)啟動(dòng)閃爍浮標(biāo)實(shí)現(xiàn)自 動(dòng)及時(shí)可視報(bào)警，從而達(dá)到準(zhǔn)確及時(shí)地發(fā)現(xiàn)游泳溺水，避免傷亡事故發(fā)生的基于呼吸和溫 差檢測(cè)游泳安全的自動(dòng)報(bào)警裝置。針對(duì)上述存在的缺陷或不足，本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是一種基于呼吸和溫 差檢測(cè)游泳安全的自動(dòng)報(bào)警裝置由溫度采集單元、數(shù)據(jù)處理與控制單元、發(fā)光浮標(biāo)報(bào)警單 元組成，本實(shí)用新型的特殊之處在于所述溫度采集單元采集游泳者的呼吸溫度和人體周圍 環(huán)境溫度信息輸入到數(shù)據(jù)處理與控制單元，所述數(shù)據(jù)處理與控制單元根據(jù)人體呼吸溫度特 征以及水溫特征輸出門控制信號(hào)，所述門控制信號(hào)送到發(fā)光浮標(biāo)報(bào)警單元的輸入端，從而 釋放發(fā)光浮標(biāo)浮出水面報(bào)警，所述數(shù)據(jù)處理與控制單元由呼吸分析、溺水特征識(shí)別、計(jì)時(shí)參 數(shù)設(shè)置、電機(jī)四部分組成，所述溫度采集單元由游泳者呼吸第一溫度傳感器和游泳者周圍 環(huán)境第二溫度傳感器構(gòu)成，所述發(fā)光浮標(biāo)報(bào)警單元由浮標(biāo)箱，發(fā)光浮標(biāo)，電池分別連接組 成。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，成本低，使用方便，可視化， 無(wú)需溺水者操作報(bào)警裝置，該裝置基于用呼吸和溫差檢測(cè)，并結(jié)合發(fā)光浮標(biāo)報(bào)警，從而達(dá)到 準(zhǔn)確和及時(shí)的發(fā)現(xiàn)游泳溺水，避免傷亡事故發(fā)生的特點(diǎn)，根據(jù)人體的呼吸特征和水溫特征共同實(shí)現(xiàn)雙報(bào)警，其一，人呼氣和吸氣時(shí)有很大溫差，會(huì)出現(xiàn)溫度的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)，即所 謂溫度的波峰與波谷，通過(guò)溫差可以計(jì)算出呼吸周期，如果呼吸周期超過(guò)設(shè)定時(shí)長(zhǎng)，即可認(rèn) 為游泳者溺水啟動(dòng)報(bào)警；其二，水溫與水面上的溫度差異大，如果檢測(cè)出是水溫特征且該特 征持續(xù)時(shí)間超過(guò)設(shè)定時(shí)長(zhǎng)也會(huì)啟動(dòng)報(bào)警。本裝置采用基于呼吸和溫差綜合檢測(cè)技術(shù)，通過(guò) 發(fā)光浮標(biāo)實(shí)施可視化報(bào)警，直接反應(yīng)人體狀況，用簡(jiǎn)單實(shí)用的方法解決了水中報(bào)警信號(hào)難 以傳輸?shù)膯?wèn)題，廣泛用于各種游泳池，江河、湖泊及海洋游泳場(chǎng)。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警的工作流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)發(fā)明內(nèi)容作進(jìn)一步的說(shuō)明參照?qǐng)D1所示，一種基于呼吸和溫差檢測(cè)游泳安全的自動(dòng)報(bào)警裝置，該裝置由溫 度采集單元Ml、數(shù)據(jù)處理與控制單元M2、發(fā)光浮標(biāo)報(bào)警單元M3組成，所述溫度采集單元Ml 采集游泳者的呼吸溫度和人體周圍環(huán)境溫度信息輸入到數(shù)據(jù)處理與控制單元M2，所述數(shù)據(jù) 處理與控制單元M2根據(jù)人體呼吸溫度特征以及水溫特征輸出溺水驅(qū)動(dòng)信號(hào)，溺水驅(qū)動(dòng)信 號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出門控制信號(hào)，所述門控制信號(hào)送到光浮標(biāo)報(bào)警單元M3的箱體門，自動(dòng)打開(kāi) 箱體門，帶有發(fā)光二極管的發(fā)光浮標(biāo)浮出水面，發(fā)光浮標(biāo)通過(guò)軟繩與浮標(biāo)箱連接，所述溫度 采集單元Ml由游泳者呼吸第一溫度傳感器和游泳者周圍環(huán)境第二溫度傳感器構(gòu)成，所述 數(shù)據(jù)處理與控制單元M2由呼吸分析、溺水特征識(shí)別、計(jì)時(shí)和電機(jī)四部分組成，所述浮標(biāo)光 報(bào)警單元M3由浮標(biāo)箱，發(fā)光浮標(biāo)，電池和發(fā)光二極管組成，所述發(fā)光浮標(biāo)上連接有發(fā)光二 極管。圖2所示，一種基于呼吸和溫差檢測(cè)游泳安全的自動(dòng)報(bào)警裝置的檢測(cè)，按下述步 驟進(jìn)行1)、該裝置開(kāi)機(jī)后，發(fā)光浮標(biāo)報(bào)警單元中浮標(biāo)箱內(nèi)的二極管被點(diǎn)亮，設(shè)定報(bào)警時(shí) 長(zhǎng)、水溫；2)、溫度采集單元Ml通過(guò)第一、第二溫度傳感器分別開(kāi)始采集游泳人的呼吸溫 度、周圍環(huán)境溫度，并將溫度值輸入給數(shù)據(jù)處理與控制單元；3)、數(shù)據(jù)處理與控制單元M2通過(guò)第一傳感器發(fā)出的信息對(duì)呼吸溫度進(jìn)行分析，通 過(guò)搜尋呼吸溫度波峰波谷，即搜索出呼氣時(shí)的最高溫度、吸氣時(shí)的最低溫度，并分別記錄出 現(xiàn)最低溫度和最高溫度的時(shí)間點(diǎn)，計(jì)算出完成一次呼氣和吸氣所需時(shí)間，即呼吸周期；4)、數(shù)據(jù)處理與控制單元M2通過(guò)第二傳感器發(fā)出的信息對(duì)環(huán)境溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì) 算，即與設(shè)定的水溫比較，采集的溫度在設(shè)定相應(yīng)溫度的士 1.5°C范圍內(nèi)，對(duì)應(yīng)的溫度特征 即為水溫特征；5)、如果呼吸周期大于設(shè)定的時(shí)長(zhǎng)則給出溺水驅(qū)動(dòng)信號(hào)，或者如果環(huán)境溫度為水 溫特征的持續(xù)時(shí)間超過(guò)設(shè)定的時(shí)長(zhǎng)則也給出溺水驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作；6)、溺水驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)將浮標(biāo)箱門自動(dòng)打開(kāi)，浮標(biāo)在水的浮力作用下浮出水 面發(fā)光報(bào)警；[0021 ] 7 )、當(dāng)?shù)孛姹O(jiān)控人員發(fā)現(xiàn)報(bào)警信號(hào)后，立即組織搶救人員救治。本裝置佩戴在游泳者的頭部，其中第一傳感器伸出對(duì)準(zhǔn)鼻子，第二傳感器安裝在 頭頂。數(shù)據(jù)處理與控制單元由微處理器和電機(jī)構(gòu)成，并完成以下4個(gè)功能1)、呼吸分析通過(guò)溫度采集單元送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行分析處理，得出呼吸周期參數(shù)；2)、溺水特征識(shí)別對(duì)呼吸周期與溫度采集單元送來(lái)的環(huán)境溫度信號(hào)實(shí)時(shí)分析，進(jìn) 行溺水特征識(shí)別，該特征指呼吸周期超過(guò)設(shè)定時(shí)間或者水溫特性持續(xù)時(shí)間超過(guò)設(shè)定時(shí)間， 所述設(shè)定時(shí)間是指游泳者根據(jù)自身情況設(shè)置的報(bào)警時(shí)長(zhǎng)；3)、計(jì)時(shí)及參數(shù)設(shè)置為系統(tǒng)提供時(shí)間基準(zhǔn)、報(bào)警時(shí)長(zhǎng)及溫度設(shè)定；4)、開(kāi)門通過(guò)電機(jī)自動(dòng)打開(kāi)浮標(biāo)箱門；3、發(fā)光浮標(biāo)報(bào)警單元M3由浮標(biāo)箱，發(fā)光浮標(biāo)，供發(fā)光二極管用的電池和發(fā)光二極 管組成。浮標(biāo)箱門打開(kāi)后，攜帶有發(fā)光二極管的光浮標(biāo)浮出水面報(bào)警。綜上所述，游泳者下水之前，先將報(bào)警裝置開(kāi)機(jī)，設(shè)定報(bào)警時(shí)長(zhǎng)和水溫，然后將裝 置佩戴在游泳者的頭部，開(kāi)始下水游泳，此時(shí)，溫度采集單元設(shè)置的第一溫度傳感器采集呼 吸溫度，溫度參數(shù)實(shí)時(shí)傳送到數(shù)據(jù)處理與控制單元；第二溫度傳感器采集游泳者所處的環(huán) 境溫度，該溫度參數(shù)也實(shí)時(shí)送入數(shù)據(jù)處理與控制單元。數(shù)據(jù)處理與控制單元接收來(lái)自溫度采集單元的溫度信息，一般的由于人呼吸時(shí)溫 度特征為呼氣時(shí)溫度高，吸氣時(shí)溫度低，可以搜索呼吸溫度的波峰和波谷，根據(jù)波峰波谷出 現(xiàn)的時(shí)間點(diǎn)可以計(jì)算出呼吸周期，如果在設(shè)定報(bào)警時(shí)長(zhǎng)內(nèi)沒(méi)有檢測(cè)到呼吸周期則認(rèn)為游泳 者處于溺水狀態(tài)，則輸出溺水驅(qū)動(dòng)信號(hào)；對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行計(jì)算，由于水中與水面以上溫度存 在差異，一旦檢測(cè)出為水溫狀態(tài)，則認(rèn)為泳者處于水下，此時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)超過(guò)報(bào)警設(shè)定 時(shí)長(zhǎng)則亦輸出溺水驅(qū)動(dòng)信號(hào)。不論是呼吸檢測(cè)還是溫差檢測(cè)，只要有一個(gè)超過(guò)報(bào)警設(shè)定時(shí) 長(zhǎng)，則送出溺水驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作，保證了告警的可靠性。發(fā)光浮標(biāo)報(bào)警單元接收到電機(jī)的門控制信號(hào)，將浮標(biāo)箱門自動(dòng)打開(kāi)，攜帶發(fā)光二 極管的發(fā)光浮標(biāo)浮出水面完成光報(bào)警。實(shí)施例11)、該裝置開(kāi)機(jī)后，設(shè)置報(bào)警時(shí)長(zhǎng)30秒，水溫為；2)、溫度采集單元通過(guò)第一、第二溫度傳感器分別開(kāi)始采集游泳者的呼氣溫度和 吸氣溫度，周圍環(huán)境溫度，即游泳者在水里則為水溫，頭伸出水面則為水上溫度，并將溫度 值傳輸給數(shù)據(jù)處理與控制單元；實(shí)時(shí)采集，呼吸溫度每個(gè)人稍有差異，采到多少就是多少。3)、數(shù)據(jù)處理與控制單元通過(guò)第一傳感器傳來(lái)的數(shù)據(jù)測(cè)量出游泳者鼻孔處最高溫 度為35°C，且發(fā)生在第3秒鐘，最低溫度為25°C，且發(fā)生在第23秒中，則該游泳者的本 次呼吸周期為20秒；4)、數(shù)據(jù)處理與控制單元通過(guò)第二傳感器發(fā)出的信息與預(yù)先設(shè)置的溫度進(jìn)行比 較，得出環(huán)境溫度，設(shè)置的水溫為^rc,此時(shí)測(cè)出的溫度為^rc,則認(rèn)為游泳者在水下，并 開(kāi)始計(jì)時(shí)；5)、設(shè)置的報(bào)警時(shí)常為30秒，由于呼吸周期為20秒，小于報(bào)警時(shí)長(zhǎng)，則不輸出逆水
驅(qū)動(dòng)信號(hào)；6)、對(duì)水溫的計(jì)時(shí)到20秒時(shí)，由于游泳者進(jìn)行了呼吸，頭會(huì)露出水面檢測(cè)到室溫特征則停止計(jì)時(shí)，由于沒(méi)有超過(guò)30秒，也不輸出逆水驅(qū)動(dòng)信號(hào)，說(shuō)明游泳者是安全的；實(shí)施例21)、該裝置開(kāi)機(jī)后，設(shè)置報(bào)警時(shí)長(zhǎng)為30秒，水溫為^TC ；2)、溫度采集單元通過(guò)第一、第二溫度傳感器分別開(kāi)始采集游泳人的呼氣溫度和 吸氣溫度，周圍環(huán)境溫度，即游泳者在水里則為水溫，頭伸出水面則為水上溫度，并將溫度 值傳輸給數(shù)據(jù)處理與控制單元；3)、數(shù)據(jù)處理與控制單元通過(guò)第一傳感器傳來(lái)的數(shù)據(jù)測(cè)量出游泳者鼻孔處最高溫 度為35°C，且發(fā)生在第3秒鐘，之后發(fā)生溺水，數(shù)據(jù)處理與控制單元繼續(xù)搜尋溫度的波谷， 但在第33秒仍沒(méi)有測(cè)出最低溫度，即沒(méi)有測(cè)到溫度的波谷，也就是說(shuō)本次呼吸周期將大于 30秒，則輸出溺水驅(qū)動(dòng)信號(hào)，說(shuō)明游泳者已溺水，不安全，急需搶救；4)、數(shù)據(jù)處理與控制單元通過(guò)第二傳感器發(fā)出的信息與預(yù)先設(shè)置的溫度進(jìn)行比 較，得出環(huán)境溫度，此時(shí)測(cè)出的溫度為^rc,則認(rèn)為游泳者在水下，并開(kāi)始計(jì)時(shí)，由于發(fā)生溺 水，則測(cè)出的溫度始終為^rc，計(jì)時(shí)到30秒后，輸出溺水驅(qū)動(dòng)信號(hào)，說(shuō)明游泳者已溺水，不 安全，急需搶救；5)、此時(shí)，步驟3)或步驟4)輸出其中任一溺水驅(qū)動(dòng)信號(hào)都可以驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作；6)、當(dāng)電機(jī)收到溺水驅(qū)動(dòng)信號(hào)，瞬間將浮標(biāo)箱門自動(dòng)打開(kāi)，攜帶有發(fā)光二極管的發(fā) 光浮標(biāo)浮出水面，說(shuō)明泳池或泳場(chǎng)有游泳者已溺水，發(fā)出了報(bào)警信號(hào)；7)、當(dāng)?shù)孛姹O(jiān)控人員看到報(bào)警信號(hào)后，立即組織搶救人員救治。
權(quán)利要求1. 一種基于呼吸和溫差檢測(cè)游泳安全的自動(dòng)報(bào)警裝置，該裝置由溫度采集單元(Ml)、 數(shù)據(jù)處理與控制單元(M2)、發(fā)光浮標(biāo)報(bào)警單元(M3)組成，其特征在于所述溫度采集單元 (Ml)采集游泳者的呼吸溫度和人體周圍環(huán)境溫度信息輸入到數(shù)據(jù)處理與控制單元(M2)，所 述數(shù)據(jù)處理與控制單元(M2)根據(jù)人體呼吸溫度特征以及水溫特征輸出門控制信號(hào)，所述門 控制信號(hào)送到發(fā)光浮標(biāo)報(bào)警單元(M3)的輸入端，從而釋放發(fā)光浮標(biāo)浮出水面報(bào)警，所述數(shù) 據(jù)處理與控制單元(M2)由呼吸分析、溺水特征識(shí)別、計(jì)時(shí)參數(shù)設(shè)置、電機(jī)四部分組成，所述 溫度采集單元(Ml)由游泳者呼吸第一溫度傳感器和游泳者周圍環(huán)境第二溫度傳感器構(gòu)成， 所述發(fā)光浮標(biāo)報(bào)警單元(M3)由浮標(biāo)箱，發(fā)光浮標(biāo)，電池分別連接組成。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了基于呼吸和溫差檢測(cè)游泳安全的自動(dòng)報(bào)警裝置，該裝置的溫度采集單元采集游泳者呼吸和人體周圍環(huán)境溫度信息輸入到數(shù)據(jù)處理與控制單元，數(shù)據(jù)處理與控制單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作，電機(jī)驅(qū)動(dòng)光浮標(biāo)報(bào)警。檢測(cè)方法溫度采集單元通過(guò)第一、第二溫度傳感器采集游泳人的呼吸溫度、周圍環(huán)境溫度值傳輸給數(shù)據(jù)處理與控制單元；數(shù)據(jù)處理與控制單元搜尋呼吸溫度波峰波谷，計(jì)算呼吸周期；數(shù)據(jù)處理與控制單元計(jì)算出環(huán)境溫度；呼吸周期判斷呼吸停止時(shí)長(zhǎng)給出報(bào)警信號(hào)；水溫時(shí)長(zhǎng)給出報(bào)警信號(hào)；組織搶救人員救治。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，成本低，可視化，報(bào)警易被發(fā)現(xiàn)，使用方便，無(wú)需溺水者操作報(bào)警裝置，廣泛用于各種游泳池，江河、湖泊及海詳游泳場(chǎng)。
文檔編號(hào)G08B21/08GK201936423SQ201120074779
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月21日
發(fā)明者劉穎, 姚向龍, 寇小滿, 王鑫煜, 蘇雨崝, 郭強(qiáng) 申請(qǐng)人:西安高新第一中學(xué)