基于PH檢測與智能傳感技術(shù)的兒童智能電動牙刷研究

梁嘉寶 嚴(yán)波 秦鎬 倪蓓露 楊宸銘

【摘 要】本文主要研究設(shè)計(jì)了一款基于PH檢測與智能傳感技術(shù)的兒童智能牙刷。通過研究分析現(xiàn)有產(chǎn)品，求解得到可以創(chuàng)新的功能模塊，并根據(jù)這些功能模塊求解可以實(shí)現(xiàn)這些功能的技術(shù)模塊，以此來實(shí)現(xiàn)改良設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)理念為“安全環(huán)保，做兒童私人牙醫(yī)”，以“私人、靈敏、交互”為核心。針對不同年齡階段兒童牙齒發(fā)育不同的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)將目標(biāo)設(shè)計(jì)對象定位為3-14歲各年齡階段兒童。兒童智能牙刷可以通過數(shù)據(jù)傳輸，將兒童的口腔狀況反饋至家長的手機(jī)客戶端，并給出相應(yīng)的改善建議：牙膏選擇、生活習(xí)慣、就醫(yī)措施等，同時(shí)還具有引導(dǎo)兒童掌握正確刷牙姿勢，播放兒歌增加刷牙的趣味性等針對兒童的附加功能。

【關(guān)鍵詞】智能傳感；改良設(shè)計(jì)；功能模塊求解；技術(shù)模塊求解

中圖分類號： 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.

【Abstract】This paper mainly studies on children's smart toothbrush which is based on PH detection and intelligent sensing technology.Through research and analysis of existing products，solving functional modules that can be innovated， and solving technical modules that can realize these functions according to these functional modules，in order to achieve improved design.The design concept is“safe and environmentally friendly，as a private dentist for children”，with “private，sensitive and interactive” as the core.According to the different characteristics of childrens teeth development at different ages，the design target is to target children of all ages from 3 to 14 years old.The children's smart toothbrush can transmit the childs oral condition to the parents mobile phone client through data transmission，and give corresponding improvement suggestions：toothpaste selection， living habits，medical treatment measures，etc.，and also guide the child to master the correct brushing posture， play Childrens songs add additional features for children，such as the fun of brushing teeth.

【Key words】Intelligent Sensing；Improved Design；Functional Module Solving；Technical Module Solving

1 緒論

1.1 研究背景與動機(jī)

近年來，中國人在追求高品質(zhì)生活的同時(shí)，許多家長對兒童的口腔健康也越來越重視，但也常因孩子討厭刷牙而頭痛。我們的團(tuán)隊(duì)旨在研發(fā)一款分年齡階段的兒童環(huán)保智能牙刷創(chuàng)新項(xiàng)目。刷毛柔軟舒適，在兒童刷牙時(shí)可以播放兒歌，感應(yīng)并糾正兒童的刷牙力度，讓孩子愛上刷牙；同時(shí)牙刷也可以監(jiān)測兒童的口腔健康，將數(shù)據(jù)傳送至父母的手機(jī)客戶端，并相應(yīng)的給出一些改善兒童口腔問題的建議，維護(hù)兒童的口腔健康。

如今產(chǎn)品的智能化產(chǎn)品的智能化成為未來商業(yè)社會的必然趨勢。在智能化社會，智能機(jī)逐漸代替工業(yè)革命式的機(jī)器大生產(chǎn)，智能產(chǎn)品逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的工業(yè)產(chǎn)品。在智能產(chǎn)品中，首先走入人們視線的便是貼近人們生活的智能化產(chǎn)品。

兒童口腔健康問題現(xiàn)狀嚴(yán)峻，口腔護(hù)理受到越來越多家長的重視，但大部分家長對兒童口腔護(hù)理存在誤區(qū)。在我國，隨著人民生活水平不斷地提高，口腔問題收到越來越多人的重視，而兒童的口腔健康，更成為了家庭的重中之重。雖然近年來口腔問題已經(jīng)得到了良好的改善，但據(jù)最近的調(diào)查顯示，超過六成家庭的兒童遇到過口腔問題，5歲兒童患齲齒率達(dá)66%，其中97%未得到及時(shí)的治療。口腔疾病不僅對牙齒、牙床、牙髓等造成傷害，還會對寶寶的語言發(fā)音、恒牙的排列、頜骨的發(fā)育造成影響。

根據(jù)科學(xué)研究顯示，唾液pH值可反映口腔健康狀況，唾液的正常pH值在6.6—7.1之間，屬于偏弱酸性到弱堿性之間。當(dāng)口腔內(nèi)部變?yōu)樗嵝原h(huán)境（唾液pH約為5.5）時(shí)，牙菌斑滋生，引起局部脫鈣，引發(fā)齲齒問題。當(dāng)pH值在7.2以上時(shí)，格蘭氏陰性菌生長，產(chǎn)生口臭等口腔問題。因此，我們考慮將牙刷作為載體，通過口腔內(nèi)產(chǎn)生口腔問題時(shí)會導(dǎo)致唾液pH值的變化這一特性，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)防口腔疾病（如齲齒、口臭等）的功能。

因此，針對以上幾種現(xiàn)象、問題和需求，我們提出了基于pH檢測與智能傳感技術(shù)的兒童環(huán)保智能牙刷研究項(xiàng)目。

1.2 研究目的

在現(xiàn)有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，針對兒童對電動牙刷進(jìn)行改良設(shè)計(jì)。

1.3 研究問題

本次研究主要解決以下三個(gè)方向的問題：（1）目前市場的pH檢測多為工業(yè)用，沒有適用于檢測口水的小pH模塊，因此我們需要自己研發(fā)適用于本創(chuàng)新課題的pH模塊。（2）測量施加在牙齒上的力的方法、尋找最合適的壓力感應(yīng)模式，實(shí)現(xiàn)感應(yīng)兒童刷牙力度的功能。（3）APP的設(shè)計(jì)、牙刷數(shù)據(jù)的傳輸。

2 研究方案

本文在對兒童電話牙刷進(jìn)行研究設(shè)計(jì)時(shí)，由功能出領(lǐng)域出發(fā)，根據(jù)現(xiàn)有產(chǎn)品不足提出功能的可創(chuàng)新點(diǎn)，再以功能模塊對應(yīng)到專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，求解技術(shù)路線。

在討論功能時(shí)，引入“私人牙醫(yī)”概念，主要是在對個(gè)人口腔環(huán)境可以進(jìn)行檢測與反饋。本文研究的主要的創(chuàng)新點(diǎn)是這種檢測與反饋的牙刷模式。而創(chuàng)新點(diǎn)主要分為以下幾點(diǎn)：

3 研究結(jié)果

3.1 pH模塊結(jié)果

在牙刷背部會有一個(gè)測點(diǎn)，即為PH傳感器，刷牙時(shí)測點(diǎn)采集的非電量信號轉(zhuǎn)成模擬信號再通過A/D轉(zhuǎn)換電路變成數(shù)據(jù)量傳輸至主控制中心。主控制中心將數(shù)據(jù)傳輸至父母的手機(jī)app，依據(jù)PH參數(shù)的檢測值設(shè)定的上下限，app進(jìn)行數(shù)據(jù)分析兒童的口腔狀況，并給出相應(yīng)建議。

3.2 壓力感應(yīng)模塊結(jié)果

在刷柄內(nèi)部安裝一個(gè)壓力感應(yīng)器。壓力感應(yīng)器將收到的壓力信號處理后分為三個(gè)力度區(qū)間：（1）輕微（2）適中（3）過度。并通過紅、黃、綠三種顏色反饋在牙刷刷柄的光圈部分，也可通過APP查看。

3.3 牙刷底座播放音樂

牙刷柄處有一個(gè)按鈕，當(dāng)按鈕被按下后，主控制中心識別到信號，通過揚(yáng)聲器播放兒童喜歡的音樂。

3.4 無線通信

數(shù)據(jù)采集設(shè)備將信號傳輸至主控制系統(tǒng)即單片機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)再向GPRS無線收發(fā)模塊發(fā)送AT指令將數(shù)據(jù)傳送至服務(wù)器，app再通過服務(wù)器訪問到這些數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

本研究基于產(chǎn)品智能化成為未來商業(yè)社會的必然趨勢、兒童口腔健康問題現(xiàn)狀嚴(yán)峻，口腔護(hù)理受到越來越多家長的重視，但大部分家長對兒童口腔護(hù)理存在誤區(qū)、兒童智能產(chǎn)品市場火爆但功能單一，兒童口腔智能產(chǎn)品市場存在大量缺口多和唾液pH值可反映口腔健康狀況的基礎(chǔ)條件上，根據(jù)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)研分析，得到可以創(chuàng)新改良的設(shè)計(jì)點(diǎn)，根據(jù)可設(shè)計(jì)的功能點(diǎn)發(fā)散，映射到相應(yīng)的專業(yè)知識領(lǐng)域，求解最佳技術(shù)方案以滿足產(chǎn)品功能創(chuàng)新。

本研究期望能夠?qū)ξ磥碇悄茈妱友浪⑻峁┮环N設(shè)計(jì)思路，也期望其中使用的由功能模塊求解對應(yīng)技術(shù)領(lǐng)域的方法可以為其他產(chǎn)品的設(shè)計(jì)改良提供一種方法和思路。

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