嬰幼兒智能防噎手圈

◆湖南省汨羅市第二中學(xué) 余天強(qiáng) 陳 就 王恩祈

有些小物品易使嬰幼兒噎住，如硬幣、扣子等，如不及時(shí)施救，會(huì)危及他們的生命。如何防止嬰幼兒被噎住？一方面家長應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)管，避免讓嬰幼兒隨意拿到小物品。另一方面，我們想發(fā)明一種嬰幼兒智能防噎手圈。一旦嬰幼兒抓取小物品往口里塞時(shí)，智能防噎手圈立即發(fā)出報(bào)警聲并迅速輕微振動(dòng)其手臂，使其手中物品掉落，從而解除安全隱患。

一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.外部感應(yīng)系統(tǒng)

當(dāng)嬰幼兒手抓物品有往嘴里塞的動(dòng)作時(shí)，繼電器工作，否則斷開。手圈能判斷物品的大小，如果物品橫截面小于或等于2厘米，手圈報(bào)警并振動(dòng)，使物品從嬰幼兒手中掉落，如圖1所示。

圖1 外部感應(yīng)系統(tǒng)示意圖

2.中央處理系統(tǒng)

中央處理系統(tǒng)包括景物和距離傳感器、視頻信號(hào)數(shù)字化設(shè)備、視頻信號(hào)快速處理器等。其中，景物和距離傳感器為圖像傳感器。視頻信號(hào)數(shù)字化設(shè)備將距離傳感器傳輸過來的信號(hào)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能分析的數(shù)字信號(hào)。視頻信號(hào)快速處理器再對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)、快速的處理。

3.報(bào)警及振動(dòng)系統(tǒng)

完成對(duì)傳輸過來的各種信號(hào)的處理工作以及處理系統(tǒng)發(fā)出的指令。結(jié)構(gòu)圖如圖2。

圖2 報(bào)警及振動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

二、工作原理

1.感應(yīng)系統(tǒng)

感應(yīng)系統(tǒng)主要包括一個(gè)光電傳感器和一個(gè)光電編碼器，通過灰度傳感器識(shí)別物品的長度、寬度、截面積大小等，利用觸碰傳感器檢測物品是否危險(xiǎn)，通過紅外發(fā)射器檢測物品是否向口腔方向移動(dòng)，利用伺服馬達(dá)完成振動(dòng)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)越限報(bào)警，并通過輕微振動(dòng)解除物品入口的隱患。

2.控制系統(tǒng)

用GSM模塊和單片機(jī)結(jié)合的方式發(fā)送短信，無源開關(guān)導(dǎo)通則系統(tǒng)發(fā)送報(bào)警聲及產(chǎn)生振動(dòng)。

智能防噎手圈主要由電源模塊、檢測感應(yīng)模塊、聲光報(bào)警模塊、控制器模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、顯示模塊六部分組成。由于主控制器的任務(wù)較多，且控制程序較復(fù)雜，我們配備了一個(gè)單片機(jī)作為主控制器的輔助部分，用以分擔(dān)主控制器的工作。聲光報(bào)警模塊引入一條信號(hào)線實(shí)現(xiàn)對(duì)聲音的控制，在收到主控中心的指令后報(bào)警。

3.振動(dòng)系統(tǒng)

單片機(jī)通過傳感器的反饋信號(hào)控制電機(jī)振動(dòng)。設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心部件，利用紅外傳感檢測、電機(jī)控制等技術(shù)，通過各種方案的討論及嘗試，再經(jīng)過對(duì)軟、硬件多次調(diào)試，不斷地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，最后達(dá)到防噎目的。

圖3 控制系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)圖

三、創(chuàng)新點(diǎn)與改進(jìn)設(shè)想

1.嬰幼兒智能防噎手圈的松緊、大小可調(diào)，攜帶方便，外表手繪卡通圖案，符合嬰幼兒喜好。

2.該手圈的信息數(shù)據(jù)設(shè)置簡單，感應(yīng)靈敏，能及時(shí)對(duì)可能造成嬰幼兒被噎的物品進(jìn)行干預(yù)，避免事故發(fā)生。

接下來，我們還將繼續(xù)思考如何讓報(bào)警裝置精準(zhǔn)識(shí)別該物品是否會(huì)造成嬰幼兒被噎，避免誤判而影響嬰幼兒的正常生活。（指導(dǎo)老師：曾尚文鐘 權(quán)）

專家點(diǎn)評(píng)

余天強(qiáng)、陳就、王恩祈三位同學(xué)完成的“嬰幼兒智能防噎手圈”是一項(xiàng)頗具新意的發(fā)明作品。讓人值得欣賞的是：其一，三位同學(xué)能捕捉到嬰幼兒成長中“防噎”的需求點(diǎn)，這便是強(qiáng)烈的創(chuàng)新意識(shí)能讓人獨(dú)具慧眼的生動(dòng)實(shí)例。其二，三位同學(xué)對(duì)項(xiàng)目中幾個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與相關(guān)技術(shù)的靈活應(yīng)用，盡顯少年智慧。

但值得注意的是，嬰幼兒在出生后就有口欲期表現(xiàn)，通過吸吮手指或其他物品來滿足自己的欲望。有的寶寶可能到幼兒期還有咬手、咬東西的習(xí)慣。醫(yī)學(xué)研究表明，嬰幼兒如果進(jìn)入口欲期，家長不應(yīng)過多干涉，否則可能會(huì)造成口欲期延長。因此，三位同學(xué)還要在“防噎”與不延長其口欲期等方面作更深入的研究。