一種應(yīng)對溺水的智能救生項圈

方崢 左景武

摘要：當前全球溺水事故形勢嚴峻，為應(yīng)對青少年溺亡危機、并在意外落水時能夠及時提供救助，設(shè)計了一款可日常佩戴、具有報警功能的氣囊式救生項圈。該項圈較為輕便，日常佩戴時不干擾正?；顒?，落水遇險時觸發(fā)開關(guān)即可通過化學反應(yīng)使氣囊充氣，將佩戴者頭部托出水面，同時啟動報警裝置，發(fā)出聲光報警信號、定位溺水者的位置，方便救援。

關(guān)鍵詞：戶外;溺水;救生;GPS定位;日常便攜;項圈。

1.研究背景

溺水是世界各地非故意傷害死亡的第三大主因，每年溺亡人數(shù)逾36萬例。衛(wèi)生部統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國每年約有5.7萬人死于溺水，其中56.04%為青少年兒童，這一群體的主要遇難原因是，暑期放假無人看管，不幸落水，沒能及時得到救助。因而，需要重視溺水問題，為溺水兒童提供及時幫助的自助急救產(chǎn)品。

溺亡主要由淹沒或浸入在液體中造成呼吸受阻所致。人在落水后吸入大量的水，水直接灌入肺部，使人呼吸受阻、缺氧和昏迷，在短短4到6分鐘內(nèi)就會導(dǎo)致死亡。當前的溺水急救產(chǎn)品主要集中于救生圈、充氣腰帶、救生背心、救生手環(huán)，救生浮筒等，但這些產(chǎn)品價格高昂、不可日常佩戴、不面向青少年兒童群體，都無法在暑期無人看顧的兒童意外落水時提供緊急救助。

因此，針對青少年群體設(shè)計了一款可日常佩戴、具有報警功能的救生項圈。當佩戴者遇險時，該項圈能夠打開氣囊、將溺水者的頭部托出水面，同時自動報警，項圈將發(fā)出聲光報警信號，并定位溺水者的位置發(fā)送給家長和警方，以更快的速度爭取到緊急救援。

2.總體設(shè)計

2.1救援思路

在意外落水時，使用者按壓2處開關(guān)，內(nèi)部玻璃管破碎，化學藥品混合產(chǎn)生大量氣體，使氣囊充氣，產(chǎn)生約3L氣體，

2.2產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

設(shè)計了一款可日常佩戴、具有報警功能的救生項圈。當佩戴者遇險時，該項圈能一種氣囊式救生項圈，包括項圈連桿，項圈連桿設(shè)置有兩個，兩個項圈連桿的一端部與第一連接管的兩端固定連接，兩個項圈連桿的兩一端與第二連接管的兩端固定連接，項圈連桿側(cè)表面開設(shè)槽內(nèi)粘合固定有氣囊，項圈連桿的中部設(shè)置有控制室，項圈連桿的兩端設(shè)置有充氣室，充氣室的內(nèi)部設(shè)置有充氣組件，控制室的內(nèi)部設(shè)置有電控組件，第一連接管表面安裝有連接導(dǎo)管，且連接導(dǎo)管的兩端分別與充氣室和氣囊連通。

充氣組件包括充氣室內(nèi)部安裝的電動液壓伸縮桿和玻璃管，玻璃管為空心圓柱狀。玻璃管的內(nèi)部填充有雙氧水溶液，充氣室的內(nèi)部放置有二氧化錳固態(tài)顆粒。

雙氧水與二氧化錳的化學反應(yīng)式：

2H2O2 ==2H2O+O2（MnO2）

其中H2O2物質(zhì)的量0.276mol（34g/mol），O2物質(zhì)的量0.138mol（3.1L），MnO2催化劑2g。

2.3硬件設(shè)計

電控組件包括電源、觸發(fā)模塊、GPRS模塊、蜂鳴器模塊、LED模塊，電源、GPRS模塊、蜂鳴器模塊均固定在控制室的內(nèi)表面，觸發(fā)模塊和LED模塊固定在項圈連桿的外表面，且電源分別與觸發(fā)模塊、GPRS模塊、蜂鳴器模塊、LED模塊、電動液壓伸縮桿電連接。通過由電動液壓伸縮桿和玻璃管組成的充氣組件，同時玻璃管內(nèi)填充有雙氧水溶液，充氣室的內(nèi)部放置有二氧化錳固態(tài)顆粒，便于電動液壓伸縮桿的輸出端刺破玻璃管，使得二氧化錳催化雙氧水反應(yīng)，使得化學反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣在充氣室的內(nèi)部聚集進而通過連接導(dǎo)管注入氣囊的內(nèi)部，提高了充氣組件工作的穩(wěn)定性，同時二氧化錳催化雙氧水反應(yīng)溫和，且不產(chǎn)生有害物質(zhì)。

通過由電源、觸發(fā)模塊、GPRS模塊、蜂鳴器模塊、LED模塊構(gòu)成的電控組件，同時電源、GPRS模塊、蜂鳴器模塊均固定在控制室的內(nèi)表面，同時觸發(fā)模塊和LED模塊安裝在項圈連桿的外表面，便于用戶在水下通過按壓觸發(fā)模塊，使得電源對GPRS模塊、蜂鳴器模塊、LED模塊、電動液壓伸縮桿進行供電，便于GPRS模塊通電后進行發(fā)送警報信號和定位信號，蜂鳴器模塊通電后發(fā)出蜂鳴，LED模塊通電后發(fā)光。

參考文獻：

[1]陳文甫，陳雪.基于AT89C51主控芯片的導(dǎo)盲護腕設(shè)計[J].現(xiàn)代信息科技，2019，3（16）：155-157.

[2]鄒旭，廖鐘豪，王廷軍，范佳旸，曾順，張遠飛.基于zigbee通信模塊的泳池防溺水智能泳帽的研究[J].科技風，2018（34）：70.

[3]張以涵，羅磊，王學忠.防溺水游泳圈的設(shè)計[J].電腦知識與技術(shù)，2018，14（29）：254-256+258

[4]邾立軍.公共場所對未成年人的安全保障義務(wù)探析——以未成年人溺亡為視角[J].青少年兒童犯罪問題，2014（02）：10-17.

[5]夏文，王斌，劉煉，王郁平.發(fā)達國家學生水上安全教育的經(jīng)驗及啟示[J].湖北體育科技，2011，30（05）：502-504.

[6]戴興華，張艷瑋.防溺水預(yù)警機制建設(shè)的實踐與探索[J].科學咨詢（教育科研），2019（07）：24.

[7]李志剛.關(guān)于預(yù)防未成年人溺水事故的探討[J].管理觀察，2014（08）：139+142.

[8]蔡榮富，胡能成.中小學生溺水事故的對應(yīng)思考[J].平安校園，2008（3）：70-73.

[9]唐國憲，趙少雄，楊燁.游泳意外溺水事故原因探析[J].邵陽學院學報（自然科學版），2007，4（4）：116.

[10]王華友，孔瑜.近2年溺亡近200人今年已30人 閩江溺亡數(shù)據(jù)令人揪心[N].福建日報，2009-07-21，第1版.

第一作者： 方崢 女 2001.11 漢族 江西上饒 本科 學生 工業(yè)化科技產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計，產(chǎn)品與服務(wù)結(jié)合的體系設(shè)計

通訊作者簡介：姓名：左景武 性別：男 出生年月：1981.08 民族：壯族 籍貫：廣西來賓市象州縣 學歷：碩士研究生 職位職務(wù)：工業(yè)設(shè)計專業(yè)講師 研究方向：產(chǎn)品形態(tài)設(shè)計，產(chǎn)品開發(fā)