嬰幼兒可穿戴智能監(jiān)測服裝設(shè)計(jì)探究

湯 焰，代園園，陳冠惠

（惠州城市職業(yè)學(xué)院，廣東 惠州 516025）

由于新手父母在嬰幼兒看護(hù)方面并不具備充足的經(jīng)驗(yàn)，難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)嬰幼兒的身體異常情況，不利于嬰幼兒的健康成長。為滿足這些新手父母的需求，應(yīng)對嬰幼兒可穿戴智能監(jiān)測服裝產(chǎn)生更多的關(guān)注并加大力度進(jìn)行開發(fā)利用。

1 嬰幼兒可穿戴智能監(jiān)測服裝的主要設(shè)計(jì)原則

在嬰幼兒智能服裝的設(shè)計(jì)中充分融入科技手段，可以強(qiáng)化嬰幼兒服裝的功能性，能夠更好地保護(hù)嬰幼兒；但同時(shí)，在嬰幼兒服裝設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用過多的電子元件，也會(huì)影響服裝的舒適性和美觀度。因此，在設(shè)計(jì)智能監(jiān)測服裝時(shí)，要遵循多項(xiàng)設(shè)計(jì)原則，在保證嬰幼兒服裝功能性的同時(shí)，也要保證其美觀度和穿著舒適度。

1.1 用戶中心原則

在設(shè)計(jì)嬰幼兒智能服裝時(shí)，要充分考慮嬰幼兒日?；顒?dòng)的需求與穿著舒適度的需求，從嬰幼兒的真實(shí)感受入手，盡可能地消除電子元件給嬰幼兒造成的不適感。

1.2 功能性原則

功能性是決定嬰幼兒智能服裝質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，嬰幼兒智能監(jiān)測服裝只有具有較高的功能性，才能切實(shí)做到時(shí)刻監(jiān)測嬰幼兒的狀態(tài)，對嬰幼兒起到保護(hù)作用。因此，設(shè)計(jì)時(shí)需要充分保證電子元件的技術(shù)水平，同時(shí)也要注意嬰幼兒服裝在保暖、抑菌、耐久等方面的功能性。

1.3 舒適性原則

嬰幼兒的抵抗力較差，且好動(dòng)、易出汗，如果服裝舒適度較差，會(huì)導(dǎo)致嬰幼兒出現(xiàn)生理和心理上的不適。因此，需做好電子元件尺寸與工藝的設(shè)計(jì)，避免使嬰幼兒產(chǎn)生“異物感”[1]。

2 嬰幼兒可穿戴智能監(jiān)測服裝的設(shè)計(jì)流程

在設(shè)計(jì)嬰幼兒智能監(jiān)測服裝時(shí)，要事先安排好設(shè)計(jì)流程，充分結(jié)合智能、環(huán)保的設(shè)計(jì)原則，提升嬰幼兒智能監(jiān)測服裝的設(shè)計(jì)水平[2]。

首先，需開展資料收集工作，明確各個(gè)智能可穿戴設(shè)備的信息?？梢酝ㄟ^文件閱讀、互聯(lián)網(wǎng)搜索等方式，獲取智能可穿戴設(shè)備的資料，對嬰幼兒智能服裝的功能與價(jià)值產(chǎn)生更加深入的了解。其次，要整理好收集到的資料，建立資料庫，按照資料類型進(jìn)行分類管理，例如，可以做好服裝材料資料和電子元件資料的分類。

3 嬰幼兒可穿戴智能監(jiān)測服裝的具體設(shè)計(jì)方案

3.1 設(shè)計(jì)需求

在嬰幼兒看護(hù)方面，大量新手父母并不具備充足的經(jīng)驗(yàn)，因此，難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)嬰幼兒的身體異常情況，如感冒、發(fā)燒等，不利于嬰幼兒健康成長。為滿足新手父母的需求，面向嬰幼兒的可穿戴智能監(jiān)測服裝受到更多關(guān)注。對于該服裝而言，使用者為嬰幼兒，獲取到的監(jiān)測信息能夠直接傳遞給嬰幼兒監(jiān)護(hù)人。綜合來看，面向嬰幼兒的可穿戴智能監(jiān)測服裝設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）使用安全水平較高，能夠保證嬰幼兒穿戴與使用的安全性，且適合嬰幼兒穿戴，舒適程度良好[3]。（2）智能化水平更高，可以在監(jiān)測到異常數(shù)據(jù)后第一時(shí)間傳達(dá)給監(jiān)護(hù)人，提醒監(jiān)護(hù)人及時(shí)處理。（3）精準(zhǔn)獲取嬰幼兒個(gè)體的身體溫度數(shù)據(jù)、出汗量數(shù)據(jù)（濕度數(shù)據(jù)）。（4）具備一定的照護(hù)功能，可以在一定程度上輔助監(jiān)護(hù)人更好地照看嬰幼兒。

3.2 總體設(shè)計(jì)思路

硬件監(jiān)測單元與軟件監(jiān)測單元是嬰幼兒可穿戴智能監(jiān)測服裝的核心單元結(jié)構(gòu)。該智能服裝的硬件監(jiān)測單元中包含大量的電子元件，具有實(shí)時(shí)性采集嬰幼兒身體溫度數(shù)據(jù)與出汗量數(shù)據(jù)的作用；軟件監(jiān)測單元主要承擔(dān)向嬰幼兒監(jiān)護(hù)人及時(shí)發(fā)送相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)的工作。

對于嬰幼兒可穿戴智能監(jiān)測服裝的硬件監(jiān)測單元而言，可以進(jìn)一步將其細(xì)化為多個(gè)功能模塊，包括無線傳輸功能模塊、電源供電功能模塊、人體生理數(shù)據(jù)（溫濕度數(shù)據(jù)）采集功能模塊、開發(fā)板數(shù)據(jù)處理功能模塊等。在實(shí)際的運(yùn)行過程中，電源供電功能模塊為該智能服裝監(jiān)測活動(dòng)的全過程落實(shí)提供動(dòng)力支持，由人體生理數(shù)據(jù)采集功能模塊實(shí)現(xiàn)對嬰幼兒現(xiàn)實(shí)體溫、出汗量（濕度）數(shù)據(jù)的采集，并上傳至開發(fā)板數(shù)據(jù)處理功能模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匯總與綜合分析；在無線傳輸功能模塊的支持下，獲得的數(shù)據(jù)能夠迅速傳到監(jiān)護(hù)人的移動(dòng)終端內(nèi)；結(jié)合移動(dòng)終端內(nèi)下載的對應(yīng)App（軟件監(jiān)測單元），監(jiān)護(hù)人可以實(shí)時(shí)獲取嬰幼兒的生理數(shù)據(jù)。軟件監(jiān)測單元開設(shè)了嬰幼兒生理數(shù)據(jù)匯總提取模塊、異常報(bào)警與提示模塊、嬰幼兒生理數(shù)據(jù)監(jiān)測報(bào)告自動(dòng)生成模塊、育兒論壇模塊等，在實(shí)際的運(yùn)行過程中，監(jiān)護(hù)人能夠在軟件監(jiān)測單元內(nèi)直接調(diào)取當(dāng)前嬰幼兒的生理數(shù)據(jù)，一旦嬰幼兒的溫度與出汗量達(dá)到限定臨界值，手機(jī)App會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，提醒監(jiān)護(hù)人及時(shí)處理；監(jiān)護(hù)人能夠在該軟件監(jiān)測單元內(nèi)隨時(shí)調(diào)取嬰幼兒生理數(shù)據(jù)的監(jiān)測報(bào)告，全面掌握嬰幼兒在一段時(shí)間內(nèi)的生理數(shù)據(jù)變化情況，為作出更為合理的嬰幼兒看護(hù)決策提供參考；監(jiān)護(hù)人可以在該軟件監(jiān)測單元內(nèi)的育兒論壇模塊中，與其他監(jiān)護(hù)人共同探討育兒知識(shí)、分享育兒經(jīng)驗(yàn)，更好地促進(jìn)嬰幼兒生長發(fā)育。

與普通的嬰幼兒防護(hù)服裝相比，嬰幼兒可穿戴智能監(jiān)測服裝由于內(nèi)置傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)對嬰幼兒身體健康數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性獲取與監(jiān)測，智能化程度相對較高，可以滿足監(jiān)護(hù)人對嬰幼兒防護(hù)服裝的現(xiàn)實(shí)需求，支持嬰幼兒看護(hù)高質(zhì)量開展。在本次嬰幼兒可穿戴智能監(jiān)測服裝的設(shè)計(jì)過程中，主要對嬰幼兒溫度數(shù)據(jù)以及出汗量數(shù)據(jù)展開實(shí)時(shí)性監(jiān)測，并上傳至對應(yīng)的手機(jī)App平臺(tái)中，一旦系統(tǒng)判斷嬰幼兒的體溫、出汗量達(dá)到限定臨界值，手機(jī)App會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，提醒監(jiān)護(hù)人及時(shí)處理。

3.3 款式設(shè)計(jì)

由于本次設(shè)計(jì)的嬰幼兒可穿戴智能監(jiān)測服裝使用主體為嬰幼兒，必須保證相應(yīng)產(chǎn)品具有穿戴舒適性，適合嬰幼兒穿戴。因此，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，必須選用舒適性、透氣性以及吸濕性更為理想的面料，盡可能增加面料中的含棉量，確保該智能服裝具備優(yōu)質(zhì)的保暖性能[4]。結(jié)合嬰幼兒的情緒發(fā)展特征來選擇服裝顏色，本次設(shè)計(jì)主要選用了紅色，適用面廣、含義好且能夠在一定程度上調(diào)動(dòng)幼兒的積極情緒。從款式方面來看，為了方便嬰幼兒穿脫，并避免嬰幼兒著涼，嬰幼兒可穿戴智能監(jiān)測服裝主要應(yīng)用了中國傳統(tǒng)肚兜款式，符合中國人的傳統(tǒng)審美，且兼具更好的功能性。

嬰幼兒可穿戴智能監(jiān)測服裝的核心功能是監(jiān)測嬰幼兒體溫以及出汗量，更為全面、精準(zhǔn)地獲取生理數(shù)據(jù)，主要將傳感器加設(shè)在嬰幼兒汗腺分布密集、出汗量相對較大的位置，即嬰幼兒的左胸接近腋下區(qū)域；在采集溫度數(shù)據(jù)時(shí)，主要依賴設(shè)置在嬰幼兒腋下位置的溫度傳感器，由于腋下位置的溫度與人體體表溫度更為接近，且采集便捷、安全程度較高，嬰幼兒可穿戴智能監(jiān)測服裝的溫度傳感器主要設(shè)置在腋下位置。

3.4 硬件監(jiān)測單元設(shè)計(jì)

嬰幼兒可穿戴智能監(jiān)測服裝的硬件監(jiān)測單元可以進(jìn)一步細(xì)化為多個(gè)功能模塊，包括無線傳輸功能模塊、電源供電功能模塊、人體生理數(shù)據(jù)（溫濕度數(shù)據(jù)）采集功能模塊、開發(fā)板數(shù)據(jù)處理功能模塊等。同時(shí)，由于柔性電子元件的體積、質(zhì)量普遍維持在較低水平，運(yùn)行中所消耗的能量也相對較小，在本硬件監(jiān)測單元內(nèi)投放了更多柔性電子元件。

其中，主要選擇LG柔性電纜型電池作為本智能服裝的電源供電功能模塊，其循環(huán)穩(wěn)定性更為理想，且彎曲特性強(qiáng)、比容量大，可以提供較長時(shí)間的安全電力供應(yīng)；主要選用穿戴式柔性傳感器（具體為柔性薄膜濕度傳感器、柔性NTC溫度傳感器）作為嬰幼兒溫度數(shù)據(jù)以及出汗量數(shù)據(jù)獲取、監(jiān)測的硬件結(jié)構(gòu)，相應(yīng)傳感器結(jié)構(gòu)具有較高的靈敏性，柔性也相對較高，所以能夠?qū)崿F(xiàn)對嬰幼兒溫度、出汗量變化的迅速反應(yīng)，提高生理數(shù)據(jù)采集的精準(zhǔn)度與及時(shí)程度[5]；主要選用STM32F103C8T6微控制器作為本智能服裝的開發(fā)板數(shù)據(jù)處理功能模塊，該元件的體積更小且功能較好，成本也更為合理；主要應(yīng)用藍(lán)牙低功耗（BLE）芯片完成本智能服裝的無線傳輸功能模塊構(gòu)建，在短距離內(nèi)擁有相對理想的無線數(shù)據(jù)傳輸能力，傳輸速度快且質(zhì)量好，成本也維持在較低水平。

在嬰幼兒可穿戴智能監(jiān)測服裝的實(shí)際使用過程中，通過對溫濕度傳感器的加設(shè)，達(dá)到及時(shí)獲取嬰幼兒生理數(shù)據(jù)（溫濕度數(shù)據(jù)）的效果，并依托微控制芯片處理前期獲取到的嬰幼兒溫濕度數(shù)據(jù)；在藍(lán)牙傳輸功能模塊的支持下，經(jīng)過匯總處理的嬰幼兒生理數(shù)據(jù)會(huì)迅速傳遞至監(jiān)護(hù)人智能終端的對應(yīng)App中，實(shí)現(xiàn)對嬰幼兒身體表面溫濕度變化情況的全面監(jiān)測；系統(tǒng)一旦判斷實(shí)測數(shù)據(jù)超出預(yù)設(shè)值，則監(jiān)護(hù)人智能終端對應(yīng)的App會(huì)第一時(shí)間發(fā)出報(bào)警信息，提醒監(jiān)護(hù)人查看異常數(shù)據(jù)并做進(jìn)一步處理。

3.5 軟件監(jiān)測單元設(shè)計(jì)

嬰幼兒可穿戴智能監(jiān)測服裝在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中融入了交互設(shè)計(jì)理念，除了保證該智能服裝與環(huán)境之間實(shí)現(xiàn)良好交互，也驅(qū)動(dòng)了嬰幼兒與監(jiān)護(hù)人之間的高質(zhì)量交互，在軟件監(jiān)測單元（監(jiān)護(hù)人智能終端上的對應(yīng)App）的支持下，完成信息的快速傳遞?？傮w來看，通過利用軟件監(jiān)測單元，嬰幼兒可穿戴智能監(jiān)測服裝能夠與監(jiān)護(hù)人建立起一種新型的交互模式，在實(shí)際運(yùn)行過程中，通過無線接收功能模塊，將硬件監(jiān)測單元獲取到的嬰幼兒生理數(shù)據(jù)第一時(shí)間傳遞至監(jiān)護(hù)人移動(dòng)終端App內(nèi)，此時(shí)，監(jiān)護(hù)人能夠直接在該App的對應(yīng)功能模塊內(nèi)全面獲取嬰幼兒當(dāng)前的體溫?cái)?shù)據(jù)以及出汗量數(shù)據(jù)，也能迅速查詢、調(diào)取嬰幼兒一段時(shí)間的體溫變化情況以及出汗量變化情況[6]。

3.6 應(yīng)用與評價(jià)

3.6.1 系統(tǒng)調(diào)試

為保證嬰幼兒可穿戴智能監(jiān)測服裝產(chǎn)品的功能穩(wěn)定性與使用安全性，在某小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取6名嬰幼兒作為被試對象，設(shè)定試驗(yàn)時(shí)間為24 h。在此過程中，嬰幼兒穿戴該智能服裝，開啟串口監(jiān)視器進(jìn)行30 min的體溫與出汗量（濕度）數(shù)據(jù)檢測；利用溫度計(jì)、皮膚濕度測量儀進(jìn)行多次（設(shè)定為3次）測溫以及表皮濕度測量，以此確定各個(gè)嬰幼兒被試的平均溫濕度數(shù)據(jù)。依托數(shù)據(jù)對比，可判斷出該嬰幼兒可穿戴智能監(jiān)測服裝產(chǎn)品的功能穩(wěn)定性。本次系統(tǒng)調(diào)試得到的具體數(shù)據(jù)如下所示。

被試1的串口監(jiān)測溫度平均值為35.8 ℃，溫度計(jì)測量平均值為36.4 ℃，串口監(jiān)測相對濕度平均值為45%，皮膚濕度測量儀測量平均值為48%；被試2的串口監(jiān)測溫度平均值為36.2 ℃，溫度計(jì)測量平均值為36.8 ℃，串口監(jiān)測相對濕度平均值為32%，皮膚濕度測量儀測量平均值為31%；被試3的串口監(jiān)測溫度平均值為36.1 ℃，溫度計(jì)測量平均值為36.8 ℃，串口監(jiān)測相對濕度平均值為59%，皮膚濕度測量儀測量平均值為63%；被試4的串口監(jiān)測溫度平均值為35.7 ℃，溫度計(jì)測量平均值為36.5 ℃，串口監(jiān)測相對濕度平均值為38%，皮膚濕度測量儀測量平均值為41%；被試5的串口監(jiān)測溫度平均值為36.6 ℃，溫度計(jì)測量平均值為37.3 ℃，串口監(jiān)測相對濕度平均值為24%，皮膚濕度測量儀測量平均值為25%；被試6的串口監(jiān)測溫度平均值為36.4 ℃，溫度計(jì)測量平均值為37.0 ℃，串口監(jiān)測相對濕度平均值為67%，皮膚濕度測量儀測量平均值為70%。

對比上述數(shù)據(jù)了解到，依托兩種測量方式獲取到的數(shù)據(jù)之間有著明顯的相關(guān)性，這樣的數(shù)據(jù)結(jié)果證實(shí)了嬰幼兒可穿戴智能監(jiān)測服裝產(chǎn)品具備良好的功能穩(wěn)定性。同時(shí)，在實(shí)際使用過程中，并沒有發(fā)生異?，F(xiàn)象，說明該智能服裝產(chǎn)品的安全性良好。

3.6.2 應(yīng)用成效分析

為進(jìn)一步判斷嬰幼兒可穿戴智能監(jiān)測服裝能否發(fā)揮出輔助監(jiān)護(hù)人看護(hù)嬰幼兒的功能，組織了應(yīng)用測試與分析。在實(shí)踐過程中，在某小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取10名嬰幼兒及其監(jiān)護(hù)人作為被試對象，設(shè)定試驗(yàn)時(shí)間為48 h，在前24 h，未讓嬰幼兒穿著智能服裝，記錄期間嬰幼兒的哭鬧次數(shù)；后24 h，讓嬰幼兒穿著智能服裝，記錄期間嬰幼兒的哭鬧次數(shù)。通過獲取到的數(shù)據(jù)了解到，與未穿著智能服裝的嬰幼兒哭鬧次數(shù)（共計(jì)39次）相比，穿著智能服裝的嬰幼兒哭鬧次數(shù)（共計(jì)22次）更少，主要是因?yàn)樵谥悄芊b發(fā)出報(bào)警信息后，監(jiān)護(hù)人可以及時(shí)采取增減衣物等處理措施，讓嬰幼兒感到舒適，進(jìn)而減少嬰幼兒的哭鬧次數(shù)。

4 結(jié)語

通過無線傳輸功能模塊、人體生理數(shù)據(jù)采集功能模塊、開發(fā)板數(shù)據(jù)處理功能模塊以及軟件平臺(tái)的結(jié)合利用，可以構(gòu)建嬰幼兒可穿戴智能監(jiān)測服裝系統(tǒng)，及時(shí)獲取到嬰幼兒的生理數(shù)據(jù)，并將其迅速傳遞至監(jiān)護(hù)人智能終端的對應(yīng)App中，一旦判斷實(shí)測數(shù)據(jù)超出預(yù)設(shè)值，則監(jiān)護(hù)人智能終端的對應(yīng)App會(huì)第一時(shí)間發(fā)出報(bào)警信息。實(shí)際的應(yīng)用試驗(yàn)結(jié)果表明，該智能服裝有著較為穩(wěn)定的功能性，且能夠達(dá)到輔助監(jiān)護(hù)人更好地看護(hù)嬰幼兒的效果，緩解監(jiān)護(hù)人在照看嬰幼兒時(shí)產(chǎn)生的緊張和焦慮情緒，也能保證嬰幼兒長時(shí)間處于舒適狀態(tài)。