【正文】 ρ為水密度，g為重力加速度，h為水深)，即可算出當(dāng)前所處深度。一、檢測(cè)泳帽所處的水深，超過(guò)一定深度一定時(shí)間后即認(rèn)為是溺水；二、檢測(cè)泳帽即頭部處在水中的時(shí)間，超過(guò)設(shè)定時(shí)間即認(rèn)為是溺水。緊急報(bào)警終端的作用是當(dāng)家長(zhǎng)手機(jī)無(wú)法接到藍(lán)牙信息時(shí)，終端將會(huì)發(fā)送報(bào)警信號(hào)到手機(jī)，故選擇GSM模塊。同時(shí)可利用NRF的傳輸功率可變來(lái)實(shí)現(xiàn)距離檢測(cè)，可檢測(cè)溺水者所在的游泳池。nRF2401適用于多種無(wú)線通信的場(chǎng)合，如無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、無(wú)線鼠標(biāo)、遙控開鎖、遙控玩具等。NRF2401是單片射頻收發(fā)芯片，芯片能耗非常低，以5dBm的功率發(fā)射時(shí)，接收時(shí)工作電流只有18mA，多種低功率工作模式，節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。由于藍(lán)牙采用無(wú)線接口來(lái)代替有線電纜連接，具有很強(qiáng)的移植性，并且適用于多種場(chǎng)合，加上該技術(shù)功耗低、對(duì)人體危害小，而且應(yīng)用簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)，所以易于推廣。藍(lán)牙模塊：藍(lán)牙是無(wú)線數(shù)據(jù)和語(yǔ)音傳輸?shù)拈_放式標(biāo)準(zhǔn)，它將各種通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)及其終端設(shè)備、各種數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)系統(tǒng)、甚至家用電器采用無(wú)線方式聯(lián)接起來(lái)。本次作品主題是可穿戴式設(shè)備，故設(shè)備除了要低功耗意外，還要有一個(gè)明顯的特點(diǎn)，那就是體積小。下面將從本作品出發(fā)，分析以上三種無(wú)線通訊方式以及最終方案選擇。 所述的中央處理芯片一、二、三均為MSP430G2553單片機(jī)，所述的射頻模塊一、二均為NRF24L01射頻模塊； 作品結(jié)構(gòu)圖 作品程序流程圖第三章 方案選擇智能泳帽需要與手機(jī)端、救生員手環(huán)以及緊急報(bào)警終端進(jìn)行通訊，故通訊模塊的選擇是本作品的核心內(nèi)容。這樣既能防止信息的浪費(fèi)，而且可以實(shí)現(xiàn)可靠的報(bào)警。智能手環(huán)監(jiān)測(cè)到，藍(lán)牙不在連接狀態(tài)或者救生員手上感應(yīng)手環(huán)收不到求救信號(hào)時(shí)候，把信息馬上發(fā)到放置在游泳池或者沙灘的緊急求救終端，終端接收到信息之后馬上通過(guò)GSM模塊把求救信息（包括游泳池的具體地址）發(fā)送到急救站處。智能泳帽端由主控芯片MSP430g2553，水位傳感器模塊，NRF模塊以及藍(lán)牙模塊構(gòu)成。同時(shí)每個(gè)游泳池都會(huì)設(shè)置一個(gè)接收端，當(dāng)在不同游泳池溺水時(shí)，不同的接收端會(huì)發(fā)出警報(bào)燈信號(hào)，提醒救援人員溺水者具體位置。所發(fā)出的求救信息包括該游泳池的具體地址，具體位于哪個(gè)小游泳池。（4）當(dāng)泳帽向手環(huán)發(fā)出求救信號(hào)15秒內(nèi)沒有收到反饋信號(hào)，執(zhí)行高級(jí)別報(bào)警方案。（2）泳帽向藍(lán)牙手機(jī)報(bào)警的同時(shí)，通過(guò)泳帽內(nèi)的NRF模塊利用射頻信號(hào)把求救信號(hào)發(fā)到救生員的智能手環(huán)上，救生員手環(huán)上的NRF模塊成功配對(duì)之后接收到信號(hào)之后，手環(huán)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，提醒救生員有人發(fā)生了溺水事件，此為二級(jí)報(bào)警模式。GSM模塊 用于智能報(bào)警終端的報(bào)警功能。NRF24L01無(wú)線收發(fā)通訊模塊 本作品使用三個(gè)NRF模塊，用于智能泳帽和救生員手環(huán)與智能報(bào)警終端之間的通信。于是，開發(fā)出一種防溺水的智能安全泳帽是極具可行性的。 可行性分析 在公共場(chǎng)所游泳池，往往由于硬件設(shè)施的欠缺或者救生人員的疏忽，許多兒童發(fā)生了不該發(fā)生的悲劇，有些甚至丟失了寶貴的生命。第二是救援能力，救生衣必須有嫻熟的救援技術(shù)，發(fā)現(xiàn)淹溺者后，救生員必須有能力使其盡快脫離危險(xiǎn)，而不是救而無(wú)效。是否有專職救生人員和救生人員的專業(yè)素質(zhì)直接關(guān)系到公共游泳場(chǎng)所淹溺者的生命，故游泳場(chǎng)所必須加強(qiáng)對(duì)這些人員的培養(yǎng)、管理和使用。此外游泳場(chǎng)所要有充足的救生設(shè)備，包括各種救生漂浮物如救生圈、漂浮板等，這些設(shè)備在淹溺救援中能夠發(fā)揮巨大的作用。其主要內(nèi)容有：（1）加強(qiáng)硬件設(shè)施建設(shè)和完善 硬件設(shè)施主要包括觀察設(shè)備和救生設(shè)備，前者有海灘的瞭塔，游泳池的瞭望臺(tái)（梯）、望遠(yuǎn)鏡等，這些設(shè)施是救生員觀察游泳者情況的重要保證，使救生員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，以便及時(shí)實(shí)施救援。必須認(rèn)真貫徹有關(guān)游泳場(chǎng)所的規(guī)定。僅2007年度。 我國(guó)的溺水身亡事故頻發(fā)，已成為學(xué)生非正常死亡的頭號(hào)殺手，中小學(xué)生平均每天有40多人溺水而亡。淹溺發(fā)生后患者未喪失生命者稱為近乎淹溺。水充滿呼吸道和肺泡引起缺氧窒息；吸收到血液循環(huán)的水引起血液滲透壓改變、電解質(zhì)紊亂和組織損害；最后造成呼吸停止和心臟停搏而死亡。 基于以上對(duì)于“可穿戴式設(shè)備”的理解，我們的作品——多種通訊方式實(shí)現(xiàn)可靠報(bào)警的智能安全泳帽，應(yīng)運(yùn)而生。這種設(shè)備需要有先進(jìn)的電路系統(tǒng)，無(wú)線聯(lián)網(wǎng)并且起碼具有一個(gè)低水平的獨(dú)立處理能力。 可穿戴式設(shè)備應(yīng)當(dāng)具備最重要的兩個(gè)特點(diǎn)：一是可長(zhǎng)期穿戴，二是智能化?？纱┐魇街悄苡久痹O(shè)計(jì)計(jì)劃書第一章 緒論 “穿戴式智能設(shè)備”是應(yīng)用穿戴式技術(shù)對(duì)日常穿戴進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)、開發(fā)出可以穿戴的設(shè)備的總稱，如眼鏡、手套、手表、服飾及鞋等。隨著計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化軟硬件以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，可穿戴式智能設(shè)備的形態(tài)開始變得多樣化，逐漸在工業(yè)、醫(yī)療、軍事、教育、娛樂等諸多領(lǐng)域表現(xiàn)出重要的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用潛力?？纱┐魇皆O(shè)備必須是延續(xù)性地穿戴在人體上，并能夠帶來(lái)增強(qiáng)用戶體驗(yàn)的效果。 穿戴式智能設(shè)備時(shí)代的來(lái)臨意味著人的智能化延伸，通過(guò)這些設(shè)備，人可以更好的感知外部與自身的信息，能夠在計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)甚至其它人的輔助下更為高效率的處理信息，能夠?qū)崿F(xiàn)更為無(wú)縫的交流。 可行性分析 淹溺又稱溺水，是人淹沒于水或其他液體介質(zhì)中并受到傷害的狀況。淹溺的后果可以分為非病態(tài)、病態(tài)和死亡，其過(guò)程是連續(xù)的。淹溺后窒息合并心臟停搏者稱為溺死，如心臟未停搏則稱近乎溺死。兒童安全數(shù)據(jù)顯示每年近3萬(wàn)兒童死于溺水，暑假正成為兒童意外死亡的高發(fā)期，中國(guó)平均每年有近3萬(wàn)名兒童死于溺水，每年有5萬(wàn)多名兒童、平均每天有近150名0~14歲的兒童因意外死亡而失去生命，其中溺水身亡兒童占60℅之多。公共游泳場(chǎng)所包括公共游泳池、公共游泳海灘等，從概率上講，這些地方的游泳者最多，故發(fā)生淹溺的可能性就相對(duì)較大，故應(yīng)特別提高警惕。按照《全國(guó)游泳場(chǎng)所開業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》和《國(guó)家游泳場(chǎng)所星級(jí)評(píng)比標(biāo)準(zhǔn)》等條例對(duì)公共游泳場(chǎng)所實(shí)施建設(shè)和管理。因此各個(gè)游泳場(chǎng)所必須建立有效的觀測(cè)設(shè)施。（2）加強(qiáng)救生人員的培養(yǎng)、管理和使用首先必須有一只專職救生人員隊(duì)伍，每個(gè)救生員必須有資質(zhì)并受過(guò)專業(yè)培訓(xùn)且考試合格，其能力表現(xiàn)在兩方面：第一是觀察能力，救生員必須能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)游泳者的異常行為，從這些蛛絲馬跡中迅速得出是否發(fā)生淹溺的正確判斷，并在第一時(shí)間施以援手，救援時(shí)間越早，淹溺者的生命就越能得到保障。特別是救生員能必須熟練掌握心肺復(fù)蘇技術(shù)，以便在關(guān)鍵時(shí)刻能夠拯救患者的生命。因此，急需一種設(shè)備，一種可以下水的穿戴式設(shè)備，在溺水兒童，家長(zhǎng)以及救生人員甚至醫(yī)院之間建立起一個(gè)無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)，以避免悲劇的發(fā)生。第二章 作品總體設(shè)計(jì) 主要架構(gòu)主控芯片： 本作品使用TI公司的MSP430G2553作為主控芯片，具有處理能力強(qiáng)，運(yùn)算速度快，超低功耗等特點(diǎn)，符合可穿戴式設(shè)備的要求。藍(lán)牙模塊 泳帽端的藍(lán)牙模塊用于與家長(zhǎng)手機(jī)進(jìn)行通訊。水位檢測(cè)模塊 用于檢測(cè)溺水情況 整體工作圖多級(jí)報(bào)警方式介紹：（1）當(dāng)發(fā)生溺水狀況時(shí)候，單片機(jī)識(shí)別到溺水信號(hào)，藍(lán)牙模塊會(huì)發(fā)出求救信號(hào)，成功與泳帽配對(duì)的手機(jī)接收到藍(lán)牙信號(hào)之后，手機(jī)app彈出警告圖案并伴隨著震動(dòng)和警報(bào)聲想起，為最低級(jí)別的報(bào)警方式。（3）當(dāng)泳帽上的NRF模塊向救生員手環(huán)發(fā)出信號(hào)后，若救生員手環(huán)成功接收，會(huì)通過(guò)射頻返回一個(gè)反饋信號(hào)，泳帽會(huì)一直與手環(huán)保持通訊，不會(huì)執(zhí)行更高級(jí)別的報(bào)警方案。此時(shí)，泳帽會(huì)再次啟用NRF模塊，利用射頻信號(hào)報(bào)報(bào)警信號(hào)發(fā)給放置于游泳池內(nèi)固定的終端，終端發(fā)出警報(bào)聲，提醒附近工作人員注意，同時(shí)終端會(huì)通過(guò)GSM模塊把求救信息發(fā)到附近急救站。（5）成功發(fā)出報(bào)警信號(hào)，手環(huán)會(huì)再次切換，繼續(xù)向救生員手環(huán)發(fā)出求救信號(hào)，把報(bào)警信號(hào)發(fā)到手環(huán)上。（6）該系統(tǒng)由救生員手環(huán)，家長(zhǎng)手機(jī)客戶端以及緊急報(bào)警終端四大模塊組成，各模塊有各自的功能。設(shè)備使用過(guò)程：兒童戴上智能泳帽下水后，如傳感器完全浸沒在水中，傳感器的電阻變低，從而通過(guò)三極管開關(guān)電路使三極管開關(guān)狀態(tài)反轉(zhuǎn)，這次將有一個(gè)低電平輸入到主控芯片，主控芯片便會(huì)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)超過(guò)家長(zhǎng)手機(jī)端設(shè)置的時(shí)長(zhǎng)，泳帽端的藍(lán)牙模塊就會(huì)發(fā)送報(bào)警信號(hào)到家長(zhǎng)手機(jī)端，同時(shí)手機(jī)震動(dòng)，于此同時(shí)，泳帽端的NRF模塊發(fā)送信號(hào)到救生員的手環(huán)，發(fā)出聲報(bào)警信號(hào)，以讓救生員及時(shí)發(fā)現(xiàn)溺水兒童；家長(zhǎng)手機(jī)端安裝有自主編寫的安卓界面，用于接受報(bào)警信息；救生員手環(huán)則由主控芯片，NRF模塊以及蜂鳴器組成，接受報(bào)警信號(hào)同時(shí)發(fā)出聲報(bào)警信號(hào)。發(fā)送信息到達(dá)終端后繼續(xù)向手環(huán)發(fā)送求救信號(hào)，努力與手環(huán)握手取得聯(lián)系。 作品工作流程總圖如圖，智能安全泳帽工作步驟如下： 、判斷游泳者位于水下的時(shí)間，當(dāng)時(shí)間達(dá)到設(shè)定的閾值，三極管開關(guān)電路2連續(xù)發(fā)出低電平信號(hào)到中央處理芯片一3；或者手動(dòng)緊急報(bào)警按鍵17按下，產(chǎn)生低電平到對(duì)應(yīng)IO口； ，中央處理芯片一3啟動(dòng)報(bào)警方式一：中央處理芯片一3控制泳帽上的藍(lán)牙模塊4發(fā)送求救信號(hào)到手機(jī)客戶端7，手機(jī)收到信號(hào)后進(jìn)行手機(jī)震動(dòng)提醒；同時(shí)中央處理芯片一啟動(dòng)報(bào)警方式二：中央處理芯片一3控制泳帽上的射頻模塊一5發(fā)送求救信號(hào)至智能手環(huán)，智能手環(huán)發(fā)出警報(bào)提醒智能手環(huán)穿戴者有人溺水；所述的智能手環(huán)包含中央處理芯片二LED報(bào)警燈二蜂鳴器振動(dòng)器11，中央處理芯片二8收到求救信號(hào)后，控制LED報(bào)警燈二蜂鳴器振動(dòng)器工作11；與此同時(shí)，中央處理芯片一3控制泳帽上的LED報(bào)警燈一6閃爍； ，即報(bào)警方式二失效時(shí)，中央處理芯片一3立即啟動(dòng)報(bào)警方式三：中央處理芯片一3控制泳帽上的射頻模塊一5發(fā)送求救信息到緊急報(bào)警終端；所述的緊急報(bào)警終端包括依次相連的射頻模塊二1中央處理芯片三1GSM模塊14，射頻模塊二12與射頻模塊一5連接后，將射頻模塊一5發(fā)出的求救信息傳輸給中央處理芯片三13，中央處理芯片三13控制GSM模塊14發(fā)出求救短信到急救站； 此外，泳帽上還設(shè)有手動(dòng)報(bào)警按鍵，讓溺水人員及時(shí)自救，按下手動(dòng)報(bào)警按鍵時(shí)，報(bào)警方式同以上所述報(bào)警方式一、二、三。現(xiàn)可供選擇的無(wú)線通訊模塊有三種，分別是Wifi、NRF以及藍(lán)牙。WiFi模塊：WiFi模塊覆蓋半徑可達(dá)100米，傳輸數(shù)據(jù)速率也較藍(lán)牙模塊和模塊NRF迅速，雖然傳輸數(shù)據(jù)安全性穩(wěn)定性較差，但從距離來(lái)說(shuō)比藍(lán)牙模塊更加適合于這個(gè)穿戴式裝備制作。但是WiFi模塊供電成為一個(gè)大問(wèn)題，WiFi模塊供電比較困難，耗電大，而且體積較大，不適合用于集成度較高的穿戴式裝備中。它的傳輸距離為10cm～10m，如果增加功率或是加上某些外設(shè)便可達(dá)到100m的傳輸距離。NRF模塊：NRF通訊距離為理論為200米，適合我們所需的通訊要求。其DuoCeiverTM技術(shù)使NRF2401可以使用同一天線，同時(shí)接收兩個(gè)不同頻道的數(shù)據(jù)。功耗低，續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)。 綜合考慮各模塊特點(diǎn)以及本作品要求水下工作，最終選擇藍(lán)牙模塊用于泳帽與手機(jī)端