導(dǎo)語(yǔ)：無(wú)線通信游泳池主動(dòng)式呼救裝置研究一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

摘要：近年來(lái)隨著游泳運(yùn)動(dòng)的普及化，在游泳過(guò)程出現(xiàn)溺水險(xiǎn)情日益增多，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)溺水者，游泳者將面臨巨大的危險(xiǎn)，甚至失去生命。針對(duì)目前泳池監(jiān)控裝備、救生系統(tǒng)仍以傳統(tǒng)人工為主所存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于無(wú)線通信技術(shù)的游泳池主動(dòng)式呼救裝置。整個(gè)裝置由發(fā)射器及接收器兩部分組成，兩者之間采用無(wú)線數(shù)傳模塊進(jìn)行信息傳輸。利用水位電極傳感器檢測(cè)游泳者在水中的狀態(tài)，確認(rèn)是否處于溺水狀態(tài)，并及時(shí)報(bào)警。本裝置設(shè)計(jì)科學(xué)，使用方便，通過(guò)主動(dòng)式呼救方式，在一定程度上提高了泳池的救援效率，降低了游泳者發(fā)生安全問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：無(wú)線通信；主動(dòng)式；呼救裝置

1引言

近年來(lái)隨著水上健身運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，隨之而來(lái)發(fā)生的溺水死亡事故也呈逐年上升的趨勢(shì)。據(jù)世界衛(wèi)生組織發(fā)表的《全球溺水報(bào)告：預(yù)防一個(gè)主要?dú)⑹帧穲?bào)告稱(chēng)，溺水能造成毀滅性影響，溺水是全世界各區(qū)域兒童和青年的十大主要死因之一。全球每年共有37.2萬(wàn)人溺亡[1]。為了減少溺水事件發(fā)生，目前正規(guī)的游泳池都配備救生員，救生員實(shí)時(shí)觀察泳池內(nèi)的情況，隨時(shí)做好救援準(zhǔn)備，但這種監(jiān)控手段弊端非常明顯：一是如果泳池比較大，一個(gè)救生員無(wú)法全面看顧，需要配備多個(gè)救生員，成本開(kāi)支會(huì)比較大；二是如果泳池內(nèi)人員密集，肉眼或監(jiān)控很難發(fā)現(xiàn)是否有人員出現(xiàn)溺水險(xiǎn)情，可能錯(cuò)過(guò)險(xiǎn)情。因此，對(duì)于泳池監(jiān)控系統(tǒng)的研究具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

本裝置由一個(gè)發(fā)射器、一個(gè)接收器組成，發(fā)射器與接收器之間采用無(wú)線數(shù)傳模塊（WSN_31）進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。其中，發(fā)射器是一款為游泳者專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的頭戴式頭箍，外形如圖1所示，硬件構(gòu)成如圖2所示。系統(tǒng)以MCU微處理器為核心，結(jié)合電源、水位電極模塊、無(wú)線模塊、蜂鳴器、LED燈帶及人機(jī)對(duì)話電路組成。工作原理為：當(dāng)兩個(gè)水位電極浸入水中，通過(guò)電路檢測(cè)為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)超過(guò)設(shè)定時(shí)間（時(shí)間由人機(jī)對(duì)話電路自定義設(shè)置，默認(rèn)是30s），開(kāi)啟報(bào)警模式（開(kāi)啟LED燈帶及蜂鳴器），并將險(xiǎn)情信息通過(guò)無(wú)線模塊發(fā)送至接收器；當(dāng)兩個(gè)水位電極為斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)（至少有一個(gè)水位電極離開(kāi)水面），關(guān)閉報(bào)警模式（關(guān)閉LED燈帶及蜂鳴器）。接收端的系統(tǒng)硬件構(gòu)成圖如圖3，接收器由救生員隨身攜帶。

3硬件電路設(shè)計(jì)

發(fā)射器硬件電路原理圖如圖4，接收器硬件電路原理圖如圖5所示。（1）電源電路電源電路分為兩個(gè)部分：供電電路及低電壓提示電路。在發(fā)射器及接收器的供電電路中，3.7V鋰電池通過(guò)ME6209A33M3G芯片，轉(zhuǎn)換為3.3V。在發(fā)射器中，3.7V給LED燈帶供電，3.3V給蜂鳴器、無(wú)線模塊、水位電極模塊及人機(jī)對(duì)話電路供電；在接收器中，3.7V給LED燈帶供電，3.3V給蜂鳴器、無(wú)線模塊及振動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路供電。（2）水位電極模塊兩個(gè)水位電極即石墨棒銅柱電極，一個(gè)接入3.3v電壓，另一個(gè)通過(guò)電阻接到三極管的基極。當(dāng)兩個(gè)銅柱電極均浸入水中時(shí)，電極導(dǎo)通（即P4為導(dǎo)通），經(jīng)過(guò)三極管，此時(shí)STM32單片機(jī)的PB7口采集到的電壓為0V；當(dāng)銅柱電極至少有一個(gè)不在水中時(shí)，P4不導(dǎo)通，因此三極管無(wú)法導(dǎo)通，此時(shí)PB7口采集到的電壓為3.3V。發(fā)射器通過(guò)采集PB7口的狀態(tài)信息，判斷是否水位電極是否導(dǎo)通；若導(dǎo)通，則系統(tǒng)開(kāi)始計(jì)時(shí)。（3）人機(jī)對(duì)話電路人機(jī)對(duì)話電路由一個(gè)3位共陽(yáng)數(shù)碼管及按鍵構(gòu)成，如圖4所示。由此電路自定義設(shè)置觸發(fā)報(bào)警的時(shí)長(zhǎng)。按鍵有3個(gè)，分別為：時(shí)間加鍵S1、時(shí)間減鍵S2、確認(rèn)鍵S3。根據(jù)需要按下時(shí)間加減鍵，其中，按鍵修改時(shí)間步長(zhǎng)為1s，范圍為（10s~200s），設(shè)置結(jié)束后，按下確認(rèn)鍵進(jìn)行保存，該設(shè)置值掉電不丟失。當(dāng)發(fā)射器完全浸入水中，此時(shí)兩個(gè)電極為導(dǎo)通狀態(tài)，系統(tǒng)開(kāi)始計(jì)時(shí)，分為兩種模式。模式一：當(dāng)計(jì)時(shí)時(shí)間到達(dá)此設(shè)定值之前，兩個(gè)電極為斷開(kāi)狀態(tài)（至少有一個(gè)電極離開(kāi)水面），此時(shí)計(jì)時(shí)清零，等待開(kāi)始下一次計(jì)時(shí)。模式二：當(dāng)計(jì)時(shí)時(shí)間到達(dá)此設(shè)定值，兩個(gè)電極依然為導(dǎo)通狀態(tài)，則發(fā)射器開(kāi)啟報(bào)警模式，直到兩個(gè)電極斷開(kāi)，此時(shí)發(fā)射器停止報(bào)警模式。（4）LED燈帶LED燈帶通過(guò)PB8口發(fā)出高低電平信號(hào)，經(jīng)過(guò)三極管（ss8050），控制LED燈帶的亮滅（高電平時(shí)，點(diǎn)亮LED燈帶；低電平時(shí)，關(guān)閉LED燈帶）。（5）振動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路振動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路由PB10發(fā)出高低電平信號(hào)，經(jīng)過(guò)三極管，驅(qū)動(dòng)P4（馬達(dá)），從而控制馬達(dá)振動(dòng)或停止（高電平時(shí)，馬達(dá)通電，振動(dòng)；反之，停止振動(dòng)）。（6）無(wú)線數(shù)傳模塊將無(wú)線數(shù)傳模塊（WSN_31）上的SET引腳設(shè)置為低電平設(shè)置相應(yīng)參數(shù)（包括網(wǎng)絡(luò)編號(hào)、工作模式、波特率、無(wú)線信道、無(wú)線功率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位等）后，將此引腳懸空，處于工作狀態(tài)時(shí)，由發(fā)射器檢測(cè)、判斷是否為溺水狀態(tài)，從而將狀態(tài)信息通過(guò)無(wú)線模塊發(fā)送至接收器，接收器的無(wú)線模塊通過(guò)串口引腳（RXD、TXD）接收對(duì)應(yīng)信息。具體來(lái)說(shuō)，共有兩次數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程：1）當(dāng)發(fā)射器中的水位電極浸入水中導(dǎo)通時(shí)長(zhǎng)超過(guò)設(shè)定值時(shí)，發(fā)射器開(kāi)啟報(bào)警模式的同時(shí)，向接收器發(fā)送報(bào)警信號(hào)；2）在1)的前提下，當(dāng)發(fā)射器中的兩個(gè)電極為斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，發(fā)射器關(guān)閉報(bào)警模式的同時(shí)，向接收器發(fā)送解除報(bào)警信號(hào)。

4PCB板設(shè)計(jì)及制作

（1）發(fā)射器采用AD電路設(shè)計(jì)軟件，設(shè)計(jì)出的發(fā)射器的PCB設(shè)計(jì)如圖6所示，圖（a）包括型號(hào)為STM32F103的MCU微處理器、水位電極模塊、無(wú)線模塊、蜂鳴器及LED燈帶；圖（b）為人機(jī)對(duì)話電路模塊，對(duì)應(yīng)的實(shí)物圖如圖7所示。當(dāng)裝置完全浸入水中并超過(guò)設(shè)定時(shí)間時(shí)，處理器會(huì)控制LED燈帶以及蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，并通過(guò)無(wú)線模塊將報(bào)警信息發(fā)送至接收器；當(dāng)裝置檢測(cè)到水位電極模塊為斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，裝置停止報(bào)警模式，并將解除報(bào)警信息發(fā)送至接收器模塊。（2）接收器接收器的PCB設(shè)計(jì)如圖8所示，對(duì)應(yīng)的實(shí)物圖如圖9所示。接收器包括MCU微處理器、無(wú)線模塊、蜂鳴器、LED燈帶及振動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路。通過(guò)無(wú)線模塊接收來(lái)自發(fā)射器的信息，當(dāng)接收到報(bào)警信息時(shí)，控制LED燈帶、蜂鳴器以及振動(dòng)馬達(dá)工作，以此提醒管理員及時(shí)進(jìn)行施救工作；當(dāng)接收到解除報(bào)警信息時(shí)，即成功解救溺水者，此時(shí)關(guān)閉報(bào)警模式。

5軟件程序設(shè)計(jì)

（1）發(fā)射器軟件設(shè)計(jì)發(fā)射器軟件流程圖如圖10所示，通過(guò)傳感器（水位電極）檢測(cè)方式判斷游泳者是否為溺水狀態(tài)，若為正常游泳狀態(tài)，則繼續(xù)等待監(jiān)測(cè)下一次的狀態(tài)，若為溺水狀態(tài)，則通過(guò)無(wú)線模塊向接收器發(fā)送報(bào)警信息并開(kāi)啟報(bào)警模式（開(kāi)啟LED燈帶以及蜂鳴器），之后通過(guò)傳感器狀態(tài)繼續(xù)判斷溺水者是否脫離危險(xiǎn)，若脫離危險(xiǎn)，則通過(guò)無(wú)線模塊向接收器發(fā)送解除報(bào)警信息，并關(guān)閉報(bào)警模式（關(guān)閉LED燈帶以及蜂鳴器）。（2）接收器軟件設(shè)計(jì)接收器工作流程圖如圖11所示，當(dāng)接收到報(bào)警信息時(shí)，接收器開(kāi)啟報(bào)警模式（開(kāi)啟LED燈帶、蜂鳴器及振動(dòng)馬達(dá)），通知工作人員有溺水情況發(fā)生，當(dāng)接收到發(fā)射器發(fā)送解除警報(bào)信息時(shí)，關(guān)閉報(bào)警模式（關(guān)閉LED燈帶、蜂鳴器及振動(dòng)馬達(dá)）。

6結(jié)語(yǔ)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)和測(cè)試，本設(shè)計(jì)基于無(wú)線通信的水中主動(dòng)式呼救裝置，發(fā)射器主要利用了傳感器監(jiān)測(cè)技術(shù)，由游泳者攜帶，通過(guò)雙電極式水位傳感器檢測(cè)判斷游泳者是否完全在水下，以及在水下的持續(xù)時(shí)間，如果超過(guò)了設(shè)定時(shí)間，判斷為溺水狀態(tài)，此時(shí)開(kāi)啟聲光報(bào)警模式，并將報(bào)警信息以無(wú)線通信方式發(fā)送至接收器；接收器由工作人員攜帶，當(dāng)接收到報(bào)警信息時(shí)，接收器開(kāi)啟聲光報(bào)警以及振動(dòng)馬達(dá)，采取相應(yīng)救援工作，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)和任務(wù)。該裝置功能完整、使用方便、性?xún)r(jià)比高，適合于室內(nèi)游泳館等水上娛樂(lè)場(chǎng)所，具有較大的市場(chǎng)推廣應(yīng)用價(jià)值。

作者：雒珊 楊嘉航 劉洪瑞 單位：呂梁學(xué)院物理系