CN107784790A - 一种零待机功耗的溺水检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种零待机功耗的溺水检测装置及方法，该装置包括依次连接的工作电池、浸水启动器和控制器，以及与控制器相连的压力传感器、加速度传感器、定位模块和通信模块。本装置平时待机时，浸水启动器处于无水状态，浸水启动器的正、负电极之间开路，将工作电池与控制器等器件之间的回路断开，系统不消耗电能，在浸水启动器进水后，浸水启动器形成原电池并在工作电池、浸水启动器和控制器等器件之间形成回路，从而做到零待机功耗待机达到免维护的目的，同时装置具有体积小重量轻(纽扣电池级别)的特点，方便长时间随身佩戴，也可以和别的溺水救生装置结合在一起应用来自动启动救生装置工作。
Description
技术领域
本发明涉及救生装置，尤其涉及一种零待机功耗的溺水检测装置及方法。
背景技术
目前，救生领域的溺水检测设备，主要存在以下问题：可维护性差，由于需要持续检测压力、温度和加速度，耗电较大，需要经常充电。而由于溺水事故的低概率性，难以让人们长时间保持警惕来保证给溺水检测装置充电，因此类似设备难以大面积推广使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种零待机功耗的溺水检测装置及方法，该装置待机时，不消耗任何电能，满足长时间免维护的需求，体积小、重量轻。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种零待机功耗的溺水检测装置，包括工作电池、浸水启动器、压力传感器、加速度传感器、定位模块、控制器和通信模块；
所述工作电池，为工作电路供电；
所述浸水启动器，和工作电池串联，当处于无水状态时，正、负电极之间开路；当处于有水状态时，正、负电极之间导电形成通路构成原电池，提供电压差；
所述压力传感器，用于检测装置在水中感受到的水压变化，并传给所述控制器，以反映装置所在人体部位在水中的深度变化；
所述加速度传感器，用于检测装置的加速度变化，并传给所述控制器，以反映装置所在人体部位的运动状态；
所述定位模块，用于检测装置所在位置信息，并传给所述控制器；
所述控制器，用于根据人体部位在水中的深度变化和运动状态进行判断是否溺水，若溺水，则发送定位信息和报警信号给通信模块；
所述通信模块，用于将定位信息和报警信息发送给外部设备，以便施救。
本发明的有益效果是：本装置平时待机时，浸水启动器处于无水状态，浸水启动器的正、负电极之间开路，系统不消耗电能，在设备进水，可能发生溺水的情况下才开机启动，做到零待机功耗待机，从而达到免维护的目的，同时具有体积小重量轻(纽扣电池级别)的特点，方便长时间随身携带，也可以和别的溺水救生装置结合在一起应用。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述浸水启动器，包括含有电解质并晾干后的吸水纸、锌片和铜片，所述吸水纸隔开并包裹住铜片和锌片，以构成原电池正、负电极。
采用上述进一步方案的有益效果是：改进电解质和电极材料，可以提供合适的电能以降低工作电池的体积重量，甚至可以完全取消工作电池。
进一步，所述定位模块为GPS或北斗定位模块。
进一步，还包括和所述控制器连接的报警模块，所述报警模块为声光报警器。
采用上述进一步方案的有益效果是：当发生溺水需要救援时，可通过声音和灯光来寻找溺水人员。
另外，本发明还提供了一种零待机功耗的溺水检测方法，包括步骤：
(1)当浸水启动器进水后生成电解液导电形成通路，构成原电池，和工作电池一起为工作电路供电；
(2)压力传感器和加速度传感器分别检测装置所在人体部位在水中的深度变化和运动状态，并传输给控制器；
(3)控制器根据人体部位在水中的深度变化和运动状态进行判断是否溺水，若溺水，则控制器将定位信息和报警信息通过通信模块传给外部设备，以便施救。
采用上述进一步方案的有益效果是：可以及时自动地通知监护人或者关系人进行。
进一步，所述步骤(3)的判断是否溺水的过程为：
(31)在单位时间内以10Hz频率分别采集压力值和加速度值，则3秒分别得到30个压力值和30个加速度矢量值，并分别计算压力值均方差、加速度矢量均值和加速度绝对值均值；
(32)将压力值均方差和预设的门限值A进行比较，如果压力值均方差大于门限值A，则说明人体在水中有比较明显的上下沉浮动作；如果加速度矢量均值小于预设的门限值B而加速度绝对值均值大于预设的门限值C，则说明检测到人体在原地动作且较为剧烈；
(33)当步骤(32)中同时检测到人体在水中有比较明显的上下沉浮动作和检测到人体在原地动作且较为剧烈时，则判断发生了溺水险情。
采用上述进一步方案的有益效果是：快速准确判断溺水险情，为及时施救提供更多时间。
进一步，所述门限值A、门限值B和门限值C均根据装置佩戴位置、佩戴人体重、年龄、性别而进行相应的设置。
采用上述进一步方案的有益效果是：为了更加准确更快速的判断溺水。
附图说明
图1为本发明装置原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，本发明公开了一种零待机功耗溺水检测装置及方法，包括工作电池、浸水启动器、压力传感器、加速度传感器、定位模块、控制器和通信模块；
所述工作电池，为工作电路供电；
所述浸水启动器，和工作电池串联，当处于无水状态时，正、负电极之间开路；当处于有水状态时，正、负电极之间导电形成通路构成原电池，提供电压差；
所述压力传感器，用于检测装置在水中感受到的水压变化，并传给所述控制器，以反映装置所在人体部位在水中的深度变化；
所述加速度传感器，用于检测装置的加速度变化，并传给所述控制器，以反映装置所在人体部位的运动状态；
所述定位模块，可以采用GPS定位模块或北斗定位模块，用于检测人体的位置信息，并传给所述控制器；
所述控制器，用于根据人体部位在水中的深度变化和运动状态进行判断是否溺水，若溺水，则发送定位信息和报警信号给通信模块；
所述通信模块，用于将定位信息和报警信息发送给外部设备，以便施救。
本发明还包括和所述控制器连接的报警模块，所述报警模块为声光报警器。当发生溺水需要救援时，可通过声音和灯光来寻找溺水人员。
整个装置的关键是浸水启动器，浸水启动器由在盐水中浸泡后晾干的吸水纸，隔开并包裹住用锌片和铜片构成的正、负电极(也可选用其他可构成原电池正负电极的组合)。浸水启动器和工作电池串联，为控制器及其它电路供电，平常待机时，由于在无水状态下，浸水启动器正、负电极之间形成开路，系统不消耗电能。当浸水后启动器进水生成盐水溶液，电解液导电形成通路，构成一个典型的原电池，在正负极产生电压0.5V左右的电压差，和工作电池一起为工作电路供电，驱动整个控制系统启动。控制系统启动后利用工作电池供电，检测压力传感器和加速度传感器的信号，因为溺水人员会激烈动作，会造成装置在水中深度的较快的多次变化，同时加速度传感器也能检测到类似变化信号，当这两种条件成立，控制系统判定为溺水，发送定位信息和报警信号，或者自动触发驱动其他救生装置。
本发明与现有技术相比的优点是：现有溺水检测设备需要持续检测温度、压力和加速度信号，需要保持供电并消耗电能，因此在数天内要进行充电或更换电池，从而不便于长时间的佩带。本发明平时待机时完全不耗能，在设备进水，又能在发生溺水的情况下自动开机启动，做到零待机功耗待机，从而达到免维护的目的。同时具有体积小重量轻(纽扣电池级别)的特点，方便长时间随身佩戴，也容易和别的溺水救生装置结合在一起应用。
另外，本发明还提供了一种零待机功耗的溺水检测方法，包括步骤：
(1)当浸水启动器进水后生成电解液导电形成通路，构成原电池，和工作电池一起为工作电路供电；
(2)压力传感器和加速度传感器分别检测装置所在人体部位在水中的深度变化和运动状态，并传输给控制器；
(3)控制器根据人体部位在水中的深度变化和运动状态进行判断是否溺水，若溺水，则控制器将定位信息和报警信息通过通信模块传给外部设备，以便施救。
其中，步骤(3)的判断是否溺水的过程为：
(31)在单位时间内以10Hz频率分别采集压力值和加速度值，则3秒分别得到30个压力值和30个加速度矢量值，并分别计算压力值均方差、加速度矢量均值和加速度绝对值均值；
(32)将压力值均方差和预设的门限值A进行比较，如果压力值均方差大于门限值A，则说明人体在水中有比较明显的上下沉浮动作；如果加速度矢量均值小于预设的门限值B而加速度绝对值均值大于预设的门限值C，则说明检测到人体在原地动作且较为剧烈；
(33)当步骤(32)中同时检测到人体在水中有比较明显的上下沉浮动作和检测到人体在原地动作且较为剧烈时，则判断发生了溺水险情。
上述门限值A、门限值B和门限值C均根据装置佩戴位置、佩戴人体重、年龄、性别而进行相应的设置，以便更准确、更快速的判断溺水险情，为及时施救提供更多时间。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种零待机功耗的溺水检测装置，其特征在于，包括工作电池、浸水启动器、压力传感器、加速度传感器、定位模块、控制器和通信模块；
所述工作电池，为工作电路供电；
所述浸水启动器，和工作电池串联，当处于无水状态时，正、负电极之间开路；当处于有水状态时，正、负电极之间导电形成通路构成原电池，提供电压差；
所述压力传感器，用于检测装置在水中感受到的水压变化，并传给所述控制器，以反映装置所在人体部位在水中的深度变化；
所述加速度传感器，用于检测装置的加速度变化，并传给所述控制器，以反映装置所在人体部位的运动状态；
所述定位模块，用于检测装置所在位置信息，并传给所述控制器；
所述控制器，用于根据人体部位在水中的深度变化和运动状态进行判断是否溺水，若溺水，则发送定位信息和报警信号给通信模块；
所述通信模块，用于将定位信息和报警信息发送给外部设备，以便施救。
2.根据权利要求1所述的零待机功耗的溺水检测装置，其特征在于，所述浸水启动器，包括含有电解质的吸水纸、锌片和铜片，所述吸水纸隔开并包裹住铜片和锌片，以构成原电池正、负电极。
3.根据权利要求1所述的零待机功耗的溺水检测装置，其特征在于，所述定位模块为GPS或北斗定位模块。
4.根据权利要求1所述的零待机功耗的溺水检测装置，其特征在于，还包括和所述控制器连接的报警模块，所述报警模块为声光报警器。
5.一种零待机功耗的溺水检测方法，其特征在于，包括步骤：
(1)当浸水启动器进水后生成电解液导电形成通路，构成原电池，和工作电池一起为工作电路供电；
(2)压力传感器和加速度传感器分别检测装置所在人体部位在水中的深度变化和运动状态，并传输给控制器；
(3)控制器根据人体部位在水中的深度变化和运动状态进行判断是否溺水，若溺水，则控制器将定位信息和报警信息通过通信模块传给外部设备，以便施救。
6.根据权利要求5所述的零待机功耗的溺水检测方法，其特征在于，所述步骤(3)的判断是否溺水的过程为：
(31)在单位时间内以10Hz频率分别采集压力值和加速度值，则3秒分别得到30个压力值和30个加速度矢量值，并分别计算压力值均方差、加速度矢量均值和加速度绝对值均值；
(32)将压力值均方差和预设的门限值A进行比较，如果压力值均方差大于门限值A，则说明人体在水中有比较明显的上下沉浮动作；如果加速度矢量均值小于预设的门限值B而加速度绝对值均值大于预设的门限值C，则说明检测到人体在原地动作且较为剧烈；
(33)当步骤(32)中同时检测到人体在水中有比较明显的上下沉浮动作和检测到人体在原地动作且较为剧烈时，则判断发生了溺水险情。
7.根据权利要求6所述的零待机功耗的溺水检测方法，其特征在于，所述门限值A、门限值B和门限值C均根据装置佩戴位置、佩戴人体重、年龄、性别而进行相应的设置。
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