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1、多种通讯方式实现可靠报警的智能安全泳帽A variety of communication methods to achieve reliable alarm intelligent security swimming caps编号：GD14-2806摘 要随着科学技术的不断发展，穿戴式智能设备已经走进了人们的生活。但目前的穿戴式设备鱼龙混杂，不具有针对性，没有针对特殊人群进行推广，且大部分价格昂贵、实用性不高，造成可穿戴式产品推广很难。故本产品的最初设想是要面向某一人群，而一般是面向弱势群体，再从产品的高实用性和高推广性出发，于是最终形成了面向儿童等不擅长游泳人群的智能安全泳帽。本作品采用T
2、I公司的MSP430G2553作为主控芯片，利用水位模块蓝牙模块、NRF模块以及GSM模块与手机界面连接，构建一个可穿戴的智能安全泳帽，应用于儿童及不擅长游泳者的游泳安全检测，有比较好的发展前景。关键词：可穿戴设备 无线通讯 游泳安全 人机交互 Abstract With the continuous development of science and technology, wearable intelligent device has entered peoples life.Good and evil people mixed up but the wearable devices,
3、not targeted, not for the special groups, and most expensive, practicality is not high, cause the wearable product promotion is difficult.The original thought of this product is to face a crowd, and generally is geared to the needs of vulnerable groups, and starting from the product of high practica
4、bility and popularization, and finally formed for children is not good at swimming the intelligent security caps of the crowd. This work adopts MSP430G2553 as main control chip of TI company, using the water level module of bluetooth module, the NRF module and GSM module and mobile phone interface c
5、onnection, build a wearable intelligent security caps, applied to children and are not good at swimming swimming safety inspection, there are good prospects for development.Keywords: wearable equipment wireless swimming safety human-computer interaction目录摘要1原创性声明4原创性声明4作品创新点4第一章 绪论51.1可穿戴式设备概述及理解 51
6、.2 可行性分析 51.2.1淹溺的概念51.2.2溺水事件现况51.2.3如何预防公共游泳池淹溺51.2.4可行性分析6第二章 作品总体设计2.1 主要架构72.2工作过程72.3功能介绍9第三章 方案选择123.1通讯方式选择123.1.1泳帽通讯方案选择12 3.1.2紧急报警终端的通讯方式123.2传感器选择133.3 其他电路设计13第四章 各模块简介154.1 MSP430G2553154.1.1MSP430单片机的特点15 4.1.2MSP430的低功耗结构154.2蓝牙模块154.3 NRF模块164.3.1NRF24L01模块简介16 4.3.2NRF24L01的低功耗性能1
7、74.3.3NRF24L01的工作性能174.4 GSM模块18 4.4.1 GSM模块的使用184.5 Android开发194.5.1Android系统介绍19 4.5.2Android系统设计20 4.6通信死锁的解决204.6.1通信死锁的概述20 4.6.2通信死锁的概念204.6.3解决过程20第五章 功能特点及产品推广225.1功能特点22 5.2产品推广22第六章 测试结果236.1测试装备236.2测试数据236.3系统测试方案236.4 功耗检测计算23结束语25附录一：元件清单26附录二：程序代码26附录三：电路图35附录四：操作说明36附录五：外观设计37参考文献38原
8、创性声明本人郑重声明：所呈交的参赛作品及作品报告，是本人和队友独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，不侵犯任何第三方的知识产权或其他权利，且已经独自申请发明专利。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作品创新点：1、 水位检测模块:设置在游泳所戴泳帽上的水位传感器检测、创新地改造了现有的水位检测模块，无需使用A/D转换，利用水位模块的电阻特性创造性地使用了三极管的开关特性，极大地提高了检测的灵敏度；判断游泳者位于水下的时间，当时间达到设定的阈值，三极管开关电路连续发出低电平信号到中央处理芯片MSP430；2、 低
9、功耗模式：穿戴式首要条件是能耗低，采用MSP430低功耗编程模式和NRF的超低功耗工作模式。让系统在一般情况下处于低功耗模式3的待机状态，这样可以节省电量，可持续工作超长时间，发生溺水事件时中断唤醒单片机，才产生各种动作。3、 多种可靠报警方式：利用算法解决通信死锁问题，把报警方式拓展为先从最近设备开始报警，逐级递增，与最高级报警设备获取握手之后，继续请求与低级设备握手。多重通讯方式实现可靠报警的智能安全泳帽是通过蓝牙通讯接通手机客户端、NRF射频通讯接通救生员智能手环、GSM网络通讯接通急救站的多重通讯方式实现信号传输的可靠报警。4、 采用蓝牙作为智能机与设备连接中介：本发明的智能安全泳帽采
10、取蓝牙模块作为调整溺水时间阈值长短的传输载体，蓝牙传输距离可达20米。在智能手机方面对蓝牙开发不耗费信息传输费用，传输数据稳定可靠，块处于低功耗运行方式，可以节省用电量，符合现今穿戴式装备低功耗的要求。5、 救生手环：当发生危险情况给予救生员最为直观的报警。遇到危险情况，手环会强烈震动，发出灯光闪烁，并伴有蜂鸣器报警。6、 高亮LED灯：泳帽自身也会发出报警，高亮LED灯可以让附近的人及时发现溺水者所在位置，及时提供救援。7、 GSM网络：采取全球网络通讯中最稳定的GSM网络，能实现稳定的大范围通讯，可确保求救信息可以稳定准确地发送到急救中心。8、 自动识别游泳池编号：游泳池边部署感应器，当游
11、泳池中有人溺水，感应器识别到后可迅速反馈到游泳池控制中心所出游泳池编号，并把所处游泳池编号连同报警信息一起发出，可让急救人员迅速知道。9、 低成本高性能：本作品除去系统端，每套泳帽和手环价格仅为25元，成本低，运行稳定，实用性强，便于推广。 第一章 绪论1.1可穿戴式设备概述及理解 “穿戴式智能设备”是应用穿戴式技术对日常穿戴进行智能化设计、开发出可以穿戴的设备的总称，如眼镜、手套、手表、服饰及鞋等。随着计算机标准化软硬件以及互联网技术的高速发展，可穿戴式智能设备的形态开始变得多样化，逐渐在工业、医疗、军事、教育、娱乐等诸多领域表现出重要的研究价值和应用潜力。 可穿戴式设备应当具备最重要的两个
12、特点：一是可长期穿戴，二是智能化。可穿戴式设备必须是延续性地穿戴在人体上，并能够带来增强用户体验的效果。这种设备需要有先进的电路系统，无线联网并且起码具有一个低水平的独立处理能力。 穿戴式智能设备时代的来临意味着人的智能化延伸，通过这些设备，人可以更好的感知外部与自身的信息，能够在计算机、网络甚至其它人的辅助下更为高效率的处理信息，能够实现更为无缝的交流。 基于以上对于“可穿戴式设备”的理解，我们的作品多种通讯方式实现可靠报警的智能安全泳帽，应运而生。1.2 可行性分析1.2.1淹溺的概念 淹溺又称溺水，是人淹没于水或其他液体介质中并受到伤害的状况。，水充满呼吸道和肺泡引起缺氧窒息；吸收到血液
13、循环的水引起血液渗透压改变、电解质紊乱和组织损害；最后造成呼吸停止和心脏停搏而死亡。淹溺的后果可以分为非病态、病态和死亡，其过程是连续的。淹溺发生后患者未丧失生命者称为近乎淹溺。淹溺后窒息合并心脏停搏者称为溺死，如心脏未停搏则称近乎溺死。1.2.2溺水事件现况 我国的溺水身亡事故频发，已成为学生非正常死亡的头号杀手，中小学生平均每天有40多人溺水而亡。儿童安全数据显示每年近3万儿童死于溺水，暑假正成为儿童意外死亡的高发期，中国平均每年有近3万名儿童死于溺水，每年有5万多名儿童、平均每天有近150名014岁的儿童因意外死亡而失去生命，其中溺水身亡儿童占60之多。仅2007年度，全国溺水死亡总人数
14、大约11.7万人。1.2.3如何预防公共游泳池淹溺公共游泳场所包括公共游泳池、公共游泳海滩等，从概率上讲，这些地方的游泳者最多，故发生淹溺的可能性就相对较大，故应特别提高警惕。必须认真贯彻有关游泳场所的规定。按照全国游泳场所开业技术标准和国家游泳场所星级评比标准等条例对公共游泳场所实施建设和管理。其主要内容有：（1）加强硬件设施建设和完善 硬件设施主要包括观察设备和救生设备，前者有海滩的瞭塔，游泳池的瞭望台（梯）、望远镜等，这些设施是救生员观察游泳者情况的重要保证，使救生员能够及时发现异常情况，以便及时实施救援。因此各个游泳场所必须建立有效的观测设施。此外游泳场所要有充足的救生设备，包括各种救
15、生漂浮物如救生圈、漂浮板等，这些设备在淹溺救援中能够发挥巨大的作用。（2）加强救生人员的培养、管理和使用是否有专职救生人员和救生人员的专业素质直接关系到公共游泳场所淹溺者的生命，故游泳场所必须加强对这些人员的培养、管理和使用。首先必须有一只专职救生人员队伍，每个救生员必须有资质并受过专业培训且考试合格，其能力表现在两方面：第一是观察能力，救生员必须能够及时发现游泳者的异常行为，从这些蛛丝马迹中迅速得出是否发生淹溺的正确判断，并在第一时间施以援手，救援时间越早，淹溺者的生命就越能得到保障。第二是救援能力，救生衣必须有娴熟的救援技术，发现淹溺者后，救生员必须有能力使其尽快脱离危险，而不是救而无效。特别是救生员能必须熟练掌握心肺复苏技术，以便在关键时刻能够拯救患者的生命。1.2.4 可行性分析 在公共场所游泳池，往往由于硬件设施的欠缺或者救生人员的疏忽，许多儿童发生了不该发生的悲剧，有些甚至丢失了宝贵的生命。因此，急需一种设备，一种可以下水的穿戴式设备，在溺水儿童，家长以及救生人员甚至
