一种用于辅助救援的多功能手表的设计与应用

刘昊炎

摘 要：在地震、矿难、火灾等突发性事故中，建筑物的倒塌会导致许多人员被困于废墟之下。在宝贵的救援时间里，很少有受困者能够通过向地面发出求救信号的方式获得救助。本文基于上述背景设计出一种可用于辅助救援的多功能手表，该手表设有救援模式功能，并内置声波发生器和脉搏感受器。除此之外，手表的供电系统采用太阳能电池和纽扣电池的双电池组供电模式，保障了手表的日常使用。该多功能手表的设计为手表智能化与多样化的发展提供了一种参考模式，也为突发性事故中的救援工作提供了更多便利。

关键词：多功能手表;辅助救援;声波发生器;脉搏感受器

中图分类号：TH789 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）08-0033-02

0 引言

手表作为一种显示时间的仪表工具，方便了人们的日常生活。随着智能化产业的发展与人们使用需求的增多，手表也被赋予了更多的功能，比如通话、计步、感知心率等。这些常用的功能在一定程度上简化了人们的生活方式，也为我们提供了更多的便利。然而当地震、矿难等一些突发性事故发生时，很少有人能够利用身边的设施实现自救或向他人发出求救信息。手表作为人们日常生活中的便携设备，如若对其赋予辅助救援功能。则当人们身处逆境时，便多了一种救援手段，从而更有可能脱离危险。

在目前的多功能手表研究过程中，张自达设计了一款基于STM32的多功能智能健康手表。该智能健康手表不仅拥有传统可穿戴产品查看时间，设置闹钟等功能。还拥有血氧饱和度检测、运动量监测、跌倒检测、心率检测、血氧饱和度检测、血压检测、电话、短信、音乐播放、体温检测等功能[1]。王伯韬等人设计了一款节能手表，该手表具有检测步数、探测心率、控制加减速实现更加健康运动的功能[2]。钟丽娜等人设计了一种基于STM32芯片的小型多功能智能手表系统，该系统除常规计时外，还实现了环境温度检测、心率检测、睡眠状态检测、电子罗盘等功能[3]。林道设计了一种多功能手表寻呼机，可使用手表进行日常打电话等功能[4]。催振永采用一种新型的电路设计了一种多功能语言万年历手表，该手表具有样式新颖、功能多且实用、价格低廉等特点[5]。而仅在近期，李辉等人才提出手表防身警报器的设想，意在当儿童、妇女遇到歹徒或者其他紧急情况时为其提供报警帮助其可按下手表表盘的按钮，手表会发出100分贝左右的强烈报警声，有效地吓阻歹徒。或者患有急性疾病的病人，遇到病情发作而口不能发出求救声，也可按下手表按钮，发出报警声，向他人寻求帮助，甚至可能会挽救生命[6]。然而关于辅助救援的新型手表的研究依然匮乏，本文在此基础上提出了一种多功能手表的设计理念。

本文所设计的手表除了查看时间的功能外，手表上还设有救援模式切换开关。当打开切换开关时，表盘上的LED灯开始闪烁，方便受困者在障碍物遮挡的阴暗环境中进行活动。手表内置有声波发生器，可发出声波信号以便被搜救人员所使用的生命探测器感知。手表上还配备脉搏感受器用于探测佩戴者的生命体征。手表的供电系统采用太阳能电池和纽扣电池双电池组供电的模式，以确保手表的各项功能在苛刻的环境中依然能够正常运行。本文提供的多功能手表设计方案为地震多发区以及事故风险区人员提供了一种生命保障。

1 设计方案

1.1 智能手表总体设计布局

如下图1所示为智能手表的总体设计布局，当佩戴人员处于日常工作模式时，手表可作为时间工具正常使用。当佩戴人员遇到险情处于求救状态时，可将模式切换开关切换至求救模式。此时LED灯盘上的灯珠被点亮，整个表盘实现电筒功能向表盘指示方向发出强光;声波发生器发出超声波，为外界处于搜救状态的声波探测器提供信号;脉搏探测器用于探测使用者的生命体征，当检测到使用者生命体征减弱时，将反馈信号提供给声波发生器和LED灯盘，声波发生器和LED灯盘加强工作模式，扩大求救信号，以便地面搜救人员能够更加容易的找到被困的手表佩戴者。当脉搏探测器未检测到脉搏信号时，将反馈信号提供给电池组和LED灯盘，电池组切换工作模式，将所有电量供给给声波发生器，LED灯停止工作。声波发生器降低声波发射频率，以弱波形式向外界持续发出信号，便于搜救人员寻找受害者遗体。本文所設计的智能手表在一定程度上实现了人性化与智能化的结合，为辅助救援设备的设计与研究提供了参考方向。

1.2 控制系统设计方案

如图2所示为手表的控制系统设计模式。模式本身具有反馈回路，模式切换开关控制求救模式和脉搏传感器的开启与关闭，LED灯盘和声波发生器由求救模式进行控制，脉搏传感器实现反馈调节。当佩戴人员打开模式切换开关时，手表处于求救模式，此时LED灯盘、声波发生器和脉搏传感器处于工作状态。脉搏传感器检测的脉搏信号作为反馈信号反馈给LED灯盘和声波发生器。当脉搏传感器检测不到脉搏信号时，LED灯盘停止工作，声波发生器调整工作状态至弱波模式。

2 创新性与可行性分析

本文所设计的用于辅助救援的多功能手表相比较传统手表而言，增加了救援模式，比较适用于地震多发区人员和矿物开采人员使用，具有一定的客户针对性。腕表上配备的声波发生器在救援模式打开时可向外界发出救援信号，这一设计目前在智能型手表的设计概念中尚属首例，具有一定的创新性。本文的另一创新点在于将脉搏传感器配备在表带上，这与目前市场上出现的智能手表传感器的配备模式不同。脉搏传感器配备在表带上可实现传感器与脉搏的紧密贴合，从而更有利于传感器对脉搏信号的探测。除此之外，腕表的太阳能电池和纽扣电池的双电池组供电模式也为腕表本身提供了足够的动力。综上所述，本文所设计的智能型多功能手表具有一定的创新性。

目前关于智能型手表的设计方案有很多，然而实际投入应用的设计却很少。其主要原因在于，绝大多数的智能型手表设计方案都将设计目标放置在手表的多功能上，即力求使手表具有防水、心率监测、电话呼叫等功能。这些要求最终导致手表在制作过程中制作成本增加，可靠性变差，从而导致制作失败，最终无法投入市场。本文所设计的智能型手表具有一定的用户针对性，且功能简单实用，能够快速的实现制作过程并投入市场。制作成本低廉，从而价格亲民。因此本文所设计的智能型手表在一定程度上表现出很大的可行性。

3 结语

本文提出一种用于辅助救援的多功能手表设计理念，该手表除了日常查看时间的功能外，还具有辅助救援功能。手表本身内置LED表盘、声波发生器、脉搏传感器以及太阳能电池和纽扣电池共同作用的双电池组工作模式。当佩戴人员处于求救环境时，能够打开LED照明功能为佩戴人员在黑暗环境中提供光源，以便其熟悉周围环境。与此同时，手表内置的声波发生器可向外界发送求救信号，从而更加便于搜救人员进行救援工作。手表本身所携带的脉搏传感器可实时监测佩戴人员的身体状况，进而调整求救信号。腕表所具有的双电池组工作模式能够为其提供充足的动力，即使是在极端环境下，腕表依然可以实现正常工作功能。这些设计使得手表本身具有一定的实用性价值。同时，本文所提出的智能型手表设计理念也为我国救援设备的发展提供了一定的参考意义。

参考文献

[1] 张自达.基于STM32的多功能智能健康手表设计[D].宁夏大学，2018.

[2] 王伯韬，王志坤，房钦格，薄志伟.多功能节能手表[J].河北农机，2017（12）：34.

[3] 钟丽娜，王志凌，孙啸，梁贵龙，石俊杰，闫东.基于STM32的小型多功能智能手表[J].科技经济导刊，2016（34）：97.

[4] 林道.多功能手表寻呼机[J].现代通信，2001（09）：31.

[5] 催振永.KSD型多功能语言万年历手表[J].中小企业科技信息，1999（11）：21-22.

[6] 李辉，王志坤，王佳楠，邹慧娜.手表防身警报器的设想[J].河北农机，2018（10）：65.