婴幼儿智能防噎手圈

◆湖南省汨罗市第二中学 余天强 陈 就 王恩祈

有些小物品易使婴幼儿噎住，如硬币、扣子等，如不及时施救，会危及他们的生命。如何防止婴幼儿被噎住？一方面家长应加强监管，避免让婴幼儿随意拿到小物品。另一方面，我们想发明一种婴幼儿智能防噎手圈。一旦婴幼儿抓取小物品往口里塞时，智能防噎手圈立即发出报警声并迅速轻微振动其手臂，使其手中物品掉落，从而解除安全隐患。

一、结构设计

1.外部感应系统

当婴幼儿手抓物品有往嘴里塞的动作时，继电器工作，否则断开。手圈能判断物品的大小，如果物品横截面小于或等于2厘米，手圈报警并振动，使物品从婴幼儿手中掉落，如图1所示。

图1 外部感应系统示意图

2.中央处理系统

中央处理系统包括景物和距离传感器、视频信号数字化设备、视频信号快速处理器等。其中，景物和距离传感器为图像传感器。视频信号数字化设备将距离传感器传输过来的信号转化为计算机能分析的数字信号。视频信号快速处理器再对视频信号进行实时、快速的处理。

3.报警及振动系统

完成对传输过来的各种信号的处理工作以及处理系统发出的指令。结构图如图2。

图2 报警及振动系统结构图

二、工作原理

1.感应系统

感应系统主要包括一个光电传感器和一个光电编码器，通过灰度传感器识别物品的长度、宽度、截面积大小等，利用触碰传感器检测物品是否危险，通过红外发射器检测物品是否向口腔方向移动，利用伺服马达完成振动动作，实现越限报警，并通过轻微振动解除物品入口的隐患。

2.控制系统

用GSM模块和单片机结合的方式发送短信，无源开关导通则系统发送报警声及产生振动。

智能防噎手圈主要由电源模块、检测感应模块、声光报警模块、控制器模块、电机驱动模块、显示模块六部分组成。由于主控制器的任务较多，且控制程序较复杂，我们配备了一个单片机作为主控制器的辅助部分，用以分担主控制器的工作。声光报警模块引入一条信号线实现对声音的控制，在收到主控中心的指令后报警。

3.振动系统

单片机通过传感器的反馈信号控制电机振动。设计以单片机为核心部件，利用红外传感检测、电机控制等技术，通过各种方案的讨论及尝试，再经过对软、硬件多次调试，不断地对系统进行优化，最后达到防噎目的。

图3 控制系统模块设计图

三、创新点与改进设想

1.婴幼儿智能防噎手圈的松紧、大小可调，携带方便，外表手绘卡通图案，符合婴幼儿喜好。

2.该手圈的信息数据设置简单，感应灵敏，能及时对可能造成婴幼儿被噎的物品进行干预，避免事故发生。

接下来，我们还将继续思考如何让报警装置精准识别该物品是否会造成婴幼儿被噎，避免误判而影响婴幼儿的正常生活。（指导老师：曾尚文钟 权）

专家点评

余天强、陈就、王恩祈三位同学完成的“婴幼儿智能防噎手圈”是一项颇具新意的发明作品。让人值得欣赏的是：其一，三位同学能捕捉到婴幼儿成长中“防噎”的需求点，这便是强烈的创新意识能让人独具慧眼的生动实例。其二，三位同学对项目中几个系统的设计与相关技术的灵活应用，尽显少年智慧。

但值得注意的是，婴幼儿在出生后就有口欲期表现，通过吸吮手指或其他物品来满足自己的欲望。有的宝宝可能到幼儿期还有咬手、咬东西的习惯。医学研究表明，婴幼儿如果进入口欲期，家长不应过多干涉，否则可能会造成口欲期延长。因此，三位同学还要在“防噎”与不延长其口欲期等方面作更深入的研究。