婴幼儿可穿戴智能监测服装设计探究

汤 焰，代园园，陈冠惠

（惠州城市职业学院，广东 惠州 516025）

由于新手父母在婴幼儿看护方面并不具备充足的经验，难以及时发现婴幼儿的身体异常情况，不利于婴幼儿的健康成长。为满足这些新手父母的需求，应对婴幼儿可穿戴智能监测服装产生更多的关注并加大力度进行开发利用。

1 婴幼儿可穿戴智能监测服装的主要设计原则

在婴幼儿智能服装的设计中充分融入科技手段，可以强化婴幼儿服装的功能性，能够更好地保护婴幼儿；但同时，在婴幼儿服装设计过程中应用过多的电子元件，也会影响服装的舒适性和美观度。因此，在设计智能监测服装时，要遵循多项设计原则，在保证婴幼儿服装功能性的同时，也要保证其美观度和穿着舒适度。

1.1 用户中心原则

在设计婴幼儿智能服装时，要充分考虑婴幼儿日常活动的需求与穿着舒适度的需求，从婴幼儿的真实感受入手，尽可能地消除电子元件给婴幼儿造成的不适感。

1.2 功能性原则

功能性是决定婴幼儿智能服装质量的重要标准之一，婴幼儿智能监测服装只有具有较高的功能性，才能切实做到时刻监测婴幼儿的状态，对婴幼儿起到保护作用。因此，设计时需要充分保证电子元件的技术水平，同时也要注意婴幼儿服装在保暖、抑菌、耐久等方面的功能性。

1.3 舒适性原则

婴幼儿的抵抗力较差，且好动、易出汗，如果服装舒适度较差，会导致婴幼儿出现生理和心理上的不适。因此，需做好电子元件尺寸与工艺的设计，避免使婴幼儿产生“异物感”[1]。

2 婴幼儿可穿戴智能监测服装的设计流程

在设计婴幼儿智能监测服装时，要事先安排好设计流程，充分结合智能、环保的设计原则，提升婴幼儿智能监测服装的设计水平[2]。

首先，需开展资料收集工作，明确各个智能可穿戴设备的信息。可以通过文件阅读、互联网搜索等方式，获取智能可穿戴设备的资料，对婴幼儿智能服装的功能与价值产生更加深入的了解。其次，要整理好收集到的资料，建立资料库，按照资料类型进行分类管理，例如，可以做好服装材料资料和电子元件资料的分类。

3 婴幼儿可穿戴智能监测服装的具体设计方案

3.1 设计需求

在婴幼儿看护方面，大量新手父母并不具备充足的经验，因此，难以及时发现婴幼儿的身体异常情况，如感冒、发烧等，不利于婴幼儿健康成长。为满足新手父母的需求，面向婴幼儿的可穿戴智能监测服装受到更多关注。对于该服装而言，使用者为婴幼儿，获取到的监测信息能够直接传递给婴幼儿监护人。综合来看，面向婴幼儿的可穿戴智能监测服装设计具有以下优点：（1）使用安全水平较高，能够保证婴幼儿穿戴与使用的安全性，且适合婴幼儿穿戴，舒适程度良好[3]。（2）智能化水平更高，可以在监测到异常数据后第一时间传达给监护人，提醒监护人及时处理。（3）精准获取婴幼儿个体的身体温度数据、出汗量数据（湿度数据）。（4）具备一定的照护功能，可以在一定程度上辅助监护人更好地照看婴幼儿。

3.2 总体设计思路

硬件监测单元与软件监测单元是婴幼儿可穿戴智能监测服装的核心单元结构。该智能服装的硬件监测单元中包含大量的电子元件，具有实时性采集婴幼儿身体温度数据与出汗量数据的作用；软件监测单元主要承担向婴幼儿监护人及时发送相关监测数据的工作。

对于婴幼儿可穿戴智能监测服装的硬件监测单元而言，可以进一步将其细化为多个功能模块，包括无线传输功能模块、电源供电功能模块、人体生理数据（温湿度数据）采集功能模块、开发板数据处理功能模块等。在实际的运行过程中，电源供电功能模块为该智能服装监测活动的全过程落实提供动力支持，由人体生理数据采集功能模块实现对婴幼儿现实体温、出汗量（湿度）数据的采集，并上传至开发板数据处理功能模块，实现数据汇总与综合分析；在无线传输功能模块的支持下，获得的数据能够迅速传到监护人的移动终端内；结合移动终端内下载的对应App（软件监测单元），监护人可以实时获取婴幼儿的生理数据。软件监测单元开设了婴幼儿生理数据汇总提取模块、异常报警与提示模块、婴幼儿生理数据监测报告自动生成模块、育儿论坛模块等，在实际的运行过程中，监护人能够在软件监测单元内直接调取当前婴幼儿的生理数据，一旦婴幼儿的温度与出汗量达到限定临界值，手机App会自动发出警报，提醒监护人及时处理；监护人能够在该软件监测单元内随时调取婴幼儿生理数据的监测报告，全面掌握婴幼儿在一段时间内的生理数据变化情况，为作出更为合理的婴幼儿看护决策提供参考；监护人可以在该软件监测单元内的育儿论坛模块中，与其他监护人共同探讨育儿知识、分享育儿经验，更好地促进婴幼儿生长发育。

与普通的婴幼儿防护服装相比，婴幼儿可穿戴智能监测服装由于内置传感器，能够实现对婴幼儿身体健康数据的实时性获取与监测，智能化程度相对较高，可以满足监护人对婴幼儿防护服装的现实需求，支持婴幼儿看护高质量开展。在本次婴幼儿可穿戴智能监测服装的设计过程中，主要对婴幼儿温度数据以及出汗量数据展开实时性监测，并上传至对应的手机App平台中，一旦系统判断婴幼儿的体温、出汗量达到限定临界值，手机App会自动发出警报，提醒监护人及时处理。

3.3 款式设计

由于本次设计的婴幼儿可穿戴智能监测服装使用主体为婴幼儿，必须保证相应产品具有穿戴舒适性，适合婴幼儿穿戴。因此，在实际的设计过程中，必须选用舒适性、透气性以及吸湿性更为理想的面料，尽可能增加面料中的含棉量，确保该智能服装具备优质的保暖性能[4]。结合婴幼儿的情绪发展特征来选择服装颜色，本次设计主要选用了红色，适用面广、含义好且能够在一定程度上调动幼儿的积极情绪。从款式方面来看，为了方便婴幼儿穿脱，并避免婴幼儿着凉，婴幼儿可穿戴智能监测服装主要应用了中国传统肚兜款式，符合中国人的传统审美，且兼具更好的功能性。

婴幼儿可穿戴智能监测服装的核心功能是监测婴幼儿体温以及出汗量，更为全面、精准地获取生理数据，主要将传感器加设在婴幼儿汗腺分布密集、出汗量相对较大的位置，即婴幼儿的左胸接近腋下区域；在采集温度数据时，主要依赖设置在婴幼儿腋下位置的温度传感器，由于腋下位置的温度与人体体表温度更为接近，且采集便捷、安全程度较高，婴幼儿可穿戴智能监测服装的温度传感器主要设置在腋下位置。

3.4 硬件监测单元设计

婴幼儿可穿戴智能监测服装的硬件监测单元可以进一步细化为多个功能模块，包括无线传输功能模块、电源供电功能模块、人体生理数据（温湿度数据）采集功能模块、开发板数据处理功能模块等。同时，由于柔性电子元件的体积、质量普遍维持在较低水平，运行中所消耗的能量也相对较小，在本硬件监测单元内投放了更多柔性电子元件。

其中，主要选择LG柔性电缆型电池作为本智能服装的电源供电功能模块，其循环稳定性更为理想，且弯曲特性强、比容量大，可以提供较长时间的安全电力供应；主要选用穿戴式柔性传感器（具体为柔性薄膜湿度传感器、柔性NTC温度传感器）作为婴幼儿温度数据以及出汗量数据获取、监测的硬件结构，相应传感器结构具有较高的灵敏性，柔性也相对较高，所以能够实现对婴幼儿温度、出汗量变化的迅速反应，提高生理数据采集的精准度与及时程度[5]；主要选用STM32F103C8T6微控制器作为本智能服装的开发板数据处理功能模块，该元件的体积更小且功能较好，成本也更为合理；主要应用蓝牙低功耗（BLE）芯片完成本智能服装的无线传输功能模块构建，在短距离内拥有相对理想的无线数据传输能力，传输速度快且质量好，成本也维持在较低水平。

在婴幼儿可穿戴智能监测服装的实际使用过程中，通过对温湿度传感器的加设，达到及时获取婴幼儿生理数据（温湿度数据）的效果，并依托微控制芯片处理前期获取到的婴幼儿温湿度数据；在蓝牙传输功能模块的支持下，经过汇总处理的婴幼儿生理数据会迅速传递至监护人智能终端的对应App中，实现对婴幼儿身体表面温湿度变化情况的全面监测；系统一旦判断实测数据超出预设值，则监护人智能终端对应的App会第一时间发出报警信息，提醒监护人查看异常数据并做进一步处理。

3.5 软件监测单元设计

婴幼儿可穿戴智能监测服装在实际设计过程中融入了交互设计理念，除了保证该智能服装与环境之间实现良好交互，也驱动了婴幼儿与监护人之间的高质量交互，在软件监测单元（监护人智能终端上的对应App）的支持下，完成信息的快速传递。总体来看，通过利用软件监测单元，婴幼儿可穿戴智能监测服装能够与监护人建立起一种新型的交互模式，在实际运行过程中，通过无线接收功能模块，将硬件监测单元获取到的婴幼儿生理数据第一时间传递至监护人移动终端App内，此时，监护人能够直接在该App的对应功能模块内全面获取婴幼儿当前的体温数据以及出汗量数据，也能迅速查询、调取婴幼儿一段时间的体温变化情况以及出汗量变化情况[6]。

3.6 应用与评价

3.6.1 系统调试

为保证婴幼儿可穿戴智能监测服装产品的功能稳定性与使用安全性，在某小区内随机选取6名婴幼儿作为被试对象，设定试验时间为24 h。在此过程中，婴幼儿穿戴该智能服装，开启串口监视器进行30 min的体温与出汗量（湿度）数据检测；利用温度计、皮肤湿度测量仪进行多次（设定为3次）测温以及表皮湿度测量，以此确定各个婴幼儿被试的平均温湿度数据。依托数据对比，可判断出该婴幼儿可穿戴智能监测服装产品的功能稳定性。本次系统调试得到的具体数据如下所示。

被试1的串口监测温度平均值为35.8 ℃，温度计测量平均值为36.4 ℃，串口监测相对湿度平均值为45%，皮肤湿度测量仪测量平均值为48%；被试2的串口监测温度平均值为36.2 ℃，温度计测量平均值为36.8 ℃，串口监测相对湿度平均值为32%，皮肤湿度测量仪测量平均值为31%；被试3的串口监测温度平均值为36.1 ℃，温度计测量平均值为36.8 ℃，串口监测相对湿度平均值为59%，皮肤湿度测量仪测量平均值为63%；被试4的串口监测温度平均值为35.7 ℃，温度计测量平均值为36.5 ℃，串口监测相对湿度平均值为38%，皮肤湿度测量仪测量平均值为41%；被试5的串口监测温度平均值为36.6 ℃，温度计测量平均值为37.3 ℃，串口监测相对湿度平均值为24%，皮肤湿度测量仪测量平均值为25%；被试6的串口监测温度平均值为36.4 ℃，温度计测量平均值为37.0 ℃，串口监测相对湿度平均值为67%，皮肤湿度测量仪测量平均值为70%。

对比上述数据了解到，依托两种测量方式获取到的数据之间有着明显的相关性，这样的数据结果证实了婴幼儿可穿戴智能监测服装产品具备良好的功能稳定性。同时，在实际使用过程中，并没有发生异常现象，说明该智能服装产品的安全性良好。

3.6.2 应用成效分析

为进一步判断婴幼儿可穿戴智能监测服装能否发挥出辅助监护人看护婴幼儿的功能，组织了应用测试与分析。在实践过程中，在某小区内随机选取10名婴幼儿及其监护人作为被试对象，设定试验时间为48 h，在前24 h，未让婴幼儿穿着智能服装，记录期间婴幼儿的哭闹次数；后24 h，让婴幼儿穿着智能服装，记录期间婴幼儿的哭闹次数。通过获取到的数据了解到，与未穿着智能服装的婴幼儿哭闹次数（共计39次）相比，穿着智能服装的婴幼儿哭闹次数（共计22次）更少，主要是因为在智能服装发出报警信息后，监护人可以及时采取增减衣物等处理措施，让婴幼儿感到舒适，进而减少婴幼儿的哭闹次数。

4 结语

通过无线传输功能模块、人体生理数据采集功能模块、开发板数据处理功能模块以及软件平台的结合利用，可以构建婴幼儿可穿戴智能监测服装系统，及时获取到婴幼儿的生理数据，并将其迅速传递至监护人智能终端的对应App中，一旦判断实测数据超出预设值，则监护人智能终端的对应App会第一时间发出报警信息。实际的应用试验结果表明，该智能服装有着较为稳定的功能性，且能够达到辅助监护人更好地看护婴幼儿的效果，缓解监护人在照看婴幼儿时产生的紧张和焦虑情绪，也能保证婴幼儿长时间处于舒适状态。