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      傳感器在嬰幼兒床具上的設計與應用

      2020-03-26 00:31張涵陽金冬
      藝術科技 2020年1期
      關鍵詞:傳感器

      張涵陽 金冬

      摘 要:嬰幼兒身體發(fā)育的主要時間在睡眠,但睡眠時間段卻與父母休息時間重疊,父母不能及時關注孩子睡眠的生理變化,嬰幼兒無法用語言描述自己的狀態(tài)。本文描述利用傳感器與嬰幼兒床具結(jié)合,對嬰幼兒進行睡眠監(jiān)測,可以匯總嬰幼兒睡眠數(shù)據(jù),及時提醒突發(fā)事件,實時呵護嬰幼兒身體健康。概述數(shù)種通過傳感器進行嬰幼兒睡眠監(jiān)測的實際情況,帶給嬰幼兒安穩(wěn)的睡眠。

      關鍵詞:傳感器;睡眠監(jiān)測;嬰幼兒床具

      1 嬰幼兒睡眠

      嬰幼兒睡眠的重要性:睡眠作為一種保護性機制,讓大腦、神經(jīng)系統(tǒng)和全身進行暫時的休息,是人體十分重要的生命活動,更是嬰幼兒生命活動的重要組成部分。[1]一個合適的,具有睡眠監(jiān)測功能的嬰幼兒床是不可或缺的,通過傳感器和嬰幼兒床具的結(jié)合設計,實現(xiàn)對睡眠的實時監(jiān)控,保證嬰幼兒正常的身體發(fā)育,為嬰幼兒帶來優(yōu)質(zhì)的睡眠。這能促進嬰幼兒中樞神經(jīng)系統(tǒng)的形成與完善,同時對體質(zhì)發(fā)育、平衡系統(tǒng)、消耗系統(tǒng)有著積極的促進作用,使情緒更穩(wěn)定健康,也有利于嬰幼兒的智力發(fā)展。

      2 嬰幼兒床具與傳感器結(jié)合設計

      2.1 呼吸傳感器的設計應用

      打鼾在成年人的睡眠過程中并不罕見,故此嬰幼兒睡眠中打鼾常被父母視而不見。然而,嬰兒存在打鼾行為可能是患有阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征?;純旱呐R床癥狀,在呼吸上有著明顯的體現(xiàn)。幾乎所有的患兒睡眠都有著打鼾行為,并且存在呼吸暫停數(shù)秒的生理特征。因呼吸障礙而猝死的案例每年頻頻發(fā)生,是導致嬰幼兒早夭的罪魁禍首之一。

      可利用PVDF呼吸傳感器進行呼吸監(jiān)測,將傳感器設置于嬰兒床面,幼兒在睡眠呼吸時,胸部會產(chǎn)生振動。PVDF傳感器中的PVDF壓電薄膜作為一種換能元件,可通過自身的壓電效應把胸部運動產(chǎn)生的振動物理信號轉(zhuǎn)化為電信號。在本設計中,為了在檢測過程中避免檢測到的信號失真,從而將振動量最大限度地轉(zhuǎn)化為電信號。PVDF傳感器采用接觸式的方法檢測振動信號,并設計合適的放大濾波電路,可實現(xiàn)PVDF傳感器的信號放大及濾波,精準測量。[2]因PVDF壓電材料的阻抗和人相近,同時具有質(zhì)量輕、伸展性好的優(yōu)點,并且該設計可以避免直接接觸皮膚,故PVDF呼吸傳感器不會刺激嬰幼兒皮膚,可以在嬰兒床具上使用。

      使用呼吸傳感器檢測嬰幼兒睡眠,能夠?qū)崟r監(jiān)測動態(tài)呼吸,及時提醒出現(xiàn)呼吸暫停等癥狀,防止發(fā)生呼吸衰竭或心力衰竭癥狀,導致嬰幼兒猝死現(xiàn)象。睡眠監(jiān)測能采集收納整理呼吸數(shù)據(jù),實現(xiàn)呼吸數(shù)據(jù)的可視化。

      2.2 睡眠監(jiān)測嬰幼兒聲音與濕度

      在嬰幼兒睡眠過程中,聲音傳感器的使用對睡眠監(jiān)測也有著重要的意義。佝僂癥多發(fā)于嬰幼兒時期,主要因為維生素D的缺乏,以致骨骼發(fā)生病變,同時可影響神經(jīng)、肌肉、造血、免疫等組織器官的功能,對小兒的健康危害較大。[3]初期佝僂癥患兒僅具有神經(jīng)精神方面的癥狀,夜啼等癥狀,這與正常發(fā)育期的嬰幼兒行為無明顯區(qū)別,難以被監(jiān)護人重視。因忽視導致初期佝僂癥,會導致其演變成中后期,嚴重影響嬰幼兒正常的生理發(fā)育,會帶來嚴重的后遺癥,不可不防。

      設計將聲音識別傳感器與床具結(jié)合,安置于嬰兒床床首,識別和準確記錄夜間嬰幼兒的驚叫和啼哭次數(shù)。同時采用無線溫濕度傳感器,測量新生兒培養(yǎng)箱內(nèi)部溫濕度數(shù)據(jù)。將無線溫濕度傳感器模塊終端安放在培養(yǎng)箱內(nèi)部,溫度采集終端采用3.6 V 電池供電,采集數(shù)據(jù)通過無線方式傳送。同時,采用無線數(shù)據(jù)傳輸方式將周期性采集的數(shù)據(jù)實時、精準、快速地傳輸?shù)街付ㄒ苿佣嗽O備,實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。[4]利用互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)綜合分析,判斷是否有潛在的疾病隱患。

      現(xiàn)如今,嬰兒尿床是監(jiān)護人最頭痛的狀況之一。嬰幼兒無法控制主動排尿行為,尿床行為會引起瘙癢不適,滋生細菌引起生殖系統(tǒng)感染,也影響呼吸系統(tǒng)的健康。通過設置濕度傳感器和氣體檢測裝置于床面,當出現(xiàn)尿床行為時,傳感器所反饋的信息超過設定的閾值,同時檢測到揮發(fā)的尿液中的有毒氣體;通過單片機與無線數(shù)據(jù)傳輸技術,將信息及時反饋至可移動設備處,進而發(fā)出警報信息。通過濕度傳感器監(jiān)測濕度變化提醒父母及時更換尿布,保證睡眠環(huán)境的干凈干爽,防止嬰幼兒出現(xiàn)皮炎或濕疹紅疹等皮膚疾病。

      2.3 溫度傳感器的應用

      出于對嬰幼兒健康的考慮,溫度傳感器的使用是必不可少的。冬季溫度降低,父母愛子心切,為孩子蓋了過多的保暖御寒衣物,嬰幼兒身處悶熱環(huán)境中,無法用語言表達自身不適,悶熱的環(huán)境很快就會帶來高溫缺氧的癥狀。缺氧將影響嬰幼兒正常的哭喊,聲音會變得微弱,熱量無法排除帶來長期的高溫,會破壞嬰幼兒的神經(jīng)系統(tǒng),引起患兒身體無力。[5]父母卻不能及時發(fā)現(xiàn)問題??墒褂眉t外耳溫度傳感器和單片機技術,以非接觸式的方式準確測量嬰幼兒體溫,同時結(jié)合呼吸傳感器實時監(jiān)測嬰幼兒呼吸,就可以在遇到此類緊急情況時及時發(fā)出警報,提醒父母查看孩子狀況,減輕或避免捂熱,導致高溫高燒的病癥發(fā)生。

      2.4 壓力傳感器的應用

      考慮到伴隨年齡的增長和生理發(fā)育,嬰幼兒的行為模式從躺和爬將逐漸向走變化,將會出現(xiàn)有爬床這一普遍行為。為了避免出現(xiàn)爬床跌落現(xiàn)象,可在嬰兒床的床面鋪設壓力傳感器,壓力傳感器通過與單片機結(jié)合,通過檢測壓力的大小來監(jiān)測嬰幼兒是否會在睡眠時突然爬床離開或者跌落。當識別壓力在減少時,將通過無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞絺鬟f移動端,及時提醒父母嬰幼兒的爬床行為,發(fā)出警報,讓監(jiān)護人及時處理,避免孩子意外跌落受傷的風險。

      3 嬰幼兒床具的設計

      嬰幼兒床具是監(jiān)護人與嬰幼兒雙方共用的產(chǎn)品,在造型和色彩的設計與選擇上應顧及雙方的需求,安全、無毒無害、堅固耐用的需求應當放在首位。床具的設計應注意避免使用金屬材質(zhì),以木制等觸感溫和材質(zhì)來制作。床具產(chǎn)品應色彩鮮明,色彩飽滿,結(jié)構(gòu)需符合嬰幼兒身體發(fā)育的特點,造型以圓潤的弧線和圓角為主,孩子經(jīng)常用手感受世界,尖角會對嬰幼兒產(chǎn)生傷害。所以,去棱角化成了親子互動產(chǎn)品中一個必不可缺的要素。[6,7]在選擇配件時,要盡量避免精細零件以防兒童誤吞。在選擇滾輪時,應選擇制動裝置的滾輪,方便移動與固定。在兒童易接觸到的邊角處,要放置食品級的防啃條,這能有效防止嬰幼兒誤食有毒有害的表面漆層涂料。床具應有一定的傾角,滿足孩子的脊椎發(fā)育需求。

      此外,所有傳感器均不必直接接觸嬰兒皮膚。和可穿戴式相比,傳感器與床具融為一體,給了嬰幼兒更為自由舒適的睡眠空間,免去了監(jiān)護人頻繁為孩子穿戴設備或忘記穿戴的煩惱??紤]到嬰幼兒生長速度,避免父母頻繁更換床具,嬰兒床應具有一定的延伸拓展能力,滿足嬰幼兒的空間需求。

      在形態(tài)設計符合需要的同時,通過使用傳感器實現(xiàn)嬰幼兒床具的睡眠檢測功能,利用無線信息傳遞技術使數(shù)據(jù)之間交互,信息共享,將床具融入智能家居的生態(tài)鏈中?;诒O(jiān)護人的使用需求將信息傳遞至終端,數(shù)據(jù)可視化嬰幼兒的睡眠信息,讓監(jiān)護者對嬰幼兒的睡眠狀況一目了然,讓監(jiān)護者在使用的過程中記錄用戶的行為、了解用戶的習慣,為使用者提供更加舒適的睡眠感受

      4 結(jié)語

      本文概述了傳感器在嬰幼兒床具上的綜合設計和應用,實時檢測孩子生理狀況,異常情況能夠及時提醒監(jiān)護人進行處理,并收集嬰幼兒睡眠數(shù)據(jù)。利用互聯(lián)網(wǎng)等手段來歸納分析總結(jié),避免父母因為休息時間重疊等,容易忽視嬰幼兒生理變化。孩子因無法用語言表述自身不適,或因身體原因無法及時通過哭泣吵鬧行為來吸引注意,使得種種初露苗頭的癥狀沒有被父母及時發(fā)現(xiàn)和重視,延誤了處理和治療的最佳時期。這種利用多傳感器與床具結(jié)合的設計,使得父母能對孩子睡眠變化一目了然,防患于未然,保證嬰幼兒生理上的健康發(fā)展。

      參考文獻:

      [1] 張涵,李晶,楊玉婷.老年人助眠產(chǎn)品設計[J].戲劇之家,2019(15):194-196.

      [2] 祝奔奔. PVDF傳感器的睡眠呼吸檢測研究[J].自動化儀表,2018(10):74-78.

      [3] 石莉.淺談嬰幼兒佝僂病的診斷及防治[J].中外健康文摘,2013(1):130-131.

      [4] 孫少平.基于云平臺的新生兒培養(yǎng)箱中央智能監(jiān)護系統(tǒng)的設計與應用[J].醫(yī)院數(shù)字化管理,2019(12):84-87.

      [5] 寧澤淑.回顧性分析81例捂熱綜合征嬰兒神經(jīng)系統(tǒng)臨床表現(xiàn)及防治[J].世界睡眠醫(yī)學雜志,2016(6):353-355.

      [6] 孟子玲,李晶.基于親子互動的產(chǎn)品設計分析[J].戲劇之家,2019(15):119-120.

      [7] 陳楊威,郁舒蘭,李策,等.產(chǎn)品材料與形態(tài)設計相契合的研究[J].大眾文藝,2016(13):67.

      作者簡介:張涵陽,男,陜西咸陽人,本科,研究方向:工業(yè)設計。

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