張涵陽(yáng) 金冬

摘 要：嬰幼兒身體發(fā)育的主要時(shí)間在睡眠，但睡眠時(shí)間段卻與父母休息時(shí)間重疊，父母不能及時(shí)關(guān)注孩子睡眠的生理變化，嬰幼兒無(wú)法用語(yǔ)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(duì)嬰幼兒進(jìn)行睡眠監(jiān)測(cè)，可以匯總嬰幼兒睡眠數(shù)據(jù)，及時(shí)提醒突發(fā)事件，實(shí)時(shí)呵護(hù)嬰幼兒身體健康。概述數(shù)種通過(guò)傳感器進(jìn)行嬰幼兒睡眠監(jiān)測(cè)的實(shí)際情況，帶給嬰幼兒安穩(wěn)的睡眠。

關(guān)鍵詞：傳感器;睡眠監(jiān)測(cè);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(hù)性機(jī)制，讓大腦、神經(jīng)系統(tǒng)和全身進(jìn)行暫時(shí)的休息，是人體十分重要的生命活動(dòng)，更是嬰幼兒生命活動(dòng)的重要組成部分。[1]一個(gè)合適的，具有睡眠監(jiān)測(cè)功能的嬰幼兒床是不可或缺的，通過(guò)傳感器和嬰幼兒床具的結(jié)合設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)睡眠的實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證嬰幼兒正常的身體發(fā)育，為嬰幼兒帶來(lái)優(yōu)質(zhì)的睡眠。這能促進(jìn)嬰幼兒中樞神經(jīng)系統(tǒng)的形成與完善，同時(shí)對(duì)體質(zhì)發(fā)育、平衡系統(tǒng)、消耗系統(tǒng)有著積極的促進(jìn)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(shè)計(jì)

2.1 呼吸傳感器的設(shè)計(jì)應(yīng)用

打鼾在成年人的睡眠過(guò)程中并不罕見(jiàn)，故此嬰幼兒睡眠中打鼾常被父母視而不見(jiàn)。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(dǎo)致嬰幼兒早夭的罪魁禍?zhǔn)字弧?/p>

可利用PVDF呼吸傳感器進(jìn)行呼吸監(jiān)測(cè)，將傳感器設(shè)置于嬰兒床面，幼兒在睡眠呼吸時(shí)，胸部會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。PVDF傳感器中的PVDF壓電薄膜作為一種換能元件，可通過(guò)自身的壓電效應(yīng)把胸部運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)物理信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。在本設(shè)計(jì)中，為了在檢測(cè)過(guò)程中避免檢測(cè)到的信號(hào)失真，從而將振動(dòng)量最大限度地轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。PVDF傳感器采用接觸式的方法檢測(cè)振動(dòng)信號(hào)，并設(shè)計(jì)合適的放大濾波電路，可實(shí)現(xiàn)PVDF傳感器的信號(hào)放大及濾波，精準(zhǔn)測(cè)量。[2]因PVDF壓電材料的阻抗和人相近，同時(shí)具有質(zhì)量輕、伸展性好的優(yōu)點(diǎn)，并且該設(shè)計(jì)可以避免直接接觸皮膚，故PVDF呼吸傳感器不會(huì)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(cè)嬰幼兒睡眠，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)呼吸，及時(shí)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(dǎo)致嬰幼兒猝死現(xiàn)象。睡眠監(jiān)測(cè)能采集收納整理呼吸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)呼吸數(shù)據(jù)的可視化。

2.2 睡眠監(jiān)測(cè)嬰幼兒聲音與濕度

在嬰幼兒睡眠過(guò)程中，聲音傳感器的使用對(duì)睡眠監(jiān)測(cè)也有著重要的意義。佝僂癥多發(fā)于嬰幼兒時(shí)期，主要因?yàn)榫S生素D的缺乏，以致骨骼發(fā)生病變，同時(shí)可影響神經(jīng)、肌肉、造血、免疫等組織器官的功能，對(duì)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(wú)明顯區(qū)別，難以被監(jiān)護(hù)人重視。因忽視導(dǎo)致初期佝僂癥，會(huì)導(dǎo)致其演變成中后期，嚴(yán)重影響嬰幼兒正常的生理發(fā)育，會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的后遺癥，不可不防。

設(shè)計(jì)將聲音識(shí)別傳感器與床具結(jié)合，安置于嬰兒床床首，識(shí)別和準(zhǔn)確記錄夜間嬰幼兒的驚叫和啼哭次數(shù)。同時(shí)采用無(wú)線溫濕度傳感器，測(cè)量新生兒培養(yǎng)箱內(nèi)部溫濕度數(shù)據(jù)。將無(wú)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(guò)無(wú)線方式傳送。同時(shí)，采用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式將周期性采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)、快速地傳輸?shù)街付ㄒ苿?dòng)端設(shè)備，實(shí)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(hù)人最頭痛的狀況之一。嬰幼兒無(wú)法控制主動(dòng)排尿行為，尿床行為會(huì)引起瘙癢不適，滋生細(xì)菌引起生殖系統(tǒng)感染，也影響呼吸系統(tǒng)的健康。通過(guò)設(shè)置濕度傳感器和氣體檢測(cè)裝置于床面，當(dāng)出現(xiàn)尿床行為時(shí)，傳感器所反饋的信息超過(guò)設(shè)定的閾值，同時(shí)檢測(cè)到揮發(fā)的尿液中的有毒氣體;通過(guò)單片機(jī)與無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，將信息及時(shí)反饋至可移動(dòng)設(shè)備處，進(jìn)而發(fā)出警報(bào)信息。通過(guò)濕度傳感器監(jiān)測(cè)濕度變化提醒父母及時(shí)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(yīng)用

出于對(duì)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(ài)子心切，為孩子蓋了過(guò)多的保暖御寒衣物，嬰幼兒身處悶熱環(huán)境中，無(wú)法用語(yǔ)言表達(dá)自身不適，悶熱的環(huán)境很快就會(huì)帶來(lái)高溫缺氧的癥狀。缺氧將影響嬰幼兒正常的哭喊，聲音會(huì)變得微弱，熱量無(wú)法排除帶來(lái)長(zhǎng)期的高溫，會(huì)破壞嬰幼兒的神經(jīng)系統(tǒng)，引起患兒身體無(wú)力。[5]父母卻不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題?？墒褂眉t外耳溫度傳感器和單片機(jī)技術(shù)，以非接觸式的方式準(zhǔn)確測(cè)量嬰幼兒體溫，同時(shí)結(jié)合呼吸傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)嬰幼兒呼吸，就可以在遇到此類緊急情況時(shí)及時(shí)發(fā)出警報(bào)，提醒父母查看孩子狀況，減輕或避免捂熱，導(dǎo)致高溫高燒的病癥發(fā)生。

2.4 壓力傳感器的應(yīng)用

考慮到伴隨年齡的增長(zhǎng)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(huì)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(shè)壓力傳感器，壓力傳感器通過(guò)與單片機(jī)結(jié)合，通過(guò)檢測(cè)壓力的大小來(lái)監(jiān)測(cè)嬰幼兒是否會(huì)在睡眠時(shí)突然爬床離開(kāi)或者跌落。當(dāng)識(shí)別壓力在減少時(shí)，將通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞絺鬟f移動(dòng)端，及時(shí)提醒父母嬰幼兒的爬床行為，發(fā)出警報(bào)，讓監(jiān)護(hù)人及時(shí)處理，避免孩子意外跌落受傷的風(fēng)險(xiǎn)。

3 嬰幼兒床具的設(shè)計(jì)

嬰幼兒床具是監(jiān)護(hù)人與嬰幼兒雙方共用的產(chǎn)品，在造型和色彩的設(shè)計(jì)與選擇上應(yīng)顧及雙方的需求，安全、無(wú)毒無(wú)害、堅(jiān)固耐用的需求應(yīng)當(dāng)放在首位。床具的設(shè)計(jì)應(yīng)注意避免使用金屬材質(zhì)，以木制等觸感溫和材質(zhì)來(lái)制作。床具產(chǎn)品應(yīng)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(diǎn)，造型以圓潤(rùn)的弧線和圓角為主，孩子經(jīng)常用手感受世界，尖角會(huì)對(duì)嬰幼兒產(chǎn)生傷害。所以，去棱角化成了親子互動(dòng)產(chǎn)品中一個(gè)必不可缺的要素。[6，7]在選擇配件時(shí)，要盡量避免精細(xì)零件以防兒童誤吞。在選擇滾輪時(shí)，應(yīng)選擇制動(dòng)裝置的滾輪，方便移動(dòng)與固定。在兒童易接觸到的邊角處，要放置食品級(jí)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(yīng)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(hù)人頻繁為孩子穿戴設(shè)備或忘記穿戴的煩惱。考慮到嬰幼兒生長(zhǎng)速度，避免父母頻繁更換床具，嬰兒床應(yīng)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(shè)計(jì)符合需要的同時(shí)，通過(guò)使用傳感器實(shí)現(xiàn)嬰幼兒床具的睡眠檢測(cè)功能，利用無(wú)線信息傳遞技術(shù)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(hù)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(hù)者對(duì)嬰幼兒的睡眠狀況一目了然，讓監(jiān)護(hù)者在使用的過(guò)程中記錄用戶的行為、了解用戶的習(xí)慣，為使用者提供更加舒適的睡眠感受

4 結(jié)語(yǔ)

本文概述了傳感器在嬰幼兒床具上的綜合設(shè)計(jì)和應(yīng)用，實(shí)時(shí)檢測(cè)孩子生理狀況，異常情況能夠及時(shí)提醒監(jiān)護(hù)人進(jìn)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(lái)歸納分析總結(jié)，避免父母因?yàn)樾菹r(shí)間重疊等，容易忽視嬰幼兒生理變化。孩子因無(wú)法用語(yǔ)言表述自身不適，或因身體原因無(wú)法及時(shí)通過(guò)哭泣吵鬧行為來(lái)吸引注意，使得種種初露苗頭的癥狀沒(méi)有被父母及時(shí)發(fā)現(xiàn)和重視，延誤了處理和治療的最佳時(shí)期。這種利用多傳感器與床具結(jié)合的設(shè)計(jì)，使得父母能對(duì)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。

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作者簡(jiǎn)介：張涵陽(yáng)，男，陜西咸陽(yáng)人，本科，研究方向：工業(yè)設(shè)計(jì)。