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        傳感器在嬰幼兒床具上的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

        2020-03-26 00:31:47張涵陽(yáng)金冬
        藝術(shù)科技 2020年1期

        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)。

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