自动呼救动力块救生衣

田沐华 柯峙屿 李孟洋

（东北林业大学机电工程学院 黑龙江省哈尔滨市 150040） 摘要：针对普通救生衣 设计了一款可以自动呼救，带有动力模块的救生衣。 该设备由传统的救生衣与 GPS设备 、 遇水报警器、 摄像头、 水下推进器相结合。当 人在落水 时，救生衣会 发出求救报警 信号，发送 GPS地理位置信息以及求救者第一视角画面给救援人员， 可以帮助救援人员确定求救者的地理 位置和 求救 者的第一视角遇险情况，从而更好的帮助施救者采取救助措施 。同时求救 者也可以使用动力装置在水中前行，及时逃离危险。求救 者 在意外落水时可以得到 自动求救和自施救，提高落水时的生还机率。

关键词：救生衣；GPS；推进器；遇水报警器；摄像头

Abstract: A life jacket with power module which can call for help automatically is designed for ordinary life jackets. The underwater equipment is combined with GPS and underwater life jacket. When a person falls into the water and is in distress, the life jacket will send a distress alarm signal, send GPS geographic location information and the first perspective picture of the victim to the rescuers, which can help the rescuers determine the geographic location of the rescuer and the first perspective of the victim, so as to better help the rescuers take rescue measures. At the same time, the victims can also use the power device to move forward in the water and escape the danger in time. In case of accidental drowning, the victims can get automatic rescue and self rescue, so as to improve the survival probability in case of drowning.

Key words: life jacket; GPS; power module; water alarm; camera

0 引言

人类生活在当今社会下变得越来越丰富，我们生活在陆地上不再能满足我们的一些工作以及生活的需求，在海洋上、天空中都能找到人类活动的身影。但是离开了陆地的我们也往往伴随着许多危险，面对这些危险人类也发明了许多东西来挽救生命。例如救生衣，在水上施工，水上运动，打捞救援，休闲等活动和工作中，救生衣是必不可少的救生设备，目前较为常见的普通救生衣多为背心式，只能实现浮水和一般的防护作用。但是当人落水时，由于人们身体机能或者一些外界原因，会让人们有溺水的危险。如：游泳过程中，人们长时间在水中，腿会抽筋，并且难以缓解，这时往往容易有溺水死亡的危险。在一些水流速度较快的流域，人游泳的速度相对于水流速度来说是很慢的。

目前，国内外的一些救生衣^[1]设计都比较成熟，不同种类的救生衣拥有各式各样的款式，有的种类的救生衣增添救生灯，有的增加发热内罩，有的带有AIS定位^[2]，北斗/GPS双模救生定位系统^[3]，自动充气^[4]等装置的智能救生衣。身着救生衣的人员在一些不可避免的环境下即使不慎落水，也能在救生衣的浮力作用下漂浮起来，为求救者提供了一定的防护作用。但是在面对一些特殊情况下的险情时，救援人员的施救效率以及求救者的生存机会都将大打折扣。本文中救生衣设计了自动报警，定位，画面传送，电动助力等多个实用功能，具有一定的创新性，符合正常的水上作业活动的实际需求。

1 自动呼救动力块救生衣工作流程简介

自动呼救动力块救生衣由传统的救生衣、电源模块、水下推进器、GPS设备、遇水报警器、摄像头组成。自动呼救动力块救生衣可以实现自救，报警，发送地理位置信息给指定的联系人，传送求救者第一视角图像功能。

图 1 工作流程图

救生衣的工作流程图如图1所示当遇险时，救生衣上的探头接触水会触发报警器报警以及LED灯闪烁，发出求救信号。GPS卫星定位信号接收器会采集求救者的的地理位置信息并通过SMS手机短信发送至指定联系人的手机上。摄像头可以拍摄求救者的第一视角画面并传送到救援人员那里。求救者可以通过开关按键调整推进器的转速，在不同的水域以不同的速度前行，可以在无人救援时自救，采用电动助力的方式靠近岸边，达到自救的目的。救生衣有救生衣上的每一个模块都有独立的开关，求救者可以随时自行选择开启或关闭相关的功能，对于需要的功能可以随时打开，对于不需要的功能可以随时关闭。救生衣与动力块装置经过相应的连接设备通过锁舌和连接带进行相应的连接，保证动力块的稳定可靠运行，避免因操作者使用不当导致推进器从救生衣上脱落造成二次伤害以及引起不必要的麻烦。

2 自动呼救动力块救生衣各个部分设计

2.1 电源模块

电源模块由充电宝、电压转换电路和连接电路组成，采取RJ45网线连接各个部分，网线连接处采取防水网线接头^[5]，这种防水网线接头广泛应用室外监控中，具有良好的防水性，安装连接操作简单，方便电线连接加长，采取RJ45网线连接各个部分可以方便为救生衣上其他模块供电，方便各个部件的连接，没有连接处接触不良，连接不稳定容易松动，信号传输不稳定，容易漏水漏电等问题。

图 2 USB电源电路转换图

USB电源^[6]电路转换图如图 2所示，将输入的5V电压经过sw1开关连接继电器，继电器输出连接RJ45网线接口和12V输出升压电路^[7]，12V输出转压模块输出端连接RJ45网线接口，这样可以实现RJ45接口多种电压输出，sw2、sw3、sw4可以分别控制对应线路的输出。pwm1接口连接32单片机，单片机发出的信号连接RJ45网线接口。RJ45网线接口既有了电源连接又有了信号连接，以便通过网线进行供电和信号传输。1、2为12V电源，3、6为单片机输出信号，4、5为5V电源，7、8为GND。这8个引脚分别对应T568B平行网线标准^[8]的8个引脚。使用两端都为T568B标准的RJ45接头网线可以实现救生衣各个部分电路连接。

图 3 RJ45电路转换图

RJ45转换电路流程图如图3所示，将网线供电的RJ45电源引出，RJ45的1、2引脚12V电压也从此引出，为12V设备供电。RJ45的4、5引脚为5V电压，转换成USB接口电源输出，通过插入USB电源线就可以给设备供电。同时RJ45的3、6引脚引出单片机信号，从而实现网线供电和信号的分离与引出。

2.2 水下推进器

水下推进器由防水无刷电机、螺旋桨、电子调速器、动力电池组成。电机采取的是高转速大转矩的防水无刷电机，可以完全浸泡在水里使用；电子调速器采取的是大功率无刷电机调速驱动电调，可以为无刷电机提供不同的电流以实现控制无刷电机以不同的速度运行；动力电池采取的是高能量、长续航、安全性高、方便使用和更换以及后期维护的航模电池。RJ45的3、6引脚引出单片机信号连接电子调速器，可以采用开关控制输出不同的信号改变电子调速器的输出电流，从而实现在水里以不同的速度进行航行，具有可以调整航行速度，防水性好，动力大，操作简单等特点。

表 1

如表 1所示，在总开关关闭时，所有开关均无效，推进器处于停止状态；打开总开关和开关1处于低速状态；打开总开关、开关1和开关2处于中速状态；打开总开关、开关1、开关2和开关3处于高速状态。表中的0表示关，1表示开，×表示开关无效。

2.3 报警求救装置

该救生衣配有遇水报警器、GPS设备、摄像头。遇水报警器由水位传感探头、蜂鸣器、LED报警指示灯组成。在求救者遇到危险情况，报警器探头接触水时，报警器会发出一定的求救声音，LED灯会闪烁并发出求救报警信号，可以引起周围一定区域内人员的注意。GPS设备由GPS卫星定位信号接收器、单片机、GSM手机短信发送模块组成，GPS卫星定位信号接收器采集地理位置信息，GSM模块采取SMS手机短信的形式将求救者所在的地理位置信息发送给设备中指定的联系人。摄像头采用的是WIFI无线摄像头^[9]，连接到求救者手机热点，通过手机移动网络信号可以将摄像头采集的求救者第一视角画面传输到云平台，施救人员通过摄像头对应的APP观看，方便了解求救者的真实遇险情况，从而更好的对求救者进行更有效，更有针对性的救援。

2.4 装置连体设计

救生衣由四个部分进行组成：救生衣主体、求救装置、电源装置、推进器。救生衣有3个锁舌和3个连接带。其中只有2个连接带位于腰部。另1个连接带位于大腿处。腰部连接带后背处采取3M胶粘扣与求救装置和电源装置连接，方便设备的连接与拆卸。动力装置。动力装置采用螺栓和螺母固定在救生衣上面，保证动力装置的稳定性以及可行性，可有效防止推进器连接不牢固发生脱落以及推进器方向发生变化。

3 救生衣选型

救生衣正面放有1个救生哨，并且有相应的存放位置。位于救生衣正面有1个反光条，可以方便观察到求救者。救生衣主体材料为100%聚酯纤维，泡沫层材料为100%聚乙烯纤维，这种救生衣适用于60-80kg的人员穿戴，为成人穿戴救生衣。

4 总体测试

经过测试，得到了较为良好的反馈：该救生衣在沉到一定的河水深度时，上面的探头接触水，遇水报警器能发出一定的求救声音和灯光闪烁指示，向周围人员发出声音报警和灯光闪烁求救信号，引起周围人注意这里有遇险者。求救人员能通过按键操作比较好的操控动力装置，在一定的时刻提供相应的动力，还可以调整不同的档位开关来改变推进器的速度，可以在多种不同的环境条件下采用不同大小的动力帮助求救人员顺利到达岸边。在这一整个测试过程中，岸上另一人员能通过手机短信来查看GPS定位监测到求救人员的地理位置信息，定位比较准确，当求救者的位置发生变化时，施救者可以重新获取位置信息，以准确找到求救者所在地理位置。救援人员还可以通过手机APP看到救生衣上的摄像头采集求救者的第一视角画面，更好的观察到求救者当前所处的遇险情况，针对不同的求救者所处的环境采用不同的救援措施，从而更有效地对求救者进行救援，总体测试效果良好。

5 结语

本救生衣是由传统的救生衣与GPS定位装置、推进器动力装置、遇水报警器以及摄像头等设备组成。与传统救生衣对比，能大大提高求救者的存活率，而且也是动力块装置的大胆革新，对于救生衣的研究也起到了很大的助力作用。不仅仅能应用于海洋事业还能应用于日常生活，对于人们的生活也是一种很好的革新日用品。

参考文献

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[4]丁立,丁磊.一种具有自动充气收紧浮力装置的救生衣[P].江苏省：CN113830254A,2021-12-24.

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[9]陈炎. WIFI摄像头[P]. 广东省：CN307061110S,2022-01-11.

[作者简介] ：田沐华（2000.12-），男，汉，辽宁省沈阳市人，东北林业大学机电工程学院2019级本科生，主要研究方向为：电气工程及其自动化

柯峙屿（2001.12-），男，汉，云南省昭通市人，东北林业大学机电工程学院2019级本科生，主要研究方向为：电气工程及其自动化

李孟洋（2000.04-），女，汉，河南省开封市人，东北林业大学机电工程学院2019级本科生，主要研究方向为：工业设计