VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Утопающие редко похожи на тонущих. Когда тонут дети, взрослые, как правило, находятся рядом и не догадываются о том, что ребенок умирает. Все потому, что типичный признак утопающего человека – это погружение под воду и всплытие на поверхность с частотой около 1 раза в секунду. В это время человек вытается вдохнуть и из-за физиологических особенностей не имеет возможности крикнуть и позвать на помощь. Такой человек не может контролировать движения своих рук: он инстинктивно вытягивает руки в стороны в попытке оттолкнуться от воды. От начала и до конца, пока действует инстинктивная реакция, тело тонущего человека остается в вертикальном положении, без малейших признаков поддерживающих движений ногами. Если подготовленный спасатель не вытащит его из воды, тонущий человек может продержаться у поверхности от 20 до 60 секунд перед тем как полностью уйти под воду [1].

Для предотвращения утопания существуют спасательные жилеты, функции которых - поддержание человека на плаву. В них неудобно плавать, их надевают их тогда, когда неумеющий плавать человек может по каким-либо причинам оказаться в воде. Эти средства защиты должны быть надеты непосредственно до попадания человека в воду.

Для решения проблемы, когда тонущий человек не может позвать на помощь, было решено создать устройство, которое по данным датчиков акселерометра и гироскопа (и, возможно, числа сердцебиений в секунду), определяло бы, что человек находится в опасном для жизни состоянии погружения под воду, т.е. тонет. Для этого был спроектирован и разработан прототип устройства на платформе Arduino. Он представляет собой плату Arduino Uno с датчиками трехосного гироскопа и трехосного акселерометра, сервоприводом для надувания спасательного жилета, аккумуляторной батареей и индикатором заряда. Каждые 5 мс данные с этих датчиков передаются с помощью WiFi на PC и анализируются в дальнейшем. Структруные части устройства и их характеристики перечислены в Таблица . Компоненты для создания готового серийного продукта перечислены в Таблица .

Данное устройство крепится на тело человека, и соединено сервоприводом с устройством надувания спасательного жилета.

Таблица . Описание компонентов прототипа устройства

№№	Название	Описание
1	Плата Arduino Uno	Плата для создания прототипов электронных устройств
2	Трёхосный гироскоп	Цифровой трёхосный гироскоп на базе чипа ITG3200 позволяет определять угловую скорость вокруг собственных осей X, Y, Z.
3	Трёхосный акселерометр	Трёхосный акселерометр позволяет определять ускорение действующее в направлении осей X, Y, Z и применяется для определения ориентации объекта в пространстве: углов крена и тангажа. Датчик основан на чипе MMA7361 компании Freescale производства DFRobot.
4	Трёхосный компас	Трёхосный компас на базе чипа Honeywell HMC5883L позволяет определять углы между собственными осями сенсора X, Y, Z и силовыми линиями магнитного поля Земли.
5	WiFi Shield	Wi-Fi Shield — плата расширения для Arduino, которая даёт возможность организовать беспроводное соединение по стандарту 802.11 b/g (Wi-Fi) для общения с другими устройствами или выхода в интернет. Поддерживается шифрование WEP и WPA2 Personal. Плата построена на базе модуля HDG104 и собственного 32-битного микроконтроллера ATmega UC3, который предоставляет IP-стек, дающий возможность использовать протоколы TCP и UDP. На Wi-Fi Shield расположен слот для флеш-карт microSD объёмом до 2 Гб. Вы можете использовать эту возможность для протоколирования данных или хранения раздаваемых медиа-ресурсов.

Таблица . Описание компонентов серийного устройства

№№	Название	Описание
1	Контроллер avr	AT90CAN128-16MU, MCU, AVR, 128K FLASH, QFN-64
2	Трёхосный гироскоп	Чип ITG3200
3	Трёхосный акселерометр	Чип MMA7361 компании Freescale производства DFRobot.
4	Трёхосный компас	Чип Honeywell HMC5883L
5	Прочее	Соединительные провода и резисторы

Разработка прототипа устройства состоит из двух стадий: сбор показаний датчиков в процессе плавания и игр детей, и показаний в процессе утопания. «Принимающей стороной» на PC является программа, написанная в среде Microsoft Visual Studio 2013. Ее суть в том, что данные, приходящие в сетевой сокет от Arduino, она записывает в соответствующие файлы. Далее используется линейная регрессия для построения модели поведения человека в зависимости от данных, поступающих с датчиков.

Следующая стадия – это создание серийного устройства на базе микроконтроллера AVR, который определял бы активность человека уже на воде. Серийный образец не будет содержать WiFi модуля, он будет полностью автономен и связан только со спасательным жилетом с помощью сервопривода для его активации, а также содержать GSM модуль для подачи сигнала о помощи.

Важное место здесь занимает вопрос адаптации ребенка к данному устройству. Предполагается, что в сборе продукт будет представлять из себя надувной спасательный пояс или жилет (который надувается с помощью CO2) и устройство с сенсорами и сервоприводом. Работая от батареи, устройство будет считывать данные с датчиков, и при определении подозрительной активности с помощью сервопривода активировать надувание спасательного пояса или жилета. Поскольку адаптация – ключевой фактор в успешности использования устройства, будут проведены опыты использования разных конфигураций и производителей спасательных жилетов.

Невозможно сейчас сказать, насколько удобным будет продукт и как его воспримет аудитория. Но фактом остается то, что в течение года огромное количество семей с детьми выезжают на море и отпускают своих детей плавать в открытой воде. Вполне может случиться так, что ребенку потребуется помощь, и при использовании данного продукта он сможет спасти человеку жизнь.

Список используемой литературы:

1. Утопающие редко похожи на тонущих // ИноСМИ.ру URL: http://www.inosmi.ru/world/20130609/209844630.html (дата обращения: 18 января 2014).

Работа выполнена при частичной поддержки грантов РГНФ 13-16-70001 и РФФИ 14-06-00026.

 

Код для цитирования: Скопировать