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 таблице 1. Компоненты для создания готового серийного продукта перечислены в таблице 2.
Данное устройство крепится на тело человека, и соединено сервоприводом с устройством надувания спасательного жилета.
Описание компонентов прототипа устройства
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.