论文部分内容阅读
摘 要：夜跑女性遭受侵害，幼龄儿童频频被拐，登山驴友下落不明……这些新闻我们已经见怪不怪，然而你可曾想过我们是否能做些什么来减少这类悲剧？作者经过仔细的思考和研究，将目光放到如今甚为火爆的智能可穿戴设备上，希望依托这些便携的智能设备，来为这些夜跑的女性、幼小儿童还有驴友等提供更多的安全保障。由此，作者提出了“紧急报警防摘卸智能手环的构想”，希望能为减少上述悲剧尽一份力。
本文首先介绍了紧急报警防摘卸智能手环的社会需求，然后指出了现在市场上已经有的一些类似的设备以及他们的不足之处，最后对比已有设备点明本设计的优势及实现方案，希望能使更多的人关注这些社会问题，同时也希望本文能起到抛砖引玉的作用，激发出读者更优秀的设计方案。
关键词：智能手环；防摘卸；报警；定位
2015年10月14日，一则陕西宝鸡女教师夜跑失踪的消息，一经爆出便引发了广泛的社会关注，而后该女子的尸体在10月20日被人发现。无独有偶，2014年5月，宁波姑娘小吴夜跑时被藏身于绿化带的男子盯上并遭其侵害；2015年8月31日，合肥女孩小梅夜跑时被躲在草丛里的男子拿刀挟持，并遭受侵害。这两年夜跑女性遭受挟持侵害的案例显著增多，而儿童被拐卖的事件更是长期笼罩在人们心中的一片挥之不去的乌云，人们加强宣传、加大打击力度，一直在试图解决这一社会问题。随着智能可穿戴设备的大红大紫，利用智能可穿戴设备来解决上述问题，保障弱势群体的安全，自然就成了一些人的想法。360就曾推出过一款儿童用智能手环，试图利用GPS定位技术和无线通信技术，来让家长随时掌握孩子的位置信息，通过监控孩子的位置来确保孩子的在安全区域内。该设计的初衷当然很好，但是却缺少使用价值，很多家长表示，如果真的遇到人贩子，智能手环肯定第一时间就被人贩子给扔了，怎么可能让家长去追踪孩子的位置。由此，我们逐渐产生了紧急报警防摘卸智能手环的设计。
本智能手环主要针对年轻女性驴友等进行设计，同时适用于小孩、老人等弱势群体。其主体由低功耗蓝牙模快、AD转换器、GSM通信模组、GPRS模快、三轴加速度传感器、精细液晶显示屏、操作按钮、振动马达、微型处理器、存储及存储拓展模块、GPS定位模块、SIM卡、麦克风听筒等音频设备、电源组件、以及特殊的手环链结构（包括橡胶表带、高强度金属丝、以及电磁铁等）等部分组成，将GPS定位、紧急报警、记步等功能集于一身，且装配精密，具有较高的防水等级。手环链采用特殊的构造，利用滚珠、斜体凸台、电磁铁、复位弹簧，通过和手机建立蓝牙连接实现对手环链的松紧控制，进而来实现摘下或戴上手环。其中斜体凸台的斜角小于凸台和滚珠之间的摩擦角，从物理学角度来讲，在不损坏手环的前提下，凭借蛮力不可能强行将手环链拽开。这种手环链的构思受启发于一种类似机械结构的腰带，在其原理基础上，增添了电磁铁等模块以实现对它的智能控制。同时，手环链是由内部添加了高强度钢丝的橡胶制成，在不影响佩戴舒适度的基础上，可以使其具有较高的强度，甚至能抵抗一般刀具的切割，这样便使其具有了更高的可靠性，更能适用于各种情况。
其具体工作过程如下：
智能手环佩戴在使用者手腕上，使用者可通过手环上的选择和确定按钮，打开记步功能，在一般状态下或者跑步时利用三轴加速度传感器记录步数，通过显示屏用户可以查看所走的步数。通过蓝牙和手机建立无线连接，用户还可以将自己的跑步数据上传到网上，分享到朋友圈等。手环上具有GSM通讯模块以及听筒和话筒，使用者在需要时可以通过智能手环拨打存储在SIM卡里的亲情号。另外，该智能手环设定有紧急报警模式，当遇到歹徒袭击时，旋转智能手环上的紧急按钮，可以启动紧急报警模式，手环将自动对绑定的亲情号拨打电话，同时启用话筒禁用听筒进入监听模式，以便在不引起歹徒注意的情況下让紧急联系人能够根据智能手环传输的声音，判断使用者所处境况。同时手环将以短信形式发送给紧急联系人所在位置的网页链接，紧急联系人可打开链接追踪使用者的位置，及时进行救援。
手环链部分：手环链分为手环壳体之外的手环链和壳体之内的手环链两部分。基本材料是表带用橡胶，橡胶内部加有高强度金属丝以提高表带的强度，使之能抵抗一般刀具的切割。壳体手环链的出口处有斜体凸台、滚柱及与之相连的复位弹簧、挡板、电磁铁，蛮力拉拽手环链时，手环链由于摩擦作用将带动滚柱向上运动，使得滚柱和壳体、手环链互相挤压，手环链所受阻力骤增，使得难以拽动。而用户需摘下手环时，可用绑定的手机通过蓝牙连接向手环发送特殊代码，收到代码后电磁铁线圈导电，吸引两端滚柱向斜体凸台中间移动，由于手环链中间部分表面光滑且微向里凹，加之斜体凸台的阻挡，滚柱不向上移动，手环链可顺利拉出一段，外部手环链长度增加，可轻易从手腕上摘下取下。按锁屏按钮，电磁铁断电，滚柱在弹簧拉力作用下复位，当需要再次带上手环链时，只需按着凸起将拉出的手环链沿孔隙塞入壳体中即可。
与其他紧急定位报警设备相比，他们都是通过GPS定位，通过GSM通讯模组和GPRS模块来传输信息。不同的是该智能手环在一般紧急定位报警设备的基础上，添加了更多运动元素，其记步模块很适合潮流，现在很多人都带有记步用智能手环，所以这款智能手环可以取代原有记步手环，在不增加佩戴者携带负担的基础上，可以为佩戴者提供更多安全保障。更重要的是，该智能手环的手环链经过了巧妙的设计，可以防止坏人恶意摘去，从而使该类智能手环可以真正走向实用。
社会在进步，技术的发展更是日新月异，我们应当主动地去利用先进的科技去尝试解决一直以来存在的问题。蒸汽机发明之后，福特利用当时这一先进的科技制作了世界上第一辆蒸汽机汽车，使得人类的交通方式从此发生了彻底的变化。当电磁波能够传输能量和信息的奥秘被人们揭示以后，马丁库帕发明了移动通讯设备——手机，从此庞大的座机，遍布的电话线逐渐被历史淘汰，而更加方便高效的手机迅速在人群之中普及。牛顿在很久以前前揭示了重力的秘密，并以牛顿三定律奠定了近现代物理学的基础，之后随着技术的逐渐成熟，人们开始学以致用，以牛顿定律为理论基础来克服重力冲向太空，于是今天，我们有了火箭、有了卫星、有了宇宙飞船！科技如此神奇，但是只有把科技转化为实物，它才能为我所用造福于民，我们在科技发展如此迅速的今天，不应忽视科技的实际应用。关心社会问题，并用今天的科学技术去尝试解决社会问题，是科技人员的使命。
作者简介：第一作者：叶洋，郑州大学机械工程学院；第二作者：张楠，郑州大学机械工程学院；第三作者：王亚威，郑州大学机械工程学院。
本文首先介绍了紧急报警防摘卸智能手环的社会需求，然后指出了现在市场上已经有的一些类似的设备以及他们的不足之处，最后对比已有设备点明本设计的优势及实现方案，希望能使更多的人关注这些社会问题，同时也希望本文能起到抛砖引玉的作用，激发出读者更优秀的设计方案。
关键词：智能手环；防摘卸；报警；定位
2015年10月14日，一则陕西宝鸡女教师夜跑失踪的消息，一经爆出便引发了广泛的社会关注，而后该女子的尸体在10月20日被人发现。无独有偶，2014年5月，宁波姑娘小吴夜跑时被藏身于绿化带的男子盯上并遭其侵害；2015年8月31日，合肥女孩小梅夜跑时被躲在草丛里的男子拿刀挟持，并遭受侵害。这两年夜跑女性遭受挟持侵害的案例显著增多，而儿童被拐卖的事件更是长期笼罩在人们心中的一片挥之不去的乌云，人们加强宣传、加大打击力度，一直在试图解决这一社会问题。随着智能可穿戴设备的大红大紫，利用智能可穿戴设备来解决上述问题，保障弱势群体的安全，自然就成了一些人的想法。360就曾推出过一款儿童用智能手环，试图利用GPS定位技术和无线通信技术，来让家长随时掌握孩子的位置信息，通过监控孩子的位置来确保孩子的在安全区域内。该设计的初衷当然很好，但是却缺少使用价值，很多家长表示，如果真的遇到人贩子，智能手环肯定第一时间就被人贩子给扔了，怎么可能让家长去追踪孩子的位置。由此，我们逐渐产生了紧急报警防摘卸智能手环的设计。
本智能手环主要针对年轻女性驴友等进行设计，同时适用于小孩、老人等弱势群体。其主体由低功耗蓝牙模快、AD转换器、GSM通信模组、GPRS模快、三轴加速度传感器、精细液晶显示屏、操作按钮、振动马达、微型处理器、存储及存储拓展模块、GPS定位模块、SIM卡、麦克风听筒等音频设备、电源组件、以及特殊的手环链结构（包括橡胶表带、高强度金属丝、以及电磁铁等）等部分组成，将GPS定位、紧急报警、记步等功能集于一身，且装配精密，具有较高的防水等级。手环链采用特殊的构造，利用滚珠、斜体凸台、电磁铁、复位弹簧，通过和手机建立蓝牙连接实现对手环链的松紧控制，进而来实现摘下或戴上手环。其中斜体凸台的斜角小于凸台和滚珠之间的摩擦角，从物理学角度来讲，在不损坏手环的前提下，凭借蛮力不可能强行将手环链拽开。这种手环链的构思受启发于一种类似机械结构的腰带，在其原理基础上，增添了电磁铁等模块以实现对它的智能控制。同时，手环链是由内部添加了高强度钢丝的橡胶制成，在不影响佩戴舒适度的基础上，可以使其具有较高的强度，甚至能抵抗一般刀具的切割，这样便使其具有了更高的可靠性，更能适用于各种情况。
其具体工作过程如下：
智能手环佩戴在使用者手腕上，使用者可通过手环上的选择和确定按钮，打开记步功能，在一般状态下或者跑步时利用三轴加速度传感器记录步数，通过显示屏用户可以查看所走的步数。通过蓝牙和手机建立无线连接，用户还可以将自己的跑步数据上传到网上，分享到朋友圈等。手环上具有GSM通讯模块以及听筒和话筒，使用者在需要时可以通过智能手环拨打存储在SIM卡里的亲情号。另外，该智能手环设定有紧急报警模式，当遇到歹徒袭击时，旋转智能手环上的紧急按钮，可以启动紧急报警模式，手环将自动对绑定的亲情号拨打电话，同时启用话筒禁用听筒进入监听模式，以便在不引起歹徒注意的情況下让紧急联系人能够根据智能手环传输的声音，判断使用者所处境况。同时手环将以短信形式发送给紧急联系人所在位置的网页链接，紧急联系人可打开链接追踪使用者的位置，及时进行救援。
手环链部分：手环链分为手环壳体之外的手环链和壳体之内的手环链两部分。基本材料是表带用橡胶，橡胶内部加有高强度金属丝以提高表带的强度，使之能抵抗一般刀具的切割。壳体手环链的出口处有斜体凸台、滚柱及与之相连的复位弹簧、挡板、电磁铁，蛮力拉拽手环链时，手环链由于摩擦作用将带动滚柱向上运动，使得滚柱和壳体、手环链互相挤压，手环链所受阻力骤增，使得难以拽动。而用户需摘下手环时，可用绑定的手机通过蓝牙连接向手环发送特殊代码，收到代码后电磁铁线圈导电，吸引两端滚柱向斜体凸台中间移动，由于手环链中间部分表面光滑且微向里凹，加之斜体凸台的阻挡，滚柱不向上移动，手环链可顺利拉出一段，外部手环链长度增加，可轻易从手腕上摘下取下。按锁屏按钮，电磁铁断电，滚柱在弹簧拉力作用下复位，当需要再次带上手环链时，只需按着凸起将拉出的手环链沿孔隙塞入壳体中即可。
与其他紧急定位报警设备相比，他们都是通过GPS定位，通过GSM通讯模组和GPRS模块来传输信息。不同的是该智能手环在一般紧急定位报警设备的基础上，添加了更多运动元素，其记步模块很适合潮流，现在很多人都带有记步用智能手环，所以这款智能手环可以取代原有记步手环，在不增加佩戴者携带负担的基础上，可以为佩戴者提供更多安全保障。更重要的是，该智能手环的手环链经过了巧妙的设计，可以防止坏人恶意摘去，从而使该类智能手环可以真正走向实用。
社会在进步，技术的发展更是日新月异，我们应当主动地去利用先进的科技去尝试解决一直以来存在的问题。蒸汽机发明之后，福特利用当时这一先进的科技制作了世界上第一辆蒸汽机汽车，使得人类的交通方式从此发生了彻底的变化。当电磁波能够传输能量和信息的奥秘被人们揭示以后，马丁库帕发明了移动通讯设备——手机，从此庞大的座机，遍布的电话线逐渐被历史淘汰，而更加方便高效的手机迅速在人群之中普及。牛顿在很久以前前揭示了重力的秘密，并以牛顿三定律奠定了近现代物理学的基础，之后随着技术的逐渐成熟，人们开始学以致用，以牛顿定律为理论基础来克服重力冲向太空，于是今天，我们有了火箭、有了卫星、有了宇宙飞船！科技如此神奇，但是只有把科技转化为实物，它才能为我所用造福于民，我们在科技发展如此迅速的今天，不应忽视科技的实际应用。关心社会问题，并用今天的科学技术去尝试解决社会问题，是科技人员的使命。
作者简介：第一作者：叶洋，郑州大学机械工程学院；第二作者：张楠，郑州大学机械工程学院；第三作者：王亚威，郑州大学机械工程学院。