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可穿戴温湿度检测仪

可穿戴温湿度检测仪

摘要

普通感冒大多数都有诱因，比如气温突变、淋雨、受凉。普通感冒是一种急性自限性上呼吸道病毒感染，是最常见的急性呼吸道感染性疾病，症状轻重不一，包括打喷嚏、鼻充血、流涕(鼻溢)、咽痛、咳嗽、低热、头痛和不适。普通感冒可由几个病毒科的病毒引起；最常见的是鼻病毒的100多种血清型，然而在儿童中占比高达50%。而儿童在表达自己是否“冷、热问题”上，无法准确表达，家长也会根据自己的体感，“我以为你很冷，我以为你很热”，误判孩子的真实体感。

随着三孩政策的放开，两孩、三孩家庭越来越多，对家长来说，婴幼儿的看护成了繁重的职责^[1]。穿衣脱衣对大人来说是件很容易的事情，但是对于婴幼儿来说，自已身体冷热不会表达，很容易着凉。甚至于小学生有时也不记得穿脱衣服，特别是在上体育课时经常出汗，很容易着凉感冒。本课题就针对这个问题进行研究，使用可穿戴技术，自动检测身体的温度和湿度，提醒孩子和家长增减衣物，减轻家长的决策失误和感冒后看护负担。

关键词：温湿度检测，婴幼儿看护、婴幼儿感冒

一、引言.................................................................................................................. 3

1.1 研究背景.................................................................................................... 3

1.2 研究现状.................................................................................................... 3

1.3 研究内容.................................................................................................... 4

1.4 创新点........................................................................................................ 4

二、研究方法和思路............................................................................................. 4

2.1 研究方法.................................................................................................... 4

2.2 研究思路.................................................................................................... 6

2.3 研究过程.................................................................................................... 6

三、研究结果分析................................................................................................. 8

四、总结与展望..................................................................................................... 8

4.1 课题总结................................................................................................... 8

4.2 未来展望................................................................................................... 9

五、参考文献......................................................................................................... 9

附件1：代码............................................................................................................ 9

一、引言

1.1 研究背景

冬天，随着天气转冷，孩子们的衣服越穿越多。然而孩子天生易动，运动之后容易出汗，在寒冷季节容易感冒。家长也无法时时刻刻观察到孩子的情况，提醒孩子增减衣物。现在可穿戴设备已经被逐渐应用到普通家庭日常健康管理中^[2]。本课题即使用可穿戴技术，利用温湿度传感器，自动检测人体体表的湿度，当超过预设值时，通过声音或震动发出提醒。

1.2 研究现状

目前在自动检测温湿度的可穿戴设备领域做过的研究主要有：

1）一种可穿戴的人体皮肤检测装置^[3]

本实用新型公开了一种可穿戴的人体皮肤检测装置，该可穿戴设备内集成有微处理器、环境紫外线检测传感器、温湿度检测传感器、心率检测模块以及显示器。微处理器根据接收到的环境紫外线数据和温湿度数据与设定的阈值进行比对，以判定当前环境紫外线和温湿度所在的状态级别；所述微处理器还根据接收到的电信号计算用户当前的心率值，并发送给显示器进行显示。

2）一种基于紫外线温湿度检测的可穿戴设备^[4]

本实用新型属于人体皮肤检测领域的可穿戴设备，内部集成有微处理器、紫外线检测传感器、温湿度检测传感器、A/D转换器以及显示器。紫外线检测传感器和温湿度检测传感器将采集到的当前环境紫外线参数和温湿度，以判定当前环境紫外线和温湿度所在的状态级别，并将该状态级别发送显示器予以显示。

3）一种基于柔性传感材料的可穿戴智能鞋垫^[5]

本实用新型公开了一种基于柔性传感材料的可穿戴智能鞋垫，包括柔性吸湿垫、柔性压力传感器、柔性温湿度传感器、鞋垫本体、熏蒸中药包和柔性加热片。本实用新型涉及智能运动设备技术领域，具体是提供了一种可对步态进行监测，并智能调控鞋内环境的基于柔性传感材料的可穿戴智能鞋垫。

上述研究主要用于环境检测和健康检测，而本课题是为了解决儿童的着装问题，在需要增减衣物时，使用蜂鸣器和震动马达对儿童的着装进行提醒。

1.3 研究内容

本课题的主要工作是设计一件可以自动检测温湿度的可穿戴设备，并在穿戴时进行测试，获取控制算法的参数，并测试在不同衣着情况下对儿童的提醒功能。

1.4 创新点

本课题主要研究并设计了一种可穿戴的温湿度检测仪，创新点包括

1）温湿度检测仪由可穿戴设备组件构成。

2）温湿度检测仪设计为可拆卸式，可以粘贴到衣物上，使用方便。

3）可以根据不同年龄儿童的需求分别提供声音提醒和震动提醒功能。

二、研究方法和思路

2.1 研究方法

相对湿度是影响人体舒适度的一个重要指标，舒适区的相对湿度在70%至85%之间^[6]。本文使用温湿度传感器采集人体着装时的相对湿度，当相对湿度超过舒适值时进行提醒。

整个系统的控制核心是Arduino开发板，通过温湿度传感器进行数据收集，使用蜂鸣器和震动马达进行提醒。Arduino开发板型号是Seeeduino XIAO，它配置了ARM® Cortex®-M0+ 32bit 48MHz微控制器(SAMD21G18)，256KB Flash,32KB SRAM。它提供了多种开发接口：11个数字/模拟引脚，10个PWM引脚，1个DAC输出，1个SWD焊盘接口，1个I2C接口，1个UART接口，1个SPI接口。由于它的设计尺寸很小，小至拇指大小（20x17.5mm），可以被灵活运用于多种场景，特别是可穿戴设备。AHT21B数字温湿度模块是一款经过校准数字信号输出的温湿度复合传感器，内部配有一个全新设计的ASIC专用芯片、一个经过改进的MEMS半导体电容式湿度传感元件和一个标准的片上温度传感元件，电容式湿度传感器具有线性度好、灵敏度高、湿滞小、测试范围宽、稳定性好、功耗低等特性^[7]。AHT21B提供了标准I²C接口，与Arduino IDE兼容，供电范围为2.0~5.5V，系统集成简易快捷。

可穿戴智能电子纺织品是目前纺织领域的研究热点^[8]，可以使用导电缝纫线将各个组件连接在一起。但是因为主板的各个引脚之间的空间较小，手工缝制不易固定，所以本课题中各个组件由铜线连接在一起，然后用双面胶贴在无纺布上面。无纺布外侧贴一层双面胶，以便于将设备粘贴到衣物上。

2.2 研究思路

使用温湿度传感器测量人体在各种运动情况下的温度和湿度，将人体感觉舒适的数值纪录下来，并作为程序中进行提醒判断的阈值。为了方便测量人体着装时微环境的温湿度，需要使用可穿戴的设备。

整个系统的运行机制大致如下：将样机设备开机，并粘贴到贴身衣物的外侧，可以贴在后背等较为舒适的位置，然后再穿上外套。由温湿度传感器收集数据，发送到主板，当温湿度达到预设值时，由主板控制蜂鸣器发出提示声音、震动马达进行震动提醒。

2.3 研究过程

把设备用双面胶粘贴到贴身衣物的外侧，再穿上外套，取得温湿度传感器的数值，温度20℃，相对湿度50%。然后进行运动，直到身体微微出汗，再次取得温湿度传感器的数值，温度24℃，相对湿度88%，然后将两次获取的数值作为舒适温湿度的参数值写入程序。

运动20分钟后，测量的温度达到29℃，相对湿度达到100%RH，蜂鸣器和震动马达都发出了提醒。

图2-4制作过程

日期	时间	运动情况	测量部位	湿度%RH	温度℃
2022.1.2	11:52	饭后	后背	84	25
2022.1.2	13:29	户外回来	手心	90	23
2022.1.2	13:50	未运动	后背	50	20
2022.1.2	15:09	搭好积木手比较用力	手心	90	22
2022.1.2	15:10	搭好积木	后背	74	27
2022.1.2	15:24	微出汗	后背	88	24
2022.1.2	16:16	穿4件衣服	后背	84	19
2022.1.2	16:27	打羽毛球时	后背	84	28
2022.1.2	16:47	打羽毛球20分钟	后背	100	29

表2-1测量纪录统计

三、研究结果分析

根据测量纪录，设备最适合放置的部位是后背；人体舒适的相对湿度范围可设置为50%~80%。测量时当湿度超过80%时，可以进行声音和震动提醒。

四、总结与展望

4.1 课题总结

本课题研究的温湿度检测仪成本低、使用方便，可以为家长减轻儿童看护的负担，经过完善和优化后，就可以投入实际应用。

4.2 未来展望

考虑到功耗问题，该设备暂时没有使用物联网模块，后期可以考虑加入低功耗的物联网模块，比如无芯片RFID远距离传感，以向其他设备（如手机、电脑等）发送消息。

参考文献

[1]张同全,候彦青,陈立芳.全面两孩政策下婴幼儿看护方式及影响因素[J].山东工商学院学报,2020,34(04):93-105.

[2]李安安,石萍.人体日常健康管理可穿戴设备研究进展[J].北京生物医学工程,2021,40(04):430-436.

[3]广州杏林互联网技术有限公司,一种可穿戴的人体皮肤检测装置,专利公开(公告)号:CN206462990U

[4]广州杏林互联网技术有限公司,一种基于紫外线温湿度检测的可穿戴设备,专利公开(公告)号:CN205333109U

[5]南京柔速科技有限公司,一种基于柔性传感材料的可穿戴智能鞋垫,专利公开(公告)号:CN211407805U

[6]B.Kurz,C.Russ,气候舒适度与产品测试[J].国际纺织导报,2021,49(04):35-37.

[7]闫静,望希言,朱宁,杨光.“可穿戴智能电子纺织品”双语课程建设探索[J].纺织服装教育,2021,36(05):451-454.

[8]熊丽. 聚合物基电容式柔性湿度传感器的研究[D].电子科技大学,2020.

附件1：代码

#include <Adafruit_AHTX0.h>

#include <NewTone.h>

Adafruit_AHTX0 aht;

volatile int soundPin;

volatile int vibePin;

void setup() {

Serial.begin(115200);

soundPin = 8;

vibePin = 9;

while (! aht.begin()) {

Serial.println("Could not find AHT? Check wiring");

delay(10);

}

Serial.println("AHT21B found");

}

void loop() {

sensors_event_t humidity, temp;

aht.getEvent(&humidity, &temp);// populate temp and humidity objects with fresh data

Serial.print("Temperature: "); Serial.print(temp.temperature); Serial.print(" C. "); Serial.print("Humidity: "); Serial.print(humidity.relative_humidity); Serial.println(" % RH");

if (humidity.relative_humidity >= 80) {

NewTone(soundPin,262,300);

analogWrite(vibePin,255);

delay(300);

analogWrite(vibePin,0);

}

delay(60000);

}可穿戴温湿度检测仪

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