具体实施方式

以下将结合附图1-9对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图3-9所示，本发明提供一种游泳自救手环，包括手环主体1、压力传感器2、陀螺仪3、第一环带4、长条形开口5、供气装置6、按键7、第二环带8、显示屏9、中控模组10、心率传感器11、加速度传感器12、排气孔13、第一安全气囊14、出气口15、微型气阀16、气腔17、充气口18、气压传感器19、第二安全气囊20、螺栓21、密封垫片22、排气阀23、手臂姿势获取模块101、预存模块102、分析比对模块103、控制模块104、运动加速度获取单元1011、运动频率获取单元1012、运动速度获取单元1013和手心朝向获取单元1014。

参见图1，本发明实施例提供一种游泳自救方法，包括如下步骤：

S110：预存用户正常游泳状态的手臂姿势信息；

S120：检测用户游泳的实时手臂姿势信息，并与正常游泳状态的手臂姿势信息进行比对，得到差值；

S130：若所述差值超过安全阈值，则打开安全气囊。

在步骤S110中，用户将手环穿戴在手腕上，在手环上选择预存模式，选择穿戴手是左手或右手，再选择用户常用的游泳方式，游泳方式包括自由泳、蛙泳、仰泳、蝶泳等。选择完毕后用户分别录入不同游泳方式的手臂姿势，同时，手环实时记录不同游泳方式加速度传感器12、压力传感器2、陀螺仪3的数据，将这些数据作为用户正常游泳状态的数据储存在预存模块102中。

在步骤S120中，手臂姿势信息包括手臂摆动频率、手臂摆动加速度、运动速度竖直分量和手心朝向信息；摆动加速度通过加速度传感器12获取，手心朝向通过陀螺仪3间接获取，陀螺仪3可以计算出手环在三维空间内的角度，通过换算获得手心朝向。

所述摆动频率的获取方法为：实时获取用户手部运动加速度，用户以固定方式游泳时，手臂摆动程周期性运动，手部运动的加速度也呈现周期性变化。分析加速度随时间变化的曲线，若曲线程周期性变化，则获取一个周期所消耗的时间，由此计算出运动频率。

当用户手臂摆动无规律性时，加速度曲线呈现无周期性，则根据手臂运动方向改变次数，计算出手臂摆动的频率。手臂运动方向改变次数获得方法为：当手臂运动方向改变时，产生的加速度远大于正常运动的加速度，所以只需检测加速度绝对值突增的次数，即可获得手臂运动方向改变的次数。

所述运动速度竖直分量的获取方法为：实时获取用户手部压强，根据压强计算出用户手部在水下的深度，获取一个运动周期内深度最深的时间点，将该时间点的竖直方向速度设定为速度零点，实时获取用户手部竖直方向加速度，由竖直方向加速度和所述速度零点计算出运动速度竖直分量。

用户手部压强包括气压和水压，海平面的大气压为101325Pa，海拔每升高100米，气压下降约933Pa，而水中每降低1米，压强增加1×10⁴Pa，因此，一般情况下，当穿戴此手环的用户落入水中，受水压影响，压力传感器2感应到的压强会增大；手部在水中深度越深，压力传感器2感应到的压强越大，根据压强数值与入水前气压的差值，能够计算出手部在水中的深度。

实时监测手部在水下的深度，在一个运动周期内，获取深度最深的时间点，此时手部运动方向改变，在竖直方向的速度为零，将该时间点的竖直方向速度设定为速度零点；实时获取用户手部竖直方向加速度随时间变化曲线，对该曲线积分，配合速度零点计算出运动速度竖直分量随时间变化的曲线。

确定用户当前游泳方式的方法为：

获取用户手部压强，根据压强的值判断手部是否处于水下，当手部处于水下时，压强大于大气压，当手部处于空气中时，压强与大气压相近；设置当压强大于一阈值时，认为手部处于水下，反之则认为手部处于水上，该阈值为大气压乘以波动系数，本发明取波动系数等于1.05；

根据预存的正常游泳状态的传感器数据，获得正常游泳状态的手部出水角度信息。

实时检测用户游泳的手部出水角度信息，并与正常游泳状态的手部出水角度信息进行比对，确定用户当前游泳方式；

如图2所示，当前手臂姿势信息与正常游泳状态的手臂姿势信息进行比对包括：

S1201：监测手臂运动频率；

S1202：若运动频率大于一阈值，则获取用户当前游泳方式；

S1203：比对手臂运动速度竖直分量与该游泳方式下预存的速度竖直分量，得到速度差值；

S1204：若所述速度差值超过一阈值，则比对加速度与预存加速度的重合度，同时比对手心朝向与预存手心朝向的重合度；

S1205：若加速度重合度或手心朝向重合度低于一安全阈值，则打开安全气囊。

在步骤S1201与S1202中，根据预存的正常游泳状态的传感器数据，获得正常游泳状态的手臂姿势信息。当监测到当前手臂摆动频率大于一阈值，该阈值是正常游泳状态手臂摆动频率的1.5倍，判断用户可能遇到紧急情况处于慌乱状态，或是因为加速游泳导致手臂摆动频率加快，为精准判断用户是否处于紧急状态，进行下一步。

在步骤S1203中，当用户遇到紧急情况，如抽筋、水草缠绕等情况，腿部难以发力，需依靠手臂的力量使身体上浮，手臂摆动频率将加快，同时手臂在竖直方向的摆动速度也将加快。所以此步骤对手部在竖直方向的运动速度进行检测，与正常游泳状态的手臂速度比对，得到速度差值，评价速度差值，提高对用户紧急情况检测的准确度。考虑到用户正常游泳时也会出现手臂摆动速度过快的情况，为进一步提高判断的准确度，进行下一步。

在步骤S1204中，若所述速度差值超过一阈值，则检测用户手部运动三维加速度，获得前后、左右、上下三个方向的加速度曲线，再与预存的正常游泳状态加速度曲线比对，在一个运动周期内，获取压强最大的时间点，以此作为一个运动周期的起点，将运动周期缩放至与正常游泳周期一致，将加速度幅度缩放至与正常游泳加速度幅度一致，比对一个运动周期内加速度曲线的重合度，若重合度大于70％，说明用户当前游泳姿势正常，若重合度小于70％，说明用户当前游泳姿势不正常，则打开安全气囊。

同时，比对手心朝向与预存手心朝向的重合度；实时采集陀螺仪3数据，获取用户手心朝向，再与预存的正常游泳状态手心朝向比对，在一个运动周期内，获取压强最大的时间点，以此作为一个运动周期的起点，将运动周期缩放至与正常游泳周期一致，比对一个运动周期内手心朝向角度的重合度，若重合度大于70％，说明用户当前游泳姿势正常，若重合度小于70％，说明用户当前游泳姿势不正常，则打开安全气囊。

本实施例采用的压力传感器2型号为MS5803-01BA，它有着极小体积的封装，长、宽、高分别为：6.2×6.2×2.88mm，内部集成了压力传感器2和温度传感器，测量压强的分辨率达到了1.2Pa，分辨率换算成水柱高度为1.2mm，提供16位的压强和温度参数的数字输出，实现高精度的测量，测量精确度为±150Pa。它的温度测量范围为-40℃～80℃，分辨率小于0.01℃，测量精确度为±0.8℃。同时，该款产品采用不锈钢环进行封装，压力传感器部分采用硅胶保护，可实现100m的水下正常工作，其通信协议与MS5534完全兼容。

从传感器参数来看，这款传感器非常适合本发明使用，不仅能够测量压强，还能测量温度。测量压强的分辨率达到了1.2Pa，等效水柱高度1.2mm，能够敏锐感应出压强的变化。

手环检测到压强在短时间内增大超过一定值，本实施例设置在1秒内压强增大超过150Pa(换算成水深为15cm，换算成大气中的海拔高度约15m)，判断用户进入水中，开启检测用户手臂姿势，否则不开启；若手环检测到压强在一段时间内保持在大气压值1.05倍以内且没有大幅度变化，判断用户游泳结束，关闭手臂姿势检测。

用户入水后测量水温，检测水温低于20℃时，判断此水温不适合游泳，通过显示屏9提醒用户该水域水温过低，不适合游泳。检测当前水温降低幅度大于一阈值时，判断水温差异较大，的水温降低幅度是指当前水温值减去进入游泳模式一定时间后的水温值，本实施例在进入游泳模式1分钟后检测水温，为防止测量时正好手臂不在水中，采用连续测量5次取最小值作为水温的初始值，5次测量间隔10秒。后续测量的水温与初始值作比较，若降低幅度大于3℃时，判断水温差异较大，通过显示屏9提醒用户该水域温差较大，注意温度变化。

检测加速度传感器12数据，当加速度曲线与预存的走路加速度曲线重合度大于80％时，判断用户正在走路，此时检测用户走路时陀螺仪3的数据，根据陀螺仪3数据计算出用户穿戴手环的角度，根据角度的偏向判断手环戴在用户的左手或是右手。若所述手环左侧朝向下方，则判断为右手；若所述手环右侧朝向下方，则判断为左手。

用户在游泳时如遇到紧急情况，由于紧张心跳速率也会增加，手环通过检测用户手臂摆动频率以及心跳速率来判断用户是否遇到紧急情况；

心跳速率的检测方法包括：在手环上安装一心率传感器11，通过心率传感器11检测出用户的心跳速率；

心跳速率的阈值包括：用户正常游泳时的心跳速率乘以心跳系数，正常游泳时心跳速率通过用户初始校准获得，并储存在中控模组10中，本实施例取心跳系数为1.15，换言之，当检测到心跳速率高于正常游泳时心跳速率的1.15倍时，判断用户处于极度紧张的状态，进入自救模式。

在步骤S130中，气囊自动打开后，用户在气囊提供的浮力作用下脱离危险；同时，手环向预设的发送对象发送求救信息和所在位置。在游泳前，手环与同行人员的设备之间建立通信连接，自动将同行人员的设备预设为求救信息发送对象，当接收到发送指令时，向预设的发送对象发送求救信息和所在位置。

若无同行人员，则向用户移动设备发送求救信号和位置，用户移动设备再将其转发给移动设备通讯录中的联系人。

手环主体1上设置有两个按键7，通过按压按键7可手动打开安全气囊，为防止误触，需同时按压两个按键7两秒以上才能触发自救模式。

本发明提供的游泳自救手环结构如图2至4所示，图2中，游泳自救手环包括手环主体1，手环主体1的一端连接有第一环带4，另一端连接有第二环带8，第一环带4与第二环带8之间连接有供气装置6。

如图3所示，供气装置6包括气腔17和两个微型气阀16，两个微型气阀16分别安装在气腔17两端，气腔17中的气体经微型气阀出气口15流出。微型气阀16为常闭型电磁阀，现有的微型电磁阀直径能达到8.2mm甚至更小，价格便宜，稍作改造完全可用于本发明。

第一环带4和第二环带8内分别安装有第一安全气囊14和第二安全气囊20，第一安全气囊14和第二安全气囊20分别与两个微型气阀16的微型气阀出气口15连通。两环带采用软质橡胶制成，在环带表面开设长条形开口5，便于气囊充气后弹出；气囊采用高弹性橡胶制成，充气膨胀后的形状如图5所示。

如图3与图4所示，手环主体1包括中控模组10、压力传感器2、陀螺仪3、心率传感器11、加速度传感器12以及显示屏9。

压力传感器2用于检测手环表面的绝压，绝压包括水压和气压；陀螺仪3用于检测手环所处环境温度；压力传感器2和温度传感器3封装在一起，具体型号为：MS5803-01BA，其性能参数上文有介绍；心率传感器11用于检测用户的心率；加速度传感器12用于检测手环运动的加速度；显示屏9用于显示提示信息。

手环主体1内设置有中控模组10，中控模组10包括：手臂姿势获取模块101、预存模块102、分析比对模块103、控制模块104。

手臂姿势获取模块101与压力传感器2、陀螺仪3、加速度传感器12相连，用于获取用户游泳时传感器的数据，根据传感器数据计算出手臂姿势信息；

预存模块102用于预存用户正常游泳状态的手臂姿势信息；

分析比对模块103用于将用户游泳的实时手臂姿势信息与正常游泳状态的手臂姿势信息进行比对，得到差值，分析差值是否超过安全阈值；

控制模块104与微型气阀16相连，用于在差值超过安全阈值时控制微型气阀16打开第一安全气囊14和第二安全气囊20。

手臂姿势获取模块101包括：

运动加速度获取单元1011，包括加速度传感器12，用于实时获取用户手部运动加速度。

运动频率获取单元1012，用于根据加速度变化的周期计算出运动频率；若加速度变化呈现无周期性，则通过检测手臂运动方向改变次数，计算出手臂摆动的频率；检测手臂运动方向改变次数包括：检测加速度大于一定阈值的次数；

运动速度获取单元1013，包括压力传感器2，用于检测运动速度竖直分量；实时获取用户手部压强，根据压强变化计算出用户手部在水下的深度，根据深度变化获得竖直方向的速度零点，实时获取用户手部竖直方向加速度，由竖直方向加速度和速度零点计算出竖直运动速度。

手心朝向获取单元1014，包括陀螺仪3，用于根据陀螺仪3的数据获得用户手心朝向信息。

供气装置6还包括充气口18和气压传感器19，气压传感器19设置在气腔17内部，气压传感器19与中控模组10相连，用于检测气腔17内部气压。储存在气腔17中的高压气体经过长时间储存，可能会缓慢漏气，当气腔17中的气压低于一定值时，通过显示屏9提醒用户充气。充入二氧化碳气体，二氧化碳具有易压缩，无毒，不可点燃的特性，安全性高。

如图3所示，第一安全气囊14和第二安全气囊20在远离微型气阀16的一端分别开设有排气孔13，排气孔13内安装有排气阀23。如图6所示，排气孔13与排气阀23之间密封连接，排气阀23采用螺栓21加密封垫片22组合而成，若需排出气囊中的空气，先控制微型气阀16关闭，再拧松螺栓21，待气囊中气体排完后手动将气囊收回环带内，拧紧螺栓21，同时补充气腔17中消耗的气体，等待下次继续使用。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。