具体实施方式

下面结合说明书附图及具体实施例对本发明作出进一步地详细阐述，所述实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

请参阅图1为安全智能游泳圈的结构示意图，其包括：游泳圈本体(1)、智能控制系统和智能安全系统。

其中，游泳圈本体1包括：电阻式薄片压力传感器4和搭载智能控制系统和智能安全系统的匣子2，所述的电阻式薄片压力传感器4采用IP68级防水材料3封装在游泳圈两侧；所述的搭载智能控制系统和智能安全系统的匣子2采用IP68级防水材料3密封内部电子元件，匣子2整体采用防水胶粘剂粘在游泳圈内部两侧，匣子顶端留有采用IP68级防水材料封装的可按动式的求救按钮5。游泳圈本体1上还设置有充气口与充电口6。充气口与充电口6一方面用于给游泳圈充气，另一方面为各种电器件充电。

其中，智能控制系统采用以电阻式薄片压力传感器为主控核心、电压比较器为分析核心、继电器为主控开关、15V可充电锂电池组为供能装置和发光二极管为主要显示的整体控制电路。

智能控制系统包括：封装在游泳圈表面的电阻式薄片压力传感器(4)和封装在游泳圈内部的匣子(2)内的控制电路。

其中，电阻应变片是电阻式薄片压力传感器(4)的核心部分，它直接影响传感器的各种性能指标。电阻应变片的工作原理是基于金属的应变效应。金属导体的电阻随着它所受机械变形(伸长或缩短)的大小而发生变化的现象，称为金属的电阻应变效应。其中所涉及的数学原理详细如下：

设一段长为l、截面为S、电阻系数为ρ的金属丝，其金属丝的电阻为：

式中：

R-金属丝的电阻值(Ω)

ρ-电阻系数(Ω·mm²·m^-1)

l-金属丝长度(m)

S-金属丝截面积(mm²)

设金属丝在力F的作用下其长度l变化Δl，截面积S变化为ΔS，半径r变化为Δr，电阻系数ρ变化为Δρ，因而将引起R变化为ΔR，将(1)式微分，可得

因为S＝πr²

dΔS×2πdΔr

所以

令为电阻丝轴向相对伸长即轴向应变，而则为电阻丝径向相对伸长即径向应变，两者的比例系数即为 为纵向变形系数，α为纵向数值大小，γ为泊松系数，负号表示方向相反。泊松系数是材料横向应变与纵向应变的比值，也叫横向变形系数，它是反映材料横向变形的弹性常数。在各向同性材料的比例极限内，由均匀分布的纵向应力所引起的横向应变与相应的纵向应变之积的绝对值作为材料的变化，一般通过试验方法测定。满足下式：

将(4)式带入(3)式得：

将(5)式带入(2)式并整理后的：

k称为金属材料的灵敏系数，其物理意义为单位应变所引起的电阻相对变化，由(7) 式可知，金属材料的灵敏系数受两方面因素的影响：一方面是受力后材料的几何尺寸变化所引起的，即项；另一方面是受力后材料的电阻率发生变化而引起的，即项。这是由于材料发生变形时，其自由电子的活动能力和数量均发生了变化的缘故，由于这一项目前不能用解析式来表达，所以k只能依靠实验求得。根据大量实验证明，在电阻丝拉伸的比例极限内，电阻的相对变化与应变是成正比的，即k为一常数。因此(7) 式以增量表示可写为：

上式表示金属线材料的电阻相对变化与轴向应变成正比，即轴向应变可以由电阻相对变化反映出来。

上述方案中，所述电阻式薄片压力传感器(4)可将压力变化转化为电阻率变化最终转化为电压变化，再经过LM393电压比较器与上拉电阻的组合作用，最后接合电路，起到智能控制电路的作用，达到用时即启动，闲置即关闭的效果，高效率、智能化和人性化的节约能源。

如图2和3所示，所述的控制电路包括：电阻式薄片压力传感器4，第一电阻11，第二电阻12，第三电阻13，第四电阻14，电压比较器15，电位器17，三极管19，继电器 H端21，继电器Z端22，继电器23。

其中，电阻式薄片压力传感器4与第一电阻11串联接入电路，第一电阻11的另一端接地。电阻式薄片压力传感器4与第一电阻11的公共端接入电压比较器15的输入A端。电位器17与第二电阻12串联入电路，电位器17与第二电阻12的公共端接入电压比较器 15的输入B端。电压比较器15的VCC端与第三电阻13串联，第三电阻13的另一端与三极管19的C端相连，第三电阻13与三极管19的公共端串联接入第四电阻14的一端，第四电阻14的另一端接地。三极管19的B端与继电器23串联，三极管19的A端接地。继电器H端21与15V可充电锂电池组24串联，继电器Z端22为输出端。

所述的压力传感器4经过施压电阻变小，使电压比较器15输出高平电压，从而使三极管19打通，最后继电器23打通，电源通过继电器Z端22输出，起到电路开启的作用。所述的第一电阻11，第二电阻12，第三电阻13，第四电阻14起到保护电路的作用。所述的电位器17根据使用者的体重不同而确定不同的阻值。

智能安全系统包括：GPS&北斗双星定位器7、10V有源蜂鸣器8、指示灯9、姿态传感器10、压力传感接入段16、电源充电端18、无线通信模块20。

智能安全系统采用以GPS&北斗双星定位器为核心、无线通信模块和求救按钮为求救装置、10V有源蜂鸣器为报警装置和姿态传感器为核心反馈的实现物联网化智能化的安全系统。

其中，15V可充电锂电池组24提供电源给GPS&北斗双星定位器7。其中所述GPS& 北斗双星定位器7内嵌姿态感应模块，该模块通过测量每个内置天线到卫星的载波相位值计算得到粗略位置，再通过数据分析得出精确位置，定位精度达到1-2米。

所述GPS&北斗双星定位器7采用的算法为KNNp(K-NearestNeighborpro)算法，KNNp 是一种非参的，惰性的算法模型。从选取几个较小的K值开始，先进行最小化筛选，选出 K_max，然后不断增加K的值，然后计算验证集合的方差，最终找到一个比较合适的K值。可以从K＝1开始，逐步增加，用检验数据来分析正确率，从而选择最优K。这个结果要均衡考虑正确率与计算量，比如K＝3时，正确率为90％，而K＝10时，正确率为91％，则需要考虑计算量换来的1％提升是否合算。度量空间中点距离，有以下几种度量方式，如曼哈顿距离计算，欧式距离计算等。通常KNNp算法中使用的是欧式距离，拿三维平面为例，三维空间两个点的欧式距离计算公式如下：

拓展到三维空间的多点，则公式变成这样：

KNNp算法将预测点与所有点距离进行计算，然后保存并排序，选出前面K个值比较哪种类别比较多。也可以通过一些优化技巧来辅助，可先对样本数据进行排序，从而知道只需要与哪些数据进行比较(但对于高维数据，这几乎是不可行的)。也可以将样本数据划分为多个子集合，待分类数据只需要与其中的一个或多个子集合进行比较。比如属性是经纬度，距离是2个经纬度点之间的距离，则可以将样本根据经纬度的整数部分将各个样本分到不同的子集合去，待分类元组只需要与自己整数部分相同的子集合进行比较即可，当子集合的样本数据不足K时，再和邻近的集合进行比较。

KNNp算法的优势：

(1)简单易用，相比其他算法，KNNp算是比较简洁明了的算法，不需要具备深厚的数学功底。

(2)KNNp算法具有惰性，模型训练时间短。

(3)预测效果好。

(4)对异常值不敏感。

优选的，第一电阻11阻值为：10kΩ；第二电阻12阻值为：10kΩ；第三电阻13阻值为：1kΩ；第四电阻14阻值为：4.7kΩ；电位器：50K；电压比较器型号：LM393；三极管型号：NPN型9013，规格：最大集电极电流(A)：0.5A，直流电增益：10-60A，功耗：625mW，最大集电极-发射极电压(VCEO)：25V，特征频率：150MHz；继电器： 12V，GPS&北斗双星定位器采用不使用库函数实现手写数字识别算最优K，微型无线通信模块，10V有源蜂鸣器，姿态传感器采用测量每个内嵌天线到卫星的载波相位值计算得到姿态状况，可充电的锂电池组参数：11.1V；1.6AH。

如图4所示，为本发明的报警流程图，包括：

步骤1)，对所述的电阻式薄片压力传感器4施压，通过所述的搭载智能控制系统和智能安全系统的匣子，使15V可充电锂电池组24通电。

步骤2)，电路接通，所述的GPS&北斗双星定位器7、微型无线通信模块20，10V 有源蜂鸣器8，姿态传感器10启动。

步骤3)，所述的GPS&北斗双星定位器7，姿态传感器10通过蜂窝移动通信技术将数据传输到对应的智能控制系统和智能安全系统。

其中，步骤3)中，所述的姿态传感器10根据不同的姿态数据，反馈不同频率的电信号给控制电路，改变控制电路的放大倍率，一旦放大倍率波动过大则通过蜂窝移动通信技术给予监察者预警通知。

步骤4)，智能控制系统和智能安全系统通过不同的电压放大倍率分析出使用者的不同使用情景，根据数据波动和动态分析识别出是否处于危险情景并区分危险等级，并发出不同频率的电信号和不同分贝的音频信号。

其中，步骤4)中，根据数据波动和动态分析识别出是否处于危险情景并区分危险等级具体为：如果判定使用者没有发生危险时，保持继续监控；如果判定使用者发生危险时，进一步地，当处在Ⅰ级危险超过3分钟，判定人身受轻度伤害，当处在Ⅱ级危险超过1分钟，判定人身受中重度伤害，当处在Ⅲ级危险超过30秒，判定人身受生命伤害。

具体地，设置初始姿态为0°，初始电路放大倍率当使用者的姿态倾角位于15°-30°时，电路放大倍率系统识别为普通危险，定义为Ⅰ级危险，发出900KHz 电信号；当使用者的姿态倾角位于31°-45°时，电路放大倍率系统识别为一级危险，定义为Ⅱ级危险，发出1.5MHz电信号；当使用者的姿态倾角位于46°-360°时，电路放大倍率系统识别为二级危险，定义为Ⅲ级危险，发出2.6MHz电信号。

进一步地，当识别为Ⅰ级危险时，10V有源蜂鸣器发出频率为10Hz响度为60-70dB的报警声；当识别为Ⅱ级危险时，10V有源蜂鸣器发出频率为5000Hz响度为70-80dB的警报声；当识别为Ⅲ级危险时，10V有源蜂鸣器发出两种报警声，一种频率为15000Hz、响度为80-100dB的报警声，另一种为频率为30000Hz、响度为80-100dB的超声报警声。一级危险为黄色报警信号，二级危险为橙色报警信号，三级危险为红色报警信号。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明及思路的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。