一种电动救生设备的制作方法

本实用新型涉及救生设备技术领域，特别涉及一种电动救生设备。

背景技术：

救生圈作为一种重要的水上救生设备，在拯救落水者的过程中发挥着不可替代的作用。在施救过程中，救生圈的及时、有效地投放成为能否成功施救的关键。一般的救生圈多采用聚乙烯复合材料填充圆形壳体，其使用方式多为施救者人工投放，并不具备自主运行或遥控运行的功能，因此只适宜在距离较近、环境良好的情况下使用，对于距离较远、外界干扰较大的情况并不适用。

为了解决上述问题，有研究者提出了电动的救生圈，例如公告号为CN 208021688 U的专利文献公开了安装有推进器的救生圈，其包括救生圈本体，救生圈本体上设有开口，靠近开口处的救生圈本体上安装有推进器；救生圈本体上设有与外界水域连通的水道，推进器安装在水道中。上述救生圈使用简便，智能化程度高，采用遥控，无需培训即可操作；体积小，重量轻，便于携带，操作灵活，可以原地掉头；整体软性材料并采用喷水推进器，对人体无伤害，便于救援。

又例如公布号为CN 108284928 A的专利文献公开了一种水上救生设备，包括壳体和推进器，壳体的U形两侧内设有容置推进器的动力舱，壳体的顶面和底面均设有与动力舱连通的进水口，壳体的末端设有与动力舱连通的出水口；推进器设于动力舱内，推进器的吸水口朝向进水口，推进器的喷水口朝向出水口；动力舱内设有用于支撑推进器的支撑装置，推进器的外表面设有旋转装置，旋转装置与支撑装置配合连接，使得推进器能够在动力舱内做翻转运动。上述水上救生设备，推进器能够多方位吸水并为所述救生设备提供动力，使得所述救生设备能够适应不同的天气状况进行施救，动力性能好，救援效率高，且结构稳定可靠，使用寿命长，功能丰富，实用性好。

上述设备通过安装推进器使救生设备可以通过人为控制运行，提高救生成功率，但是现有的设备需要人工进行控制，或者间接遥控控制，并不能根据落水人员的情况进行分类救助，也不能自主进行充电，救生的自动化程度仍待加强。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种电动救生设备，具有自主运行和遥控功能，同时具有响应快速、运动精准和控制安全的特点。

一种电动救生设备，包括救生圈、充电模块和远程遥控模块，所述救生圈包括壳体、动力模块、控制模块、GPS模块和通信模块，所述壳体的正反面均设有控制模块的控制面板，还包括两套布置在所述壳体的正反面的检测模块，所述检测模块包括水压传感器、外部检测摄像头和内部检测摄像头，所述控制模块根据水压传感器的检测结果控制所述壳体的正反面的控制面板和检测模块是否工作。

本电动救生设备是基于救生圈的救生设备，可以实现GPS导航自主运行，也可以通过远程遥控模块(例如遥控器或者手机APP)进行遥控操作，除此之外，在被救者保持清醒并且有操作能力时，可以通过操控救生圈上的控制面板(包括按钮和摇柄)进行控制。

水压传感器用于检测救生圈的哪一面与水接触。每一面设置两个水压传感器，防止检测的不准确。当检测到某一侧接触水时，该侧的控制按钮和检测设备使能，同时调整内部的转弯逻辑。

所述的外部摄像头置于壳体头部的左侧，摄像头方向水平朝向救生圈外侧，外部主要用于检测救生圈航行过程中的水面环境信息。

所述的内部检测摄像头置于壳体头部的右侧，摄像头方向水平朝向救生圈内侧，主要用于检测被救人的身体情况。

GPS模块位于电气盒的任意位置，用于检测救生圈的当前位置；控制按钮位于救生圈的圈体表面，用于了解被救用户的意图，在被救用户具备控制能力的基础上接收被救用户的操作指令。

通信模块主要为无线接收模块，其位于电气盒的任意位置。其作用主要是实时将救生圈目前的信息运用无线电传输的方式传送给充电桩和遥控器，同时实时接收二者发来的指令。

所述救生圈壳体包含显示模块、除湿模块、电源模块和密封模块。

显示模块主要包括显示器、扬声器等。显示器主要用于向被救用户提供自己所处的位置信息，方便用户自己控制救生圈移动；扬声器主要用于对用户进行操作指导，并向用户提供距离信息。

电源模块主要包括蓄电池、无线电能接收器和防电源过放模块。无线电能接收器用于利用电磁感应原理接收充电桩发送的无线电能，将其储存在蓄电池中。蓄电池主要为其他模块提供稳定的电源。防电源过放模块主要包括LM358芯片，7812芯片、SLA-12VDC-SL-C继电器、8050三极管及相应的电阻和电容。防电源过放模块主要是当电源电压降低到一定范围后，切断蓄电池的供电并与充电桩配合开启充电，防止蓄电池过放导致救生圈性能的下降。蓄电池、无线电能接收器和电源防过放装置安装在救生圈的电源装置内部。

密封模块除了采用密封圈之外，还采用环氧树脂胶密封的方式。

控制模块可以采用STM32F103C8T6控制芯片，其主要功能是接收通信信号、检测信号，经过分析计算调整救生圈的运动姿态和运动速度。除此之外，控制模块控制救生圈的通信模块向遥控器发送救生圈的电量信息、位置信息和水面环境视频，向充电桩发送救生圈的电量信息、位置信息和人体情况视频。

所述的壳体采用柔性良好的复合材料，其形状为流线型，从而在增大救生圈浮力的同时，减小在水中运动的阻力。壳体正反面配有相同的设备，可以使其在被风浪打翻的情况下依然能正常运行。壳体前部固定两个抓手，方便被救人抓取。

壳体前部有带磁性的航空插件和充电堵头，当充电模块将救生圈弹出后，充电堵头利用引力插接到航空插件上，防止救生圈在工作时水流进入电路。充电模块一般为充电桩。

为了提高救生圈的移动速度，快速移动到落水人员位置，优选的，所述壳体的外部侧面设有充气气囊。在救生圈未负重时，气囊保持收缩状态，紧贴于壳体壁面，保持阻力的最小化，当救生圈负重时，气囊打开，提高救生圈的负重能力。

为了整体稳定运行、提高效率，优选的，所述动力模块包括两个设置在所述壳体的尾部两侧的前进推进器和设置在所述壳体的前部的转向推进器。转向推进器安装在救生圈前部两侧的转向动力安装腔，其主要包括转向电机驱动器、转向电机、转向联轴器、转向转子、转向定子，主要用来控制救生圈转向。

为了提高运行速度，优选的，所述壳体的尾部两侧分别设有安装前进推进器的前进动力安装腔，所述前进动力安装腔具有朝向尾部的出水口和沿周向环绕设置的进水口。前进推进器包括前行电机驱动器、前行电机、前行联轴器、前行转子、前行定子，主要用来推进救生圈前进。前进推进器结构中，水流从进水口流入，从出水口中流出。进水口为在壳体尾部圆周等间距开槽，从而增大进水量，提升速度。

为了降低噪音提高运行速度，优选的，所述出水口的边缘设有齿状结构。上述结构可以在提升推进器的推力的同时，增大喷射水流与环境水域的接触面积，一定程度上减小噪声。

所有电机选用防水电机，电机线经过防水的填料函与壳体内部的电机驱动器连接，简化防水环节。

为了保证落水人员的体温，优选的，所述壳体中设有经过动力模块、电源模块和人趴附区域的流道。从外部引入水流，以便降低电气元件温度，将该热量转移到人体上，帮助人体保温。

为了提高施救的安全性，优选的，所述壳体外周设有环向的凹槽，所述凹槽上绕有松紧绳。使人在处于救生圈内圈时，能够通过调节松紧绳的长度来保持人与救生圈的相对静止，确保施救过程安全。

为了提供落水人员更多的容纳空间，优选的，所述壳体为U型结构。

远程遥控模块主要包括壳体、通信模块、显示模块、控制模块和电源模块。其壳体为方形，方便施救者手持；通信模块用于使遥控器与救生圈、充电桩进行通信；显示模块主要为显示屏，用于显示救生圈传来的水上环境视频；控制模块主要包括“启动控制”按钮、“语音控制”按钮、“视频显示”按钮、遥控操作摇杆，语音接收器和STM32芯片，该模块既可以通过摇杆实现加速、减速、左转、右转、停止的指令，也可以通过语音接收施救者的“加速”、“减速”、“左转”、“右转”、“停止”命令，远程操纵救生圈；电源模块主要为蓄电池，为遥控器的其他模块充电。除此之外，遥控器还可以通过蓝牙与手机APP进行通信，实现手机上的遥控。

充电桩主要包括壳体、通信模块、控制模块、遥控器充电模块、救生圈充电模块、机械锁、电源转化模块。其壳体形状为长椅形，用于方便救生圈的放置；其通信模块主要用于与救生圈、遥控器进行通信；控制模块主要处理救生圈和遥控器传来的信息：当救生圈传来被救者自动驾驶的请求时，且通过救生圈传来的被救者身体情况判断被救者有自动驾驶的能力时，优先满足该请求并暂停遥控器、手机APP和救生圈自动行驶的功能；当被救者未发出自动驾驶请求，或不具备自动驾驶能力时，优先满足遥控器和手机APP的遥控请求；当不存在遥控请求时，发出指令由救生圈自动行驶。遥控器充电模块用于为遥控器充电；救生圈充电模块用于为救生圈进行直接充电，或者在电动救生圈工作时接收电源电量较低的信号，利用电磁感应为救生圈无线充电；救生圈的直接充电插座在救生圈需要工作时，可以利用改变电磁铁输入，利用弹簧的弹力，将救生圈弹出；机械锁用于在救生圈直接充电过程中与救生圈壳体的固定凹槽配合，锁定救生圈，防止其移动；电源转化模块主要将交流电转化为各模块所需要的直流电，并为各模块供电。

本实用新型还提供了一种电动救生方法，使用上述的电动救生设备，包括以下步骤：

(1)落水船员的报警信号通过通信模块传输传送到充电模块，充电模块自动弹出作为救生圈的壳体；

(2)当有人通过远程遥控模块进行操控时，充电模块发出指令，命令救生圈接收遥控器的指令前往地点救人；

(3)当没有人远程遥控模块进行操控时，救生圈依据GPS模块导航前行至落水船员；

(4)在前进过程中，救生圈实时向远程遥控模块传输外部摄像头的信号和电量信息，向充电模块传输内部摄像头信号和电量信息；

(5)救生圈找到落水船员；

(6)当救生圈传来落水船员自动驾驶的请求时，且通过救生圈传来的落水船员身体情况判断落水船员有自动驾驶的能力时，优先满足该请求并暂远程遥控模块和救生圈自动行驶的功能；

(7)当落水船员未发出驾驶请求，或不具备驾驶能力时，优先满足远程遥控模块的遥控请求；

(8)当不存在遥控请求时，发出指令由救生圈自动行驶返回海边；

(9)若在海边遇到电量不足的情况，控制救生圈行驶到可无线充电的范围内，在一定距离内进行无线充电，确保整个系统的安全可靠。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的电动救生设备，自动化程度高，有效抵抗风浪，双面均可实现救援工作，具有响应快速、运动精准和控制安全的特点。

附图说明

图1是本实用新型的救生圈的结构示意图。

图2是本实用新型的救生圈另一个角度的结构示意图。

图3是本实用新型的救生圈的立体结构示意图。

图4是本实用新型的电机的连接示意图。

图5是本实用新型的远程遥控器的结构示意图。

图6是充电桩的结构示意图。

图7是本实用新型的机械锁的原理示意图。

图8是本实用新型的救生圈防电源过放模块的电气原理图。

图9是本实用新型的方法的线框流程图。

图中：1.充电航空插件，2.内部摄像头，3.方向推进器，4.固定凹槽，5.电源装置，6.把手，7.控制摇杆，8.除湿模块，9.壳体，10.气囊，11.松紧绳，12.进水口，13.前行推进器，14.流道，15.水压传感器，16.“开启控制”按钮，17.扬声器，18.“显示位置”按钮，19.显示屏，20.电气盒，21.外部摄像头，22.充电堵头，23.出水口，24.填料函，25防水电机，26.平键，27.定子，28转子，29.联轴器，30.壳体连接面，31.无线模块，32.“启动控制”按钮，33.遥控摇杆，34.语音识别模块，35.显示屏，36.“语音控制”按钮，37.“视频显示”按钮，38.救生圈充电模块，39.遥控器充电模块，40：机械锁，41：无线模块，42：控制模块，43.移动块，44.弹簧，45.电磁铁。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

如图1～9所示，本实施例的电动救生设备包括救生圈、遥控器(远程遥控设备)和充电桩(充电模块)。

救生圈包括壳体9，气囊10，内部摄像头2，外部摄像头21，前进推进器13，方向推进器3，控制摇杆7，电压装置5，除湿模块8和电气盒20。

整个装置对称放置，保持救生圈两侧受力平衡。救生圈的前进动力主要由前行推进器13组提供，其方向主要由方向推进器3组控制，保证救生圈在转弯过程中不需要降低速度，保持系统运行的高效。

水压传感器15用于检测救生圈的哪一面与水接触。每一面设置两个水压传感器15，防止检测的不准确。当检测到某一侧接触水时，该侧的控制按钮和检测设备使能，同时调整内部的转弯逻辑。例如，当检测到A侧(A为正面，B为反面)与水接触时，B侧的按钮和检测设备使能，B侧对应前方右侧的方向推进器控制其向左转弯，B侧对应前方左侧的方向推进器控制其向右转弯；当检测到B侧与水接触时，A侧的按钮和检测设备使能，A侧对应前方右侧的方向推进器控制其向左转弯，A侧对应前方左侧的方向推进器控制其向右转弯。

救生圈内部摄像头2用来检测被救者的身体情况，外部摄像头21用来得到外部的环境信息，确保信息获取的全面性。

救生圈带有可调节的松紧绳11和把手6辅助人体趴附在救生圈上，同时带有温度交换的流道14帮助人体保温，除湿模块8帮助降低周围空气的湿度，提高了救生圈的舒适性。

救生圈的电机采用防水电机25，防水电机与壳体连接面30之间用防水的填料函24进行固定与防水，极大地降低了防水的难度，提升了系统的安全性。

前进推进器的进水口12为在壳体尾部圆周等间距开槽，从而最大程度增大进水量；出口处23壳体截面积较小，同时设置有锯齿状结构，可以在提升推进器的推力的同时，增大喷射水流与环境水域的接触面积，最大程度的减小噪声。

救生圈备有扬声器17进行操作的指导，同时备有显示屏19显示被救人的位置信息，具有良好的人机交互功能。

救生圈的蓄电池既支持直接充电的方式，又支持无线充电的方式，极大提高连续工作的能力。

救生圈的充电航空插件1和充电堵头22均为磁铁，当救生圈未进行直接充电时，充电堵头22由于引力自动盖在航空插件1上，从而防止水流进入电路，确保电路的安全。

电动救生圈的电源防过放电路主要包括LM358芯片，7812芯片、SLA-12VDC-SL-C继电器、8050三极管及相应的电阻和电容。

7812芯片主要功能为将电源电压转换为12V的稳定输出；通过合理调节RJ1，当电源电压大于22V时，使LM358的3脚电压大于2脚，1脚输出高电平导通三极管，使SLA-12VDC-SL-C的2脚和6脚电压差值在12V左右，控制继电器连通将输入输出端的正极和负极分别连通；当电源电压小于22V时，LM358的3脚电压小于2脚，1脚输出低电平，三极管关断，使SLA-12VDC-SL-C的2脚和6脚电压差值接近0V，控制继电器连通将输入输出端的正极和负极断开，电源停止向各模块供电，开始接收充电桩的无线或者有线充电。防电源过放模块主要防止蓄电池过放导致救生圈性能的下降，延长电动救生圈的寿命。

遥控器包括遥控摇杆33、显示屏35和语音接收器34。遥控器通过无线模块31与救生圈通信。救生圈遥控器既可以由摇杆33控制，也可以通过语音接收器34接收“前进”、“后退”、“左转”、“右转”、“停止”五种指令，进行语音控制，同时还可以通过蓝牙与手机连接，实现手机控制的方式。

充电桩主要包括救生圈充电模块38，遥控器充电模块39，机械锁40，无线模块41和控制模块42。机械锁40在救生圈未直接充电时，电磁铁43通电，磁铁吸引力大于弹簧44的力，移动块43被电磁铁45吸引，机械锁处于打开状态；当救生圈处于充电状态时，电磁铁45断电，在弹簧44力的作用下，移动块43弹出，插接到救生圈的固定凹槽4内，实现救生圈的固定。除此之外，充电桩的救生圈充电接口原理与此类似，从而实现在救生圈需要工作时可以自动弹出，而不需要人力干预。

本实施例的工作过程如下。

当船员落水时，船员的报警信号通过无线传输传送到充电桩和救生圈，充电桩自动弹出救生圈。当有人通过遥控器或者手机APP进行操控时，充电桩发出指令，命令救生圈在充气囊收缩接收遥控器的指令前往地点救人；当没有人通过遥控器或者手机APP操控，救生圈在充气囊收缩的状态下依据GPS导航前行。在前进过程中，救生圈实时向遥控器传输外部摄像头的信号、电量信息等信号，向充电桩传输内部摄像头信号、电量信息等信号。

当找到被救人时，救生圈打开充气囊结构，同时利用扬声器向被救人进行操作的指导。当救生圈传来被救者自动驾驶的请求时，且通过救生圈传来的被救者身体情况判断被救者有自动驾驶的能力时，优先满足该请求并暂停遥控器、手机APP和救生圈自动行驶的功能；当被救者未发出驾驶请求，或不具备驾驶能力时，优先满足遥控器和手机APP的遥控请求；当不存在遥控请求时，发出指令由救生圈自动行驶返回海边。若在海边遇到电量不足的情况，可以控制救生圈行驶到可无线充电的范围内，在一定距离内进行无线充电，确保整个系统的安全可靠。

综上所述，本实施例的电动救生设备，自动化程度高，有效抵抗风浪，双面均可实现救援工作，具有响应快速、运动精准和控制安全的特点。