张连毅　薛文彬　谢逸　丁中谱　张宏阳

摘 要：安全问题一直是开展游泳运动需要关注的重要问题。文章作者设计的监测器利用心率与脉搏频率一致的关系，将脉搏传感器、微控制单元与声光报警器等硬件集成为专用芯片，以手环的形式佩戴在泳池人员的手腕上，通过实时监测泳池人员的脉搏来实时监控泳池人员的心率异常变化，从而及时发现并抢救溺水人员。此监测器的设计，可以大大减少泳池人员的溺水事故发生率，有广阔的应用前景。

一、溺水的过程与特点

泳池溺水都是淡水溺水，其死亡主要表现为气管内吸入大量水分阻碍呼吸，或因喉头强烈痉挛，引起呼吸道关闭、心跳加快、心肌颤抖、肌肉紧张、昏迷并失去知觉，最后窒息死亡。溺水过程主要可以分为以下四个时期。

（1）呼吸暂停期。此时溺水者神志清楚，呼吸一时性暂停，心跳加快，血压升高，大约持续0.5～1min。

（2）呕吐挣扎期。此时期溺水者神志逐渐模糊，呼吸表浅，血压开始下降，心跳由快变慢，各种反射明显减弱，大约持续0.5～1min。

（3）二次呼吸昏迷期。此时期的特点是：昏迷，心跳微弱，呼吸微弱或停止，瞳孔散大，各種反射全部消失，肌肉松弛，大小便失禁，约持续1min。

（4）死亡期。呼吸完全停止，心脏可能继续跳动1～2min，最后进入死亡状态。

二、泳池溺水报警研究现状

当前，国际上泳池溺水报警系统的实现主要有以下三种途径：①利用声呐等监测实现，即在水下泳池底部安装一套声呐发射接收装置，利用探测器去确定可能障碍物的存在，进而利用一定的溺水判据去判定是否溺水；②让游泳者身上携带监测装置，如手表或裤带等；③利用视频监测实现，当下防溺水的智能装置，比如游泳馆里的监控装置、某一水域的监控装置、自动寻人的救生圈等，都有很大的局限性，无法得到广泛应用。在国内，与溺水报警系统相关的研究也正处于起步阶段。

三、泳池人员心率异常监测器的监测原理

由溺水过程可知，人在溺水初期，生命体征变化主要是：在短时间内，心率先变快，后变慢。泳池中，由于着装、便利性、监测成本等因素，对心率直接进行监测存在一定的难度，而监测泳池人员的脉搏则相对容易许多。心率是心脏收缩舒张活动次数的统计，脉搏是外周的血管受到在心脏收缩活动时血液对血管的冲击次数的统计，一般二者是一致的，有一次心脏收缩就会产生一次脉搏。因此，可以通过监测脉搏变化的情况来实时监测泳池人员的心率状态，进而反映人的溺水状态。

四、泳池人员心率异常监测器的硬件组成

为了监测脉搏状态，选用脉搏传感器实时采集泳池人员的脉搏；为了实时判断泳池人员有无溺水现象出现，选用微控制单元（WCU）对所采集的脉搏数据进行实时处理，并实时得出有无溺水的结论。考虑到泳池中其他泳池活动人员及泳池周边值班救生员的存在，从监测器的实用性及经济角度出发，当微控制单元判断有溺水现象出现时，选用声光报警器及时报警，以引起周边人员与值班救生员的注意，从而及时予以施救。本泳池人员心率异常监测器主要由脉搏传感器、微控制元件、声光报警器三部分组成，如下图所示。

本监测器的硬件，可以通过集成电路，与泳池更衣柜的钥匙集成在一个专用芯片上，为便于监测泳池人员的脉搏，将专用芯片进行防水处理，以手环的形式，佩戴在泳池人员的手腕上，在不影响泳池运动者的正常运动，也不给泳池运动者增加额外不方变的前提下，为泳池运动者提供安全方面的保证。

安全问题一直是开展游泳运动需要关注的重要问题。近年来，泳池溺水事故频发，有的是因为不会游泳溺水发现不及时所导致，还有一部分人因心脏病猝发抢救不及而死亡。本泳池人员心率异常监测器的设计，可以大大减少泳池人员的溺水事故发生率，有广阔的应用前景。

参考文献：

[1]陈 琛.生命安全教育融入游泳教学研究[D].郑州：郑州大学，2016.

[2]白佳凯.浅析游泳池定位救生系统[J].科技创新与应用，2015（21）：49-50.