黃 湘

（常熟理工學(xué)院，江蘇 常熟 215500）

為了最大限度地保障兒童的出行安全，本研究設(shè)計(jì)了基于防丟失定位系統(tǒng)的中童功能性服裝。通過全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）快速定位、全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（Global System for Mobile Communications，GSM）實(shí)施自動(dòng)報(bào)警功能，可以實(shí)時(shí)將兒童所在地理位置發(fā)送給監(jiān)控人，方便家長(zhǎng)第一時(shí)間得到訊息采取相應(yīng)的挽救措施，減少兒童丟失案件。

1 研究現(xiàn)狀

1.1 防丟失兒童產(chǎn)品研究現(xiàn)狀

隨著智能產(chǎn)品的深度研發(fā)，技術(shù)瓶頸逐漸突破，應(yīng)用也變得更加成熟。隨著智能服裝逐漸進(jìn)入人們的日常生活，人們對(duì)其關(guān)注度也越來越高。如源自美國(guó)的智能服飾品牌SMAQLO，將NASA銀離子抗菌技術(shù)應(yīng)用于有機(jī)純棉中，可有效阻攔600多種細(xì)菌和病菌對(duì)嬰幼兒的侵害；哥倫比亞大學(xué)兩位生物工程學(xué)專家Sona Shah和Teresa Cauvel聯(lián)合開發(fā)了一款智能新生兒帽子，可以24小時(shí)對(duì)嬰兒的體溫和心率進(jìn)行監(jiān)測(cè)[1]；另外，有學(xué)者撰寫的《1～3歲幼童服裝藍(lán)牙溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的研發(fā)》一文中表示，該系統(tǒng)可以時(shí)刻反映幼兒冷熱程度，方便家長(zhǎng)為孩子增減衣服；而另幾位學(xué)者撰寫的《基于GSM的天然氣自動(dòng)抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)》一文，則詳細(xì)論述了利用單片機(jī)的特性進(jìn)行的應(yīng)用研發(fā)，即通過日本山武Azbil氣體微小流量傳感器，將流速轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)，經(jīng)過算法處理后，得到用戶實(shí)時(shí)用量，并通過GSM通信模塊發(fā)送給用戶與燃?xì)夤?，甚至?dāng)天然氣泄露時(shí)，系統(tǒng)還能向用戶報(bào)警[2]。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、測(cè)量精確度高、數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓收下实停哂休^高的應(yīng)用價(jià)值。

因此，本研究嘗試將此技術(shù)應(yīng)用于智能服裝領(lǐng)域。目前，市場(chǎng)上大多兒童智能產(chǎn)品如阿瑪丁手表、兒童手機(jī)復(fù)合功能繁多，但缺乏主動(dòng)報(bào)警機(jī)制，若設(shè)備離身，便不能起到很好的保護(hù)作用，進(jìn)而無法智能判斷兒童的地理位置并自動(dòng)報(bào)警；并且由于兒童的分辨能力和操作能力有限，這些設(shè)備的功能在兒童被拐騙時(shí)發(fā)揮的作用就顯得比較薄弱[3]，再者是導(dǎo)體容易過熱且成本過高。本設(shè)計(jì)嘗試將定位功能和報(bào)警功能繼續(xù)優(yōu)化并應(yīng)用在服裝領(lǐng)域。

1.2 GPS/GSM技術(shù)的研究現(xiàn)狀

GPS是新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，在軍事、能源交通、國(guó)土資源、城市建設(shè)與管理等多個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的運(yùn)用[4]，未來會(huì)成為消費(fèi)市場(chǎng)的巨大增長(zhǎng)點(diǎn)之一。

近年來，我國(guó)還廣泛開展了GPS靜態(tài)和動(dòng)態(tài)定位的理論和技術(shù)研究，研制開發(fā)了一系列GPS高精度定位軟件和GPS網(wǎng)與地面結(jié)合的平差軟件以及邃密定軌軟件，實(shí)現(xiàn)了商品化，并打入了國(guó)際市場(chǎng)。

泛歐數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)簡(jiǎn)稱GSM系統(tǒng)，GSM原意為“移動(dòng)通信特別小組”，是1982年歐洲郵電主管部門會(huì)議為研發(fā)第二代數(shù)字蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)而建立的機(jī)構(gòu)[5]。到了21世紀(jì)早期，已不止100個(gè)國(guó)家使用GSM網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)。1994年，中國(guó)才引進(jìn)GSM并且迅速發(fā)展。我國(guó)通信行業(yè)有三巨頭：中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信以及中國(guó)聯(lián)通，其中，中國(guó)移動(dòng)和中國(guó)聯(lián)通都各有GSM網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)2014年的資訊報(bào)告得知，中國(guó)移動(dòng)用戶總數(shù)高達(dá)8.07億戶，其中有5億客戶使用GSM網(wǎng)絡(luò)，而中國(guó)聯(lián)通也有1.50億用戶使用GSM網(wǎng)絡(luò)[6]。由此可見，使用最廣泛、最具代表性的全球通信系統(tǒng)仍是第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)。

2 研究目的及意義

從研究的實(shí)際意義來看，本研究提高了兒童在被動(dòng)情況下的安全性，也讓家長(zhǎng)在兒童發(fā)生危險(xiǎn)后的第一時(shí)間得到訊息并采取挽救措施。從實(shí)用性角度來分析，本研究在GPS和GSM的系統(tǒng)設(shè)計(jì)上僅保留了快速定位功能和自動(dòng)報(bào)警功能，可以有效避免功能過多導(dǎo)致的設(shè)備卡頓及成本難以控制的問題，具有良好的穩(wěn)定性和安全性，適合企業(yè)快速生產(chǎn)推廣。

3 中童防丟失服裝設(shè)計(jì)

3.1 面料的選擇

在童裝設(shè)計(jì)中，面料應(yīng)避免過硬或過厚，這樣可以滿足中童身體成長(zhǎng)發(fā)育的需求，避免服裝對(duì)中童身體造成過大的壓力，防止服裝阻礙他們正常的肢體活動(dòng)[7]。

3.2 款式與功能設(shè)計(jì)

本研究選擇無帽圓領(lǐng)套頭的衛(wèi)衣，相對(duì)于套頭連帽衛(wèi)衣來說，無帽圓領(lǐng)套頭衛(wèi)衣更能修飾頸部線條，穿戴時(shí)顯得脖子纖長(zhǎng)，在視覺上拉長(zhǎng)了身高。由于中童對(duì)外界正處于探索時(shí)期，普遍活潑好動(dòng)，玩耍時(shí)容易磕碰，服裝要兼顧加護(hù)功能，比如在服裝的胸口、袖肘、肩膀等部位采用雙層面料拼接進(jìn)行加厚防護(hù)設(shè)計(jì)，以達(dá)到防損耐磨的效果。同時(shí)，進(jìn)一步優(yōu)化智能元件的續(xù)航能力，使定位時(shí)間可以持續(xù)10天左右。

服裝與智能化防丟失芯片的結(jié)合方式為嵌入式設(shè)計(jì)，即在魔術(shù)貼的背面進(jìn)行定位開口、掏洞，將智能元件縫于內(nèi)部。魔術(shù)貼可在穿戴時(shí)貼上、清洗時(shí)撕下，快捷方便，既不會(huì)顯得突兀，也不會(huì)被扒手發(fā)現(xiàn)后強(qiáng)行扒下兒童的衣服，解決了智能元件不能深度浸水的問題。

4 中童防丟失功能系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 防丟失功能系統(tǒng)

設(shè)計(jì)的產(chǎn)品應(yīng)該具備相應(yīng)的功能，最終確認(rèn)設(shè)計(jì)防丟失功能系統(tǒng)總流程，所設(shè)計(jì)的電子產(chǎn)品硬件部分主要模塊見圖1。

圖1 防丟失系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

4.2 相關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)原理

4.2.1 快速定位

快速定位主要分成GPS模塊和GSM模塊。GPS模塊與人造衛(wèi)星無線連接，精準(zhǔn)定位后，將采集的經(jīng)度、緯度以及海拔高度等數(shù)據(jù)信息傳送至單片機(jī)[8]，GSM模塊從單片機(jī)模塊收到指令后，再實(shí)時(shí)傳輸?shù)浇K端設(shè)備。

4.2.2 自動(dòng)報(bào)警

用戶設(shè)置初始位置到預(yù)想位置的距離，作為預(yù)設(shè)“安全距離”值[9]，植入單片機(jī)。單片機(jī)模塊控制GPS模塊，將初始位置、實(shí)際位置實(shí)時(shí)保存，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中。單片機(jī)中的運(yùn)算單元實(shí)時(shí)比較實(shí)際距離與“安全距離”的數(shù)值，結(jié)果再反饋回單片機(jī)，由此來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警功能。

5 總結(jié)與展望

本研究將GPS/GSM等技術(shù)與服裝設(shè)計(jì)結(jié)合，以解決兒童丟失的社會(huì)問題，同時(shí)，也為服裝行業(yè)注入了新鮮的血液。針對(duì)中童功能性服裝設(shè)計(jì)，防丟失智能系統(tǒng)利用GPS/GSM的便捷性、高效性和低傷害性，實(shí)現(xiàn)快速定位、自動(dòng)報(bào)警的功能，達(dá)到第一時(shí)間找到丟失兒童的目的，希望能為后續(xù)研究者提供經(jīng)驗(yàn)。