基于PH检测与智能传感技术的儿童智能电动牙刷研究

梁嘉宝 严波 秦镐 倪蓓露 杨宸铭

【摘 要】本文主要研究设计了一款基于PH检测与智能传感技术的儿童智能牙刷。通过研究分析现有产品，求解得到可以创新的功能模块，并根据这些功能模块求解可以实现这些功能的技术模块，以此来实现改良设计。设计理念为“安全环保，做儿童私人牙医”，以“私人、灵敏、交互”为核心。针对不同年龄阶段儿童牙齿发育不同的特点，设计将目标设计对象定位为3-14岁各年龄阶段儿童。儿童智能牙刷可以通过数据传输，将儿童的口腔状况反馈至家长的手机客户端，并给出相应的改善建议：牙膏选择、生活习惯、就医措施等，同时还具有引导儿童掌握正确刷牙姿势，播放儿歌增加刷牙的趣味性等针对儿童的附加功能。

【关键词】智能传感；改良设计；功能模块求解；技术模块求解

中图分类号： 文献标识码： A 文章编号：

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.

【Abstract】This paper mainly studies on children's smart toothbrush which is based on PH detection and intelligent sensing technology.Through research and analysis of existing products，solving functional modules that can be innovated， and solving technical modules that can realize these functions according to these functional modules，in order to achieve improved design.The design concept is“safe and environmentally friendly，as a private dentist for children”，with “private，sensitive and interactive” as the core.According to the different characteristics of childrens teeth development at different ages，the design target is to target children of all ages from 3 to 14 years old.The children's smart toothbrush can transmit the childs oral condition to the parents mobile phone client through data transmission，and give corresponding improvement suggestions：toothpaste selection， living habits，medical treatment measures，etc.，and also guide the child to master the correct brushing posture， play Childrens songs add additional features for children，such as the fun of brushing teeth.

【Key words】Intelligent Sensing；Improved Design；Functional Module Solving；Technical Module Solving

1 绪论

1.1 研究背景与动机

近年来，中国人在追求高品质生活的同时，许多家长对儿童的口腔健康也越来越重视，但也常因孩子讨厌刷牙而头痛。我们的团队旨在研发一款分年龄阶段的儿童环保智能牙刷创新项目。刷毛柔软舒适，在儿童刷牙时可以播放儿歌，感应并纠正儿童的刷牙力度，让孩子爱上刷牙；同时牙刷也可以监测儿童的口腔健康，将数据传送至父母的手机客户端，并相应的给出一些改善儿童口腔问题的建议，维护儿童的口腔健康。

如今产品的智能化产品的智能化成为未来商业社会的必然趋势。在智能化社会，智能机逐渐代替工业革命式的机器大生产，智能产品逐渐代替传统的工业产品。在智能产品中，首先走入人们视线的便是贴近人们生活的智能化产品。

儿童口腔健康问题现状严峻，口腔护理受到越来越多家长的重视，但大部分家长对儿童口腔护理存在误区。在我国，随着人民生活水平不断地提高，口腔问题收到越来越多人的重视，而儿童的口腔健康，更成为了家庭的重中之重。虽然近年来口腔问题已经得到了良好的改善，但据最近的调查显示，超过六成家庭的儿童遇到过口腔问题，5岁儿童患龋齿率达66%，其中97%未得到及时的治疗。口腔疾病不仅对牙齿、牙床、牙髓等造成伤害，还会对宝宝的语言发音、恒牙的排列、颌骨的發育造成影响。

根据科学研究显示，唾液pH值可反映口腔健康状况，唾液的正常pH值在6.6—7.1之间，属于偏弱酸性到弱碱性之间。当口腔内部变为酸性环境（唾液pH约为5.5）时，牙菌斑滋生，引起局部脱钙，引发龋齿问题。当pH值在7.2以上时，格兰氏阴性菌生长，产生口臭等口腔问题。因此，我们考虑将牙刷作为载体，通过口腔内产生口腔问题时会导致唾液pH值的变化这一特性，从而实现预防口腔疾病（如龋齿、口臭等）的功能。

因此，针对以上几种现象、问题和需求，我们提出了基于pH检测与智能传感技术的儿童环保智能牙刷研究项目。

1.2 研究目的

在现有产品的基础上，针对儿童对电动牙刷进行改良设计。

1.3 研究问题

本次研究主要解决以下三个方向的问题：（1）目前市场的pH检测多为工业用，没有适用于检测口水的小pH模块，因此我们需要自己研发适用于本创新课题的pH模块。（2）测量施加在牙齿上的力的方法、寻找最合适的压力感应模式，实现感应儿童刷牙力度的功能。（3）APP的设计、牙刷数据的传输。

2 研究方案

本文在对儿童电话牙刷进行研究设计时，由功能出领域出发，根据现有产品不足提出功能的可创新点，再以功能模块对应到专业技术领域，求解技术路线。

在讨论功能时，引入“私人牙医”概念，主要是在对个人口腔环境可以进行检测与反馈。本文研究的主要的创新点是这种检测与反馈的牙刷模式。而创新点主要分为以下几点：

3 研究结果

3.1 pH模块结果

在牙刷背部会有一个测点，即为PH传感器，刷牙时测点采集的非电量信号转成模拟信号再通过A/D转换电路变成数据量传输至主控制中心。主控制中心将数据传输至父母的手机app，依据PH参数的检测值设定的上下限，app进行数据分析儿童的口腔状况，并给出相应建议。

3.2 压力感应模块结果

在刷柄内部安装一个压力感应器。压力感应器将收到的压力信号处理后分为三个力度区间：（1）轻微（2）适中（3）过度。并通过红、黄、绿三种颜色反馈在牙刷刷柄的光圈部分，也可通过APP查看。

3.3 牙刷底座播放音乐

牙刷柄处有一个按钮，当按钮被按下后，主控制中心识别到信号，通过扬声器播放儿童喜欢的音乐。

3.4 无线通信

数据采集设备将信号传输至主控制系统即单片机进行A/D转换，单片机再向GPRS无线收发模块发送AT指令将数据传送至服务器，app再通过服务器访问到这些数据。

4 结论

本研究基于产品智能化成为未来商业社会的必然趋势、儿童口腔健康问题现状严峻，口腔护理受到越来越多家长的重视，但大部分家长对儿童口腔护理存在误区、儿童智能产品市场火爆但功能单一，儿童口腔智能产品市场存在大量缺口多和唾液pH值可反映口腔健康状况的基础条件上，根据现有产品进行调研分析，得到可以创新改良的设计点，根据可设计的功能点发散，映射到相应的专业知识领域，求解最佳技术方案以满足产品功能创新。

本研究期望能够对未来智能电动牙刷提供一种设计思路，也期望其中使用的由功能模块求解对应技术领域的方法可以为其他产品的设计改良提供一种方法和思路。

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