CN106571844B - 面向施工现场管理的低功耗可穿戴设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种面向施工现场管理的低功耗可穿戴设备，包括用于运行基于Android系统的主控芯片、用于定位的定位芯片、用于连接远端服务器的数据通信芯片、用于通过移动通信网络进行语音通讯的语音通信芯片、用于测量环境温度和湿度的温湿度传感器、用于获取使用者身体参数的健康管理芯片组、用于发出求救信号的呼救芯片、用于获取实时视频数据的摄像头及图像处理芯片、用于向所述主控芯片发送传输控制指令的传输控制芯片。
Description
技术领域
本发明属于涉及电子技术领域，尤其涉及一种面向施工现场管理的低功耗可穿戴设备。
背景技术
随着信息技术的广泛运用，可穿戴设备的应用越来越广泛。可穿戴设备是将传感器、无线通信芯片、多媒体芯片、处理芯片等技术嵌入眼镜、手表、手环、服饰等日常穿戴设备中，以提高便携性；同时可穿戴设备还能够通过软件支持以及数据交互、云端交互等技术来实现强大的功能。近年来，可穿戴设备关键器件的研发、关键技术的发展取得众多突破，可穿戴设备芯片、传感器、柔性元件及屏幕、电池等关键组件更新速度加快，可穿戴设备连接技术、数据处理与计算技术、人机交互技术、传感技术取得新的进展，这些都为可穿戴设备在人们的生产活动和日常生活中的广泛应用提供基础；因此，可穿戴设备在娱乐、军事、医疗、工业等领域实现了越来越丰富的应用。
在工业领域，施工现场管理对施工质量控制有着重大的影响。由于项目实施周期长、牵涉面广、施工现场复杂等因素，施工管理存在很大的挑战。如何落实制定的施工管理办法，实现业主项目部、监理项目部、施工项目部的施工协作和管控机制，需要有力的技术手段支持。通过可穿戴设备的应用，为现场施工管理人员提供智能化的识别定位、主动提示、资料查询、工作记录、检查评价和工作协同等服务，有效的提高管理人员在作业现场获取和反馈工程信息的能力，为施工现场提供强有力的管理支撑。当然，对于可穿戴设备应用于施工现场，必须考虑到持续较长的工作时间的业务特性，然而目前国内外电池的改进又微乎其微，施工现场也无法提供充电环境，势必影响现场使用人员的积极性及实用性，因此对于工业可穿戴设备必须要求低功耗，且同时还需要具有强大的功能以确保对施工现场进行有效和长效的管理。
发明内容
针对现有技术中存在缺少低功耗且多功能的面向施工现场管理的低功耗可穿戴设备的问题，本发明要解决的技术问题是提供一种有效且高效的面向施工现场管理的低功耗可穿戴设备，以提高施工现场管理的效率。
为了解决上述问题，本发明实施例提出了一种面向施工现场管理的低功耗可穿戴设备，包括：
用于运行基于Android系统的主控芯片、用于定位的定位芯片、用于连接远端服务器的数据通信芯片、用于通过移动通信网络进行语音通讯的语音通信芯片、用于测量环境温度和湿度的温湿度传感器、用于获取使用者身体参数的健康管理芯片组、用于发出求救信号的呼救芯片、用于获取实时视频数据的摄像头及图像处理芯片、用于向所述主控芯片发送传输控制指令的传输控制芯片；其中所述主控芯片通过数据通信芯片连接远端的服务器以进行数据通信；所述主控芯片连接所述语音通信芯片以通过移动通信网络进行语音通信；主控芯片连接定位芯片以进行接收实时定位数据；主控芯片连接呼救芯片以在接收到使用者的呼救指令时向远端的服务器发送呼救信号；主控芯片通过图像处理芯片连接摄像头以获取实时视频数据；主控芯片连接传输控制机构以接收使用者通过连接传输控制机构发送来的传输控制指令，并在接收到所述传输控制指令时将接收到的数据发送到远端的服务器；主控芯片连接健康管理芯片组以将接收到的使用者身体参数发送到远端的服务器。
其中，所述健康管理芯片组包括：用于接收使用者位移数据的三轴传感器、用于监控使用者心率的心率传感器；其中所述主控芯片连接所述三轴传感器和心率传感器以进行心律监测、计步、久坐提醒、睡眠质量监控。
其中，所述主控芯片为的CortexTM-A7CPU；所述数据通信芯片和语音通信芯片为联发科MTK6735芯片，所述图像处理芯片为MALI-400MP 3D硬件图形处理。
其中，所述主控芯片包括：用于对三轴传感器的输出数据进行分析以确定使用者当前姿态的姿态分析模块、用于根据三轴传感器的数据进行计步的计步模块、用于根据三轴传感器的数据进行睡眠质量监控的睡眠质量监控模块、用于根据三轴传感器的数据计算坐姿保持时长的久坐提醒模块、用于根据心率传感器的数据统计心率的心率监控模块；
其中姿态分析模块利用预设的时间段内所述三轴传感器输出的加速度值在三轴上的分量对使用者当前姿态进行分析：当所述三轴传感器在水平轴上的加速度分量不为0时则所述使用者为移动姿态，当所述三轴传感器在水平轴上有一向下的加速度分量且随后的预定时间内三个轴上的加速度分量均为0则为坐姿，当所述三轴传感器在三个轴上的加速度均不为0且随后的预定时间内三个轴上的加速度分量均为0则为卧姿；
其中所述计步模块用于在所述姿态分析模块确定当前使用者为移动姿态时根据所述三轴传感器输出的加速度值在三轴上的分量进行计步统计；其中久坐提醒模块用于在所述姿态分析模块确定当前使用者为坐姿时进行计时并在达到阈值时进行提醒；睡眠质量监控模块用于在所述姿态分析模块确定当前使用者为卧姿时检测使用者的移动以根据预设的睡眠质量模型对睡眠质量进行评估。
其中，所述主控芯片包括：自动唤醒模块、外部唤醒模块；
所述自动唤醒模块通过预设的时钟中断信号进行唤醒，以在所述主控模块的时钟达到预设值发出定时中断时唤醒处于休眠状态的主控芯片；
所述外部唤醒模块用于在接收到其他芯片的外部事件触发的外部中断信号时唤醒处于休眠状态的主控芯片。
其中，所述定位芯片为北斗导航定位芯片。
其中，所述呼救芯片通过所述主控模块和语音通讯模块连接预设的接收端以通过语音发送呼救信息；其中所述呼救芯片包括：用于接收呼救语音的语音接收模块、用于对接收到的呼救语音中的背景噪音进行滤除的背景噪音滤除模块。
其中，还包括NFC近场通讯支付模块，所述NFC近场通讯支付模块连接所述主控模块。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：上述的技术方案对提高项目建设效率和质量、提升项目建设管理水平起到积极的推动作用，其直接和间接效益如下所述：
1.直接效益分析
可穿戴设备在施工现场管理中的应用，可以使现场的施工和管理人员快速获取工程项目的施工要求和工程设备的详细说明，视频音频记录现场工作情况，并在必要时进行实时的语音和图像交互，以及现场拍照确认和签到等工作，缩短沟通时间，提高沟通效率，进而缩短项目建设时间，提高建设质量。
在施工现场管理过程中，利用可穿戴设备的定位功能，进行有效监控，能保障现场工作人员的安全；通过位置监控，有助于合理组织和开展施工工作，从而提高现场工作效率，降低人力成本。
在项目建设的后期，尤其是工程验收阶段，通过可穿戴设备记录的项目建设过程信息，可以为项目验收提供准确、详细的参考资料，辅助项目验收，并为项目的资料归档及项目分析提供帮助。在一定程度上规范项目管理工作，保证项目建设的质量，为企业带来直接效益。
2.间接效益分析
可穿戴设备应用于施工现场管理具有很强的通用性和可复制性，可以应用到行业内其他单位，同时，也可将项目研究的成果应用到其他相关领域，可带来较高的经济收入。
附图说明
图1为本发明实施例的整体系统的模块示意图；
图2为本发明实施例的可穿戴设备的模块示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明实施例提出了一种面向施工现场管理的低功耗可穿戴设备，其结构如图1、图2所示的。本发明实施例同时将北斗定位、移动数据传输、通话、拍照、视频、智能呼救、压力温度测量、健康管理、NFC支付等功能集成在一个体积较小，性能更强的设备上，是我们这款低功耗工业可穿戴设备的最大亮点，具体功能如下：
1.本发明实施例的主控芯片具有独立运行android系统，实现可穿戴设备与远程的服务器之间直接进行数据交互，克服了市面上可穿戴设备需要链接智能手机才能使用的局限，方便现场施工人员携带和使用。
2.利用国产北斗导航系统精确定位原理，定时记录现场管理及施工人员的位置信息，并且定时向远端的服务器传送位置信息，远端的服务器可配置工业可穿戴设备记录和传送位置信息的时间间隔。满足施工现场管理中对人员位置信息的精确控制和可视化定位，可视化指挥作业，现场调度等需求，真正实现“解放双手，增强大脑”。高精度位置服务及通信功能能让中心管理人员准确了解作业状态，提高应急响应速度；同时，通过位置辅助及施工业务逻辑，强化现场作业人员的位置管理，实现作业区域引导、安全区域越界告警及误操作报警。符合国家北斗卫星产业规划，推进北斗的深化应用。
3.支持一键传输功能及远端的服务器主动请求功能。即传输控制芯片可以具有一个按键，以在按键被按下时该主控芯片将数据传到远端的服务器；或是由远端的服务器发送一个请求，使得传输控制芯片通知所述主控芯片将数据传到远端的服务器；现场施工人员可以利用可穿戴设备主动上传自己的位置信息，远端的服务器也可以请求现场施工人员的位置信息，提高管理工作效率，减少工作失误，保障施工质量和施工进度，提高施工现场的精细化管理。
4.支持智能识别呼救功能，本发明实施例仅识别语音呼救信息，拒绝接收现场其他杂乱的声音，现场施工人员如果处于危险状态可以利用智能呼救功能，将自己的危险信息同时传送给项目主管和远端的服务器，保障现场施工人员的安全，加强管理人员对现场施工的安全管理。
5.本发明实施例内置温湿度传感器、高分辨率摄像头，采集环境温度、湿度，产品和设备ID、位置及状态信息，在出现故障或异常情况下予以提醒和警告。采集数据后，将其传输至远端的服务器，由后台的专家系统对数据进行分析、研判，提出反馈建议。
6.支持移动4G网络，实现快速传送现场人员位置信息以及拍照、视频信息；同时支持蓝牙、wifi通信方式。
7.本发明实施例同时支持计步器、久坐提醒、睡眠监控、心率监测等健康管理功能，在休闲时间方便现场施工人员关注自己的身体状态。
8.本发明实施例集成NFC支付功能，解放现场使用人员的钱包和卡片，使用方便快捷，近距离的支付安全性高，耗能低，制造成本低。
五、可穿戴设备低功耗解决方案
本发明实施例集众多功能于一体，所以对功耗要求比较高。不仅硬件选型上全部选择低功耗的元件，而且软件上采用定时器中断和外部触发中断来唤醒CPU，减少设备功耗。
本发明实施例的低功耗硬件解决方案主要选择联发科高度集成芯片MTK6735，超低功耗双核CortexTM-A7CPU及3D硬件图形处理(MALI-400MP)，确保流畅的界面操作与应用性能，并高度整合WiFi、FM、GPS以及蓝牙功能，大大降低了可穿戴设备的体积和功耗。
一般情况下，CPU处于休眠模式，只保持时钟在运行，手环屏幕、定位芯片、通信模块等功能都处于关闭状态，需要工作的时候采用定时中断或者外部中断触发来唤醒，能够大大延长待机时间。现在的主控芯片一般都具有省电模式，通过以往的经验可得知，当主控芯片在省电模式条件下，其工作电流往往是正常工作电流的几分之一，这样可以大大增强消费类产品电池的使用时间。同时，现在一些控制芯片具有双时钟的模式，通过软件的配置，使芯片在不同的使用场合使用不同的外部时钟从而降低其功耗。当系统进入了省电模式，而系统的唤醒也需要控制。本发明实施例的唤醒分为自动唤醒和外部唤醒，如下所述：
1.自动唤醒是指使用芯片内部的定时器来计时睡眠时间，当睡眠时间达到预定时间时，自动进行唤醒。北斗导航定位在一般情况下是处于关闭状态，当远端的服务器设置的时间到时，CPU唤醒触发定位芯片采集现场施工人员的位置信息，并且定时传送后台软件，这种工作模式既能掌握现场施工人员的位置信息，又能极大地降低可穿戴设备的功耗，延长电池的供电时间。
2.外部唤醒是指芯片一直处于一种休眠状态，当有一个外部事件(主要是通过接口)来对芯片进行触发，则芯片会唤醒，在事件处理之后消除该触发事件而再次进入休眠状态。本发明实施例的智能呼救及一键传输位置信息功能，就是采用外部中断触发唤醒CPU。这种工作模式既能提高施工现场的精细化管理，又能极大地降低可穿戴设备的功耗，延长电池的供电时间。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种面向施工现场管理的低功耗可穿戴设备，其特征在于，包括：用于运行基于Android系统的主控芯片、用于定位的定位芯片、用于连接远端服务器的数据通信芯片、用于通过移动通信网络进行语音通讯的语音通信芯片、用于测量环境温度和湿度的温湿度传感器、用于获取使用者身体参数的健康管理芯片组、用于发出求救信号的呼救芯片、用于获取实时视频数据的摄像头及图像处理芯片、用于向所述主控芯片发送传输控制指令的传输控制芯片；其中所述主控芯片通过数据通信芯片连接远端的服务器以进行数据通信；所述主控芯片连接所述语音通信芯片以通过移动通信网络进行语音通信；主控芯片连接定位芯片以进行接收实时定位数据；主控芯片连接呼救芯片以在接收到使用者的呼救指令时向远端的服务器发送呼救信号；主控芯片通过图像处理芯片连接摄像头以获取实时视频数据；主控芯片连接传输控制机构以接收使用者通过连接传输控制机构发送来的传输控制指令，并在接收到所述传输控制指令时将接收到的数据发送到远端的服务器；主控芯片连接健康管理芯片组以将接收到的使用者身体参数发送到远端的服务器；
其中所述主控芯片包括：用于对三轴传感器的输出数据进行分析以确定使用者当前姿态的姿态分析模块、用于根据三轴传感器的数据进行计步的计步模块、用于根据三轴传感器的数据进行睡眠质量监控的睡眠质量监控模块、用于根据三轴传感器的数据计算坐姿保持时长的久坐提醒模块、用于根据心率传感器的数据统计心率的心率监控模块；
其中姿态分析模块利用预设的时间段内所述三轴传感器输出的加速度值在三轴上的分量对使用者当前姿态进行分析：当所述三轴传感器在水平轴上的加速度分量不为0时则所述使用者为移动姿态，当所述三轴传感器在水平轴上有一向下的加速度分量且随后的预定时间内三个轴上的加速度分量均为0则为坐姿，当所述三轴传感器在三个轴上的加速度均不为0且随后的预定时间内三个轴上的加速度分量均为0则为卧姿；
其中所述计步模块用于在所述姿态分析模块确定当前使用者为移动姿态时根据所述三轴传感器输出的加速度值在三轴上的分量进行计步统计；其中久坐提醒模块用于在所述姿态分析模块确定当前使用者为坐姿时进行计时并在达到阈值时进行提醒；睡眠质量监控模块用于在所述姿态分析模块确定当前使用者为卧姿时检测使用者的移动以根据预设的睡眠质量模型对睡眠质量进行评估；
其中所述主控芯片还包括：自动唤醒模块和外部唤醒模块；
其中所述自动唤醒模块通过预设的时钟中断信号进行唤醒，以在所述主控模块的时钟达到预设值发出定时中断时唤醒处于休眠状态的主控芯片；
其中所述外部唤醒模块用于在接收到其他芯片的外部事件触发的外部中断信号时唤醒处于休眠状态的主控芯片。
2.根据权利要求1所述的面向施工现场管理的低功耗可穿戴设备，其特征在于，所述健康管理芯片组包括：用于接收使用者位移数据的三轴传感器、用于监控使用者心率的心率传感器；其中所述主控芯片连接所述三轴传感器和心率传感器以进行心律监测、计步、久坐提醒、睡眠质量监控。
3.根据权利要求1所述的面向施工现场管理的低功耗可穿戴设备，其特征在于，所述主控芯片为的CortexTM-A7CPU；所述数据通信芯片和语音通信芯片为联发科MTK6735芯片，所述图像处理芯片为MALI-400MP3D硬件图形处理。
4.根据权利要求1所述的面向施工现场管理的低功耗可穿戴设备，其特征在于，所述定位芯片为北斗导航定位芯片。
5.根据权利要求1所述的面向施工现场管理的低功耗可穿戴设备，其特征在于，所述呼救芯片通过所述主控模块和语音通讯模块连接预设的接收端以通过语音发送呼救信息；其中所述呼救芯片包括：用于接收呼救语音的语音接收模块、用于对接收到的呼救语音中的背景噪音进行滤除的背景噪音滤除模块。
6.根据权利要求1所述的面向施工现场管理的低功耗可穿戴设备，其特征在于，还包括NFC近场通讯支付模块，所述NFC近场通讯支付模块连接所述主控模块。
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