CN109758156A - 基于自动检测姿态的防摔设备及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于自动检测姿态的防摔设备及系统,利用压缩气体加热膨胀的原理保护人体。本发明能通过加速度计和陀螺仪实时采集人体姿态数据,这些数据经过处理器处理后,用以精准预测佩戴者是否要摔倒,当判定佩戴者即将摔倒时,通过加热装置快速加热压缩气体,同时打开电子阀门,快速给气囊充气,以保护配戴者。
Description
技术领域
本发明涉及人身安全把控技术领域,具体的说,涉及一种基于自动检测姿态的防摔设备及系统。
背景技术
人身安全与每个人都有切身关系,因而一直是十分受重视的领域。在很多场景下,人体容易失衡,紧接着就会发生摔倒,从而发生受伤,尤其像户外运动、游戏体验等场景,难免会出现意外,此时就需要人员配戴安全设备。
现有的安全设备通常为内部装填泡沫护垫等物理防护的护膝、护肘、头盔,只能起到被动防护的作用,防护效果并不好。而一些安全设备是安全气囊的形式,大多数安全气囊采用的是气囊+气体发生器+点火器的结构,内部含有炸药成分,若随身携带具有极高风险。
发明内容
针对上述缺陷,本发明的提出了一种基于自动检测姿态的防摔设备及系统,通过压缩气体加热膨胀的方式保护人体,同时能通过加速度计和陀螺仪实时检测人体姿态,从而精准预测是否要摔倒,只当要摔倒时加热压缩气体,保护配戴者。
为达到上述目的,本发明采用的具体技术方案如下:
一种基于自动检测姿态的防摔设备,包括设备本体,所述设备本体表面设置有N个安全气囊,每个所述安全气囊内均设有压缩气腔,用于存放压缩气体,所述设备本体上还设置有加速度计、陀螺仪、处理器和N个气体加热模块,每个气体加热模块均紧贴一个所述安全气囊并靠近其压缩气腔;
所述加速度计的输出端、陀螺仪的输出端均连接处理器的输入端组,所述处理器的输出端组连接N个气体加热模块的输入端;
所述设备本体上还设置有电源,该电源为加速度计、陀螺仪、处理器和N个气体加热模块供电。
由于人体摔倒常常伴随着不受控下坠及身体偏转,但突然跑动等情况也会引起加速度增加,因此单纯检测加速度不够准确,通过陀螺仪同时检测身体的偏转情况才能更好判断是否将要摔倒,通过上述设计,一旦检测到人体的加速度和偏转角度大于一定值,即认为即将摔倒,此时气体加热模块将压缩气腔内的压缩气体加热,压缩气体受热膨胀后鼓起安全气囊,从而对人体进行保护。
根据盖·吕萨克定律:气体体积与温度关系为VT=V0(1+aT),其中T为摄氏温度(℃),V0为0℃时的气体体积,VT为T℃时的气体体积,a为气体膨胀系数。
以镍铬电热丝为例:
比热容:0.44J/(g*℃)
电阻率:1.09μΩ·m
密度:8.4g/cm3
可用公式:计算加热时间,其中,V为电热丝两端电压,R为电热丝电阻,t为时间,C为电热丝比热容,M为电热丝质量,T为电热丝温度。
直径1mm的电热丝,长度为0.5mm,质量约为3g,电阻约为1.38ohm,使用升压电路将电热丝两端电压升高到20V,则加热到200℃用时约为0.85s,气体受热膨胀时间极短,则总时长由电热丝加热速度决定,若进一步提高V,或多个电热丝同时加热,则时间能进一步缩短,从而更快撑开安全气囊,对人体进行保护。
加热气体的方式比火药爆炸的方式更安全,对于更常需要保护的老人和小孩而言,贴身穿戴火药反而存在安全威胁。
进一步设计,为避免压缩气体泄漏,在压缩气腔上设有电控阀门,该电控阀门的信号输入端连接处理器的阀门控制端组其中一个端脚。
仅当电控阀门被打开时,气体才会从压缩气腔中放出,从而撑开安全气囊。
更进一步设计,N个所述气体加热模块分别印刷于N块气囊FPC上,所述加速度计、陀螺仪、处理器集成印刷于一块中央FPC上,所述中央FPC与各气囊FPC之间以柔性线缆连接。随身穿戴的设备容易弯折,采用柔性电路板,即FPC,能有效减少弯折对线路和器件的损坏。
更进一步设计,所述设备本体上还设置有无线通信模块,该无线通信模块与所述处理器连接。摔倒的数据可通过无线传输到远端的管理设备上,从而提醒安全人员及时查看穿戴者情况,以及及时更换该设备。
一种基于自动检测姿态的防摔系统,包括系统服务器和a个上述防摔设备,其中,或者有2个防摔设备的设备本体为防摔护肘,或者有2个防摔设备的设备本体为防摔护膝,或者有1个防摔设备的设备本体为防摔背心,或者有1个防摔设备的设备本体为防摔头盔,还或者几种任意组合;
每个设备本体均设置有无线通信模块,并与系统服务器无线通讯。
摔倒防护可以由系统服务器统一控制并管理,多种设备对人员起到多部位防护,且各类防摔设备的外表面与内表面均可设置安全气囊。
进一步设计,a个所述防摔设备的其中一个为主参考设备,其余为副参考设备,所述主参考设备与每个副参考设备无线连接。
由于穿戴者可能与系统服务器距离较远,若发生摔倒,系统服务器控制会不及时,此时需由防摔设备的处理器自行判断,而不同身体部位之间加速度、身体转动角度等数据会有差异,如头部的加速度会较大,则可将防摔头盔设为主参考设备,其余为副参考设备,一旦防摔头盔预判人体将摔倒时,其余防摔设备也会同步充气,对人体进行保护。
进一步描述,每个设备本体还设置有定位模块,所述定位模块均与对应的处理器连接。
本发明的有益效果:利用压缩气体加热膨胀的原理保护人体。本发明能通过加速度计和陀螺仪实时采集人体姿态数据,这些数据经过处理器处理后,用以精准预测佩戴者是否要摔倒,当判定佩戴者即将摔倒时,通过加热装置快速加热压缩气体,同时打开电子阀门,快速给气囊充气,以保护配戴者。
附图说明
图1是系统的结构框图;
图2是防摔背心的正视图;
图3是安全气囊的截面示意图;
图4是防摔设备控制电路的示意图;
图5是实施例一的防摔方法示意图;
图6是实施例二的防摔方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
一种基于自动检测姿态的防摔系统,如图1所示,包括系统服务器4和6个防摔设备,其中2个防摔设备的设备本体1为防摔护肘,2个防摔设备的设备本体1为防摔护膝,1个防摔设备的设备本体1为防摔背心,1个防摔设备的设备本体1为防摔头盔;
每个设备本体1均设置有无线通信模块,并与系统服务器4无线通讯。
如图2所示,本实施例以防摔背心示例,一种基于自动检测姿态的防摔设备,包括设备本体1,所述设备本体1表面设置有N个安全气囊2,每个所述安全气囊2内均设有压缩气腔21,用于存放压缩气体,可选用氩气,所述设备本体上还设置有加速度计11、陀螺仪12、处理器13和N个气体加热模块14,每个气体加热模块14均紧贴一个所述安全气囊2并靠近其压缩气腔21,所述压缩气腔21上设有电控阀门22,该电控阀门22的信号输入端连接处理器13的阀门控制端组其中一个端脚,如图3所示。
N个所述气体加热模块14分别印刷于N块气囊FPC3上,所述加速度计11、陀螺仪12、处理器13集成印刷于一块中央FPC上,所述中央FPC与各气囊FPC3之间以柔性线缆连接。
本实施例如图4所示,采用芯片BMI120,其上集成了加速度计11和陀螺仪12,气体加热模块14优选为电热丝,无线通信模块优选为NB模块,包括NB天线和USIM;
所述设备本体1上还设置有电源,该电源为加速度计11、陀螺仪12、处理器13和N个气体加热模块14供电。实施例中电源优选为可充电的电池,或可拆卸的电池,避免长期耗电而使关键时刻断电无法工作。
每个防摔设备5还优选设置有定位模块,所述定位模块均与对应的处理器13连接。
一种基于自动检测姿态的防摔方法,包括防摔设备工作步骤,如图5所示,步骤如下:
步骤一,处理器13预设加速度阈值、人体偏转阈值;
步骤二,加速度计11实时检测穿戴者的加速度,陀螺仪12实时检测穿戴者的身体转动角度,所述加速度与身体转动角度均发送至处理器13;
步骤三,所述处理器13获取摔倒倾向判断结果,若具有摔倒倾向,处理器13发送加热命令至每个气体加热模块14,并发送打开命令至每个电控阀门22,完成安全气囊2受热膨胀保护;
若无摔倒倾向,则等待下一次摔倒倾向判断结果。
具体还包括主副设备控制步骤:
步骤A,主参考设备的处理器13预设加速度阈值、人体偏转阈值;
步骤B,主参考设备的加速度计11实时检测穿戴者的加速度,且陀螺仪12实时检测穿戴者的身体转动角度,所述加速度与身体转动角度均发送至主参考设备的处理器13;
步骤C,主参考设备的处理器13判断:若穿戴者的加速度大于加速度阈值,且身体转动角度大于人体偏转阈值,则判断结果为具有摔倒倾向,否则为无摔倒倾向;
若具有摔倒倾向,所述主参考设备的处理器13发送加热命令至每个气体加热模块14,并发送打开命令至每个电控阀门22,完成安全气囊2受热膨胀保护;
同时,发送摔倒倾向判断结果至每一副参考设备;
若无摔倒倾向,则等待下一次摔倒倾向判断结果;
步骤D,副参考设备的处理器13发送加热命令至每个气体加热模块14,并发送打开命令至每个电控阀门22,完成安全气囊2受热膨胀保护。
其中,所述摔倒倾向判断结果的判断方式为:若穿戴者的加速度大于加速度阈值,且身体转动角度大于人体偏转阈值,则判断结果为具有摔倒倾向,否则为无摔倒倾向。
图5所示的实施例一所述摔倒倾向判断结果由处理器13运算得到。
图6所示的实施例二所述摔倒倾向判断结果由系统服务器4运算得到,则步骤二与步骤三之间还包括处理器13与系统服务器4数据通讯的步骤。
Claims (7)
1.一种基于自动检测姿态的防摔设备,包括设备本体(1),其特征在于,所述设备本体(1)表面设置有N个安全气囊(2),每个所述安全气囊(2)内均设有压缩气腔(21),用于存放压缩气体,所述设备本体上还设置有加速度计(11)、陀螺仪(12)、处理器(13)和N个气体加热模块(14),每个气体加热模块(14)均紧贴一个所述安全气囊(2)并靠近其压缩气腔(21);
所述加速度计(11)的输出端、陀螺仪(12)的输出端均连接处理器(13)的输入端组,所述处理器(13)的输出端组连接N个气体加热模块(14)的输入端;
所述设备本体(1)上还设置有电源,该电源为加速度计(11)、陀螺仪(12)、处理器(13)和N个气体加热模块(14)供电。
2.根据权利要求1所述基于自动检测姿态的防摔设备,其特征在于,所述压缩气腔(21)上设有电控阀门(22),该电控阀门(22)的信号输入端连接处理器(13)的阀门控制端组其中一个端脚。
3.根据权利要求1所述基于自动检测姿态的防摔设备,其特征在于,N个所述气体加热模块(14)分别印刷于N块气囊FPC(3)上,所述加速度计(11)、陀螺仪(12)、处理器(13)集成印刷于一块中央FPC上,所述中央FPC与各气囊FPC(3)之间以柔性线缆连接。
4.根据权利要求1所述基于自动检测姿态的防摔设备,其特征在于,所述设备本体(1)上还设置有无线通信模块,该无线通信模块与所述处理器(13)连接。
5.一种基于自动检测姿态的防摔系统,其特征在于,包括系统服务器(4)和a个权1-4之一所述的防摔设备,其中,或者有2个防摔设备的设备本体(1)为防摔护肘,或者有2个防摔设备的设备本体(1)为防摔护膝,或者有1个防摔设备的设备本体(1)为防摔背心,或者有1个防摔设备的设备本体(1)为防摔头盔;
每个设备本体(1)均设置有无线通信模块,并与系统服务器(4)无线通讯。
6.根据权利要求5所述基于自动检测姿态的防摔系统,其特征在于,a个所述防摔设备的其中一个为主参考设备,其余为副参考设备,所述主参考设备与每个副参考设备无线连接。
7.根据权利要求5所述基于自动检测姿态的防摔系统,其特征在于,每个设备本体(1)还设置有定位模块,所述定位模块均与对应的处理器(13)连接。
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