CN110393344A - 一种具有验电功能的智能手环 - Google Patents
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Abstract
一种具有验电功能的智能手环，包括绝缘外壳和腕带，手环本体中包括有电源部分、控制电路板和传感器模块。所述的控制电路板中包括有控制器，控制器上连接有温湿度测量模块、心率测量模块、运动测量模块、实时时钟模块、人机交互模块和带电感应模块；所述的带电感应模块由感应天线、信号放大电路及结构电路连接组成。所述的传感器模块通过对应的接口电路与控制电路板中的控制器连接，传感器模块中包括有感应天线、全数字温湿度传感器、光学心率传感器、三轴加速度传感器。本发明创造通过上述结构，提供了一种安全系数高、功能性强且适用于高压作业人员使用的智能手环。
Description
技术领域
本发明涉及电气检修中的验电器技术领域，尤其涉及一种具有验电功能的智能手环。
背景技术
电气检修行业具有一定的危险性，安全事故时有发生。强电设备的用电安全，弱电设备的电路故障排除，也成为困扰人们的重大问题之一。
验电器是电气检修中最常用的工具之一，可以用于检测电路是否带电、漏电，也可以寻找断路点，但是现有的验电器主要缺陷有：第一，需要直接接触带电体，非专业人员难以正确使用，所以安全性能不高；第二，使用人员工作时容易忘记携带且携带不便；第三，当电气设备较多时，易发生漏检的情况；第四，现有验电器功能单一，没有考虑湿度等环境参数对验电的影响。针对这些问题，本发明拟做成非接触式验电的智能手环，同时具有轻巧便携、功能丰富的优点。
作为如今流行的可穿戴设备，手环不仅仅是一种供娱乐的设备，同时也是一种监控设备，所以本发明兼备运动和心率监测功能，佩戴人员在强电磁环境中进行电气检修时，可以通过心率参数及时发现身体不适情况。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本发明提供一种具有验电功能的智能手环，其轻巧便携，能够不用直接接触带电体来检测电路或电气设备是否带电，随时提醒佩戴者周围是否存在带电物体。
为了实现上述目的，本发明创造采用的技术方案为：一种具有验电功能的智能手环，包括绝缘外壳和腕带，其特征在于：手环本体中包括有电源部分、控制电路板和传感器模块；
所述的控制电路板中包括有控制器，控制器上连接有温湿度测量模块、心率测量模块、运动测量模块、实时时钟模块、人机交互模块和带电感应模块；所述的带电感应模块由感应天线、信号放大电路及结构电路连接组成；
所述的传感器模块通过对应的接口电路与控制电路板中的控制器连接，传感器模块中包括有感应天线、全数字温湿度传感器、光学心率传感器、三轴加速度传感器。
所述的带电感应模块中包括有放大电路，所述的放大电路采用三个三极管级联构成，三个三极管级均是基极为输入，发射极为输出；感应天线测量的电压经三个三极管级联放大，由最后一级输出Vin送至控制器的IO输入引脚；Vout引出端连接控制器的输出引脚，经PNP晶体管放大后控制场效应管；3.3V电源经场效应管后为晶体管供能。
所述的温湿度测量模块包括全数字温湿度传感器及其接口电路。
所述的心率测量模块包括光学心率传感器及其接口电路。
所述的运动测量模块包括三轴加速度传感器及其接口电路。
所述的实时时钟模块包括实时时钟芯片及其接口电路。
所述的人机交互模块包括有由液晶屏和功能按键组成的操作面板，由蜂鸣器和振动马达组成的报警模块。
一种所述的具有验电功能的智能手环进行验电检测的方法：所述的带电感应模块为非接触式检测单元，通过感应带电体周围电场来验电。
所述的验电检测的方法，其特征在于：具体步骤为：
1)Vout引出端连接控制器的输出引脚，用于控制带电感应模块的使用，当佩戴人员进行电气检修工作时，通过按键选择手环验电模式，该引脚输出高电平，MOSFET开关导通，带电感应模块开始正常工作；
2)Vin引出端连接控制器的IO输入引脚，手环验电模式下，当感应天线检测到周围存在微弱的电场信号时，三级放大电路构成的放大单元以50Hz频率通断，单片机引脚输入检测到Vin的电平变化后，控制人机交互模块的蜂鸣器和震动马达工作，发出报警声和震动，同时控制液晶屏显示验电提示信息。
本发明创造的有益效果为：
本发明体积小巧便携，电气检修人员在进行检修或维修工作时可以很方便地将其佩戴在手腕上，在不接触带电体的情况下就能自动检测周围电场情况，这样会避免工作中出现的漏检和误检，防止作业人员因接触带电体而触电。同时考虑到电气检修的环境参数，将温湿度测量功能与验电功能结合，大大提高了验电结果的可靠性与安全系数。此外，本发明还具有时钟功能、计步功能、心率测量功能，丰富的功能可以满足不同情况下的多种需要。
附图说明
图1是本发明总体系统框图；
图2是本发明控制电路板上各模块框图；
图3是本发明人机交互模块结构示意图；
图4是本发明带电感应模块电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。
如图1所示，一种具有验电功能的智能手环的总体系统框图，包括绝缘外壳和腕带，手环本体10中包括有电源部分20、控制电路板30和传感器模块40。
所述的绝缘外壳嵌套在腕带里面，腕带材质柔软、可调松紧，方便使用人员佩戴。
所述的电源部分20包括锂电池、纽扣电池、稳压芯片及电池管理芯片。其中所述纽扣电池单独给实时时钟模块供电，保证时钟不间断工作以准确报时；所述锂电池接至稳压芯片将控制板上电压稳定在3.3V，给单片机及其他各功能提供稳定电源。所述电池管理芯片用于控制锂电池的充电过程，以及检测锂电池电量，将电量信息传送给单片机，呈现在液晶屏上。
如图2所示，所述的控制电路板30中包括有控制器310，控制器310上连接有温湿度测量模块320、心率测量模块330、运动测量模块340、实时时钟模块350、人机交互模块360和带电感应模块370。所述的各模块接口电路分别与控制器310和对应传感器连接，保证手环系统的控制信息和数据信息可靠稳定地传输。
所述的温湿度测量模块320包括全数字温湿度传感器及其接口电路。分别与所述单片机和电源部分连接，采用全数字温湿度传感器，温度精度为±0.4℃，湿度精度为±3％RH。考虑到电气检修的环境参数，本发明将温湿度测量功能与验电功能结合，温湿度测量模块采用全数字温湿度传感器，当湿度大于80％时，手环上人机交互模块的液晶屏提醒佩戴人员禁止进行带电作业。
所述的心率测量模块330包括光学心率传感器及其接口电路。分别与所述单片机和电源部分连接，所述心率传感器采用光学心率传感器，其优点是驱动电路较简单且占空间较小。本发明应用在强电磁的检修环境中时，佩戴人员可以通过心率参数及时发现身体不适情况。
所述的运动测量模块340包括三轴加速度传感器及其接口电路。分别与所述单片机和电源部分连接，这是实现运动健康功能的硬件基础，通过此模块将原始数据送至单片机可以实现计步，进而测量距离和计算卡路里消耗。
所述的实时时钟模块350包括实时时钟芯片及其接口电路。分别与所述单片机和电源部分连接。实时时钟模块由纽扣电池单独供电，单片机接收此模块传送的原始，进行处理并控制液晶屏将时间信息显示出来。
如图3所示，人机交互模块360包括有由液晶屏361和功能按键362组成的操作面板，由蜂鸣器363和振动马达364组成的报警模块。所述液晶屏361和功能按键362组成了手环的操作面板，佩戴人员通过操作面板上的功能按键和液晶屏来选择手环的功能。所述蜂鸣器363和震动马达364组成手环的报警输出模块，当开启验电功能并感应到带电信号时，所述模块便发出声音和震动的报警提示信息。
如图4所示，带电感应模块370由感应天线410、信号放大电路及结构电路连接组成。所述的带电感应模块370中包括有放大电路，所述的放大电路采用三个三极管级联构成，三个三极管级均是基极为输入，发射极为输出；感应天线测量的电压经三个三极管级联放大，由最后一级输出Vin送至控制器310的IO输入引脚；Vout引出端连接控制器310的输出引脚，经PNP晶体管放大后控制场效应管；3.3V电源经场效应管后为晶体管供能。
所述的带电感应模块320为非接触式检测单元，通过感应带电体周围电场来验电。具体步骤为：
1Vout引出端连接控制器310的输出引脚，用于控制带电感应模块的使用，当佩戴人员进行电气检修工作时，通过按键选择手环验电模式，该引脚输出高电平，MOSFET开关导通，带电感应模块开始正常工作；
2Vin引出端连接控制器310的IO输入引脚，手环验电模式下，当感应天线检测到周围存在微弱的电场信号时，三级放大电路构成的放大单元以50Hz频率通断，单片机引脚输入检测到Vin的电平变化后，控制人机交互模块的蜂鸣器和震动马达工作，发出报警声和震动，同时控制液晶屏显示验电提示信息。
实际使用时，还可根据检测灵敏度的需要调整感应天线尺寸，也可调整三极管的放大倍数。
传感器模块40通过对应的接口电路与控制电路板30中的控制器310连接，传感器模块40中包括有感应天线、全数字温湿度传感器、光学心率传感器、三轴加速度传感器。其中所述感应天线可以通过改变尺寸来调节感应灵敏度，所述四种传感器均与对应的模块接口电路和单片机连接，将原始信号和数据传送至单片机。
具体的，控制器310可使用型号为STM32F103CBT，全数字温湿度传感器可使用型号为DHT11、光学心率传感器可使用型号为NJL5303R、三轴加速度传感器可使用型号为MPU9250、实时时钟芯片可使用型号为PCF8563、液晶屏可使用型号为0.91寸12832点阵OLED，蜂鸣器可使用型号为DET402-G-1，振动马达可使用型号为1027手机扁平马达。
Claims (9)
1.一种具有验电功能的智能手环，包括绝缘外壳和腕带，其特征在于：手环本体(10)中包括有电源部分(20)、控制电路板(30)和传感器模块(40)；
所述的控制电路板(30)中包括有控制器(310)，控制器(310)上连接有温湿度测量模块(320)、心率测量模块(330)、运动测量模块(340)、实时时钟模块(350)、人机交互模块(360)和带电感应模块(370)；所述的带电感应模块(370)由感应天线(410)、信号放大电路及结构电路连接组成；
所述的传感器模块(40)通过对应的接口电路与控制电路板(30)中的控制器(310)连接，传感器模块(40)中包括有感应天线、全数字温湿度传感器、光学心率传感器、三轴加速度传感器。
2.根据权利要求1所述的一种具有验电功能的智能手环，其特征在于：所述的带电感应模块(370)中包括有放大电路，所述的放大电路采用三个三极管级联构成，三个三极管级均是基极为输入，发射极为输出；感应天线测量的电压经三个三极管级联放大，由最后一级输出Vin送至控制器(310)的IO输入引脚；Vout引出端连接控制器(310)的输出引脚，经PNP晶体管放大后控制场效应管；3.3V电源经场效应管后为晶体管供能。
3.根据权利要求1所述的一种具有验电功能的智能手环，其特征在于：所述的温湿度测量模块(320)包括全数字温湿度传感器及其接口电路。
4.根据权利要求1所述的一种具有验电功能的智能手环，其特征在于：所述的心率测量模块(330)包括光学心率传感器及其接口电路。
5.根据权利要求1所述的一种具有验电功能的智能手环，其特征在于：所述的运动测量模块(340)包括三轴加速度传感器及其接口电路。
6.根据权利要求1所述的一种具有验电功能的智能手环，其特征在于：所述的实时时钟模块(350)包括实时时钟芯片及其接口电路。
7.根据权利要求1所述的一种具有验电功能的智能手环，其特征在于：所述的人机交互模块(360)包括有由液晶屏(361)和功能按键(362)组成的操作面板，由蜂鸣器(363)和振动马达(364)组成的报警模块。
8.一种使用权利要求3所述的具有验电功能的智能手环进行验电检测的方法，其特征在于：所述的带电感应模块(320)为非接触式检测单元，通过感应带电体周围电场来验电。
9.根据权利要求8所述的验电检测的方法，其特征在于：具体步骤为：
1)Vout引出端连接控制器(310)的输出引脚，用于控制带电感应模块的使用，当佩戴人员进行电气检修工作时，通过按键选择手环验电模式，该引脚输出高电平，MOSFET开关导通，带电感应模块开始正常工作；
2)Vin引出端连接控制器(310)的IO输入引脚，手环验电模式下，当感应天线检测到周围存在微弱的电场信号时，三级放大电路构成的放大单元以50Hz频率通断，单片机引脚输入检测到Vin的电平变化后，控制人机交互模块的蜂鸣器和震动马达工作，发出报警声和震动，同时控制液晶屏显示验电提示信息。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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