CN115299666A - 一种嵌入式的物联网智能头盔、智能系统工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于嵌入式的物联网智能头盔，属于驾驶安全护具领域，行驶前传感器模块采集数据，驾驶时GPS定位模块采集驾驶速度及实时定位并传输给STM32控制器模块，STM32控制器模块判断驾驶人是否正常驾驶；SIM868通信模块接入电话、拨出电话并向紧急联系人发送事故发生地点，语音交互模块播报所接收信息；ESP8266通讯模块将数据发送至阿里云IOT应用开发平台。树莓派控制器模块通过摄像头模块采集驾驶人行驶路况视频，将视频保存或上传到阿里云IOT应用开发平台。本发明极大的提升了驾驶状态检测的功能性，能感知驾驶人的状态，规范了驾驶行为，增加了人机交互功能，并在发生交通事故时大大减少救援等待时间。

Description

一种嵌入式的物联网智能头盔、智能系统工作方法

技术领域

本发明属于驾驶安全护具领域，具体涉及一种嵌入式的物联网智能头盔、智 能系统工作方法。

背景技术

传统物理头盔在实际骑车场景中的功能主要体现在碰撞防护方面，虽然功能 简单，结构简洁，使用方便，但由于缺乏传感层和网络层的功能，在实际行驶过 程中对于不明确的危险驾驶情况并没有预警提醒作用，且在发生交通事故时无法 第一时间告知他人，获得及时到救治。随着校企联合促进科研项目的转移转化的 进一步推进，为了道路行驶安全，研究一种能预警提醒驾驶人，在发生交通事故 时及时告知他人的头盔是非常重要的。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于嵌入式的物 联网智能头盔，以解决现有技术中头盔没有预警提醒功能，且在发生交通事故时 无法第一时间告知他人、及时救治的问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种嵌入式的物联网智能头盔，传感器模块、GPS定位模块、 通信模块、语音交互模块、通讯模块、供电模块、摄像头模块、第一控制器模块、 第二控制器模块、蓝牙模块和开关模块；

所述传感器模块用于采集数据并传输给第一控制器模块；

所述GPS定位模块用于采集驾驶速度及实时定位并将数据发送至第一控制 器模块；

所述通信模块用于接入电话、拨出电话，以及向紧急联系人发送事故地点信 息；

所述语音交互模块用于语音播报第一控制器模块传输的信息；

所述通讯模块用于将第一控制器模块收集到的信息发送至阿里云IOT应用 开发平台；

所述供电模块用于提供电能；

所述摄像头模块用于拍摄路况并传输到第二控制器模块；

所述第二控制器模块用于在检测到事故标志位被置位时，将发生交通事故时 的驾驶视频上传到阿里云IOT应用开发平台；

所述第一控制器模块用于接收传感器模块输出的参数，根据参数判断驾驶人 状况并置位标志位；设置语音交互模块词条及模式，并将判断结果传输给语音交 互模块；

所述蓝牙模块用于连接第一控制器模块与下位机；

所述开关模块用于控制供电模块的通断。

优选地，所述传感器模块包括：薄膜式压力传感器模块、酒精检测传感器模 块和六轴加速度传感器模块；

所述薄膜式压力传感器模块用于检测头盔佩戴压力值；

所述酒精检测传感器模块用于检测驾驶者呼出气体所含酒精浓度值；

所述六轴加速度传感器模块用于采集加速度与摆动幅度，进而分析得到头盔 倾斜角度。

优选地，所述薄膜式压力传感器模块设置在头盔内侧顶部；酒精检测传感器 模块设置在头盔外侧，位于驾驶人佩戴后的下巴处；六轴加速度传感器模块设置 在头盔顶部。

优选地，所述供电模块为传感器模块、GPS定位模块、通信模块、语音交互 模块、通讯模块、摄像头模块、第一控制器模块、第二控制器模块和蓝牙模块提 供电能。

优选地，所述树莓派控制器模块上设置有WiFi模块，树莓派控制器模块通 过WiFi模块将数据上传到阿里云IOT应用开发平台。

优选地，，所述GPS定位模块设置在面罩与头盔的连接处，通信模块和通讯 模块均设置在头盔的后方，语音交互模块设置在头盔内前侧方，供电模块设置在 头盔顶部，摄像头模块设置在供电模块上，第一控制器模块、第二控制器模块、 蓝牙模块和开关模块设置在头盔后方，位于头盔内侧。

本发明还公开了一种嵌入式的物联网智能头盔的智能系统工作方法，打开开 关模块，供电模块开始供电；系统初始化；

传感器模块采集数据并传输至第一控制器模块；

第二控制器模块初始化，与其连接的摄像头模块初始化并开始记录；

通信模块接入网络；

第一控制器模块根据传感器模块采集的数据判断驾驶人状况并置位标志位；

第一控制器模块将收集的数据源上传阿里云IOT应用开发平台。

优选地，所述传感器模块包括：薄膜式压力传感器模块、酒精检测传感器模 块和六轴加速度传感器模块；第一控制器模块根据传感器模块采集的数据判断驾 驶人状况并置位标志位具体如下：

头盔佩戴检测：

第一控制器模块板载ADC将薄膜式压力传感器模块输入的头盔的压力参数 的模拟量转换成数字量，并与预设阈值对比；

若压力参数大于预设阈值，则识别为正确佩戴头盔；

若压力参数小于预设阈值，则置位佩戴标志位；

饮酒检测：

第一控制器模块板载ADC将酒精检测传感器模块输入的酒精含量的模拟量 转换成数字量，并与预设阈值对比；

若数字量大于预设阈值，则判定为酒驾；

若数字量小于预设阈值，则判定为正常驾驶；

驾驶速度检测与GPS定位：

第一控制器模块解析GPS定位模块发送的驾驶速度及实时定位数据；

在系统内建立数组缓冲区，解析、提取GPS字段，得到佩戴者的经纬度信 息；

骑行姿态检测：

第一控制器模块读取六轴加速度传感器模块中的陀螺仪数据和加速度计数 据，转化为欧拉角输入姿态判断函数；

当倾斜角度变化大于预设阈值时，识别为驾驶人发生交通事故，并置位事故 标志位；

当倾斜角度变化小于预设阈值时，识别为驾驶人正常驾驶，循环采集骑行姿 态数据并进行硬件解算；

STM32控制器检测标志位：

检测佩戴标志位是否被置位；

当佩戴标志位被置位时，语音交互模块进行语音播报，提醒驾驶人未佩戴头 盔，且控制下位机切断行车电源，禁止驾驶；

当佩戴标志位没有被置位时，检测酒驾标志位是否被置位；

当酒驾标志位被置位时，语音交互模块进行语音播报，提醒驾驶人检测到饮 酒，且控制下位机切断行车电源，禁止驾驶；

当酒驾标志位没有被置位时，检测事故标志位是否被置位；

当事故标志位被置位时，语音交互模块进行语音播报，提醒驾驶人检测到发 生事故，系统即将自动报警，询问驾驶人是否取消报警；

语音交互模块识别驾驶人口令；

若取消报警，则系统自动取消事故标志位置位并循环检测其他标志位；

若同意报警，则第一控制器模块控制通信模块将事故发生地点发送至紧急联 系人，且拨打紧急联系人电话预警。

优选地，所述第一控制器模块将收集的数据源包括：传感器模块采集到的具 体数据、佩戴标志位、酒驾标志位、事故标志位，在可视化Web中显示实时速度、 实时地图定位、报警记录、酒驾次数、电话提醒、设备运行状态和驾驶状态。

优选地，所述系统初始化包括：系统时钟初始化、串口初始化、传感器模块 初始化、语音交互模块初始化和连接阿里云初始化。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的一种基于嵌入式的物联网智能头盔，在行驶前通过传感器模块 采集数据并传输给STM32控制器模块，STM32控制器模块判断驾驶人是否正常 驾驶。利用GPS定位模块采集驾驶速度及实时定位并将数据发送至STM32控制 器模块。利用所述SIM868通信模块用于接入电话、拨出电话，在遇到交通事故 时向添加的紧急联系人发送事故发生的地点位置。利用语音交互模块用于报告设 备当前状态、驾驶人佩戴头盔状态、驾驶人饮酒状态、驾驶人驾驶姿态以及辅助 查询天气情况，除此之外用于辅助接入电话、拨出电话、接受驾驶人取消报警的 指令。利用ESP8266通讯模块用于将STM32控制器模块采集到的头盔佩戴状态、 是否饮酒状态、行驶速度、驾驶姿态以及实时定位经纬度数据发送至阿里云IOT应用开发平台。利用树莓派控制器模块通过摄像头模块采集驾驶人行驶路况视频， 将7日驾驶视频保存到本地储存卡或将发生交通事故时的驾驶视频上传到阿里云 IOT应用开发平台。本发明在驾驶状态检测方面的功能性有了极大的提升，能够 感知驾驶人的人身状态，在一定程度上规范驾驶行为，增加了人机交互功能，并 且在发生交通事故时大大减少救援等待时间。

附图说明

图1为本发明的头盔外表面结构示意图；

图2为本发明的头盔内表面结构示意图；

图3为本发明的系统框图；

图4为本发明的工作流程图。

其中：1-薄膜式压力传感器模块；2-酒精检测传感器模块；3-六轴加速度传 感器模块；4-GPS定位模块；5-SIM868通信模块；6-语音交互模块；7-ESP8266 通讯模块；8-供电模块；9-摄像头模块；10-STM32控制器模块；11-树莓派控制 器模块；12-蓝牙模块；13-开关模块。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述 的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的 实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实 施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、 “第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该 理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能 够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有” 以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或 单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元， 而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步 骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明公开了一种嵌入式的物联网智能头盔，包括：传感器模块、GPS定位 模块4、通信模块、语音交互模块6、通讯模块、供电模块8、摄像头模块9、第 一控制器模块、第二控制器模块、蓝牙模块12和开关模块13；

所述传感器模块用于采集数据并传输给第一控制器模块；

所述GPS定位模块4用于采集驾驶速度及实时定位并将数据发送至第一控 制器模块；

所述通信模块用于接入电话、拨出电话，以及向紧急联系人发送事故地点信 息；

所述语音交互模块6用于语音播报第一控制器模块传输的信息；

所述通讯模块用于将第一控制器模块收集到的信息发送至阿里云IOT应用 开发平台；

所述供电模块8用于提供电能；

所述摄像头模块9用于拍摄路况并传输到第二控制器模块；

所述第二控制器模块用于在检测到事故标志位被置位时，将发生交通事故时 的驾驶视频上传到阿里云IOT应用开发平台；

所述第一控制器模块用于接收传感器模块输出的参数，根据参数判断驾驶人 状况并置位标志位；设置语音交互模块6词条及模式，并将判断结果传输给语音 交互模块6；

所述蓝牙模块12用于连接第一控制器模块与下位机；

所述开关模块13用于控制供电模块8的通断。

所述摄像头模块9用于拍摄路况并传输到第二控制器模块；

所述第二控制器模块用于在检测到事故标志位被置位时，将发生交通事故时 的驾驶视频上传到阿里云IOT应用开发平台；

所述第一控制器模块用于接收传感器模块输出的参数，根据参数判断驾驶人 状况并置位标志位；设置语音交互模块6词条及模式，并将判断结果传输给语音 交互模块6；

所述蓝牙模块12用于连接第一控制器模块与下位机；

所述开关模块13用于控制供电模块8的通断。

进一步地，所述通信模块为SIM868通信模块5；所述通讯模块为ESP8266 通讯模块7；所述第一控制器模块为STM32控制器模块10；所述第二控制器模 块为树莓派控制器模块。

本发明还公开了一种嵌入式的物联网智能头盔的智能系统工作方法，包括：

打开开关模块13，供电模块8开始供电；系统初始化；

传感器模块采集数据并传输至STM32控制器模块10；

树莓派控制器模块11初始化，与其连接的摄像头模块9初始化并开始记录；

SIM868通信模块5接入网络；

STM32控制器模块10根据传感器模块采集的数据判断驾驶人状况并置位标 志位；

STM32控制器模块10将收集的数据源上传阿里云IOT应用开发平台。

作为本发明的某一具体实施方式，结合图1、图2和图3所示，一种嵌入式 的物联网智能头盔，包括头盔本体与下位机，头盔本体上设置有薄膜式压力传感 器模块1、酒精检测传感器模块2、六轴加速度传感器模块3、GPS定位模块4、 SIM868通信模块5、语音交互模块6、ESP8266通讯模块7、供电模块8、摄像 头模块9、STM32控制器模块10、树莓派控制器模块11和开关模块13。薄膜式 压力传感器模块1、酒精检测传感器模块2、六轴加速度传感器模块3、GPS定 位模块4、SIM868通信模块5、语音交互模块6、ESP8266通讯模块7、供电模 块8、蓝牙模块12分别与STM32控制器模块10相连，摄像头模块9与树莓派控 制器模块11相连，开关模块13与供电模块8连接。

作为本发明的某一可选实施方式，头盔本体上设置有薄膜式压力传感器模块 1，薄膜式压力传感器模块1用于检测头盔佩戴状态，具体地说，通过压感传感 器进行检测，压感传感器上内置一个可变电阻，当压感薄膜受到压力时，压感传 感器输出一个模拟量，采用STM32控制器模块10板载ADC将压感传感器所输 出的模拟量进行模拟量转成可以处理的数字量，预设压力值为1.5，当系统启动 以后，只有板载ADC采集的数字量的阈值大于1.5时，STM32控制器模块10识 别为正确佩戴头盔。

作为本发明的某一可选实施方式，头盔本体上设置有酒精检测传感器模块2， 酒精检测传感器模块2用于检测驾驶者是否饮酒，具体地说，驾驶人呼出气体所 含的乙醇气体会影响酒精检测传感器内部的可变电阻阻值，进而影响输出电压值， 采用STM32控制器模块10板载ADC将酒精检测传感器所输出的模拟量进行模 拟量转成可以处理的数字量，预设压力值为0.35，当大于预设值时，判定佩戴者 为酒驾。

作为本发明的某一可选实施方式，头盔本体上设置有六轴加速度传感器模块 3，六轴加速度传感器模块3用于采集加速度与摆动幅度，进而以倾斜角度判断 驾驶人是否发生事故。

进一步地，驾驶姿态识别模型通过如下方式构建：

STM32控制器模块10通过IIC读取六轴加速度传感器模块3中的陀螺仪数 据和加速度计数据，通过头盔的旋转和绕该旋转轴的角度可以构造一个四元数， 进一步转化为欧拉角输入姿态判断函数，当倾斜角度发生很大变化且大于系统预 设值时，STM32控制器模块10识别为驾驶人发生交通事故。

作为本发明的某一可选实施方式，在头盔本体上还设置有GPS定位模块4， GPS定位模块4与STM32控制器模块10连接；GPS定位模块4用于获取头盔本 体的位置信息及驾驶速度，并将获取的头盔本体的位置信息和驾驶速度发送给 STM32控制器模块10，STM32控制器模块10还用于存储头盔本体的位置信息， 同时，STM32控制器模块10将头盔本体的位置信息通过ESP8266通讯模块7发 送到阿里云IOT应用开发平台。如果发生驾驶人迷失问题后，可通过GPS定位 模块4的定位信息进行搜寻。

优选的，在头盔本体上还设置有SIM868通信模块5，SIM868通信模块5用 于接入电话、拨出电话，在遇到交通事故时向添加的紧急联系人发送事故发生的 地点位置。具体地说，系统启动，SIM868通信模块5开始建立通讯，当佩戴头 盔的驾驶人在驾驶的过程中遇到电话的接入，头盔会通过语音提示佩戴者是否接 通电话，若是接通电话可以使用SIM868通信模块5来接入电话，实现拨打电话 的功能。并且可以通过与STM32控制器模块10相连的GPS定位模块4来获取 佩戴者的实时定位，利用可视化Web来查看的设备的实时定位，假如佩戴智能头 盔的驾驶者在遇到危险情况时候，系统会向添加的紧急联系人发送事故发生的地 点位置，并且也可以在阿里云IOT应用开发平台查询数据日志。

作为本发明的某一可选实施方式，头盔本体上设置语音交互模块6，语音交 互模块6用于报告设备当前状态、驾驶人佩戴头盔状态、驾驶人饮酒状态、驾驶 人驾驶姿态以及辅助查询天气情况，除此之外还用于辅助接入电话、拨出电话、 接受驾驶人取消报警的指令。语音交互模块6大大提高了驾驶人在行驶过程中的 安全性和互动性，避免了因接打电话发生交通事故。

作为本发明的某一可选实施方式，在头盔本体上还设置有ESP8266通讯模块 7，STM32控制器模块10识别到头盔佩戴状态、驾驶人饮酒状态、驾驶姿态、行 驶速度以及实时定位后将通过ESP8266通讯模块7把数据上传到阿里云IOT应 用开发平台，用可视化Web来查看所述状态。

摄像头模块9与树莓派控制器模块11相连，摄像头模块9用于采集驾驶视 频，也就是说，摄像头模块9采集驾驶人开始驾驶后周边的路况信息并存储到树 莓派控制器模块11本体上的本地存储卡。优选的，树莓派控制器模块11本体上 还设置有Wi-Fi模块，Wi-Fi模块用于将发生交通事故时的驾驶视频上传到阿里 云IOT应用开发平台，通过可视化Web可以查看交通事故发生时现场情况。

蓝牙模块12用于所述STM32控制器模块10与所述下位机通讯，下位机接 收STM32控制器模块10指令控制行车电源的通断以达到在特定情况下禁止驾驶 人驾驶的目的。

优选的，如图1所示，本发明的头盔本体还配套有供电模块8，采用防爆电 池可以避免发生骑行交通事故以后，智能头盔因为撞击而自身发生爆炸，对于佩 戴者产生二次伤害。

参见图4，本发明的系统工作流程图主要分为系统上电、系统初始化、数据 采集、树莓派控制器初始化、SIM868通信模块5接入网络、功能执行和数据上 传至阿里云IOT应用开发平台七个步骤。

第一步，打开开关模块13，由供电模块8给系统供电。

第二步，系统初始化，包括系统时钟初始化、串口初始化、传感器模块初始 化、GPS定位模块4初始化、语音交互模块6初始化和连接阿里云初始化。

特别地，传感器模块初始化包括：薄膜式压力传感器模块1、酒精检测传感 器模块2和六轴加速度传感器模块3的初始化。

语音交互模块6由语音合成单元与语音播报单元构成，语音交互模块6与 STM32控制器模块10的连接方式为IIC通讯方式，内置MCU可以直接通过IIC 在录入识别词条和词条对应的序号。初始化包括IIC的初始化以及FLASH的数 据读取，读取已经录音的词条，在工作时设置语音命令词唤醒，当检测到唤醒标 志位时语音交互模块6按照预设功能进行工作。

连接阿里云初始化就是将ESP8266通讯模块7与阿里云IOT应用开发平台 建立网络连接，采用MQTT通信协议，使用AT指令配置ESP8266通讯模块7 为WIFI STA模式，由ESP8266通讯模块7自动连接预先设置好的行车热点，至 此完成连接阿里云初始化。

第三步是进行数据采集。薄膜式压力传感器模块1通过压感传感器进行检测， 压感传感器上内置一个可变电阻，当压感薄膜受到压力时，压感传感器输出一个 模拟量；酒精检测传感器模块2输出的电压值随内部可变电阻阻值的变化而变化； 六轴加速度传感器模块3采集陀螺仪数据和加速度计数据；

GPS定位模块4采集头盔本体的经纬度信息和驾驶速度数据。

第四步，树莓派控制器模块11初始化。首先将与之相连的摄像头模块9初 始化，开始记录行车视频；其次，树莓派控制器模块11通过其上的Wi-Fi模块与 阿里云IOT应用开发平台进行网络连接；此后，树莓派控制器模块11进行事故 标志位置位检测循环。若事故标志位被置位则将摄像头模块9所采集的两分钟内 的行车视频上传阿里云IOT应用开发平台；若事故标志位没有被置位，检测树莓 派内存是否充足，在充足的条件下将视频保存到本地生成mp4文件，内存不充足 则会释放前期一次的数据，轮循释放空间。

第五步是SIM868通信模块5接入网络。SIM868通信模块5集成GSM功能， 能够实现发短信、打电话、GPRS传输数据。等到智能头盔系统启动，SIM868 通信模块5开始建立通讯，当佩戴头盔的驾驶人在驾驶的过程中遇到电话的接入， 通过语音提示佩戴者是否接通电话，若是接通电话可以使用SIM868通信模块5 来接入电话，实现拨打电话的功能。发生事故时，智能头盔会向添加的紧急联系 人发送事故发生的地点位置，并且也可以在服务器查询数据日志。

第六步是将采集的数据放入STM32控制器模块10的功能函数中执行所有的 功能操作。

头盔佩戴检测：STM32控制器模块10板载ADC将传感器所输出的模拟量 进行模拟量转成可以处理的数字量，预设压力值为1.5，只有板载ADC采集的阈 值大于1.5时，STM32控制器模块10识别为正确佩戴头盔，进行下一步功能执 行；若板载ADC采集的阈值小于1.5时，置位佩戴标志位。

饮酒检测：采用STM32控制器模块10板载ADC将酒精检测传感器模块2 所输出的模拟量进行模拟量转成可以处理的数字量，预设压力值为0.35，当数字 量小于预设值时，进行下一步功能执行；当数字量大于预设值时，判定佩戴者为 酒驾，置位酒驾标志位。

驾驶速度检测与GPS定位：GPS定位模块4将位置信息和速度信息通过串 口的形式发送给STM32控制器模块10解析。在单片机端智能头盔系统建立数组 缓冲区，从数组缓冲区解析由GPS发送的信息，GPS发送二十位十六进制信息， 需要提取GPS字段，然后得到佩戴者的经纬度信息。

骑行姿态检测：STM32控制器模块通过IIC读取六轴加速度传感器中的陀螺 仪数据和加速度计数据，通过头盔的旋转和绕该旋转轴的角度可以构造一个四元 数，进一步转化为欧拉角输入姿态判断函数，当倾斜角度发生很大变化且大于系 统预设值时，STM32控制器模块识别为驾驶人发生交通事故，此时置位事故标志 位；当倾斜角度小于系统预设值时，循环采集骑行姿态数据并进行硬件解算。

STM32控制器检测标志位：首先检测佩戴标志位是否被置位，当佩戴标志位 被置位时语音交互模块6进行语音播报，提醒驾驶人未佩戴头盔，且在此时由 STM32控制器模块10通过下位机切断行车电源，禁止驾驶。当佩戴标志位没有 被置位时检测酒驾标志位是否被置位，当酒驾标志位被置位时语音交互模块6进 行语音播报，提醒驾驶人检测到饮酒，此时由STM32控制器模块10通过下位机 切断行车电源，禁止驾驶。当酒驾标志位没有被置位时检测事故标志位，当事故 标志位没有被置位时循环检测其他标志位；当事故标志位被置位时语音播报提醒 驾驶人已检测到发生事故，系统即将自动报警，问询驾驶人是否取消报警，此时 语音交互模块识别驾驶人口令，若驾驶人同意取消报警则系统取消事故标志位的置位并循环检测其他标志位，若驾驶人允许报警则通过STM32控制器模块10获 取位置信息，STM32控制器模块10会通过串口向SIM686通信模块5发送AT 指令，将事故发生地点以短信的方式发送给紧急联系人，且同时拨打紧急联系人 的电话发出预警信息。

第七步将数据上传服务器，阿里云IOT应用开发平台绑定STM32控制器模 块10提供的数据源，包括多传感器采集到的具体数据、佩戴标志位、酒驾标志 位、事故标志位，在可视化Web中显示实时速度、实时地图定位、报警记录、酒 驾次数、电话提醒、设备运行状态、驾驶状态等信息。

综上所述，一种基于嵌入式的物联网智能头盔，包括头盔本体，头盔本体上 设置有薄膜式压力传感器模块1、酒精检测传感器模块2、六轴加速度传感器模 块3、GPS定位模块4、SIM868通信模块5、语音交互模块6、ESP8266通讯模 块7、蓝牙模块12、供电模块8、摄像头模块9、STM32控制器模块10、树莓派 控制器模块11和开关模块13，薄膜式压力传感器模块1、酒精检测传感器模块2、 六轴加速度传感器模块3分别用于检测驾驶人头盔佩戴状态、饮酒状态以及驾驶 姿态；GPS定位模块4用于采集驾驶速度及实时定位；SIM868通信模块5用于 接入电话、拨出电话、在遇到交通事故时向紧急联系人发送事故发生的地点位置， 并将位置信息发送至STM32控制器模块10；语音交互模块6用于报告设备当前 状态、驾驶人佩戴头盔状态、驾驶人饮酒状态、驾驶人驾驶姿态以及辅助查询天 气情况，还用于辅助接入电话、拨出电话、接受驾驶人取消报警的指令；STM32 控制器模块10采集到的头盔佩戴状态、是否饮酒状态、行驶速度、驾驶姿态以 及实时定位经纬度数据通过ESP8266通讯模块5发送至阿里云IOT应用开发平 台，所有检测到的状态可在可视化Web上查看；树莓派控制器模块11将摄像头 模块9采集到的7日驾驶视频保存到本地储存卡或将发生交通事故时的驾驶视频 通过其本体上的Wi-Fi模块上传到阿里云IOT应用开发平台；所述蓝牙模块12 用于STM32控制器模块10与下位机通讯进而控制行车电源的通断；所述供电模 块8用于给所述各个设备模块供电；开关模块13用于控制供电模块的通断。本 发明在传统物理头盔的基础上，运用传感器技术、无线通讯技术与传输控制协议 构成了完整的智能安全预警系统，能够使佩戴本发明的驾驶人更加安全的进行道 路驾驶，维护交通稳定。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡 是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发 明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种嵌入式的物联网智能头盔，其特征在于，包括：传感器模块、GPS定位模块(4)、通信模块、语音交互模块(6)、通讯模块、供电模块(8)、摄像头模块(9)、第一控制器模块、第二控制器模块、蓝牙模块(12)和开关模块(13)；

所述传感器模块用于采集数据并传输给第一控制器模块；

所述GPS定位模块(4)用于采集驾驶速度及实时定位并将数据发送至第一控制器模块；

所述通信模块用于接入电话、拨出电话，以及向紧急联系人发送事故地点信息；

所述语音交互模块(6)用于语音播报第一控制器模块传输的信息；

所述通讯模块用于将第一控制器模块收集到的信息发送至阿里云IOT应用开发平台；

所述供电模块(8)用于提供电能；

所述摄像头模块(9)用于拍摄路况并传输到第二控制器模块；

所述第二控制器模块用于在检测到事故标志位被置位时，将发生交通事故时的驾驶视频上传到阿里云IOT应用开发平台；

所述第一控制器模块用于接收传感器模块输出的参数，根据参数判断驾驶人状况并置位标志位；设置语音交互模块(6)词条及模式，并将判断结果传输给语音交互模块(6)；

所述蓝牙模块(12)用于连接第一控制器模块与下位机；

所述开关模块(13)用于控制供电模块(8)的通断。

2.根据权利要求1所述的一种嵌入式的物联网智能头盔，其特征在于，所述传感器模块包括：薄膜式压力传感器模块(1)、酒精检测传感器模块(2)和六轴加速度传感器模块(3)；

所述薄膜式压力传感器模块(1)用于检测头盔佩戴压力值；

所述酒精检测传感器模块(2)用于检测驾驶者呼出气体所含酒精浓度值；

所述六轴加速度传感器模块(3)用于采集加速度与摆动幅度，进而分析得到头盔倾斜角度。

3.根据权利要求2所述的一种嵌入式的物联网智能头盔，其特征在于，所述薄膜式压力传感器模块(1)设置在头盔内侧顶部；酒精检测传感器模块(2)设置在头盔外侧，位于驾驶人佩戴后的下巴处；六轴加速度传感器模块(3)设置在头盔顶部。

4.根据权利要求1所述的一种嵌入式的物联网智能头盔，其特征在于，所述供电模块(8)为传感器模块、GPS定位模块(4)、通信模块、语音交互模块(6)、通讯模块、摄像头模块(9)、第一控制器模块、第二控制器模块和蓝牙模块(12)提供电能。

5.根据权利要求1所述的一种嵌入式的物联网智能头盔，其特征在于，所述第二控制器模块上设置有WiFi模块，第二控制器模块通过WiFi模块将数据上传到阿里云IOT应用开发平台。

6.根据权利要求1所述的一种嵌入式的物联网智能头盔，其特征在于，所述GPS定位模块(4)设置在面罩与头盔的连接处，通信模块和通讯模块均设置在头盔的后方，语音交互模块(6)设置在头盔内前侧方，供电模块(8)设置在头盔顶部，摄像头模块(9)设置在供电模块(8)上，第一控制器模块、第二控制器模块、蓝牙模块(12)和开关模块(13)设置在头盔后方，位于头盔内侧。

7.根据权利要求1～6任意一项所述的一种嵌入式的物联网智能头盔的智能系统工作方法，其特征在于，包括：

打开开关模块(13)，供电模块(8)开始供电；系统初始化；

传感器模块采集数据并传输至第一控制器模块；

第二控制器模块初始化，与其连接的摄像头模块(9)初始化并开始记录；

通信模块接入网络；

第一控制器模块根据传感器模块采集的数据判断驾驶人状况并置位标志位；

第一控制器模块将收集的数据源上传阿里云IOT应用开发平台。

8.根据权利要求7所述的一种嵌入式的物联网智能头盔的智能系统工作方法，其特征在于，所述传感器模块包括：薄膜式压力传感器模块(1)、酒精检测传感器模块(2)和六轴加速度传感器模块(3)；第一控制器模块根据传感器模块采集的数据判断驾驶人状况并置位标志位具体如下：

头盔佩戴检测：

第一控制器模块板载ADC将薄膜式压力传感器模块(1)输入的头盔的压力参数的模拟量转换成数字量，并与预设阈值对比；

若压力参数大于预设阈值，则识别为正确佩戴头盔；

若压力参数小于预设阈值，则置位佩戴标志位；

饮酒检测：

第一控制器模块板载ADC将酒精检测传感器模块(2)输入的酒精含量的模拟量转换成数字量，并与预设阈值对比；

若数字量大于预设阈值，则判定为酒驾；

若数字量小于预设阈值，则判定为正常驾驶；

驾驶速度检测与GPS定位：

第一控制器模块解析GPS定位模块(4)发送的驾驶速度及实时定位数据；

在系统内建立数组缓冲区，解析、提取GPS字段，得到佩戴者的经纬度信息；

骑行姿态检测：

第一控制器模块读取六轴加速度传感器模块(3)中的陀螺仪数据和加速度计数据，转化为欧拉角输入姿态判断函数；

当倾斜角度变化大于预设阈值时，识别为驾驶人发生交通事故，并置位事故标志位；

当倾斜角度变化小于预设阈值时，识别为驾驶人正常驾驶，循环采集骑行姿态数据并进行硬件解算；

STM32控制器检测标志位：

检测佩戴标志位是否被置位；

当佩戴标志位被置位时，语音交互模块(6)进行语音播报，提醒驾驶人未佩戴头盔，且控制下位机切断行车电源，禁止驾驶；

当佩戴标志位没有被置位时，检测酒驾标志位是否被置位；

当酒驾标志位被置位时，语音交互模块(6)进行语音播报，提醒驾驶人检测到饮酒，且控制下位机切断行车电源，禁止驾驶；

当酒驾标志位没有被置位时，检测事故标志位是否被置位；

当事故标志位被置位时，语音交互模块(6)进行语音播报，提醒驾驶人检测到发生事故，系统即将自动报警，询问驾驶人是否取消报警；

语音交互模块(6)识别驾驶人口令；

若取消报警，则系统自动取消事故标志位置位并循环检测其他标志位；

若同意报警，则第一控制器模块控制通信模块将事故发生地点发送至紧急联系人，且拨打紧急联系人电话预警。

9.根据权利要求7所述的一种嵌入式的物联网智能头盔的智能系统工作方法，其特征在于，所述第一控制器模块将收集的数据源包括：传感器模块采集到的具体数据、佩戴标志位、酒驾标志位、事故标志位，在可视化Web中显示实时速度、实时地图定位、报警记录、酒驾次数、电话提醒、设备运行状态和驾驶状态。

10.根据权利要求7所述的一种嵌入式的物联网智能头盔的智能系统工作方法，其特征在于，所述系统初始化包括：系统时钟初始化、串口初始化、传感器模块初始化、语音交互模块(6)初始化和连接阿里云初始化。

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