CN206101743U

CN206101743U - 一种北斗/gps定位消防智能头盔

Info

Publication number: CN206101743U
Application number: CN201621128200.6U
Authority: CN
Inventors: 杜文平; 马文静
Original assignee: Shaanxi Institute of International Trade and Commerce
Current assignee: Shaanxi Institute of International Trade and Commerce
Priority date: 2016-10-18
Filing date: 2016-10-18
Publication date: 2017-04-19
Anticipated expiration: 2026-10-18

Abstract

本实用新型公开了一种北斗/GPS定位消防智能头盔，包括头盔系统、供氧系统、北斗/GPS模块、电平转换芯片、802.11模块、ARM芯片、电源、键盘、显示器和显示驱动模块。802.11模块由天线、多路开关、AL2230组成，电源安装在头盔的左耳位置，天线安装在头盔的最高处，ARM芯片安装在头盔的右耳位置，显示器安排在面罩两眼前方；键盘安装在头盔的右耳位置。本实用新型将GPS模块收集的信息通过802.11议传送并在头盔显示系统中显示，减轻救援人员的孤独感与恐惧感，减少救援人员的伤亡。

Description

一种北斗/GPS定位消防智能头盔

技术领域

本实用新型涉及消防设备技术领域，具体地说，涉及一种北斗/GPS定位消防智能头盔。

背景技术

当下消防工作日益严峻，如何保障救援人员在火灾现场的自身安全是一个急需解决的问题。现有技术中的智能头盔只是在头盔的外面增加位置指示灯来显示救援人员的位置，或者是在头盔上新增降温风扇、对讲系统、加装摄像头及照明类，目的或用于改善消防人员感受，或用于改善消防队员的视野；有的通过4G视频传送技术，可将救援现场的情景传至指挥中心，可使指挥中心及时了解火场形势；均无法提供救援人员的在救援现场的相对位置。有的技术方案中使用到了位置定位技术，使用的是消防传感器确定救援人员的位置，与嵌入式技术无关。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述技术存在的缺陷，提供一种北斗/GPS定位消防智能头盔，该产品概念设计理念与现实技术相结合，将GPS模块收集的信息通过802.11协议传送并在头盔显示系统中显示，减轻救援人员的孤独感与恐惧感，减少救援人员的伤亡。其具体技术方案为：

一种北斗/GPS定位消防智能头盔，包括头盔系统、供氧系统、北斗/GPS模块、电平转换芯片、802.11模块、ARM芯片、电源、键盘、显示器和显示驱动模块。802.11模块由天线、多路开关、AL2230组成，电源安装在头盔的左耳位置，天线安装在头盔的最高处，ARM芯片安装在头盔的右耳位置，显示器安排在面罩两眼前方；键盘安装在头盔的右耳位置。

进一步，所述头盔系统由头盔、颈部防护设施、显示器组成。

进一步，所述供氧系统由氧气瓶、供氧管、氧气面罩组成。

进一步，所述键盘采用触膜按钮阵列。

进一步，所述ARM芯片为嵌入式控制器。

进一步，所述电源为DC电池供电，且可充电。

电源由DC可充电电池、电源开关、电阻RP和发光二级管DP组成，为系统提供电源支持，发光二极管为电源指示灯。电源接至单片机Vcc引脚。

晶震为ARM芯片(单片机)外围核心电路之一，由晶体XTAL及电容CX1、CX2组成，为单片机提供时钟支持，分别接至单片机的XATL1和XATL2引脚。

北斗/GPS模块由GPS OEM版及电平转换器MAX232组成，以串行通信的方式连接至单片机的TXD和RXD引用，用于接收GPS信号。GPS OEM板可同时接收12颗卫星信号。可选北斗/GPS接收模块为ATGM330B。ATGM330B是高灵敏度北斗/GPS双模接收器，支持GPS和北斗的单系统定位和双系统定位。ATGM330B包含32个跟踪通道，可以同时接收所有的GPS和北斗2可见卫星信号。

键盘和显示器组成了系统的人机对话模块，完成对GPS OEM板、802.11模块及串行扩展芯片SP3539的工作配置。该部分对键盘输入的数据进行检测，对非法输入不予接受，同时提供修改功能，对正确的输入进行格式转换，形成完整的信息输入。同时完成从单片机读取数据到显示器和从显示器读取数据到单片机的双向数据传输

802.11模块由天线、多路开关、AL2230组成，接至单片机的串行通信接口TXD和RXD引脚上。

由于单片机ST89S54只有一个串行接口，而系统需要连接两个串行设备，所以需要一个串口扩展器SP3539。SP3539是采用低功耗CMOS工艺设计的通用异步串行口扩展芯片，它轻松地将1个串行口扩展成5个完全独立的且每个子串口波特率、奇偶校验方式、数据帧长度均可独立设置的全双工子串口。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

1.本实用新型使用了面罩显示系统，减轻显示系统的重量及显示系统的体积；

2.本实用新型采用了嵌入式控制器，减小控制器的体积，可利用重装入技术，可对系统进行软件升级；

3.本实用新型使用北斗/GPS卫星数据确定救援人员的位置，在显示同伴传送来的位置信息的同时，可向救援控制中心发送数据，使救援现场每救援人员和指挥人员都能相互了解各自的相对位置，以减轻救援人员的孤独感和恐惧感，减少救援人员的伤亡。

附图说明

图1为本实用新型北斗/GPS定位消防智能头盔的原理图；

图2为本实用新型北斗/GPS定位消防智能头盔的头盔系统和供氧系统。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案作进一步详细地说明。

如图1和图2所示，一种北斗/GPS定位消防智能头盔，包括头盔系统、供氧系统、北斗/GPS模块、电平转换芯片、802.11模块、ARM芯片、电源、键盘、显示器和显示驱动模块，802.11模块由天线、多路开关、AL2230组成。电源安装在头盔的左耳位置，天线安装在头盔的最高处，ARM芯片安装在头盔的右耳位置，显示器安排在面罩两眼前方；键盘安装在头盔的右耳位置。

所述头盔系统由头盔1、颈部防护设施、显示器2组成。

显示器2与氧气面罩3为一体设计，面罩兼显示器功能，面罩通过可旋转机构固定在头盔的两个耳朵位置，颈部防护设施4通过可制拆卸连接部件与头盔连接。

所述供氧系统由氧气瓶6、供氧管5、氧气面罩3组成。氧气瓶6通过双肩束带固定在消防人员身后，供氧管使用软性材料设计，连接氧气瓶6和氧气面罩3，供氧管5两端连接接口可拆卸。设计时按双氧气瓶设计，考虑到消防员的负重情况及救援的实际需要，可实际配备单氧气瓶。

所述键盘采用触膜按钮阵列。

所述ARM芯片为嵌入式控制器。

所述电源为DC电池供电或者可充电。

北斗/GPS定位消防智能头盔的原理图如系图1所示。

1.键盘、显示器、电源、晶震及北斗/GPS定位系统如图2所示，说明如下：

(1)电源

(2)晶震

晶震电路由晶体XTAL及电容CX1、CX2组成，为单片机提供时钟支持，分别接至单片机的XATL1和XATL2引脚。

(3)北斗/GPS定位

北斗/GPS定位由GPS OEM板及电平转换器MAX232组成，以串行通信的方式连接至单片机的TXD和RXD引用，用于接收GPS信号。GPS OEM板可同时接收12颗卫星信号。

(4)键盘、显示器

键盘和显示器组成了系统的人机对话模块，完成对GPS OEM板、802.11模块及串行扩展接口SP3539的工作配置。该部分对键盘输入的数据进行检测，对非法输入不予接受，同时提供修改功能，对正确的输入进行格式转换，形成完整的信息输入。同时完成从单片机读取数据到显示器和从显示器读取数据到单片机的双向数据传输。

本实用新型的主要器件参数如下：

(1)北斗/GPS模块GPS OEM板

1)捕获灵敏度

当OEM板天线接入GPS卫星信号L1载波电平范围为-130dBm～-120dBm或L2载波电平范围为-136dBm～-120dBm时，GPS接收机OEM板应能捕获卫星信号。

2)跟踪灵敏度

在GPS接收机OEM板跟踪卫星时，当L1载波信号电平降至-133dBm，或L2载波信号电平降至-139dBm时，GPS接收机OEM板跟踪应正常。

3)精度

a单点定位精度

a)水平定位精度：≤15m(2DRMS)；

b)垂直定位精度：≤25m(2DRMS)；

c)HDOP≤4或PDOP≤6。

注：RMS表示68％概率分布下的均方根差；DRMS表示距离均方根差；2DRMS表示双倍距离均方根差。

b相对定位精度

单频水平定位精度(mm)由公式5+1×10-6×D确定，双频定位精度(mm)由公5+1×10-6×D确定。其中D为基线长度，单位为千米(km)；单频静态基线＜15km；天线使用测量型接收天线，天线相位中心变化引起的基线测量误差应小于基线测量水平标称精度的十分之一。

4)授时精度

GPS接收机OEM板给出的UTC时间与国际UTC时间的一致程度，对于具有普通授时功能的GPS接收机OEM板，其1PPS输出授时精度应优于200ns(RMS)；对于具有精密授时功能的GPS接收机OEM板，其1PPS输出授时精度应优于50ns(RMS)。

5)跟踪灵敏度

GPS接收机OEM板接收模拟器信号，在跟踪卫星信号状态下，将GPS接收机OEM板的天线输入端的L1载波信号电平减到-133dBm和L2载波信号电平减到-139dBm，根据厂家提供的关于卫星是否跟踪的状态说明，观察GPS接收机OEM板接收的卫星信号是否失锁。

(2)可供选择的选北斗/GPS双模接收模块ATGM330B。

ATGM330B是高灵敏度北斗/GPS双模接收模块，支持GPS和北斗的单系统定位和双系统定位。ATGM330B包含32个跟踪通道，可以同时接收所有的GPS和北斗2可见卫星信号。

关键特性：

高灵敏度：-160d Bm

支持BD2、GPS的单系统定位和双系统联合定位

低功耗：小于280mW(双模连续跟踪并且定位)

(3)可供选择的GPS模块GR-87

HOLUX GR-87是一个高效能、低耗电的智慧型卫星接收模组或称做卫星接收引擎，他采用美国瑟孚SiRF star III公司所设计的第三代卫星定位接收晶片，是一个完整的卫星定位接收器具备全方位功能，能满足专业定位的严格要求与个人消费需求。

特色：

1)采用SiRF第三代高效能晶片高灵敏度、低耗电量晶片STAR III，内建ARM7TDMICPU可符合客制需求。

2)具备快速定位及追踪20颗卫星的能力。

3)体积超小，仅25.4×25×7公\u91d0。

4)晶片内建200,000个卫星追踪运算器，大幅提高搜寻及运算卫星讯号能力。

5)内建RTCM SC-104DGPS和WASS/EGNOS解调器。

6)低耗电量，具备有省电模式(Trickle-Power)功能，以及在设定的时间才启动的定时定位(Push-to-Fix)功能。

支援NMEA-0183v2.2版本规格输出。

(4)串行扩展接口SP3539

SP3539共有6个串口，即一个母串口，5个子串口，它们均为全双工的串行通信口，允许同时接收和发送数据。母串口与单片机相连，子串口与其它设备相连，这样便实现了一个串口单片机与五个串口设备相连。SP3539有一套发送地址线，一套接收地接线，可以选择发送串口和接收串口。

因SP3539的母串口和各子串口内部均有8个字节的接收和发送FIFO缓存器，因此扩展后的五个串口可以完全独立同时通信。SP3539各子串口均支持10位及11位数据帧格式，允许上位机更改各子串口的数据帧长度，初次上电后各子串口数据帧均为10位。

3)SP3539波特率

a母串口波特率

K5＝3600*Fosc_in

b子串口波特率

k＝600*Fosc_in/n

式中Fosc_in为输入时钟，单位为MHz，n为对应子串口的分频系数，默认为1。

(5)显示驱动接口ADS7846

ADS7846是BB公司生产的一种四线制触摸屏控制器。可广泛应用在电阻式触摸屏系统中。ADS7846的核心是一个具有采样和保持功能的12位逐次逼近式A/D转换器，其转换速率可达125kHz.且分辨率可编程为8位或12位。该器件不仅具有X、Y坐标测量功能，还具有电池电压、芯片温度、触摸压力和外模拟量4种测量功能，其工作方式可由控制字决定，片内的6选1模拟多路开关可根据微控制器送来的命令字来选择6个电压量之一(X+、Y+、Y-、VBAT、TEMP、AUX-IN)，并将其送入A/D转换器转换，然后再通过SPI接口将转换值送入微控制器。此外，ADS7846还集成有触摸识别电路，当检测到有触摸时，该电路会在PENIRQ(笔中断)引脚输出一个低电平信号，并以该信号向微控制器提出测量触点坐标的中断请求。该芯片采用单电源供电，工作电压为2.2～5.25V，且内部自带+2.5V的参考电压。

(6)802.11模块芯片AL2230

AL2230是世界上第一个也是最完整的嵌入式PA IEEE 802.11b/g的无线局域网解决方案，也是各大无线局域网设备厂商和模块制造商首选的802.11b/g解决方案，它将RF的大多数组件，如低噪声放大器(LNA)、电压控制振荡器(VCO)、基带滤波器，甚至功率放大器(PA)全部集成到一个单芯片上。AL2230S是支持802.11b/g应用的2.4GHz的频段收发器。有五个主要的块：功率放大器、发送器、接收器、频率合成器和三线接口。主要参数如下：

1)绝对最大额定值

AL2230芯片的绝对最大额定值如表1所示，若超出表中所列数据，会造成器件损坏。

表1AL2230芯片的绝对最大额定值

ITEM MIN.		MAX.
			Power supply voltage(Vcc)	-0.3V	4.0V
Pin voltage	-0.3V	Vcc+0.3V
			Maximum power dissipation	-	2W
Operating temperature	-40℃+85	℃
			Storage temperature	-65℃+150	℃
LNA input level	-	+10dBm
			PA output load mismatch	-	10∶1

2)直流规格

AL2230芯片的直流规格如所示，其典型值在VCC＝3.3V(PA)/2.8V(TRX)，TA＝25℃除非另有规定。

表2AL2230芯片的直流规格

注：16dBm OFDM模式下为227mA，19dBm CCK模式下249mA.

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，本实用新型的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种北斗/GPS定位消防智能头盔，其特征在于，包括头盔系统、供氧系统、北斗/GPS模块、电平转换芯片、802.11模块、ARM芯片、电源、键盘、显示器和显示驱动模块，802.11模块由天线、多路开关、AL2230组成，电源安装在头盔的左耳位置，天线安装在头盔的最高处，ARM芯片安装在头盔的右耳位置，显示器安排在面罩两眼前方；键盘安装在头盔的右耳位置。

2.根据权利要求1所述的北斗/GPS定位消防智能头盔，其特征在于，所述头盔系统由头盔、颈部防护设施、显示器组成。

3.根据权利要求1所述的北斗/GPS定位消防智能头盔，其特征在于，所述供氧系统由氧气瓶、供氧管、氧气面罩组成。

4.根据权利要求1所述的北斗/GPS定位消防智能头盔，其特征在于，所述键盘采用触膜按钮阵列。

5.根据权利要求1所述的北斗/GPS定位消防智能头盔，其特征在于，所述ARM芯片为嵌入式控制器。

6.根据权利要求1所述的北斗/GPS定位消防智能头盔，其特征在于，所述电源为DC电池供电且可充电。