CN208888981U - 一种具有防抢预警功能的可穿戴装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有防抢预警功能的可穿戴装置，包括人体探测电路、测距电路、控制器、无线传输模块和供电模块，用于探测后方是否有人的人体探测电路以及用于探测后方物体的距离的测距电路分别与控制器相连，控制器通过无线传输模块与移动终端相连，供电模块为上述各个部件供电。本实用新型通过是否有人以及后方物体接近用户的距离、速度、加速度等，即可预测发生抢劫的可能性，从而通过移动终端实现预警,具有体积小、预警准确的优点。

Description

一种具有防抢预警功能的可穿戴装置

技术领域

本实用新型涉及个人安全防护设备研究领域，特别涉及一种具有防抢预警功能的可穿戴装置。

背景技术

现代移动终端的发展迅猛，在这种背景下，移动终端逐渐替代了生活中其他的电子设备，甚至可以说已经成为生活的必备品之一。但是这个必备品是一把双刃剑，用得好有利于提高生活便利度，用得不好就会让人成为路上的低头族。在行进的路上，只看着移动终端而没有注意到可能存在的危险，同时在夜间行走，看上去较为弱势的群体如大多数的女性都是比较危险的，而在遇到危险时，人们的反应一般都会很慌张，很难在当下立即做出一个较好的个人安全保护动作。

目前已经有一些抢劫预警方面的研究，但是普遍存在预警方法精度不高，预警设备复杂、成本高、体积大等缺陷，尚不能满足实际的应用需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种具有防抢预警功能的可穿戴装置，该可穿戴装置具有体积小、预警准确的优点。

本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：一种具有防抢预警功能的可穿戴装置，包括人体探测电路、测距电路、控制器、无线传输模块和供电模块，用于探测后方是否有人的人体探测电路以及用于探测后方物体的距离的测距电路分别与控制器相连，控制器通过无线传输模块与移动终端相连，供电模块为上述各个部件供电。本实用新型通过是否有人以及后方物体接近用户的距离、速度、加速度等，即可预测发生抢劫的可能性，从而通过移动终端实现预警。

优选的，所述人体探测电路采用红外人体探测电路，红外人体探测电路包括半柱型菲涅尔透镜，热释电红外传感器和带通滤波放大器，半柱型菲涅尔透镜设置在可穿戴装置表面，热释电红外传感器设置在半柱型菲涅尔透镜的焦点处；热释电红外传感器采集的信号经带通滤波放大器放大和滤波后传输到控制器。

更进一步的，所述热释电红外传感器包括红外滤镜、双元热释电感应单元和场效应管放大器，红外滤镜滤除非人体红外辐射波长，双元热释电感应单元检测人体红外辐射信号，场效应管放大器将该信号放大后传输到控制器。

优选的，所述测距电路采用超声波测距电路，超声波测距电路包括音频放大器、超声波发射器、超声波接收器、放大器和锁相环，控制器控制产生超声波信号，音频放大器将超声波信号进行音频功率放大后发送到超声波发射器，超声波发射器将其发射到身后区域；超声波接收器接收回波信号，经放大器放大和滤波后再经锁相环检波输入到控制器。

优选的，所述无线传输模块采用蓝牙模块。

优选的，所述供电模块包括充电电池和充电电路，所述充电电路包括供电电路和充电USB接口，充电电池通过供电电路为可穿戴装置中各个部件供电；通过两个分压电阻检测充电电池的电压，电压信号发送到控制器。从而可以实现在移动终端APP上进行电池状态监测。

优选的，所述可穿戴装置上设有一夹子。通过该夹子可以将可穿戴装置夹在身体后部的背包面上或背包背带上。

更进一步的，所述可穿戴装置采用半球形结构，夹子设置在半球形的底部。使得红外人体探测电路、超声波测距电路等均朝向使用者的背面，提高探测的精度。

优选的，可穿戴装置的外形表现为挂饰或卡通人物。从而不会引起嫌疑人的察觉，同时提高穿戴的美观。

优选的，所述可穿戴装置还包括防暴设备，防暴设备为移动终端内的蜂鸣器，和/或设置在移动终端外手机套内的高压电击装置。当判定为有抢劫风险时，移动终端蜂鸣器发出报警声，高压电击装置可便于用户及时保护自身安全。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

本实用新型所述具有防抢预警功能的可穿戴装置，可通过夹子夹在身体后部的背包面上或背包背带上，即可实时探测身后监控区域的人体目标，通过移动终端提前判定出抢劫的风险，并及时开启移动终端防暴设备，定位报警等功能，确保人身体安全。

附图说明

图1(a)、(b)分别为本实施例可穿戴装置外形结构的正视图和侧视图。

图2是本实施例可穿戴装置的内部电路组成方框图。

图3是本实施例可穿戴装置的工作流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

本实施例一种具有防抢预警功能的可穿戴装置，成半球形结构，如图1(a)、(b)所示，外观可设计成直径几个厘米的不太引人注意的挂饰或卡通人物。可穿戴装置包括人体探测电路、测距电路、控制器、无线传输模块和供电模块，其中人体探测电路以及测距电路分别与控制器相连，控制器通过无线传输模块与移动终端相连，供电模块为上述各个部件供电。下面结合附图2，对各个部件的结构、部件之间的连接关系和工作原理进行具体说明。

一、人体探测电路

本实施例中人体探测电路采用红外人体探测电路，用于检测身后区域是否有人体存在和人体总体辐射数据。包括半柱型菲涅尔透镜1、热释电红外传感器2和带通滤波放大器。

(1)半柱型菲涅尔透镜

半柱型菲涅尔透镜用于热释电红外人体探测，主要起到两个作用：一个是聚焦作用，将人体辐射的红外线聚焦到热释电红外传感器的敏感元上，从而增加热释电红外探测器的感应视场和感应距离，另一个作用是将热释电红外传感器的感应视场进行明暗分区，当身后有人体经过传感器探测区域时就能产生连续变化的模拟信号，方便后续电路采集人体红外辐射数据与识别。

(2)热释电红外传感器

热释电红外传感器用于实现人体红外辐射信号的检测。热释电红外传感器由红外滤镜、双元热释电感应单元和场效应管放大器组成。

红外滤镜用于滤除5-14μm波长以外的红外辐射，仅让人体红外辐射波长能够作用于双元热释电感应单元，从而产生热电信号，保证热释电红外传感器能够检测到人体红外辐射。

双元热释电感应单元用于抑制环境温度造成的影响，有效的检测到红外辐射信号的波动，完成运行人体红外辐射信号的检测。双元就是将两个热释电感应单元反向串联的结构，当无人体进入身后区域时，两个感应单元以相反的极性串联，由于环境温度影响所产生的电荷抵消，无电压输出，传感器无电压输出；当身后区域有静止人体时，照射到两个感应单元上的红外辐射能量相等，感应单元上产生等量的相反的电荷，传感器仍然没有电压输出。在灯光或阳光下，同样由于感应单元上产生等量的相反的电荷，传感器仍然没有电压输出；当有人体在身后区域移动时，人体产生的红外辐射使两个感应单元上接收到的红外辐射的能量不同，感应单元上产生不同的电压，传感器则输出电信号。

场效应管放大器用于将热释电红外传感器的感应单元检测的人体红外辐射信号进行放大。

热释电红外传感器的型选用LHI968，该传感器在0.01-10Hz范围内，响应率比较大。而这与人体目标正常运动时的频率范围一致，因此该传感器适用于快速移动人体红外辐射探测。

(3)带通滤波放大器

带通滤波放大器用于将热释电红外传感器送来的小信号进行放大和滤波。选用LM324集成运算放大器组成的二级放大和电阻电容组成的带通滤波器实现。

二、测距电路

本实施例中，测距电路采用超声波测距电路，超声波测距电路用于测量身后区域靠近人体相对距离，并在计步频率的同步下，通过控制器和蓝牙模块将相对距离数据发送给智能移动终端。超声波测距电路包括音频放大器、超声波发射器4、超声波接收器3、放大器和锁相环，

(1)音频放大电路

音频放大电路用于将控制器产生频率为25KHz的超声波信号进行音频功率放大，选用型号为LM386的音频放大电路。

(2)超声波发射器和超声波接收器

超声波发射器用于将一定功率、频率为25KHz的超声波信号发射到身后区域；超声波接收器用于接收发射器发射到身后区域后，通过靠近人体反射的回波信号。超声波发射器和超声波接收器均采用型号为USO16T-25MPW超声波探头，其直径为16MM，频率25KHz的超声波探头。

(3)放大器

放大器用于将超声波接收器送来的回波信号进行放大和滤波。选用LM324集成运算放大器组成的一级放大和电阻电容组成的带通滤波器实现。

(4)锁相环

锁相环用于将放大器输出的25KHz的超声波回波进行检波，当检测到25KHz的超声波回波信号时，输出端由原来的低电平变为高电平，将输出端与控制器的中断端相连接，当收到高电平时，控制器的计数器停止计数，根据计数器换算为时间t，根据公式S＝vt/2可计算出待测距离S，v为声速，t是测得的时间。锁相环选用型号为LM567的锁相环电路。

三、控制器

本实施例中，控制器主要用于完成以下功能：

(1)通过蓝牙模块接收移动终端发过来的开启指令唤醒整机电路由休眠状态转换为人体探测工作状态。

(2)通过蓝牙模块接收移动终端发过来的使用者的步数频率。以步数频率为周期，采集热释电红外传感器探测的人体红外辐射信号数据，并通过蓝牙模块传输给智能移动终端。

(3)通过蓝牙模块接收移动终端发过来的测距指令。开启超声波测距工作状态，将连续测得的人体相对使用者的距离数据，通过蓝牙模块传输给智能移动终端。

(4)产生超声信号。控制器通过引脚端输出脉冲宽度为40/μs、载波为25kHz的超声波脉冲串，经音频放大器推动超声波发射器发射出去。超声波接收器将接收到的反射超声波送到放大器进行放大，然后用锁相环进行检波。

(5)监测电池电量。当充电电池电量过低时，将电压告警信号通过蓝牙模块传输给智能移动终端。

实际应用时控制器可选用IAP15W4K58S4单片机，IAP15W4K58S4单片机是STC公司生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是宽电压/高速/高可靠/低功耗/超强干扰的新一代MCU。IAP15W4K58S4具有8路CCP/PWM/PCA，8路10位高速A/D，内置4KB大容量SRAM，4组超高速异步串行通信口和1组高速同步串行通信端口SPI，它的供电电压很宽，在2.5-5.5V之间都能正常工作。

四、无线传输模块

本实施例中，无线传输模块采用蓝牙模块，蓝牙模块用于完成控制器与移动终端之间数据的透明传输。实际应用中可选用TELESKY HC-05蓝牙模块，该模块具有完善的功能以及显著的特点，USB端口、内置的2.4GHZ小型天线、标准的UART作为系统的硬件配置。同时系统功耗也较低，休眠状态下电流值小于1mA，体积较小，工作电压只有3.3V。

五、供电模块

本实施例中，供电模块包括充电电池5和充电电路，充电电路包括供电电路和充电USB接口7。充电USB接口用于外接+5V直流电源，可通过接在开关电源充电器、充电宝的接口等上的电源线接入。充电电池与充电USB接口送过来的+5V直流电源并联接入，可直接给电池充电的同时，还给供电模块供电。

当外接充电USB接口不供电时，由充电电池向供电模块供电，并通过两个分压电阻将充电电池的电压送入控制器的AD转换端，控制器将采集到的电池电压数据通过蓝牙模块发送给移动终端APP。当电池电压低与一定值时，APP产生电池电量不足的告警提示。

本实施例中，充电电池选用锂电池。供电电路用于将USB接口送入的+5V直流电压或电池供电电压转换为+3.3V直流电压，为整机电路供电，选用MCP1700型三端稳压集成电路。

所述可穿戴装置还包括防暴设备，防暴设备包括移动终端内的蜂鸣器作为报警器和安装在移动终端外的专用手机套，该专用手机套上装有高压电击装置，电池和与移动终端数据接口相连接的数据线，当判定为有抢劫风险时，移动终端蜂鸣器发出报警声，并通过APP软件发出开启移动终端防暴设备指令，经移动终端数据接口相连接的数据线传输到移动终端防暴设备，开启高压电击装置，保证用户能及时使用，以保护自身安全。

作为一种优选的造型，参见图1(a)，本实施例可以将圆形的超声波发射器和接收器安装在半球形可穿戴装置的上方两侧，做成卡通人物的眼；半柱型菲涅尔透镜安装在半球形可穿戴装置的下方，做成卡通人物的嘴。在可穿戴装置平面一侧设有夹子6，夹子用于将可穿戴装置固定在背包面朝后部方向。所有电路元器件焊接在电路板8上。热释电红外传感器安装在半柱型菲涅尔透镜的焦点处。充电USB接口用于实现外部充电器对可穿戴装置内部的充电电池充电。充电电池安装在电路板的后部。

本实施例所述可穿戴装置防抢预警功能的实现方法是：通过移动终端上的软件APP向蓝牙模块发出启动防抢功能，可穿戴装置运用其红外人体探测电路判定身后监测区域是否有人体，通过控制器和蓝牙模块将身后人体红外辐射量数据B发送给移动终端，由移动终端APP计算出△B变化率，判定是否有运动人体在接近身后。可穿戴装置通过超声波测距电路计算出靠近人体相对距离，通过控制器和蓝牙模块将相对距离数据发送给移动终端，由移动终端APP计算出靠近人体移动的速度、加速度，当速度和距离超过设定值，确定为有危险人体靠近，APP软件启动蜂鸣器发出报警声和移动终端防暴设备、信息、定位报警等功能，确保使用者人身体安全。工作过程分为三个工作状态，流程图如图3所示。

1.初始化工作状态

初始化工作状态用于启动可穿戴装置和监测充电电池电压。当打开移动终端上的软件APP后，移动终端通过自身的蓝牙模块向可穿戴装置蓝牙模块发出唤醒指令，并启动控制器工作，控制器将通过两个分压电阻将充电电池的电压送入控制器的A/D转换端，控制器将采集到的电池电压数据通过蓝牙模块发送给智能移动终端APP，当电池电压低于一定值时，APP产生电池电量不足的告警提示；当电池电压正常时，则进入人体探测工作状态。

2.人体探测工作状态

人体探测工作状态用于识别身后监测区域是否有靠近人体。可穿戴装置是随使用者行走运动或静止不动，由移动终端上软件APP通过自身的加速度传感器测量出使用者的运动状态，调用计步解算模块，将实测的计步频率通过蓝牙模块下传给可穿戴装置上控制器。当使用者处于静止状态时，则软件APP将前次测量的计步频率上传，确保控制器在使用者在运动和静止状态下都有采集周期。控制器则以计步频率为周期，按计步周期采集身后监控区域内人体红外辐射信号数据B，通过蓝牙模块上传给智能移动终端，由智能移动终端对每个周期的人体红外辐射信号数据B进行变化率计算，当连续N个周期的数据△B变化率为正，说明身后监控区域内的人体红外辐射信号幅度在递增，即可能有人体目标在运动接近使用者，进入超声波测距工作状态；反之，判定为身后监控区域内人体目标离开使用者或与使用者同步，则继续探测。

3.超声波测距工作状态

超声波测距工作状态用于进一步检测出接近的人体目标的距离，速度和加速度，识别人体目标对使用者的危险程度。通过控制器产生的超声波信号送到超声波测距电路，再通过控制器计算出靠近人体相对距离S，由蓝牙模块将相对距离数据S发送给智能移动终端，由移动终端APP计算出靠近人体移动的速度V、加速度a，当速度V超过设定值，并且加速a＞0，确定为有危险人体靠近，APP启动移动终端防暴设备、信息、定位报警等功能，确保使用者人身体安全；反之，则返回到人体探测工作状态。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有防抢预警功能的可穿戴装置，其特征在于，包括人体探测电路、测距电路、控制器、无线传输模块和供电模块，用于探测后方是否有人的人体探测电路以及用于探测后方物体的距离的测距电路分别与控制器相连，控制器通过无线传输模块与移动终端相连，供电模块为上述各个部件供电。

2.根据权利要求1所述的具有防抢预警功能的可穿戴装置，其特征在于，

所述人体探测电路采用红外人体探测电路，红外人体探测电路包括半柱型菲涅尔透镜，热释电红外传感器和带通滤波放大器，半柱型菲涅尔透镜设置在可穿戴装置表面，热释电红外传感器设置在半柱型菲涅尔透镜的焦点处；热释电红外传感器采集的信号经带通滤波放大器放大和滤波后传输到控制器。

3.根据权利要求2所述的具有防抢预警功能的可穿戴装置，其特征在于，所述热释电红外传感器包括红外滤镜、双元热释电感应单元和场效应管放大器，红外滤镜滤除非人体红外辐射波长，双元热释电感应单元检测人体红外辐射信号，场效应管放大器将该信号放大后传输到控制器。

4.根据权利要求1所述的具有防抢预警功能的可穿戴装置，其特征在于，所述测距电路采用超声波测距电路，超声波测距电路包括音频放大器、超声波发射器、超声波接收器、放大器和锁相环，控制器控制产生超声波信号，音频放大器将超声波信号进行音频功率放大后发送到超声波发射器，超声波发射器将其发射到身后区域；超声波接收器接收回波信号，经放大器放大和滤波后再经锁相环检波输入到控制器。

5.根据权利要求1所述的具有防抢预警功能的可穿戴装置，其特征在于，所述供电模块包括充电电池和充电电路，所述充电电路包括供电电路和充电USB接口，充电电池通过供电电路为可穿戴装置中各个部件供电；通过两个分压电阻检测充电电池的电压，电压信号发送到控制器。

6.根据权利要求1所述的具有防抢预警功能的可穿戴装置，其特征在于，所述可穿戴装置上设有一夹子。

7.根据权利要求6所述的具有防抢预警功能的可穿戴装置，其特征在于，所述可穿戴装置采用半球形结构，夹子设置在半球形的底部。

8.根据权利要求1所述的具有防抢预警功能的可穿戴装置，其特征在于，可穿戴装置的外形表现为挂饰或卡通人物。

9.根据权利要求1所述的具有防抢预警功能的可穿戴装置，其特征在于，所述可穿戴装置还包括防暴设备，防暴设备为移动终端内的蜂鸣器，和/或设置在移动终端外手机套内的高压电击装置。