一种集成多功能的智能头盔、控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于骑行辅助配置设备领域，尤其涉及移动终端、计算机技术、通信技术等领域，特别是一种集成多功能的智能头盔、控制系统及控制方法。

背景技术

头盔是保护头部的装具，是人们交通中不可或缺的工具。它多呈半圆形，主要由外壳、衬里和悬挂装置三部分组成。外壳一般用钢材、塑料、皮革、尼龙等材料制作，以抵御弹头、弹片和其他打击物对头部的伤害。

目前，市面上的头盔结构简单、功能单一，且传统头盔存在盲区过大、不方便看导航、不方便接打电话等明显安全隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种集成多功能的智能头盔、控制系统及控制方法，所述头盔具有全视角、自带可视导航、语言控制接打电话、获取车身数据等功能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种集成多功能的智能头盔，包括：主控模块、语音处理模块、摄像头模块、投影模块、移动通信模块、定位模块、OBD（车载自动诊断系统，On Board Diagnostics）监测模块、无线传输模块、电源模块、存储模块、扬声器模块；

上述模块皆为微型模块，占用体积小，嵌入头盔内部；

所述主控模块，位于头部上方，采用CPU（中央处理器芯片，Central ProcessingUnit）与所述其他模块相连，接收所述语音识别模块翻译出的指令，将所述摄像头模块、OBD监测模块、定位模块采集来的相关数据进行处理，将数据流传送至投影模块。

所述语音处理模块，包括语音识别和语音合成功能，用于与车主进行语言信息传递；

所述摄像头模块，位于头盔后部，用于实时录像，采集后方路况信息；

所述投影模块，用于将主控模块生成的实时视频文件进行驱动显示，投影到头盔挡风玻璃处；

所述移动通信模块，用于实现接打电话、无线上网；

所述定位模块，用于提供当前位置，结合主控模块实现导航功能；

所述OBD监测模块，安装在车身上，用于获取行车参数，检测车身状况；

所述无线传输模块，分为无线发送模块和无线接收模块，用于发送和接收所述OBD检测模块测得的车身数据；

所述电源模块，用于为所述智能头盔供电；

所述存储模块，用于将所述摄像头模块拍摄的画面生成视频文件并保存，同时将所述定位模块记录的位置信息和所述OBD监测模块反馈的车身状况信息进行循环记忆存储；

所述扬声器模块，用于进行语言交互、导航、音频播放等。

一种集成多功能的智能头盔的控制系统，包括：

中央控制系统、语音交互子系统、影像记录子系统、微距投影子系统、移动通信子系统、导航子系统、OBD子系统、娱乐子系统；

语音交互子系统：包括语音交互网关、语音识别模块、语音合成模块。硬件终端采用嵌入式技术，将模拟信号编码为TTL（晶体管-晶体管逻辑电平，transistor transistorlogic）信号，通过通讯接口向中央控制系统发送相应的TTL电平信息；同时支持人机对话，通过语音合成模块，可与车主进行简单对话；

影像记录子系统：通过头盔外部的摄像头对后方道路交通状况进行实时视频采集，视频数据传入中央控制系统进行处理、显示和存储；

微距投影子系统：采用抬头显示技术，将中央控制系统输出的信息进行驱动显示；显示像通过透镜能在无限远点处成像，能够缩短视线的移动和焦点调节所需要的时间；

移动通信子系统：采用嵌入式SIM卡与车主手机卡绑定，来电可直接通过头盔接听，或者通过语言控制，呼叫头盔的语音智能控制子系统，进行电话拨打；

导航子系统：结合定位模块，使用所述头盔内嵌的导航程序进行导航；使用微距投影显示当前位置、路径的前进方向以及当前地点与的距离，播放导航提示语音；

OBD子系统：由OBD监测装置和无线传输模块组成。具体地，包括OBD监测仪、无线发送模块、无线接收模块；OBD监测仪是通过各种与机车运行有关的部件具备检测和分析与机车运行相关故障的功能；记录故障信息和相关代码，通过无线传输模块发送到头盔的中央控制系统；

中央控制系统：中央控制系统与语音交互子系统、影像记录子系统、微距投影子系统、OBD子系统、移动通信子系统、导航子系统、娱乐子系统相连接；

中央控制系统接受来自语音交互子系统的命令，接收OBD子系统、影像记录子系统的信息并将各种信息进行可视化处理，通过内部的字符处理机和图像处理机将数据翻译成预设好的文字、符号或图形；再将图形界面传送给微距投影子系统。

进一步地，还包括娱乐子系统，所述娱乐子系统通过读取扩展卡或访问云空间，实现音频、视频的播放。

一种集成多功能的智能头盔控制系统的控制方法，包括以下步骤：

启动头盔开关；

所述中央控制系统、影像记录子系统、微距投影子系统、OBD通信子系统开始工作，将车身后方路况、实时车况进行投影；此时语音交互子系统处于待命状态；

系统运行中，车主可随时语音发布行车导航和拨打电话等相关指令；

语音交互子系统接收指令，传送至中央控制系统；

导航子系统结合上述定位模块进行制导，移动通信子系统通过嵌入式SIM卡拨打电话；

当有电话呼入时，投影会显示来电动画，上述扬声器模块播放来电铃声，车主随时可以通过语音控制来电的接听与挂断；正在进行通话时无法呼入；

车主骑行时可语音控制娱乐子系统播放预置音频。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：可以切实帮助机车（电动车、摩托车）驾驶员获取足够的机车工况信息、监视记录驾驶周边环境，在切实提高安全驾驶系数的同时，还提供外界信息沟通、行车导航、音乐娱乐等信息娱乐功能，达到让驾驶员驾驶安全、便捷、舒适的目的。

附图说明

图1为本发明一种集成多功能的智能头盔的各模块物理连接示意图。

图2为本发明一种集成多功能的智能头盔控制系统的逻辑示意图。

图3为本发明一种集成多功能的智能头盔语音交互子系统结构框图。

图4为本发明一种集成多功能的智能头盔的视野范围示意图。

图5为本发明一种集成多功能的智能头盔OBD子系统结构图。

图6为本发明一种集成多功能的智能头盔影像处理机制工作流程图。

图7为本发明一种集成多功能的智能头盔的一种人机界面信息布局。

图8为本发明一种集成多功能的智能头盔人机界面呈现的信息元素分类。

图9为本发明一种集成多功能的智能头盔各子系软件流程图。

图10为本发明一种集成多功能的智能头盔的工作具体流程图。

图11为本发明一种集成多功能的智能头盔的大致构造及一种外观视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

一种集成多功能的智能头盔各模块包括：主控模块、语音处理模块、摄像头模块、投影模块、移动通信模块、定位模块、OBD监测模块、无线传输模块、电源模块、存储模块、扬声器模块。

其物理连接示意图如图1所示；所述无线传输模块包括但不限于蓝牙、WiFi（无线高保真，Wireless Fidelity）、红外、UWB（超宽带技术，Ultra Wideband）等无线传输方式。

如图2所示，一种集成多功能的智能头盔的控制系统包括：中央控制系统、语音交互子系统、影像记录子系统、微距投影子系统、OBD子系统、移动通信子系统、导航子系统、娱乐子系统。

一、语音交互子系统，其系统结构框图如图3所示。通过语音识别模块对话筒采集的语音指令进行识别。将模拟信号编码为TTL信号，通过通讯接口向中央控制系统的CPU发送相应的TTL电平信息；中央控制系统处理后，上述语音处理模块接收中央控制系统发送来的控制命令和文本，后合成为TTS（从文本到语音，Text To Speech）语音信号输出，实现解码，输出的信号经功率放大器进行放大后连接到喇叭进行播放。

语音交互子系统具体工作流程为：

MIC(麦克风，microphone)接收唤醒命令；

启动语音识别命令；

语音识别结果回传；

中央控制系统进行自然语音处理，发送相关指令给其他子系统；

中央控制系统进行对话管理，将应答发送至语音交互子系统；

语音解码，信号放大，播放合成的语音。

二、影像记录子系统，通过头盔后部的摄像头模块对后方道路交通状况进行实时视频采集，摄像头视角及人眼视野范围如图4所示：摄像头监视车身后方大部分视角范围，其余视角通过横向加长挡风玻璃获得，使车主不用摆头即可获得360°全视角。将编码后的视频数据传入中央控制系统进行画面处理、实时显示和循环记录存储。

三、微距投影子系统采用AR-HUD（增强显示抬头显示，Augmented Reality HUD）技术。将中央控制系统输出的信号进行驱动显示；显示像通过透镜能在无限远点处成像将虚像信息和现实路况实时信息进行叠加，让驾驶员更直接获取信息。

四、移动通信子系统，采用嵌入式SIM卡与车主手机卡绑定，来电可直接通过头盔接听，或者通过语言控制，呼叫头盔的语音智能控制子系统，进行电话拨打。

五、导航子系统包括上述定位模块、同时包括方向传感器、陀螺传感器、车速传感器等传感器实时测定车速、方向等；定位模块根据接收到的卫星信号计算此时位于地球坐标系中的具体位置；使用所述头盔内嵌的导航程序进行导航；使用微距投影显示当前位置、路径的前进方向以及当前地点与的距离，播放导航提示语音。

六、OBD子系统，结构如图5所示。OBD装置监测系统和部件，包括发动机、催化转化器、颗粒捕集器、氧传感器、排放控制系统、燃油系统、EGR；OBD监测仪与车身电子控制单元连接，通过各种与机车运行有关的部件具备检测和分析与机车运行相关故障的功能；通过无线传输模块传输到头盔的OBD通信子系统，微距投影子系统投影显示车辆实时运行数据并进行告警。行车参数包括车速、发动机转速、剩余油量、剩余电量、胎压等等。

七、娱乐子系统，通过读取存储模块，实现音频（音乐、有声书等）的播放。

八、中央控制系统与语音交互子系统、影像记录子系统、微距投影子系统、移动通信子系统、导航子系统、OBD子系统、娱乐子系统相连接；中央控制系统的CPU与语音交互子系统的语音芯片有线连接，采用SPI（串行外围接口，Serial Peripheral Interface）或UART（通用异步收发传输器，Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）或I2C（两线式串行总线，Inter－Integrated Circuit）通信方式，对语音交互子系统传回的TTL电平进行自然语音处理，从而接受来自语音交互子系统的接打电话、导航、娱乐等相关命令。中央控制系统通过命令字启动和停止语音识别功能。

中央控制系统影像处理机制工作流程如图6所示；中央控制系统接收影像记录子系统传送的视频文件，进行格式转换和计算优化，然后将处理后的视频分为两路，一路存入指定地址，另一路进行页面整合处理，结合OBD子系统、系统时钟、导航子系统的传送的车身状态、时间、导航等信息进行排版整合，生成新的视频文件发送给微距投影子系统；

上述计算优化是指，结合显示窗口的长、宽，对拍摄画面的尺寸、色彩等参数进行优化修改；中央控制系统通过HDMI（高清多媒体接口，High Definition MultimediaInterface）与微距投影子系统连接，中央控制系统和微距投影子系统分别做计算单元和显示单元。中央控制系统将影像记录子系统传来的后方影像、OBD子系统发送来的机车状态信息、移动通信子系统相关的通话请求信息、导航子系统传来的制导信息进行集中信息整合，通过内部的字符处理机和图像处理机将相关数据翻译成预设好的文字、符号或图形，并将所有信息进行排版布局、显示输出。微距投影子系统则将中央控制系统输出的信号进行驱动显示。

上述一种人机界面信息布局图如图7所示；上述界面呈现的信息元素按照常显与否以及动态区块分类如图8所示。

中央控制系统与OBD子系统通过无线传输模块无线连接，利用WiFi、蓝牙等技术，接收OBD监测仪监测的车身数据，并分析与机车运行是否发生故障；当检测到行车参数偏离目标值一定范围时，判定机车出现故障，通过微距投影子系统的人机交互画面和语音报警对车主进行相关提示。若未发现故障，则将相关数据实时显示。

所述移动通信子系统嵌入eSIM（嵌入式用户身份识别模块，Embedded SubscriberIdentification Module）卡、同时包括SIM卡驱动模块、通讯模块和通讯传输服务端，通讯传输服务端通过所述通讯模块，与SIM卡驱动模块连接，SIM卡驱动模块与所述eSIM卡连接；

头盔使用前通过空中写卡技术将eSIM卡入网。使用时，对于车主的拨打、接听、挂断电话的相关命令，移动通信子系统的通讯模块通过APDU（应用协议数据单元，Application Protocol Data Unit）报文与车主手机建立连接，进而执行相关指令；

导航子系统包括上述定位模块、同时包括方向传感器、陀螺传感器、车速传感器等传感器实时测定车速、方向等；定位模块根据接收到的卫星信号计算此时位于地球坐标系中的具体位置；

对于车主的导航相关命令，内置在中央控制系统CPU中的导航程序前往目的地的最佳路线，结合车身位置、方向信息，中央控制系统将控制指令和播报语言、导航画面展示数据分别传输至扬声器模块和微距投影子系统，同时进行语言、画面导航；

当车主有娱乐需求时，可通过语言与语言交互子系统进行交互；也可语言命令进行音频播放。

进一步地，可进行上网请求，实现更多娱乐功能；

主动降噪技术运用高灵敏麦克风为传感器，对外界环境噪音（主要为高频噪音）进行采集及分析。由中央控制系统实时运算采集到的噪音声波的波频，生成反向的声波，呈180度的两种声波结合之后，互相抵消。声音进入人耳时，由于噪音和反向声波的相互抵消，达到消除噪音效果。

中央控制系统下的各子系统软件流程图如图9所示。

本发明具体过程如下，如图10所示：

1）语音交互子系统通过识别用户语音命令，转化为相应控制语句，传输到中央控制系统，主控单片机实现对移动通信子系统、导航子系统、娱乐子系统进行控制；

2）通过头盔外部的摄像头实时对后方的道路状况进行影像记录，由镜头采光进来的光线转化为模拟信号，由视频驱动转化为两路视频，一路供实时视频显示，把影像传输到中央控制系统，再通过微距投影子系统投影；另一路录制保存；

摄像头启动后，检测到外部视频信号和存储芯片时，立即启动视频录制，并进行视频压缩，保存在存储芯片中；当存储芯片存满时，自动循环覆盖最早的视频文件；

3）中央控制系统与OBD子系统连接，实时获取OBD监测仪传送的车况信息，通过微距投影子系统投影；

4）用户通过语音交互子系统要求进行通话，则中央控制系统通过内置电话卡进行拨号，对于话筒采集到的外界噪声和回声，经过回声抑制模块去除回声和噪音后进行通话操作，在此过程中，拨号及通话界面于显示系统中呈现，最后通过微距投影子系统投影；

5）用户通过语音交互子系统要求查看导航，则中央控制系统接收导航信息并将其对应于内置的地图，中央控制系统将处理后的位置结合内置导航程序进行制导，通过微距投影子系统投影；其中接收的位置信息主要为经纬度；

6）用户通过语音交互子系统要求使用娱乐子系统时，则中央控制系统将音乐内存卡中的音乐通过内置音响播放，其音乐选择、暂停、切换可以由语音系统控制。

7）微距投影子系统采用抬头显示技术，接收中央控制系统传来的显示界面，最终使人眼前方呈现后方路况、实时车况、电话接打、位置信息、道路导航、音乐播放等功能界面；

本发明一种集成多功能的智能头盔的大致构造及一种外观视图如图11所示。1为电源、控制总成及投影模块；2为投影显示区域；3为摄像头大致位置。

上述头盔外壳采用碳纤维材料；头盔形状采用揭面盔设计；镜片使用楔形玻璃，通过抵消两次反射光最大程度来避免重影导致的对骑手的视线干扰，外侧使用斥水涂层，与传统材质相比能够减少雨水对骑手的视线影响；镜片面积大，呈现倒三角形，原本的护颅结构向下延伸，能够营造出最佳的视野角度；同时内部为近视患者贴心准备了镜片夹，用户可随意搭配镜片。