一种智能穿戴安全头盔及系统

技术领域

本发明属于车辆安全技术领域，具体涉及一种智能穿戴安全头盔及系统。

背景技术

随着物联网和互联网等新兴技术的快速发展，智能化在不断的应用到我们生活中，无论是工厂企业中的机器还是我们日常生活中的物品都在走向智能化。其中，正在快速发展的当属可穿戴产品的研发。无论是智能眼镜还是智能手表都已经有很多产品出现在日常生活中。而作为一个摩托车大国来说，智能头盔也未尝不是一种新的方向。近些年来，关于智能头盔的研究领域主要是在消防头盔。因为消防是民众生命和财产安全的保障。除此之外在军事领域和医疗领域中智能头盔也在快速发展中。智能头盔在这些领域正在开始慢慢走向成熟，因此在这些领域的发展趋势就是向低成本、实用性、轻便性方向发展。而在民用领域的发展上则是追求佩戴更加舒适，可调节性更强，可以记录自身健康指标。随着物联网等一系列和计算机互联网相关的技术的兴起。数字化、信息化、网络化已经成为我们生活中必不可缺的一部分。总之近些年来，我国正处于人工智能技术、大数据分析技术等技术迅猛发展的时代，相信随着相关技术的不断发展，智能头盔终将会在生活中起到重要的作用。

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智能穿戴安全头盔及系统，在保证头盔的安全性前提下增加了智能化功能，实现无线通讯、智能除雾和智能信息采集的功能。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种智能穿戴安全头盔系统，包括：供电模块、主控模块、温控模块和通讯模块；供电模块、温控模块和通讯模块均与主控模块连接，且温控模块和通讯模块均与供电模块连接；

所述供电模块用于为头盔整体提供电源；

所述温控模块用于实时监测外界温湿度并上传给主控模块，同时用于根据主控模块调解温度；

所述通讯模块用于接听电话；

所述主控模块用于接收信号、判断并输出信号至温控模块和通讯模块。

优选地，所述充电模块为锂电池，锂电池分别与主控模块、温控模块和通讯模块连接。

优选地，所述主控模块为主板，主板上设置有充电模块、存储芯片、主控芯片、用于提供主板用电的电源管理芯片、用于产生时钟频率的晶振和蓝牙芯片；蓝牙芯片与通讯模块连接用于接听蓝牙连接的手机来电，充电模块与供电模块连接用于为供电模块充电，主控芯片与温控模块连接用于接收实时监测的外界温湿度，并控制温控模块调节温度。

优选地，所述晶振有三颗，其型号分别为XRCGD26M000FYQ01R0、CM8V-T1A和XRCGB24M000F3N00R0。

优选地，所述蓝牙芯片包括WIFI模块和蓝牙模块，WIFI模块和蓝牙模块均与通讯模块连接。

优选地，所述温控模块包括温度传感器、湿度传感器、线圈和透明导电膜；温度传感器、湿度传感器和线圈均与主控模块连接，温度传感器和湿度传感器将实时监测的温度、湿度上传给主控模块，到达主控模块设定值时，主控模块控制线圈工作，线圈与敷于头盔的镜片内的透明导电膜连接，透明导电膜用于去除镜片上的雾气。

优选地，所述通讯模块包括麦克风、放大电路和扬声器，麦克风、放大电路和扬声器均与主控模块连接，通过主控模块与驾驶员手机进行蓝牙连接。

本发明还公开了一种具有上述任意一项所述的一种智能穿戴安全头盔系统的智能穿戴安全头盔。

优选地，智能穿戴安全头盔包括：外壳、缓冲层、传感器单元、麦克风、镜片、主板、锂电池和扬声器；缓冲层设置在外壳内部，外壳前端设置有传感器，传感器单元外侧为与外壳铰接的镜片，麦克风设置在传感器下方位于缓冲层内侧贴近人体前额处，主板和锂电池设置在外壳后端与传感器单元、麦克风、镜片和扬声器电连接，扬声器设置在缓冲层两内侧靠近人体耳部。

优选地，所述传感器单元包括温度传感器、湿度传感器、线圈和透明导电膜，温度传感器、湿度传感器和线圈均设置在外壳前端与主板电连接，透明导电膜敷在头盔的镜片内与线圈连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种智能穿戴安全头盔及系统，在普通的头盔上添加智能模块来实现相关功能，包括充电模块、主控模块、温控模块和通讯模块；供电模块用于为头盔整体提供电源；温控模块用于实时监测外界温湿度并上传给主控模块，同时用于根据主控模块调解温度；通讯模块用于接听电话；所述主控模块用于接收信号、判断并输出信号至温控模块和通讯模块。当佩戴头盔后，打开硬件开关，温控模块开始实时监测外界温湿度并传输给主控模块，当主控模块判断达到设定值时就会让温控模块工作，加热镜片，去除雾气，同时头盔通过蓝牙与手机进行连接，这样当有电话来时就可通过头盔内的通讯模块来进行接听电话，这样就大大减少了一些危险行为的发生。

附图说明

图1为本发明的智能头盔的系统框架图；

图2为本发明的智能头盔的工作流程图；

图3为本发明的智能头盔的三维模型图；

图4为本发明的BCM43438系统框图；

图5为本发明的主板设计图。

其中：1-外壳；2-缓冲层；3-传感器；4-麦克风；5-镜片；6-主板；7-锂电池；8-扬声器；9-充电模块；10-存储芯片；11-主控芯片；12-电源管理芯片；13-晶振；14-蓝牙芯片。

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：

本发明所要解决的技术问题在于利用本智能穿戴头盔，可以实现无线通讯、智能除雾和智能信息采集的功能，在保证头盔的安全性前提下增加了智能化功能，弥补了传统头盔的不足。

本发明公开了一种智能穿戴头盔，该智能头盔拥有一套完整的智能系统，其中包括了头盔需要添加的各种模块，如充电模块、主控模块、温控模块和通讯模块。因此智能头盔就是通过在普通的头盔上添加智能模块来实现相关功能。智能头盔的系统框架如图1。智能头盔系统包括：充电模块、主控模块、温控模块和通讯模块；供电模块、温控模块和通讯模块均与主控模块连接，且温控模块和通讯模块均与供电模块连接；

所述供电模块用于为头盔整体提供电源；

所述温控模块用于实时监测外界温湿度并上传给主控模块，同时用于根据主控模块调解温度；

所述通讯模块用于接听电话；

所述主控模块用于接收信号、判断并输出信号至温控模块和通讯模块。

佩戴头盔使用这些功能都是需要一些固定顺序的，当佩戴头盔后，打开硬件开关，位于头盔顶部的温度传感器开始实时监测外界温湿度，当达到设定值时就会让线圈工作，将敷于镜片内的透明导电膜进行通电加热来去除镜片上的雾气。同时头盔通过蓝牙与手机进行连接，这样当有电话来时就可通过头盔内的通讯模块来进行接听电话，这样就大大减少了一些危险行为的发生。智能头盔的工作流程如图2。

本发明智能头盔的三维模型如图3所示。智能头盔包括：外壳1、缓冲层2、传感器单元3、麦克风4、镜片5、主板6、锂电池7和扬声器8；缓冲层2设置在外壳1内部，外壳1前端设置有传感器3，传感器单元3外侧为与外壳1铰接的镜片5，麦克风4设置在传感器3下方位于缓冲层2内侧贴近人体前额处，主板6和锂电池7设置在外壳1后端与传感器单元3、麦克风4、镜片5和扬声器8电连接，扬声器8设置在缓冲层2两内侧靠近人体耳部。且传感器单元3包括温度传感器、湿度传感器、线圈和透明导电膜，温度传感器、湿度传感器和线圈均设置在外壳1前端与主板6电连接，透明导电膜敷在头盔的镜片5内与线圈连接。

此次设计头盔的主要功能是通过各个硬件模块来实现的。此次设计的头盔要求有智能防雾的功能，所以就需要对空气中的温度和湿度进行测量，当达到可以起雾的标准时，就启动加热装置来对镜片进行加热。它不是单一的测量某个指标，它是一种复合式的，它可以同时测量温度和湿度。该温控模块主要由两个部分构成，分别是感温部件和测湿部件。另一个模块是通讯模块，常见的麦克风主要分为三类，分别是电容，动圈，铝带。麦克风的选择需要从三个方面来考虑。第一个是麦克风的灵敏度，它主要是来体现麦克风的声电转换能力。在绝大部分的产品中多选用的器件的灵敏度为-42±3dB，因为该型号器件具有性能平衡，易采购等优点；第二个参数是麦克风的方向性，在使用中为了降低噪声，就需要麦克风器件有选择性地将来自不同方向的声源进行衰减，即需要有对不同方向声源表现出不同的灵敏度。这种情况下可以通过结构和布板设计来有效降低噪声；第三个参数是指麦克风器件的输出信噪比，在常用的电子产品设计中，该参数设计标准主要为58-60dB，这样就可以达到正常通话、录音的效果。本文采用的通讯模块包括麦克风4、放大电路和扬声器8。这个麦克风4的输出不是单一的信号，它既可以输出数字信号也可以输出模拟信号。模拟输出的电压会随着麦克风4接收到的声音大小变化而变化。

本发明中扬声器8主要采用的是直径25mm的小喇叭扬声器。它的工作原理是将接收到的电信号转换为声信号也就是说作为一种换能元件进行工作。

本发明中锂电池7为内嵌锂电池，结合头盔所需和待机时间要求可以选择一种聚合物锂电池或者三元锂电池。

本发明主控模块为主板6设计，主要是设计主板6上的芯片选择，本次发明选择了M200作为智能系统的主控芯片。这款芯片拥有着很多优点，其中最重要的是它的功耗低，集成应用范围和性能都很优越。为了保证骑行者的骑行安全，本头盔可以通过蓝牙与手机进行配对。这样就可以实现无线通话功能。在本次设计中选用的蓝牙芯片14包括两个模块即WIFI模块和蓝牙模块。其中WIFI模块支持的协议是IEEE 802.11b/g/n。除此之外为了满足这些设备的最大输出功率，它还在内部集成了一个功率放大器。如图4为BCM43438系统框图。

在此次电路设计中，总共需要选择三颗晶振来产生时钟频率，这三个晶振的型号分别为XRCGD26M000FYQ01R0、CM8V-T1A和XRCGB24M000F3N00R0。

XRCGB24M000F3N00R可以产生的晶振频率是24MHz，它可以将频率稳定在上下30ppm。由于这个晶振是外加在主控芯片上的，通过查询主控芯片的详细指标得知它外加的晶振频率可以下至2MHz上至48MHz，所以在此次设计中选择这款晶振作为它的外加晶振来输入相关频率。

主板6上的系统内部设有电源管理芯片12，它主要是为主控芯片11的内部电源，内存的接口电源以及时钟电源。通过对主板6上各个模块所需电量的要求选择RC5T619这款芯片来对主板进行电源管理，这款芯片的工作原理是获得电路各部分运行所需的工作电压，然后进行电压转换。这个充电模块主要是对内置锂电池进行充电，而锂电池的作用是为麦克风，扬声器等模块提供电源。本次设计锂电池充电模块主要选用的是TP4056充电模块。它是一款恒定电流电压充电器。它的内部架构有防倒充电路，这样可以在充电过程中对充电电流进行控制。这样减少充电过程中由于温度过高而引起安全隐患。它还配备了usb插口，这样可以适配现在市面上大部分的充电器。

主板设计通过焊接等方式将这些元器件芯片与PCB板进行连接。图5为主板的三维模型图。主板6上设置有充电模块9、存储芯片10、主控芯片11、用于提供主板6用电的电源管理芯片12、用于产生时钟频率的晶振13和蓝牙芯片14；蓝牙芯片14与通讯模块连接用于接听蓝牙连接的手机来电，充电模块9与供电模块连接用于为供电模块充电，主控芯片11与温控模块连接用于接收实时监测的外界温湿度，并控制温控模块调节温度。

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。