一种具有导航功能的安全帽制造技术

本实用新型专利技术涉及一种具有导航功能的安全帽，安全帽包括帽体和安全保护装置，安全保护装置嵌入帽体内，所述安全保护装置包括安全帽微处理器、数据存储模块、导航模块、RFID读写模块和无线通讯模块，所述的数据存储模块、导航模块、RFID读写模块和无线通讯模块均与安全帽微处理器连接并接受和执行安全帽微处理器的指令；所述导航模块为组合定位导航模块。该安全帽具有定位监控功能，而且利用RFID读写模块可以读写安全帽佩戴者的相关数据，并把佩戴者的时空信息通过无线通讯模块发回后台管理系统。 1

【技术实现步骤摘要】
一种具有导航功能的安全帽
本技术涉及安全防护
，具体涉及一种具有导航功能的安全帽。
技术介绍
目前，在电力、工矿、地下工程或建筑工地等恶劣工作环境中，为了保护工作人员的安全，工作人员需要佩戴安全帽。安全帽是预防物体打击和坠落时保护头部的装置。现有的安全帽结构功能都非常单一，只能起到保护人体头部免受坠落物剧烈冲击的作用。但是当工人们在环境复杂、偏僻的野外工况中作业时，这种常规的安全帽很难给工人们提供较好的安全防护。现有安全帽结构简单，除了安全防护功能，少有其他功能，难以适应日益复杂的工作环境。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种具有导航功能的安全帽，用以解决现有安全帽功能单一、无法适应复杂工况的问题。为实现上述目的，具体地，该具有导航功能的安全帽包括帽体和安全保护装置，安全保护装置嵌入帽体内，所述安全保护装置包括安全帽微处理器、数据存储模块、导航模块、RFID读写模块和无线通讯模块，所述的数据存储模块、导航模块、RFID读写模块、无线通讯模块均与安全帽微处理器连接；所述导航模块为组合定位导航模块。所述无线通讯模块包括第一无线通讯模块、第二无线通讯模块和第三无线通讯模块；安全帽还包括手持控制设备，安全帽微处理器通过第一无线通讯模块连接手持控制设备；安全帽微处理器通过第二无线通讯模块块与后台管理系统建立连接，通过第三无线通讯模块与其他安全帽的安全帽微处理器连接。所述第一无线通讯模块优选为蓝牙模块，第二无线通讯模块优选为NB-IOT模块，第三无线通讯模块优选为ZIGBEE模块。所述组合定位导航模块包括导航微处理器、卫星导航模块、惯性导航模块和外围电路，卫星导航模块、惯性导航模块、外围电路均与导航微处理器连接。所述卫星导航模块采用北斗卫星导航模块；所述北斗卫星导航模块包括北斗接收天线、低噪声放大电路、北斗信号射频处理模块和数字信号处理模块；北斗接收天线用于接收北斗卫星传来的微弱信号；低噪声放大电路，用于对北斗卫星信号进行滤波处理；北斗信号射频处理模块用于将接收到的高频射频信号转变为中频信号，再对中频信号进行采样和数字化，将数字信息稳定地发给数字信号处理模块；数字信号处理模块用于处理发送过来的中频信号，对信号进行捕获、跟踪、数据解调、提取观测量和导航解算，并将信息通过串口发给导航微处理器。所述惯性导航模块包括三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁力计和气压高度计，三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁力计和气压高度计均与导航微处理器连接。所述外围电路包括时钟电路、LED灯控制电路和稳压电路。所述帽体上还设有求救按钮，求救按钮连接所述安全帽微处理器。所述安全保护装置还包括芯片加密模块，芯片加密模块与安全帽微处理器连接。安全帽的定位方法，其特征在于：安全帽内的组合定位导航模块包括导航微处理器、卫星导航模块和惯性导航模块，卫星导航模块、惯性导航模块均与导航微处理器连接；所述定位方法具体包括以下步骤：S1、RFID读写模块将安全帽佩戴者的信息录入数据存储模块，所述信息包括佩戴者的姓名、年龄、病史等；S2、采用基于模糊推理系统的带宽自适应的载波相位跟踪回路，当卫星信号信噪比降低时缩小载波相位跟踪回路带宽，提高接收机的抗噪声干扰能力；S3、采用基于模糊推理系统的量测噪声模型自适应的卡尔曼滤波组合导航算法，描述量测噪声变化，实时调整量测噪声方差阵，提高组合导航算法抗噪声干扰能力。S4、安全帽微处理器把安全帽佩戴者的位置信息通过NB-IOT模块发回后台管理系统。所述步骤S2具体步骤如下：S201、根据经下变频和数模转换后的GPS数字信号计算信噪比C/N0，公式如下：其中：上两式中A是GPS信号幅度，ME是积分计数值，δiq为信号噪声标准差，TInt为积分时间。S202、建立模糊控制系统，以C/N0为输入，以GPS跟踪回路带宽为输出，采用如下模糊推理规则：(1)如果信噪比小于30dB，则锁相环带宽窄；(2)如果信噪比为30～40dB，则锁相环带宽适中；(3)如果信噪比高于40dB，则锁相环带宽宽；将模糊控制系统当前输出作为下一次载波相位跟踪回路带宽值，实现载波回路带宽的自适应调整，提高GPS或北斗导航系统噪声抗干扰能力。其中，所述的S3具体步骤如下：S301、计算尔曼滤波器的新息，如式(4)其中，zk为实际量测量，Hk为量测矩阵，为系统状态的一次估计。S302、计算新息理论方差，可以由式(5)计算：其中Fk/k-1为系统状态转移矩阵，Pk-1为估计状态方差阵，Qk-1为系统噪声阵，Rk-1为量测噪声阵。S303、计算新息的实际方差，其可由最近N个新息向量计算得到，用式(6)表示：S304、计算新息实际方差与理论方差的比值。由于和都被设置为对角阵，因此比值也为对角阵：S305、设计模糊推理系统，以新息实际方差与理论方差的比值作为模糊推理系统的输入，以量测噪声模型的修正系数作为模糊推理系统的输出，模糊推理规则有以下三条：(1)如果新息实际方差与理论方差的比值变低，则量测噪声模型的修正系数变小；(2)如果新息实际方差与理论方差的比值不变(为1)，则量测噪声模型的修正系数不变(为1)；(3)如果新息实际方差与理论方差的比值变高，则量测噪声模型的修正系数变大。基于模糊推理系统的自适应卡尔曼滤波算法可以保证组合导航系统在量测噪声变化较大的情况下量测噪声模型仍是准确的，系统状态估计值仍是最优的。本技术具有如下优点：1、本技术在帽体内部嵌入有安全保护装置，使安全帽具有定位监控，给使用者提供定位导航服务；而且本技术所述的安全保护装置内置RFID读写模块，可以读写安全帽佩戴者的相关数据，并把佩戴者的时空信息通过NB-IOT发回后台管理系统，安全保护装置可以通过ZIGBEE网络进行数据通信，两个安全帽的佩戴者之间可以进行相互联系。2、本技术所述的安全保护装置，通过内置蓝牙模块、NB-IOT模块和ZIGBEE模块，分别与手持控制设备、后台管理系统、另一个安全保护装置进行数据交互。3、通过设置一键紧急求救按钮，安全保护装置可通过NB-IOT网络发送带位置的求救信息到手持控制设备或相关求助组织的终端设备上或后台管理系统，以便救援人员更好的采取救援措施。4、采用卫星导航和惯性导航系统进行融合，实现了组合定位，互为补充，极大的提高定位的可靠性。5、本技术不仅对卫星信号接收机带宽进行实时调整，同时对组合导航算法中的量测噪声模型也进行自适应修正，使得组合导航系统在子系统层面以及组合算法层面的抗噪声干扰能力都得到增强。明显提升了组合导航系统抗噪声干扰能力，在卫星信号信噪比较低以及噪声变化较大的情况下组合导航系统的精度明显提升。附图说明图1为本技术实施例1的结构示意图。图2为安全保护装置的结构框图。图3为本技术实施例2的结构框图。图4为本技术实施例3的结构示意图。图5为本技术实施例4中组合定位导航模块的原理框图。图6为实现本技术的实施例4的定位方法的示意图。图7为接收机噪比与带宽关系。图8为传统方法与新型方法噪声模型对比结果。图9为传统方法与新型方法导航精度对比结果。图中：1-帽体；2-照明灯；3-缓冲带；4-缓冲垫；5-求救按钮；6-安全保护装置。具体实施方式以下实施例用于说明本技术，但不用来限制本实用新本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有导航功能的安全帽，其特征在于：所述安全帽包括帽体和安全保护装置，安

【技术特征摘要】
1.一种具有导航功能的安全帽，其特征在于：所述安全帽包括帽体和安全保护装置，安全保护装置嵌入帽体内，所述安全保护装置包括安全帽微处理器、数据存储模块、导航模块、RFID读写模块和无线通讯模块，所述的数据存储模块、导航模块、RFID读写模块、无线通讯模块均与安全帽微处理器连接；所述导航模块为组合定位导航模块。2.根据权利要求1所述的具有导航功能的安全帽，其特征在于：所述无线通讯模块包括第一无线通讯模块、第二无线通讯模块和第三无线通讯模块；安全帽还包括手持控制设备，安全帽微处理器通过第一无线通讯模块连接手持控制设备；安全帽微处理器通过第二无线通讯模块块与后台管理系统建立连接，通过第三无线通讯模块与其他安全帽的安全帽微处理器连接。3.根据权利要求2所述的具有导航功能的安全帽，其特征在于：所述第一无线通讯模块为蓝牙模块，第二无线通讯模块为NB-IOT模块，第三无线通讯模块为ZIGBEE模块。4.根据权利要求1所述的具有导航功能的安全帽，其特征在于：所述组合定位导航模块包括导航微处理器、卫星导航模块、惯性导航模块和外围电路，卫星导航模块、惯性导航模块、外围电路均与导航微处理器连接。5.根据权利要求4所述的具有导航功能的安全帽，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国川，
申请(专利权)人：北斗时空物联网北京股份有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11