基于自动检测姿态的防摔设备及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于自动检测姿态的防摔设备及系统，利用压缩气体加热膨胀的原理保护人体。本发明专利技术能通过加速度计和陀螺仪实时采集人体姿态数据，这些数据经过处理器处理后，用以精准预测佩戴者是否要摔倒，当判定佩戴者即将摔倒时，通过加热装置快速加热压缩气体，同时打开电子阀门，快速给气囊充气，以保护配戴者。

Fall-proof equipment and system based on automatic attitude detection

The invention discloses an anti-falling device and system based on automatic attitude detection, which protects human body by using the principle of heating expansion of compressed gas. The present invention can collect real-time human body posture data by accelerometer and gyroscope. The data are processed by processor to accurately predict whether the wearer will fall. When deciding whether the wearer is about to fall, the compressed gas is heated rapidly by heating device, and the electronic valve is opened to inflate the air bag quickly to protect the wearer.

【技术实现步骤摘要】
基于自动检测姿态的防摔设备及系统
本专利技术涉及人身安全把控
，具体的说，涉及一种基于自动检测姿态的防摔设备及系统。
技术介绍
人身安全与每个人都有切身关系，因而一直是十分受重视的领域。在很多场景下，人体容易失衡，紧接着就会发生摔倒，从而发生受伤，尤其像户外运动、游戏体验等场景，难免会出现意外，此时就需要人员配戴安全设备。现有的安全设备通常为内部装填泡沫护垫等物理防护的护膝、护肘、头盔，只能起到被动防护的作用，防护效果并不好。而一些安全设备是安全气囊的形式，大多数安全气囊采用的是气囊+气体发生器+点火器的结构，内部含有炸药成分，若随身携带具有极高风险。
技术实现思路
针对上述缺陷，本专利技术的提出了一种基于自动检测姿态的防摔设备及系统，通过压缩气体加热膨胀的方式保护人体，同时能通过加速度计和陀螺仪实时检测人体姿态，从而精准预测是否要摔倒，只当要摔倒时加热压缩气体，保护配戴者。为达到上述目的，本专利技术采用的具体技术方案如下：一种基于自动检测姿态的防摔设备，包括设备本体，所述设备本体表面设置有N个安全气囊，每个所述安全气囊内均设有压缩气腔，用于存放压缩气体，所述设备本体上还设置有加速度计、陀螺仪、处理器和N个气体加热模块，每个气体加热模块均紧贴一个所述安全气囊并靠近其压缩气腔；所述加速度计的输出端、陀螺仪的输出端均连接处理器的输入端组，所述处理器的输出端组连接N个气体加热模块的输入端；所述设备本体上还设置有电源，该电源为加速度计、陀螺仪、处理器和N个气体加热模块供电。由于人体摔倒常常伴随着不受控下坠及身体偏转，但突然跑动等情况也会引起加速度增加，因此单纯检测加速度不够准确，通过陀螺仪同时检测身体的偏转情况才能更好判断是否将要摔倒，通过上述设计，一旦检测到人体的加速度和偏转角度大于一定值，即认为即将摔倒，此时气体加热模块将压缩气腔内的压缩气体加热，压缩气体受热膨胀后鼓起安全气囊，从而对人体进行保护。根据盖·吕萨克定律：气体体积与温度关系为VT＝V0(1+aT)，其中T为摄氏温度(℃)，V0为0℃时的气体体积，VT为T℃时的气体体积，a为气体膨胀系数。以镍铬电热丝为例：比热容：0.44J/(g*℃)电阻率：1.09μΩ·m密度：8.4g/cm3可用公式：计算加热时间，其中，V为电热丝两端电压，R为电热丝电阻，t为时间，C为电热丝比热容，M为电热丝质量，T为电热丝温度。直径1mm的电热丝，长度为0.5mm，质量约为3g，电阻约为1.38ohm，使用升压电路将电热丝两端电压升高到20V，则加热到200℃用时约为0.85s，气体受热膨胀时间极短，则总时长由电热丝加热速度决定，若进一步提高V，或多个电热丝同时加热，则时间能进一步缩短，从而更快撑开安全气囊，对人体进行保护。加热气体的方式比火药爆炸的方式更安全，对于更常需要保护的老人和小孩而言，贴身穿戴火药反而存在安全威胁。进一步设计，为避免压缩气体泄漏，在压缩气腔上设有电控阀门，该电控阀门的信号输入端连接处理器的阀门控制端组其中一个端脚。仅当电控阀门被打开时，气体才会从压缩气腔中放出，从而撑开安全气囊。更进一步设计，N个所述气体加热模块分别印刷于N块气囊FPC上，所述加速度计、陀螺仪、处理器集成印刷于一块中央FPC上，所述中央FPC与各气囊FPC之间以柔性线缆连接。随身穿戴的设备容易弯折，采用柔性电路板，即FPC，能有效减少弯折对线路和器件的损坏。更进一步设计，所述设备本体上还设置有无线通信模块，该无线通信模块与所述处理器连接。摔倒的数据可通过无线传输到远端的管理设备上，从而提醒安全人员及时查看穿戴者情况，以及及时更换该设备。一种基于自动检测姿态的防摔系统，包括系统服务器和a个上述防摔设备，其中，或者有2个防摔设备的设备本体为防摔护肘，或者有2个防摔设备的设备本体为防摔护膝，或者有1个防摔设备的设备本体为防摔背心，或者有1个防摔设备的设备本体为防摔头盔，还或者几种任意组合；每个设备本体均设置有无线通信模块，并与系统服务器无线通讯。摔倒防护可以由系统服务器统一控制并管理，多种设备对人员起到多部位防护，且各类防摔设备的外表面与内表面均可设置安全气囊。进一步设计，a个所述防摔设备的其中一个为主参考设备，其余为副参考设备，所述主参考设备与每个副参考设备无线连接。由于穿戴者可能与系统服务器距离较远，若发生摔倒，系统服务器控制会不及时，此时需由防摔设备的处理器自行判断，而不同身体部位之间加速度、身体转动角度等数据会有差异，如头部的加速度会较大，则可将防摔头盔设为主参考设备，其余为副参考设备，一旦防摔头盔预判人体将摔倒时，其余防摔设备也会同步充气，对人体进行保护。进一步描述，每个设备本体还设置有定位模块，所述定位模块均与对应的处理器连接。本专利技术的有益效果：利用压缩气体加热膨胀的原理保护人体。本专利技术能通过加速度计和陀螺仪实时采集人体姿态数据，这些数据经过处理器处理后，用以精准预测佩戴者是否要摔倒，当判定佩戴者即将摔倒时，通过加热装置快速加热压缩气体，同时打开电子阀门，快速给气囊充气，以保护配戴者。附图说明图1是系统的结构框图；图2是防摔背心的正视图；图3是安全气囊的截面示意图；图4是防摔设备控制电路的示意图；图5是实施例一的防摔方法示意图；图6是实施例二的防摔方法示意图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。一种基于自动检测姿态的防摔系统，如图1所示，包括系统服务器4和6个防摔设备，其中2个防摔设备的设备本体1为防摔护肘，2个防摔设备的设备本体1为防摔护膝，1个防摔设备的设备本体1为防摔背心，1个防摔设备的设备本体1为防摔头盔；每个设备本体1均设置有无线通信模块，并与系统服务器4无线通讯。如图2所示，本实施例以防摔背心示例，一种基于自动检测姿态的防摔设备，包括设备本体1，所述设备本体1表面设置有N个安全气囊2，每个所述安全气囊2内均设有压缩气腔21，用于存放压缩气体，可选用氩气，所述设备本体上还设置有加速度计11、陀螺仪12、处理器13和N个气体加热模块14，每个气体加热模块14均紧贴一个所述安全气囊2并靠近其压缩气腔21，所述压缩气腔21上设有电控阀门22，该电控阀门22的信号输入端连接处理器13的阀门控制端组其中一个端脚，如图3所示。N个所述气体加热模块14分别印刷于N块气囊FPC3上，所述加速度计11、陀螺仪12、处理器13集成印刷于一块中央FPC上，所述中央FPC与各气囊FPC3之间以柔性线缆连接。本实施例如图4所示，采用芯片BMI120，其上集成了加速度计11和陀螺仪12，气体加热模块14优选为电热丝，无线通信模块优选为NB模块，包括NB天线和USIM；所述设备本体1上还设置有电源，该电源为加速度计11、陀螺仪12、处理器13和N个气体加热模块14供电。实施例中电源优选为可充电的电池，或可拆卸的电池，避免长期耗电而使关键时刻断电无法工作。每个防摔设备5还优选设置有定位模块，所述定位模块均与对应的处理器13连接。一种基于自动检测姿态的防摔方法，包括防摔设备工作步骤，如图5所示，步骤如下：步骤一，处理器13预设加速度阈值、人体偏转阈值；步骤二，加速度计11实时检测穿戴者的加速度，陀螺仪12实时检测穿戴者的身体转动角度，所述加速度与身体转动角度均发送本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于自动检测姿态的防摔设备，包括设备本体(1)，其特征在于，所述设备本体(1)表面设置有N个安全气囊(2)，每个所述安全气囊(2)内均设有压缩气腔(21)，用于存放压缩气体，所述设备本体上还设置有加速度计(11)、陀螺仪(12)、处理器(13)和N个气体加热模块(14)，每个气体加热模块(14)均紧贴一个所述安全气囊(2)并靠近其压缩气腔(21)；所述加速度计(11)的输出端、陀螺仪(12)的输出端均连接处理器(13)的输入端组，所述处理器(13)的输出端组连接N个气体加热模块(14)的输入端；所述设备本体(1)上还设置有电源，该电源为加速度计(11)、陀螺仪(12)、处理器(13)和N个气体加热模块(14)供电。

【技术特征摘要】
1.一种基于自动检测姿态的防摔设备，包括设备本体(1)，其特征在于，所述设备本体(1)表面设置有N个安全气囊(2)，每个所述安全气囊(2)内均设有压缩气腔(21)，用于存放压缩气体，所述设备本体上还设置有加速度计(11)、陀螺仪(12)、处理器(13)和N个气体加热模块(14)，每个气体加热模块(14)均紧贴一个所述安全气囊(2)并靠近其压缩气腔(21)；所述加速度计(11)的输出端、陀螺仪(12)的输出端均连接处理器(13)的输入端组，所述处理器(13)的输出端组连接N个气体加热模块(14)的输入端；所述设备本体(1)上还设置有电源，该电源为加速度计(11)、陀螺仪(12)、处理器(13)和N个气体加热模块(14)供电。2.根据权利要求1所述基于自动检测姿态的防摔设备，其特征在于，所述压缩气腔(21)上设有电控阀门(22)，该电控阀门(22)的信号输入端连接处理器(13)的阀门控制端组其中一个端脚。3.根据权利要求1所述基于自动检测姿态的防摔设备，其特征在于，N个所述气体加热模块(14)分别印刷于N块气囊FPC(3)上，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：向楠，
申请(专利权)人：重庆蓝岸通讯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50