智能安全帽的制作方法

本实用新型涉及安全防护技术领域，具体涉及一种智能安全帽。

背景技术：

安全帽是用来保护头部，防止冲击物伤害头部的防护用品。在建筑施工工地或者特定项目的体育运动等环境下，一般需要佩戴安全帽，以体育运动为例，体育运动不仅可以锻炼孩子增强健康，而且对他们的性格、智力、协调能力、自尊心等等，都有好处，且受益终身。国外做的研究表明经常进行体育运动对儿童智力发展有非常积极的影响。然而现实中有一些高危体育项目或户外活动，例如儿童滑雪或冰球运动等，运动者一般需要佩戴帽子或者头盔用以保护头部。在众多的运动者中，儿童是自我保护能力较弱的群体，因此，在体育活动和儿童的自由活动中容易出安全事故。此外，运动伤害是不可避免的事，假如一个儿童受到撞击后，他们当时可能很难察觉出这些伤害的利害程度以及后期潜在的影响，部分儿童可能在不知情的情况下又会继续从事之前的运动，这样，剧烈的运动可能还会带来更大的二次伤害。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种智能安全帽，用于解决现有技术中无法获知佩戴者受伤程度的缺陷。

本实用新型提供一种智能安全帽，包括：帽体、至少一个传感单元、控制器和报警装置；

至少一个传感单元，位于帽体的内壁上，用于感测智能安全帽受到的撞击力，并根据撞击力生成电信号；

控制器，位于帽体上，与至少一个传感单元相连，用于将电信号与预定阈值进行比较，并根据比较结果确定是否向报警装置发送控制信号；

报警装置，位于帽体外侧，与控制器相连，用于根据控制信号发出与该控制信号对应的报警信号。

进一步地，控制器进一步包括：存储器，存储有预定阈值，预定阈值包括：第一预定阈值和第二预定阈值，其中，第一预定阈值小于第二预定阈值；

比较电路，用于将电信号分别与第一预定阈值、第二预定阈值进行比较，得到以下任意一种比较结果：电信号小于第一预定阈值；或者电信号大于第一预定阈值且小于第二预定阈值；或者电信号大于第二预定阈值；

控制单元，用于根据比较结果确定是否向报警装置发送控制信号。

进一步地，至少一个传感单元包括至少一个摩擦发电机和/或压电发电机。

进一步地，传感单元为带状传感单元，带状传感单元环绕设置在帽体内壁上，带状传感单元具有第一输出端和第二输出端。

进一步地，带状传感单元包括：带状本体以及设置在带状本体内部的至少一个摩擦发电机和/或压电发电机。

进一步地，至少一个传感单元为矩阵式传感单元，矩阵式传感单元铺设在帽体内壁上。

进一步地，矩阵式传感单元包括：外封装体以及设置在外封装体内部的至少一层摩擦发电机和/或压电发电机阵列；其中，摩擦发电机和/或压电发电机阵列由多个摩擦发电机和/或压电发电机按照M行和N列排列组成，用于感测智能安全帽受到的撞击力并输出电信号；其中，摩擦发电机和/或压电发电机具有第一输出端和第二输出端；每行的多个摩擦发电机和/或压电发电机的第一输出端相连接，引出第一端子；每列的多个摩擦发电机和/或压电发电机的第二输出端相连接，引出第二端子；所有M个第一端子与N个第二端子为摩擦发电机和/或压电发电机阵列的输出端子。

进一步地，智能安全帽还包括：无线通讯模块，用于在接收到控制器在比较出电信号大于预定阈值而发送的报警指令后，将报警信息发送至移动终端。

进一步地，智能安全帽还包括：开关，用于控制报警装置的导通或关闭。

进一步地，摩擦发电机和/或压电发电机为三层结构、四层结构或者五层结构；摩擦发电机和/或压电发电机至少包含构成摩擦界面的两个表面。

进一步地，报警装置包括：发光显示器件，用于响应所述控制信号而发出对应颜色的光。

本实用新型提供的智能安全帽，能够对佩戴者的头部受撞击程度进行监测，并使其他人员能够根据智能安全帽所提示的报警信号判断出佩戴者受伤程度，解决了现有技术中无法根据安全帽判断佩戴者头部受撞击程度的缺陷。

附图说明

图1示出了本实用新型一个实施例提供的智能安全帽的结构示意图；

图2示出了本实用新型一个实施例提供的智能安全帽的功能框图；

图3示出了本实用新型另一个实施例提供的智能安全帽的结构示意图；

图4示出了本实用新型另一个实施例提供的智能安全帽的功能框图；

图5示出了带状传感单元的截面结构示意图；

图6示出了矩阵式传感单元的结构示意图；

图7示出了矩阵式传感单元的截面结构示意图。

具体实施方式

为充分了解本实用新型之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本实用新型做详细说明，但本实用新型并不仅仅限于此。

图1和图2分别示出了本实用新型一个实施例提供的智能安全帽的结构示意图和功能框图。结合图1和图2，对智能安全帽的结构和工作原理进行进一步介绍：

该智能安全帽包括：帽体100、至少一个传感单元110、控制器120和报警装置130。

其中，至少一个传感单元110，位于帽体的内壁上，用于感测智能安全帽受到的撞击力，并根据撞击力生成电信号。

当佩戴有智能安全帽的佩戴者头部受到撞击后，至少一个传感单元能够感测出智能安全帽所受到的撞击力，并根据上述撞击力生成电信号，其中，该至少一个传感单元所生成的电信号的大小与所感测到的撞击力呈近似线性关系，也就是说，至少一个传感单元所感测到的撞击力越大，所生成的电信号越大。

控制器120，位于帽体上，与至少一个传感单元相连，用于将电信号与预定阈值进行比较，并根据比较结果确定是否向报警装置发送控制信号。

具体地，控制器设置在帽体上，例如可以设置在帽体的内部、外部或夹层中，在本实用新型实施例中，控制器可以为单片机、微处理器或微控制器，例如，TI的低功耗芯片MSP430、51系列单片机、ARM系列单片机等，或者采用多种电路共同实现控制器的功能，或以上的结合，本领域技术人员可以根据需求的方式进行选择，其无需借助任何程序控制，本实用新型对此不做限制。

将电信号与预定阈值进行比较主要是为了确定是否向报警装置发送控制信号，当电信号大于预定阈值时，控制器向报警装置发送控制信号，以控制报警装置发出与该控制信号对应的报警信号；当电信号小于预定阈值时，控制器则不向报警装置发送控制信号。

报警装置130，位于帽体外侧，与控制器相连，用于根据控制信号发出与该控制信号对应的报警信号。

例如，报警装置能够根据控制器所发送的控制信号发出对应的报警信号，此外，报警装置可以设置在帽体前面，方便其他人员根据报警装置发出的报警信号及时判断佩戴者的受伤程度从而能够及时处理事故。

本实施例提供的智能安全帽的工作原理是：当佩戴该智能安全帽的佩戴者的头部受到外界撞击后，设置在帽体上的至少一个传感单元会根据撞击力的大小而生成不同大小的电信号，控制器将接收到的电信号与预定阈值进行比较，判断受撞击程度，并根据比较结果确定否向报警装置发送控制信号，报警装置根据控制器发送的控制信号而发出对应的报警信号，使得其他人员及时发现并及时处理事故，且能够根据报警装置所发出的报警信号判断出佩戴者的受伤程度，避免了现有技术中的安全帽无法向其他人员提醒佩戴者受伤程度而导致二次伤害或延误治疗时机的缺陷。

图3和图4分别示出了本实用新型另一个实施例提供的智能安全帽的结构示意图和功能框图。结合图3和图4，对智能安全帽的结构和工作原理进行进一步介绍：

该智能安全帽包括：帽体300、至少一个传感单元310、控制器320、报警装置330和无线通讯模块340。

其中，至少一个传感单元310，位于帽体的内壁上，用于感测智能安全帽受到的撞击力，并根据撞击力生成电信号。

当佩戴有智能安全帽的佩戴者头部受到撞击后，至少一个传感单元能够感测出智能安全帽所受到的撞击力，并根据上述撞击力生成电信号，其中，该至少一个传感单元所生成的电信号的大小与所感测到的撞击力呈近似线性关系，也就是说，至少一个传感单元所感测到的撞击力越大，所生成的电信号越大。

控制器320，位于帽体上，与至少一个传感单元相连，用于将电信号与预定阈值进行比较，并根据比较结果确定是否向报警装置发送控制信号；以及根据比较结果确定是否向无线通信模块发送报警指令。

具体地，控制器设置在帽体上，例如可以设置在帽体的内部、外部或夹层中，在本实用新型实施例中，控制器可以为单片机、微处理器或微控制器，例如，TI的低功耗芯片MSP430、51系列单片机、ARM系列单片机等，或者采用多种电路共同实现控制器的功能，或以上的结合，本领域技术人员可以根据需求的方式进行选择，其无需借助任何程序控制，本实用新型对此不做限制。

将电信号与预定阈值进行比较主要是为了确定是否向报警装置发送控制信号，当电信号大于预定阈值时，控制器向报警装置发送控制信号，以控制报警装置发出与该控制信号对应的报警信号；当电信号小于预定阈值时，控制器则不向报警装置发送控制信号。

报警装置330，位于帽体外侧，与控制器相连，用于根据控制信号发出与该控制信号对应的报警信号。

例如，报警装置能够根据控制器所发送的控制信号发出对应的报警信号，此外，报警装置可以设置在帽体前面，方便其他人员根据报警装置发出的报警信号及时判断佩戴者的受伤程度从而能够及时处理事故。

无线通讯模块340，用于在接收到控制器在比较出电信号大于预定阈值而发送的报警指令后，将报警信息发送至移动终端。

本实施例提供的智能安全帽的工作原理是：当佩戴该智能安全帽的佩戴者的头部受到外界撞击后，设置在帽体上的至少一个传感单元会根据撞击力的大小而生成不同大小的电信号，控制器将接收到的电信号与预定阈值进行比较，判断受撞击程度，并根据比较结果确定否向报警装置发送控制信号，报警装置根据控制器发送的控制信号而发出对应的报警信号，使得其他人员及时发现并及时处理事故，且能够根据报警装置所发出的报警信号判断出佩戴者的受伤程度，避免了现有技术中的安全帽无法向其他人员提醒佩戴者受伤程度而导致二次伤害或延误治疗时机的缺陷；控制器还进一步根据比较结果确定是否向无线通信模块发送报警指令，无线通信模块在接收到控制器在比较出电信号大于预定阈值而发送的报警指令后，将报警信息发送至移动终端设备，使得其他人员能够根据发送至移动终端设备的报警信息第一时间判断受伤程度。

图3和图4所示实施例中的智能安全帽与图1和图2所示实施例中的智能安全帽的不同之处在于，图3和图4所示实施例中的智能安全帽还包括无线通信模块，在接收到控制器在比较出电信号大于预定阈值而发送的报警指令后，可以通过无线通信方式向移动终端设备发送报警信息。

可选地，在本实用新型的一个可能的实现方式中，为了更为精确地提醒其他人员佩戴者受伤程度，控制器进一步包括：存储器，存储有预定阈值，预定阈值包括：第一预定阈值和第二预定阈值，其中，第一预定阈值小于第二预定阈值，例如，第一预定阈值和第二预定阈值表示佩戴者头部受伤程度，第一预定阈值表示受伤程度较轻，第二预定阈值表示受伤程度较严重。

比较电路，用于将电信号分别与第一预定阈值、第二预定阈值进行比较，得到以下任意一种比较结果：电信号小于第一预定阈值；或者电信号大于第一预定阈值且小于第二预定阈值；或者电信号大于第二预定阈值。当电信号小于第一预定阈值时，可以确定为佩戴者仅是一般的碰撞，但并未受伤；电信号大于第一预定阈值且小于第二预定阈值时，可以确定为佩戴者受伤了，但受伤程度较轻；当电信号大于第二预定阈值时，可以确定为佩戴者受伤了，且受伤程度较严重。

控制单元，用于根据比较结果确定是否向报警装置发送控制信号。

可选地，在本实用新型的一个可能的实现方式中，报警装置包括：发光显示器件，用于响应所述控制信号而发出对应颜色的光。其中，该发光显示器件所发出的光可以常亮显示或脉冲显示，其中，该发光显示器件所发出的光为常亮显示时可以使其他人员观察佩戴者时，能够及时确定佩戴者是否受伤；该发光显示器件所发出的光为脉冲显示时，更容易引起其他人员的注意力。

例如，报警装置为能够发出不同颜色的灯，至少发出两种不同颜色，例如黄色和红色。当比较结果为电信号大于第一预定阈值且小于第二预定阈值时，控制单元可以向报警装置发送发出黄色脉冲光的控制信号，报警装置在接收到该控制信号后，发出黄色脉冲光，表明佩戴者头部受撞击程度较轻；当比较结果为电信号大于第二预定阈值时，控制单元可以向报警装置发送发出红色脉冲光的控制信号，报警装置在接收到该控制信号后，发出红色脉冲光，表明佩戴者头部受撞击程度较严重。

可选地，在本实用新型的一个可能的实现方式中，至少一个传感单元包括至少一个摩擦发电机和/或压电发电机，具有结构简单，制作工艺简单、成本低等优点。具体地，当佩戴有智能安全帽的佩戴者头部受到撞击后，至少一个摩擦发电机和/或压电发电机感测出所受到的撞击力，并根据上述撞击力生成电信号。

可选地，在本实用新型的一个可能的实现方式中，传感单元为带状传感单元，带状传感单元环绕设置在帽体内壁上，带状传感单元具有第一输出端和第二输出端，例如，带状传感单元可以一圈一圈设置在帽体内壁上。

在本实用新型实施例中，可以是一个传感单元为带状传感单元，也可以是多个传感单元组成为带状传感单元，图5示出了带状传感单元的截面结构示意图，以三层结构的摩擦发电机和/或压电发电机为例，如图5所示，上述带状传感单元包括：带状本体500以及设置在带状本体内部的至少一个摩擦发电机和/或压电发电机510，其中，带状传感单元具有第一输出端和第二输出端，例如，第一输出端可以为正极输出端，第二输出端为负极输出端，且第一输出端和第二输出端位于带状传感单元的两端；带状传感单元的第一输出端和第二输出端生成的电信号大小，能够反映摩擦发电机和/或压电发电机的受压情况，从而能够判断佩戴者被撞击受伤程度。

可选地，在本实用新型的一个可能的实现方式中，至少一个传感单元为矩阵式传感单元，矩阵式传感单元铺设在帽体内壁上，可以监测佩戴者被撞击的具体部位。

图6和图7分别示出了矩阵式传感单元的结构示意图与截面结构示意图。结合图6和图7，以三层结构的摩擦发电机和/或压电发电机为例，对矩阵式传感单元的结构和工作原理进行进一步介绍：

矩阵式传感单元包括：外封装体600以及设置在外封装体内部的至少一层摩擦发电机和/或压电发电机阵列610；其中，摩擦发电机和/或压电发电机阵列由多个摩擦发电机和/或压电发电机按照M行和N列排列组成，用于感测智能安全帽受到的撞击力并输出电信号；其中，摩擦发电机和/或压电发电机具有第一输出端和第二输出端；每行的多个摩擦发电机和/或压电发电机的第一输出端相连接，引出第一端子；每列的多个摩擦发电机和/或压电发电机的第二输出端相连接，引出第二端子；所有M个第一端子与N个第二端子为摩擦发电机和/或压电发电机阵列的输出端子。

这里以摩擦发电机阵列为例进行介绍：

摩擦发电机阵列610由9个摩擦发电机按照3行和3列排列组成，用于感测智能安全帽受到的撞击力并根据该撞击力生成电信号。摩擦发电机阵列610所包括的9个摩擦发电机分别为摩擦发电机601-609。

每个摩擦发电机都具有第一输出端和第二输出端。在摩擦发电机阵列610中，第一行的摩擦发电机607、604和601的第一输出端相连接，引出第一端子A1；第二行的摩擦发电机608、605和602的第一输出端相连接，引出第一端子A2；第三行的摩擦发电机609、606和603的第一输出端相连接，引出第一端子A3。第一列的摩擦发电机607、608和609的第二输出端相连接，引出第二端子B1。第二列的摩擦发电机604、605和606的第二输出端相连接，引出第二端子B2；第三列的摩擦发电机601、602和603的第二输出端相连接，引出第二端子B3。第一端子A1-A3与第二端子B1-B3为摩擦发电机阵列610的输出端子。

针对摩擦发电机601而言，只需通过监测第一端子A1与第二端子B3之间的电信号，就可以准确地获得摩擦发电机601的受撞击情况，从而得知佩戴者位于摩擦发电机601处的头部撞击位置信息。针对摩擦发电机602而言，只需通过监测第一端子A2与第二端子B3之间的电信号，就可以准确地获得摩擦发电机602的受撞击情况，从而得知用户位于摩擦发电机602处的头部撞击位置信息。针对摩擦发电机603而言，只需通过监测第一端子A3与第二端子B3之间的电信号，就可以准确地获得摩擦发电机603的受撞击情况，从而得知用户位于摩擦发电机603处的头部撞击位置信息。以此类推，可以准确地获得摩擦发电机阵列610中的每个摩擦发电机的受撞击情况，进而对佩戴者头部具体撞击部位进行监测。

本实施例中的智能安全帽除了能够判断出头部受伤程度外，还能够监测出具体受伤部位，使得其他人员能够准确地根据智能安全帽所监测出的受伤部位进行检查等。

可选地，在本实用新型的一个可能的实现方式中，智能安全帽还包括：开关，用于控制报警装置的导通或关闭，佩戴者可以通过控制开关，来控制报警装置进行报警提示。

上述实施例中的摩擦发电机和/或压电发电机为三层结构、四层结构或者五层结构；摩擦发电机和/或压电发电机至少包含构成摩擦界面的两个表面。

当摩擦发电机为三层结构的摩擦发电机时，摩擦发电机包括：第一电极层、第一高分子聚合物绝缘层和第二电极层，其中，第一高分子聚合物绝缘层和第二电极层构成摩擦界面的两个表面。

当摩擦发电机为四层结构的摩擦发电机时，摩擦发电机包括：第一电极层、第一高分子聚合物绝缘层、第二高分子聚合物绝缘层和第二电极层，其中，第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层构成摩擦界面的两个表面。

当摩擦发电机为五层结构的摩擦发电机时，摩擦发电机包括：第一电极层、第一高分子聚合物绝缘层、居间薄膜层或居间电极层、第二高分子聚合物绝缘层和第二电极层，其中，居间薄膜层或者居间电极层与第一高分子聚合物绝缘层，和/或，居间薄膜层或者居间电极层与第二高分子聚合物绝缘层构成摩擦界面。当摩擦发电机包含两层高分子聚合物绝缘层时，其中的第一高分子聚合物绝缘层可以为电正性高分子聚合物绝缘层，第二高分子聚合物绝缘层可以是电负性高分子聚合物绝缘层。

其中，第一电极层、第二电极层和居间电极层的材料选自铟锡氧化物、石墨烯、银纳米线膜、金属或合金。其中金属是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、锡、铁、锰、钼、钨或钒；合金是铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金。

其中，第一高分子聚合物绝缘层、第二高分子聚合物绝缘层或居间薄膜层的材料分别选自聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纤维素薄膜、纤维素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纤维海绵薄膜、聚氨酯弹性体薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纤维薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚异丁烯薄膜、聚氨酯柔性海绵薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇缩丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡胶薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡胶薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸盐薄膜中的一种。

本实用新型提供的智能安全帽，能够对佩戴者的头部受撞击程度进行监测，并使其他人员能够根据智能安全帽所提示的报警信号判断出佩戴者受伤程度，解决了现有技术中无法根据安全帽判断佩戴者头部受撞击程度的缺陷。

本实用新型中所提到的各种模块、电路均为由硬件实现的电路，虽然其中某些模块、电路集成了软件，但本实用新型所要保护的是集成软件对应的功能的硬件电路，而不仅仅是软件本身。

本领域技术人员应该理解，附图或实施例中所示的装置结构仅仅是示意性的，表示逻辑结构。其中作为分离部件显示的模块可能是或者可能不是物理上分开的，作为模块显示的部件可能是或者可能不是物理模块。

最后，需要注意的是：以上列举的仅是本实用新型的具体实施例子，当然本领域的技术人员可以对本实用新型进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本实用新型的保护范围。