本发明涉及生产护具领域，具体涉及一种安全帽。
背景技术：
在楼房建设，道路桥梁，煤矿挖掘等含有危险施工行业中，还仅停留在上班考勤靠打卡，安全防护靠简单功能的瓦斯报警等基本初级考勤，防护状态。由于这些工作的环境较为恶劣，工作位不固定等，经常出现施工人员漫游的无处找寻，或因垮塌，掩埋等需要救援时对人员的无法定位和识别，只能使用生命探测仪初步判断，随意挖掘，浪费了宝贵的救援时间，所以市场特别需要一种融合考勤，定位与救援的产品。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是：提出一种具有施工人员跌倒检测和主被动请求救援功能的安全帽。
本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种安全帽，包括安全帽本体，还包括设置在安全帽本体上的控制器、跌倒检测单元和通信报警单元；
所述跌倒检测单元包括陀螺仪模块、加速度曲线计算模块和状态检测判定模块；
所述陀螺仪模块适于实时检测安全帽佩戴者的三轴加速度值；
所述加速度曲线计算模块适于将所述三轴加速度值绘制成电子曲线图；
所述状态检测判定模块适于实时的对所述电子曲线图中的线型走势进行检测判定，当线型走势符合预设条件时，判定安全帽佩戴者处于跌倒状态，并发出跌倒状态信息至所述控制器；
所述控制器接收到所述跌倒状态信息后通过所述通信报警单元向外界发出救援信号。
进一步的，所述跌倒检测单元还包括气压传感器，所述气压传感器用于实时检测安全帽本体当前所处高度处的气压值，并将所述气压值发送到所述状态检测判定模块。
进一步的，所述通信报警单元包括sos按键和有源rfid电子标签，还包括与所述控制器建立信号连接的zigbee通讯模块。
进一步的，还包括设置在所述安全帽本体上的蓝牙收发器，所述蓝牙收发器具有唯一识别码，所述蓝牙收发器适于将若干与其建立连接的蓝牙节点的id及信号强度通过所述zigbee通讯模块发送给定位服务器。
进一步的，所述定位服务器适于根据预设的蓝牙信号衰减模型计算出蓝牙收发器与所述若干蓝牙节点之间的距离，再根据所述若干蓝牙节点已知的地理位置信息结合三角定位法计算出安全帽本体的当前位置。
进一步的，所述安全帽本体上设置有gps或北斗定位模块；
所述定位服务器还包括考勤模块，所述考勤模块适于考察在预设时间段内特定的所述唯一识别码是否出现在特定区域。
本发明的有益效果是：
本发明集考勤，定位和救援于一体，采用先进的算法应用于无gps信号的工作场所的人员定位。本发明通过mems传感器，配合算法及时获知了人员跌倒的警情，为及时救援提供了宝贵的时间，为掩埋救护人员定位提供了实现方案。
附图说明
下面结合附图对本发明的安全帽作进一步说明。
图1是本发明中安全帽的结构框图；
图2是本发明中安全帽的电路图；
图3是室内定位的原理图。
在图2中，led为4个发光二极管，指示电池低压状态，报警状态，连接方式和定位方式；buzz为蜂鸣器，用于发出报警声音；bcm156是博世公司的陀螺仪模块，用于采集佩带者在三个方向的加速度值，为人员跌倒作出判断依据；bmp280是博世公司的气压温度传感器，用于采集配对者工作环境参数；tcs862是放音芯片，接收来自于平台的声音信息，播放提示音等；cc2530是ti公司的zigbee芯片，用于和组网的zigbee协调器构成除了gsm之外的信息上报路由；rf433是si公司的si4432，用于在掩埋救援时定时发送rfid信息；n79e814是新唐公司的mcu，用于协调传感器，zigbee等系列动作；mt2503是联发科公司的智能穿戴产品的mcu，内置gsm通话，gps/北斗双模定位导航，蓝牙通讯功能，采集定位信息，户外上报定位和环境参数等。
具体实施方式
实施例
根据图1和图2所示，本发明中的安全帽，包括安全帽本体，还包括设置在安全帽本体上的控制器、跌倒检测单元和通信报警单元。
跌倒检测单元包括陀螺仪模块、加速度曲线计算模块和状态检测判定模块。跌倒检测单元的基本原理是通过测量佩戴安全帽的人在运动过程中的三个正交方向的加速度变化以及测量的气压计算出来的高度值来感知其身体姿态的变化，并通过算法分析判断该人员是否发生跌倒情况。
其中，陀螺仪模块适于实时检测安全帽佩戴者的三轴加速度值。
其中，加速度曲线计算模块适于将三轴加速度值绘制成电子曲线图。
其中，状态检测判定模块适于实时的对电子曲线图中的线型走势进行检测判定。当线型走势符合预设条件时，判定安全帽佩戴者处于跌倒状态，并发出跌倒状态信息至控制器。
为减少跌倒检测的误判率和提高检测准确性，跌倒检测单元还可包括气压传感器，气压传感器用于实时检测安全帽本体当前所处高度处的气压值，并由气压值计算出所处的相对高度，气压值和相对高度都发送到状态检测判定模块。
跌倒检测得以实现的原因在于休息，劳动或运动着的人员在三个正交方向的加速度变化，及相对高度和人员在跌倒时的加速度变化，及相对高度变化。归纳起来跌倒人员的加速度和相对高度变化有几个不同：
跌落过程：在开始跌倒时都会发生一定的失重现象。在自由落体的下降过程，这个现象会更加明显，加速度的矢量和会降低到接近0g，持续时间与自由落体的高度有关。对于一般的跌倒，失重现象虽然不会有像自由落体那么明显，但也会发生合加速度小于1g的情况（通常情况下合加速度应大于1g）。因此，短时间合加速度小于1g，气压也发生比较大的变化，这些可以作为跌倒状态的第一个判断依据。
碰撞过程：失重之后，人体发生跌倒的时候会与地面或其他物体发生撞击，在加速度曲线中会产生一个很大的冲击。由失重到撞击的时间决定于人体的高度。
停止过程：通常人体在跌倒再产生撞击后，会有短暂的静止状态（如果因为跌倒而致昏迷，甚至可能是较长时间的静止）。表现在加速度曲线上就是会有一段时间的平稳值，气压也在此时处于相对稳定状态。
与初始状态比较：跌倒之后，人体会由直立翻转到横伏，因此人体的方向会与原先站立的姿态（初始状态x,y,z三个方向）不同。这使得跌倒之后的静止状态下的三轴加速度数值与初始状态下的三轴加速度不同，气压检测的相对高度一般会有1.5米以上的变化。
加速度的变化，结合气体传感器测量气压而计算出来的1.5米以上高度变化，以及三个加速度变化的时间间隔，综合在一起，构成了整个的跌倒检测算法。控制器在接收到跌倒状态信息后，通过通信报警单元向外界或后台服务器发出救援信号。
可以作为优选的是：通信报警单元包括sos按键和有源rfid电子标签，还包括与控制器建立信号连接的zigbee通讯模块。当人体跌倒或被埋时，佩带者按下sos键，安全帽会启动救援模式：红色led闪烁，定时发射433mhz的rfid码。利用433mhz的穿透立强，传输距离远的功能很容易获知佩戴者的位置信息。
在工作场所（非工作场所被隔离时，可临时启用手持式zigbee系统，构造和安全帽的连接），也可以由预布的有自动组网功能的zigbee将环境参数和报警信息上报给后台服务器。后台服务器也可以在人员昏迷没有按下sos请求救援时，近距离透过zigbee传输命令启动sos功能。后台服务器还可以在有警情但还没有发生时，透过zigbee向佩戴者发出撤离语音。
为实现对本发明中安全帽佩戴者的室内定位，可以作为优选的是：还包括设置在安全帽本体上的蓝牙收发器，蓝牙收发器具有唯一识别sid码，蓝牙收发器适于将若干与其建立连接的蓝牙节点的id及信号强度通过zigbee通讯模块发送给定位服务器。
蓝牙的传输距离通常在10米左右，定位服务器适于根据预设的蓝牙信号衰减模型计算出蓝牙收发器与若干蓝牙节点之间的距离，再根据若干蓝牙节点已知的预标记地理位置信息结合三角定位法计算出安全帽本体的当前位置。
室内定位的原理在于：在无线通讯的设备中，有一个很重要的指标就是信号强度，命名rssi(receivedsignalstrengthindicator)。发射机在发射信号的时候，由于空气传导性的问题，信号是随与发射机距离远近逐渐衰减的，蓝牙定位正是基于信号强度测距法rssi来实现的。
在已知蓝牙节点发射功率的情况下，在移动的安全帽中的蓝牙收发器，通过接收到的节点的信号强度，可以推算出与节点的基本距离，计算传播损耗。使用理论和经验的信号传播模型将传播损耗转化为距离。如果采用三边测距法就可以计算出安全帽的精确位置，精度可以定位到1米内。
三边测距法在二维平面中的算法如图3所示，三个圆心a，b，c为预布的蓝牙节点，其地理坐标位置是预先标定过的，记为la，lb，lc，实际上节点还有很多，如ld，le，lf……等。当安全帽在移动到某个位置时，即上图中能测到读入的la的信号强度值rssi_a，即算得其与la的距离，则安全帽的位置理论上是以la为圆心，以测量换算出的距离为半径的同心圆上。安全帽在连接a点的同时，还连接了b，c等，则安全帽的位置也在距离b，c为圆心的另外的同心圆上。三个同心圆的交合点x即使安全帽的实际位置。
置于安全帽中的蓝牙收发器定时将其所连接的节点id号和信号强度值la，rssi_a；lb，rss_b；lc，rssi_c通过zigbee方式上报到定位服务器，定位服务器依靠预知的la，lb，lc的位置，结合信号强度的算法就可知道安全帽的位置。
三边测距法在三维立体面中的算法与二维类似，在蓝牙的10米左右传输距离内，理论上二个节点形成的同心圆的交合点仅2个，他们形成的交合区域也是比较小的，在视线所及之内。也即是说，2个节点id号和信号强度就能确定安全帽在一个很小的区域范围内。另外一个有需要高度区别的测量id和信号强度在三维高度上满足测量要求和定位要求了。
引入理论和实际经验的蓝牙定位算法核心是获知连接的3个以上预先布置的蓝牙节点的id号和信号强度值，由此计算出移动安全帽的位置，即人员的位置。
为实现远程考勤，所述安全帽本体上设置有gps或北斗定位模块。所述定位服务器还包括考勤模块，所述考勤模块适于考察在预设时间段内特定的所述唯一识别码是否出现在特定区域。
每一个安全帽都有一个唯一的，此sid码和安全帽内置的gps/北斗模块的imei机身码是认证安全帽的依据，安全帽上报信息包含有sid码和imei机身码，出现在作业区域的即视为考勤签到。
本发明的不局限于上述实施例，本发明的上述各个实施例的技术方案彼此可以交叉组合形成新的技术方案，另外凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。