一种基于嵌入式控制系统的落水自救装置的制作方法

本实用新型涉及一种基于嵌入式控制系统的落水自救装置，属于嵌入式救生用品领域。

背景技术：

在现实生活中，我们出行离不开飞机和轮船，但是在乘坐过程中，不可避免的会遇到事故，出现海难或者空难，当乘客落水时，如何保证安全成了关注的一个总要问题。目前，市场上的落水自救装置存在着很多缺点，一方面不容易携带，另一方面自动程度不高，特殊情况时无法有效使用，容易导致落水者丧命。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于嵌入式控制系统的落水自救装置，通过该装置能够实现自动控制气囊充气，给予落水者充分的时间进行自救，而且本装置小巧便携，实时发送落水者位置，方便救援。整个装置主体为一个双层的护臂，可以随身携带，而且不会对使用者造成影响。具有广大的市场应用前景，可有效减少溺亡事故的发生。

本实用新型采用的技术方案是：一种基于嵌入式控制系统的落水自救装置，包括密封亲肤材质内层1、气囊层2，气囊层2位于密封亲肤材质内层1外部；

所述密封亲肤材质内层1上设有中央控制模块6、GPS模块7、电源模块8、压力传感器模块4、自动充气模块5、电磁阀模块9、LoRa无线传输模块10，压力传感器模块4、电磁阀模块9、电源模块8GPS模块7、LoRa无线传输模块10均与中央控制模块6连接，电磁阀模块9与自动充气模块5连接。

所述气囊层2包括高密度材质气囊，高密度材质气囊上设有进气孔3，进气孔3与自动充气模块5相连。

具体地，所述中央控制模块6包括芯片STC12C2052AD、晶振电路和复位电路；其中芯片STC12C2052AD的P1.0-P1.1管脚分别与电磁阀模块9和压力传感器模块4相连， XTAL1与XTAL2管脚连接晶振电路，RST管脚连接复位电路，VCC管脚与电源模块8相连，GND管脚接地，P3.0-P3.1管脚连接GPS模块7，P1.5-P1.6管脚连接LoRa无线传输模块10，其中晶振电路包括电容C2、C3，晶振Y1，电容C2、C3的一端分别与晶振Y1的一端相连，另一端接地，晶振Y1的一端连接芯片STC12C2052AD的XTAL1管脚，另一端连接芯片STC12C2052AD的XTAL2管脚；其中复位电路包括电容C1、开关K1和电阻R1，电阻R1一端连接开关K1，一端接地，开关K1两端分别与电容C1连接，电容C1一端连接VCC，一端连接芯片STC12C2052AD的RST管脚。

具体地，所述电源模块8包括芯片LM2940、电池Battery、稳压二极管VD1、电容C4与电容C5，其中电池battery负极接地，正极连接着电池VD1的输入端，电池VD1的输出端连接着芯片LM2940的IN管脚，芯片LM2940的OUT管脚作为VCC输出端，电容C4一端连接着VD1的输入端，另一端接地，电容C5一端连接着VCC输出端，另一端接地。

具体地，所述GPS模块7包括芯片GPS_NEO_6M与天线，其中芯片GPS_NEO_6M的RXD1与TXD1管脚与中央控制模块6中芯片STC12C2052AD的P3.0-P3.1管脚相连；RF_IN管脚连接天线，GND管脚接地，VCC管脚与电源模块8相连，VDDUSB管脚接地。

具体地，所述的压力传感器模块4包括电阻R2-R11、OPA27AJ型运算放大器A1、A2、A3，其中电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5组成电桥，电阻R2与电阻R3的一端连接电源模块8VCC输出端，电阻R2的另一端分别与电阻R4的一端及OPA27AJ型运算放大器A2的管脚3相连，电阻R4的另一端与电阻R5的一端接地，电阻R5的另一端分别与电阻R3的另一端及OPA27AJ型运算放大器A1的管脚3相连；OPA27AJ型运算放大器A1的管脚7接电源正极，管脚4接电源负极；OPA27AJ型运算放大器A1的管脚2连接着电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接着OPA27AJ型运算放大器A2的管脚2，电阻R6一端连接着电阻R7，另一端连接着电阻R10的一端，OPA27AJ型运算放大器A1的管脚6也连接着电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接着OPA27AJ型运算放大器A3的管脚2，电阻R8的一端连接着电阻R7的一端，另一端连接着电阻R9的一端，电阻R9一端连接着OPA27AJ型运算放大器A2的管脚6，另一端接地，同时也连接着OPA27AJ型运算放大器A3的管脚3，电阻R11的一端连接着电阻R10，另一端连接着OPA27AJ型运算放大器A3的管脚6，OPA27AJ型运算放大器A3的管脚6连接着中央控制模块6中芯片STC12C2052AD的P1.1管脚。

具体地，所述的电磁阀模块9包括电阻R12-R14、8550型驱动三极管Q1、4007型续流保护二极管D1、电磁阀P1，电磁阀P1内包括阀芯13、弹簧14、线圈15，电阻R12的一端与中央控制模块6中芯片STC12C2052AD的P1.0管脚连接，另一端与三极管Q1的基极相连，三极管Q1的发射极连接电源，三极管Q1的集电极连接电阻R13的一端，电阻R14的一端连接着保护二极管D1的输入端，保护二极管D1的输出端连接着电阻R13的另一端，电阻R14的另一端接地，电磁阀P1的管脚1连接着保护二极管的输出端，电磁阀P1的管脚2连接着电阻R14的另一端。

具体地，所述的自动充气模块5包括高压CO2气瓶18、阀座11、导气管17，阀座11设有进气口19、出气口16、弹簧安装腔、堵塞口，高压CO2气瓶18连接着进气口19，进气口19与出气口16之间形成充气管道，充气管道的中部设有堵塞口，弹簧安装腔设在充气管道上方且内部安转有弹簧14，阀芯13一端位于弹簧14下端，另一端伸入充气管道中用于打开或闭合堵塞口，线圈15包裹在弹簧安装腔外面，密封圈12设置在阀芯13下端，导气管17一端连接着出气口16，另一端连接进气孔3。

具体地，所述的LoRa无线传输模块10包括芯片SX1078，复位电路，天线，其中复位电路包括电容C6，电阻R15，开关K2，电阻R15一端接地，另一端连接着开关K2和电容C6，开关K2另一端连接着电源，电容C6一端连接着电源，另一端连接着芯片SX1078的管脚4，芯片SX1078的管脚1连接着天线，管脚13-14连接着中央控制模块6中芯片STC12C2052AD的P1.5-P1.6管脚，管脚9和16接地。

本实用新型的有益效果是：本实用新型用于解决传统落水自救工具存在的各种缺点，通过使用嵌入式系统的控制，以及独特的设计，一方面我们减小了体积，便于携带与使用，另一方面，我们提高了自动化的程度，让装置实用性更高，在落水者出现特殊情况，比如说昏迷等情况时，能够保证落水者的安全。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构图；

图2是本实用新型的中央控制模块图；

图3是本实用新型的电源模块的电路图；

图4是本实用新型的GPS模块图；

图5是本实用新型的压力传感器模块的电路图；

图6是本实用新型的电磁阀模块的电路图；

图7是本实用新型的自动充气模块结构图；

图8是本实用新型的LoRa无线传输模块图。

图中各标号为：1-密封亲肤材质内层，2-气囊层，3-进气孔，4-压力传感器模块，6-中央控制模块，7-GPS模块，8-电源模块，9-电磁阀模块、10-LoRa无线传输模块，11-阀座，12-密封圈，13-阀芯，14-弹簧，15-线圈，16-出气口，17-导气管，18-高压CO2气瓶，19-进气口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明。

实施例1：如图1-8所示，一种基于嵌入式控制系统的落水自救装置，包括密封亲肤材质内层1、气囊层2，气囊层2位于密封亲肤材质内层1外部；

所述密封亲肤材质内层1上设有中央控制模块6、GPS模块7、电源模块8、压力传感器模块4、自动充气模块5、电磁阀模块9、LoRa无线传输模块10，压力传感器模块4、电磁阀模块9、电源模块8GPS模块7、LoRa无线传输模块10均与中央控制模块6连接，电磁阀模块9与自动充气模块5连接。

所述气囊层2包括高密度材质气囊，高密度材质气囊上设有进气孔3，进气孔3与自动充气模块5相连。

进一步地，所述中央控制模块6包括芯片STC12C2052AD、晶振电路和复位电路；其中芯片STC12C2052AD的P1.0-P1.1管脚分别与电磁阀模块9和压力传感器模块4相连， XTAL1与XTAL2管脚连接晶振电路，RST管脚连接复位电路，VCC管脚与电源模块8相连，GND管脚接地，P3.0-P3.1管脚连接GPS模块7，P1.5-P1.6管脚连接LoRa无线传输模块10，其中晶振电路包括电容C2、C3，晶振Y1，电容C2、C3的一端分别与晶振Y1的一端相连，另一端接地，晶振Y1的一端连接芯片STC12C2052AD的XTAL1管脚，另一端连接芯片STC12C2052AD的XTAL2管脚；其中复位电路包括电容C1、开关K1和电阻R1，电阻R1一端连接开关K1，一端接地，开关K1两端分别与电容C1连接，电容C1一端连接VCC，一端连接芯片STC12C2052AD的RST管脚。

进一步地，所述电源模块8包括芯片LM2940、3000mA电池Battery、稳压二极管VD1、电容C4与电容C5，其中电池battery负极接地，正极连接着电池VD1的输入端，电池VD1的输出端连接着芯片LM2940的IN管脚，芯片LM2940的OUT管脚作为VCC输出端，电容C4一端连接着VD1的输入端，另一端接地，电容C5一端连接着VCC输出端，另一端接地。

进一步地，所述GPS模块7包括芯片GPS_NEO_6M与天线，其中芯片GPS_NEO_6M的RXD1与TXD1管脚与中央控制模块6中芯片STC12C2052AD的P3.0-P3.1管脚相连；RF_IN管脚连接天线，GND管脚接地，VCC管脚与电源模块8相连，VDDUSB管脚接地。

进一步地，所述的压力传感器模块4包括电阻R2-R11、OPA27AJ型运算放大器A1、A2、A3，其中电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5组成电桥，电阻R2与电阻R3的一端连接电源模块8VCC输出端，电阻R2的另一端分别与电阻R4的一端及OPA27AJ型运算放大器A2的管脚3相连，电阻R4的另一端与电阻R5的一端接地，电阻R5的另一端分别与电阻R3的另一端及OPA27AJ型运算放大器A1的管脚3相连；OPA27AJ型运算放大器A1的管脚7接电源正极，管脚4接电源负极；OPA27AJ型运算放大器A1的管脚2连接着电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接着OPA27AJ型运算放大器A2的管脚2，电阻R6一端连接着电阻R7，另一端连接着电阻R10的一端，OPA27AJ型运算放大器A1的管脚6也连接着电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接着OPA27AJ型运算放大器A3的管脚2，电阻R8的一端连接着电阻R7的一端，另一端连接着电阻R9的一端，电阻R9一端连接着OPA27AJ型运算放大器A2的管脚6，另一端接地，同时也连接着OPA27AJ型运算放大器A3的管脚3，电阻R11的一端连接着电阻R10，另一端连接着OPA27AJ型运算放大器A3的管脚6，OPA27AJ型运算放大器A3的管脚6连接着中央控制模块6中芯片STC12C2052AD的P1.1管脚。

进一步地，所述的电磁阀模块9包括电阻R12-R14、8550型驱动三极管Q1、4007型续流保护二极管D1、电磁阀P1，电磁阀P1内设有阀芯13、弹簧14、线圈15，电阻R12的一端与中央控制模块6中芯片STC12C2052AD的P1.0管脚连接，另一端与三极管Q1的基极相连，三极管Q1的发射极连接电源，三极管Q1的集电极连接电阻R13的一端，电阻R14的一端连接着保护二极管D1的输入端，保护二极管D1的输出端连接着电阻R13的另一端，电阻R14的另一端接地，电磁阀P1的管脚1连接着保护二极管的输出端，电磁阀P1的管脚2连接着电阻R14的另一端。

进一步地，所述的自动充气模块5包括高压CO2气瓶18、阀座11、导气管17，阀座11设有进气口19、出气口16、弹簧安装腔、堵塞口，高压CO2气瓶18连接着进气口19，进气口19与出气口16之间形成充气管道，充气管道的中部设有堵塞口，弹簧安装腔设在充气管道上方且内部安装有弹簧14，阀芯13一端位于弹簧14下端，另一端伸入充气管道中用于打开或闭合堵塞口，线圈15包裹在弹簧安装腔外面，密封圈12设置在阀芯13下端，导气管17一端连接着出气口16，另一端连接进气孔3。

进一步地，所述的LoRa无线传输模块10包括芯片SX1078，复位电路，天线，其中复位电路包括电容C6，电阻R15，开关K2，电阻R15一端接地，另一端连接着开关K2和电容C6，开关K2另一端连接着电源，电容C6一端连接着电源，另一端连接着芯片SX1078的管脚4，芯片SX1078的管脚1连接着天线，管脚13-14连接着中央控制模块6中芯片STC12C2052AD的P1.5-P1.6管脚，管脚9和16接地。

本实用新型的工作原理是：使用者可以将装置佩戴在小臂处，当使用者遇到危险，落水时，装置开始运作，3000mA电池经过电源模块转换为5V标准电源给装置供电，压力传感器模块4受到水的冲击，压力信息会传输到中央控制模块6，中央控制模块6的 STC12C2052AD会对压力的数值设置一个阀值，超过阀值就会控制电磁阀模块9开始工作，通过电路驱动电磁阀P1中的线圈15工作，在线圈15的作用下，电磁阀P1的弹簧14拉起阀芯13，堵塞口打开，充气管道形成通路，高压CO2气瓶18内的CO2通过导气管17进入高密度材质气囊，充满高密度材质气囊。同时GPS模块7开始工作，通过卫星获取定位信息，并将定位信息发送给中央控制模块6，中央控制模块6通过LoRa无线传输模块10发送给救援船只，方便救援工作的及时展开。

本实用新型技术实现简单，操作方便，并且传感器稳点性好，价格低廉，受外在条件影响小。本装置携带方便，外表美观，遇到危险时自动启动气囊，且气囊体积大，能够保证使用者完成落水自救，保证自身的生命安全。

上面结合附图对本实用新型的具体实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。