一种骑行载具姿态安全监测装置的制作方法

本实用新型涉及骑行检测技术领域，尤其是一种骑行载具姿态安全监测装置。

背景技术：

如果采用以固定阈值界定摔倒或收到猛烈冲击的方法，那么对于众多的厂家的众多型号的共享单车，要分别针对不同的共享单车建立不同的物理模型计算阈值。而自行车倾倒的物理模型因受力情况的多样化需考虑的情况众多，计算过程极其复杂而且理论的阈值跟实际阈值存在着很大的误差。而且在某些情况下，会出现错误的判断，比如虽然自行车发生事故受到猛烈冲击，但是在发生倾倒时共享自行车用户能够用腿进行一定的有效支撑或用柔软的物体进行缓解倒地时的冲击，那么共享自行车用户将不会受到很大的伤害，更不需要医疗急救。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种骑行载具姿态安全监测装置，完成对车辆较复杂的姿态动作识别精确。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种骑行载具姿态安全监测装置，包括可拆卸固定设置在骑行载具车架横梁与竖梁交界处的空隙处的硬件容纳盒，所述硬件容纳盒包括微控制器、六轴加速度/陀螺仪传感器、无线通信模块和电源模块；六轴陀螺仪传感器检测骑行载具的姿态角和角速度，输出端与微控制器的输入端连接，微控制器的输出端与无线通信模块的输入端连接；电源模块为硬件容纳盒内部电路板的模块供电。

进一步地，所述六轴陀螺仪传感器欧拉角坐标系原点取在骑行载具的质心处，Z轴正方向在骑行载具对称平面内并平行于骑行载具的设计轴线指向车头，Y轴正方向在骑行载具对称平面内与Z轴垂直并指向车身下方，X轴正方向垂直于自行车对称平面指向车身右方；俯仰角pitch绕X轴旋转，车头向上为正方向；航向角yaw绕Y轴旋转，车头向右为正方向；横滚角roll绕Z轴旋转，车身右倾为正方向。

进一步地，所述无线通信模块包括GSM/GPRS/GPS无线通信单元、GPS 通信天线、GSM/GPRS通信天线，GPS通信天线与GSM/GPRS/GPS无线通信单元连接，GSM/GPRS通信天线与GSM/GPRS/GPS无线通信单元连接， GSM/GPRS/GPS无线通信单元与微控制器通过UART总线通信连接。

进一步地，所述微控制器为Quark SE微控制器，Quark SE微控制器集成的neurons特殊存储单元与flash存储器连接。

本实用新型的有益效果是，

本实用新型装置对车辆较复杂的姿态动作识别精确，共享自行车公司或交通控制部门能够实时监测自行车用户的安全状况，另外医疗救助机构能够在第一时间对发生严重事故骑乘人作出反应并能根据姿态识别的分类预知骑乘人可能受伤程度。

附图说明

图1是本实用新型骑行载具姿态安全监测电路原理图；

图2是安全监测装置在骑行载具上的安装位置以及欧拉角坐标系示意图。

具体实施方式

如图1所示，检测装置包括Genuino 101集成开发板1，SIM868 GSM/GPRS/GPS无线通信模块2，GPS通信天线3，GSM通信天线4。其中，核心控制器为Intel Curie内含一个Intel x86Quark SE微控制器以及一个32bit 的ARC架构的核心(两个核心共用Flash和RAM)、Nodic NRF51822低功耗蓝牙芯片、bosch 6轴加速度/陀螺仪传感器。Quark SE中集成了128个neurons 特殊存储单元。

Genuino 101集成开发板1还包括，有5V DC输出和3.3V DC输出和外部电源输入、内部时钟32MHz、有14个数字I/O端口其中4个为PWM输出口、 6个模拟输入端口。

SIM868GSM/GPRS/GPS无线通信模块2与Genuino 101集成开发板1使用UART总线进行通信，SIM868GSM/GPRS/GPS无线通信模块2的数据发送口UART1_TXD与Genuino 101集成开发板1数据接收口RX相连，SIM868 GSM/GPRS/GPS无线通信模块2的数据接收口UART1_TXD与Genuino 101 集成开发板1的数据发送口TX相连，这样就实现了Genuino 101和SIM868 之间GSM或GPRS的串口数据发送和接收；SIM868GSM/GPRS/GPS无线通信模块2的GPS数据发送口GPS_TXD与Genuino 101集成开发板1的数字接口2相连，另外使用Genuino 101官方的SoftwareSerial库将Genuino 101集成开发板1的数字接口2定义为软串口接收口，这样就实现了SIM868向Genuino 101的GPS数据的串口发送。

GPS通信天线3连接SIM868GSM/GPRS/GPS无线通信模块2的 GPS_ANT口；GSM通信天线4连接SIM868GSM/GPRS/GPS无线通信模块2 的GSM_ANT口。SIM868GSM/GPRS/GPS无线通信模块2的PWRKEY口接地，这样就实现了接通电源后SIM868的自动启动。SIM868GSM/GPRS/GPS 无线通信模块2外部直流稳压电压输入端口V_IN连接Genuino 101集成开发板1的外部直流稳压电压输入端口VIN，SIM868GSM/GPRS/GPS无线通信模块2外部电源接地口GND连接Genuino 101集成开发板1的外部电源接地口 GND，SIM868GSM/GPRS/GPS无线通信模块2的V_IO口连接Genuino 101 集成开发板1的5V恒压口。使用7～12V直流电源对Genuino 101集成开发板 1的DC5.5＝2.1mm电源线接口或Type-B usb电源接口进行供电，电源将同时接通并启动SIM868GSM/GPRS/GPS无线通信模块2。

如图2所示，Genuino 101集成开发板1，SIM868GSM/GPRS/GPS无线通信模块2，GPS通信天线3，GSM通信天线4和供电电源都封装在一密封的硬件容纳盒内，供电电源自由选择，可以为太阳能电源，或骑行自发电电源，硬件容纳盒4可拆卸固定于自行车或其他载具车架横梁与竖梁交界的空隙处，由于容纳盒内部结构和与车身紧固连接方法已存在诸多现有技术，对此不再过多赘述。

Genuino 101集成开发板1内部bosch 6轴加速度/陀螺仪传感器欧拉角坐标系原点取在自行车的质心处，Z轴正方向在自行车对称平面内并平行于自行车的设计轴线指向车头，Y轴正方向在自行车对称平面内与Z轴垂直并指向车身下方，X轴正方向垂直于自行车对称平面指向车身右方。俯仰角pitch绕X 轴旋转，车头向上为正方向；航向角yaw绕Y轴旋转，车头向右为正方向；横滚角roll绕Z轴旋转，车身右倾为正方向。

上述装置不仅可应用于自行车，还可应用于电动车、摩托车等基数较大、监管难且易发生交通事故的骑行载具上。

采用上述基于Genuino 101的骑行载具姿态安全监测装置的监测方法，包括以下步骤：读取Genuino 101集成开发板1内部bosch 6轴加速度/陀螺仪传感器的各项数据，使用madgwick算法进行IMU姿态融合解算。选用Genuino 101 Curie PME库的监督学习模式，以一段较短时间内的连续n组姿态融合解算的俯仰角pitch、航向角yaw、横滚角roll、三轴的角速度与对应期望输出的二进制编码为初始训练集训练RBF神经网络。

优选地，选用的神经网络核函数为：

执行读取bosch 6轴加速度/陀螺仪传感器的各项数据与使用madgwick算法进行姿态融合解算一组俯仰角pitch、航向角yaw、横滚角roll指令时间总和小于

优选地，训练数据的采样频率为400HZ，即每两个训练样本的采样时间间隔为

训练结束后，将Genuino 101集成开发板1中Quark SE的neurons特殊存储单元所有数据以文档的形式保存至flash存储器中，以防神经网络参数断电丢失。随后运用Curie PME库进入识别模式，当训练结束后的任何一次重新启动Genuino 101集成开发板1都将同时启动SIM868GSM/GPRS/GPS无线通信模块2的GPRS传输模式和GPS定位。Genuino 101集成开发板1将读取存储在flash存储器中保存的文档读出并重新写入Quark SE的neurons特殊存储单元。接着以采样频率为1200HZ采集连续n组俯仰角pitch、航向角yaw、横滚角roll、三轴方向角速度，并以三个欧拉角和三个角速度为神经网络的输入样本，每采一组样本，求样本对应特征向量对应的神经网络输出分类结果，并通过串口通信发送至SIM868GSM/GPRS/GPS无线通信模块2，SIM868 GSM/GPRS/GPS无线通信模块2将获取当前GPS定位信息，并将GPS定位信息与姿态分类结果通过GPRS发送至指定共享自行车公司信息后台终端的 MAC地址，这样公司将能实时对用户的骑行安全状况进行监测。另外通过IP 数据报，还能对于特定的交通事故处理部门或急救中心IP地址进行点对点的或一对多的通信。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。