一种组合式遇障报警智能帽的制作方法
【专利摘要】本发明属于智能穿戴技术领域，涉及一种组合式遇障报警智能帽，在帽子上设置单片机、帽前部频率信号驱动放大电路、帽后部频率信号驱动放大电路、帽前部超声波发射器、帽后部超声波发射器、帽前部超声波接收器、帽后部超声波接收器、帽前部超声波接收信号放大器、帽后部超声波接收信号放大器、红外发射驱动电路、帽左侧红外二极管、帽右侧红外二极管、红外接收驱动电路、帽左侧光敏二极管、帽右侧光敏二极管、WIFI连接模块、蓝牙连接模块和温度传感器，其结构简单，易于小型化，成本低，功率消耗小，反映速度快；对环境无污染，对人、物无损害，抗干扰能力强，工作可靠。
【专利说明】
一种组合式遇障报警智能帽
技术领域
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[0001]本发明属于智能穿戴技术领域，涉及一种组合式遇障报警智能帽，特别是一种通过WIFI或蓝牙与手机相联的采用红外及超声波组合式遇障报警智能帽。
【背景技术】
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[0002]随着生活节奏的加快及人们生活水平的提高，人们对于健康的重要性有了更深的理解，广场舞、暴走团、太极剑、太极拳成为一种流行趋势，在这些健身运动中，人们往往需要戴帽子以实现护头保暖防寒、为头发防尘防污染、防晒防辐射、约束头发的效果，但是，戴帽子特别是有帽沿的帽子会影响人眼视线，不能及时发现附近障碍物并躲避，现有的智能帽大多是用于促进毛发生长(ZL2015210338993)、疲劳监测(专利申请号2015109816538)、具有保健功能(Z L 2 O I 5 2 O 4 5 O 3 6 9 2 )、设有语音播放装置并带有定位系统(ZL2015202581818)、温度可调(ZL2014203376483)等等，因此对于人们尤其是老年人身体健康有重要作用的遇障报警技术成为一种迫切需求。“基于单片机的红外盲人避障帽”解放了盲人的双手，用帽子上的传感器代替盲杖对障碍物的感知，让盲人可以在无人帮助的情况下可以自主行走，该盲人避障帽采用红外技术探测前方障碍物的距离及大小，返回不同的电压信号，通过单片机对这些电压信号的处理与识别发出不同报警声，提示盲人有效感知周围环境并做出相应行动，但是该红外盲人避障帽具有其局限性，仅适用于盲人，不能满足大多数人群的需要，而且目前，市面上还没有出现通过WIFI或蓝牙与手机相联的采用红夕卜、超声波组合式遇障报警智能帽。
【发明内容】
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[0003]本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种组合式遇障报警智能帽，其内集成超声波传感器、红外传感器、WIFI连接模块、蓝牙连接模块，在设置距离内有障碍物时会在手机屏幕以图像或/和声音方式发出警报信息。
[0004]为了实现上述目的，本发明所述组合式遇障报警智能帽在帽子上设置单片机、帽前部频率信号驱动放大电路、帽后部频率信号驱动放大电路、帽前部超声波发射器、帽后部超声波发射器、帽前部超声波接收器、帽后部超声波接收器、帽前部超声波接收信号放大器、帽后部超声波接收信号放大器、红外发射驱动电路、帽左侧红外二极管、帽右侧红外二极管、红外接收驱动电路、帽左侧光敏二极管、帽右侧光敏二极管、WIFI连接模块、蓝牙连接模块和温度传感器，帽前部超声波发射器与帽前部超声波接收器连接组成帽前部超声波传感器，帽后部超声波发射器与帽后部超声波接收器连接组成帽后部超声波传感器，帽前部超声波传感器和帽后部超声波传感器分别设置在帽子的前部和后部，帽前部超声波传感器和帽后部超声波传感器的探测角度均为向地倾斜45°;帽左侧红外二极管和帽左侧光敏二极管连接组成帽左侧红外传感器，帽右侧红外二极管和帽右侧光敏二极管连接组成帽右侧红外传感器，帽左侧红外传感器和帽右侧红外传感器分别设置在帽子的左侧和右侧，帽左侧红外传感器和帽右侧红外传感器默认的探测角度为水平方向；单片机分别与帽前部频率信号驱动放大电路、帽后部频率信号驱动放大电路、帽前部超声波接收信号放大器、帽后部超声波接收信号放大器、红外发射驱动电路、红外接收驱动电路、WIFI连接模块、蓝牙连接模块和温度传感器连接组成遇障报警装置，遇障报警装置经防水处理后设置在帽沿或/和帽顶；帽前部频率信号驱动放大电路、帽后部频率信号驱动放大电路分别与帽前部超声波发射器、帽后部超声波发射器连接，帽前部超声波接收信号放大器、帽后部超声波接收信号放大器分别与帽前部超声波接收器、帽后部超声波接收器连接，帽前部超声波接收信号放大器放大帽前部超声波接收器的信号，帽后部超声波接收信号放大器放大帽后部超声波接收器的信号;红外发射驱动电路分别与帽左侧红外二极管和帽右侧红外二极管连接，红外接收驱动电路分别与帽左侧光敏二极管和帽右侧光敏二极管连接，单片机通过WIFI连接模块或/和蓝牙连接模块与手机相联。
[0005]本发明所述帽前部超声波传感器的默认报警距离为3m，帽后部超声波传感器的默认报警距离为Im;帽左侧红外传感器的默认报警距离为0.3m;帽右侧红外传感器的默认报警距离为0.3m，通过手机屏幕能自定义调整默认报警范围。
[0006]本发明所述组合式遇障报警智能帽的前方或后方遇到障碍物时，单片机通过外部弓丨脚输出脉冲宽度为250ys、40kHz的10个脉冲串，并通过频率信号驱动放大电路以推挽方式加到置于帽前部及帽后部的超声波发射器而发射出超声波，在超声波发射的同时，单片机的片内计时器开始计时，超声波在空气中传播碰到障碍物时立即返回，超声波接收器收到反射波后单片机的片内计时器停止计时，得到超声波从发射到接收的时间差At，超声波在空气中的传播速度V = 331.45+0.607T，其中T为温度传感器测得的环境温度，根据超声波从发射到接收的时间差At和超声波的传播速度V计算出发射点距障碍物的距离S = vX Λt/2，当S小于所选报警模式报警距离时，通过手机屏幕以图像或/和通过手机喇叭以声音方式发出警报信息，以提高安全性。
[0007]本发明所述组合式遇障报警智能帽左右两侧遇到障碍物时，红外发射驱动电路驱动置于帽左右两侧的红外二极管发出红外光，当红外光在遇到障碍物后反射回来，反射回来的红外光由红外接收驱动电路驱动相应的光敏二极管接收，并将接收到的红外光转换为可测量的电压值，通过对转换的电压的计算，确定使用者与障碍物之间的距离，当使用者与障碍物之间的距离小于报警模式设置的报警距离时，即障碍物在报警范围内时，在手机上通过手机屏幕以图像或/和通过手机喇叭以声音方式发出警报信息。
[0008]本发明与现有技术相比，具有以下优点:一是组合式遇障报警智能帽除实现帽子的护头保暖防寒、为头发防尘防污染、防晒防辐射、约束头发等功能外，还能通过WIFI连接模块或/和蓝牙连接模块与手机相联，并在报警范围内有障碍物时会在手机屏幕以图像或/和通过手机喇叭以声音方式发出警报信息；二是进行了环境温度补偿，提高了超声波测距精度，提高了戴帽者的安全性;三是有效利用了手机中原有的手机屏幕、喇叭等元器件，降低了成本；四是智能帽前、后部采用超声波回波测距原理，运用精确的时差测量技术，检测传感器与目标物之间的距离，采用小角度、小盲区超声波传感器，具有测量准确、无接触、防水、防腐蚀、低成本等优点；五是智能帽两侧采用红外线发光二极管，结构简单，易于小型化，且成本低；同时，红外线调制简单，依靠调制信号编码可实现多路控制;红外线不能通过阻挡物，不会产生信号串扰等误动作；功率消耗小，反映速度快;对环境无污染，对人、物无损害;抗干扰能力强，工作可靠。【附图说明】:
[0009]图1为本发明的工作原理示意框图。
【具体实施方式】
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[0010]下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。
[0011]实施例:
[0012]本实施例所述组合式遇障报警智能帽是在帽子上设置单片机1、帽前部频率信号驱动放大电路Al、帽后部频率信号驱动放大电路A2、帽前部超声波发射器B1、帽后部超声波发射器B2、帽前部超声波接收器Cl、帽后部超声波接收器C2、帽前部超声波接收信号放大器Dl、帽后部超声波接收信号放大器D2、红外发射驱动电路4、帽左侧红外二极管51、帽右侧红外二极管52、红外接收驱动电路6、帽左侧光敏二极管71、帽右侧光敏二极管72、WIFI连接模块E、蓝牙连接模块F和温度传感器9，帽前部超声波发射器BI与帽前部超声波接收器Cl连接组成帽前部超声波传感器，帽后部超声波发射器B2与帽后部超声波接收器C2连接组成帽后部超声波传感器，帽前部超声波传感器和帽后部超声波传感器分别设置在帽子的前部和后部，帽前部超声波传感器和帽后部超声波传感器的探测角度均为向地倾斜45°;帽左侧红外二极管51和帽左侧光敏二极管71连接组成帽左侧红外传感器，帽右侧红外二极管52和帽右侧光敏二极管72连接组成帽右侧红外传感器，帽左侧红外传感器和帽右侧红外传感器分别设置在帽子的左侧和右侧，帽左侧红外传感器和帽右侧红外传感器默认的探测角度为水平方向；单片机I分别与帽前部频率信号驱动放大电路Al、帽后部频率信号驱动放大电路A2、帽前部超声波接收信号放大器D1、帽后部超声波接收信号放大器D2、红外发射驱动电路4、红外接收驱动电路6、WIFI连接模块E、蓝牙连接模块F和温度传感器9连接组成遇障报警装置，遇障报警装置经防水处理后设置在帽沿或/和帽顶；帽前部频率信号驱动放大电路Al、帽后部频率信号驱动放大电路A2分别与帽前部超声波发射器B1、帽后部超声波发射器B2连接，帽前部超声波接收信号放大器Dl、帽后部超声波接收信号放大器D2分别与帽前部超声波接收器Cl、帽后部超声波接收器C2连接，帽前部超声波接收信号放大器Dl放大帽前部超声波接收器Cl的信号，帽后部超声波接收信号放大器D2放大帽后部超声波接收器C2的信号;红外发射驱动电路4分别与帽左侧红外二极管51和帽右侧红外二极管52连接，红外接收驱动电路6分别与帽左侧光敏二极管71和帽右侧光敏二极管72连接，单片机I通过WIFI连接模块E或/和蓝牙连接模块F与手机相联。
[0013]本实施例所述帽前部超声波传感器的默认报警距离为3m，帽后部超声波传感器的默认报警距离为Im;帽左侧红外传感器的默认报警距离为0.3m;帽右侧红外传感器的默认报警距离为0.3m，通过手机屏幕2能自定义调整默认报警范围。
[0014]本实施例述组合式遇障报警智能帽遇到帽前方障碍物33时，单片机I通过外部引脚输出脉冲宽度为250ys、40kHz的10个脉冲串，并通过帽前部频率信号驱动放大电路Al以推挽方式加到帽前部超声波发射器BI向帽前方发射出超声波，当第一个超声波脉冲群发射结束后，单片机I内的计时器开始计时，超声波在空气中传播碰到帽前方障碍物33时立即返回至接收反射波的帽前部超声波接收器Cl，在检测到第一个反射波脉冲的瞬间，单片机I内的计时器停止计时，得到超声波从发射到接收的时间差At，超声波在空气中的传播速度V= 331.45+0.607T，其中T为温度传感器9测得的环境温度，根据超声波从发射到接收的时间差At和超声波的传播速度V计算出发射点距帽前方障碍物33的距离S = vX At/2，当S小于所选报警模式报警距离时，在手机上通过手机屏幕2以图像或/和手机喇叭8以声音方式发出警报信息。
[0015]本实施例述组合式遇障报警智能帽遇到帽后方障碍物34时，单片机I通过外部引脚输出脉冲宽度为250ys、40kHz的10个脉冲串，并通过帽后部频率信号驱动放大电路A2以推挽方式加到帽后部超声波发射器B2向帽后方发射出超声波，当第一个超声波脉冲群发射结束后，单片机I内的计时器开始计时，超声波在空气中传播碰到帽后方障碍物34时立即返回至接收反射波的帽后部超声波接收器C2，在检测到第一个反射波脉冲的瞬间，单片机I内的计时器停止计时，得到超声波从发射到接收的时间差At，超声波在空气中的传播速度V= 331.45+0.607T，其中T为温度传感器9测得的环境温度，根据超声波从发射到接收的时间差At和超声波的传播速度V计算出发射点距帽后方障碍物34的距离S = vX At/2，当S小于所选报警模式报警距离时，在手机上通过手机屏幕2以图像或/和手机喇叭8以声音方式发出警报信息。
[0016]本实施例所述组合式遇障报警智能帽遇到帽左侧障碍物31时，单片机I通过红外发射驱动电路4驱动帽左侧红外二极管51发出红外光，当红外光在遇到帽左侧障碍物31后反射回来，反射回来红外光由红外接收驱动电路6驱动帽左侧光敏二极管71接收，并将帽左侧光敏二极管71接收的红外光转换为可测量的电压值Ul，由于红外光的强度会随距离Sn的缩小而增强，红外接收驱动电路6转化的电压值Ul会随之增强，而且转化的电压值Ul与距离Sn成比例，以公式表示，即Ul=k/Sii，通过对转换的电压的计算，对公式进行转换，即Sn =k/Ul，确定使用者与帽左侧障碍物31之间的距离Sn，使用者与帽左侧障碍物31之间的距离Sn小于报警模式设置的报警距离时，即帽左侧障碍物31在报警范围内时，在手机上通过手机屏幕2以图像或/和通过手机喇叭8以声音方式发出警报信息。
[0017]本实施例所述组合式遇障报警智能帽遇到帽右侧障碍物32时，单片机I通过红外发射驱动电路4驱动帽右侧红外二极管52发出红外光，当红外光在遇到帽右侧障碍物32后反射回来，反射回来的红外光由红外接收驱动电路6驱动帽右侧光敏二极管72接收，并将右侧光敏二极管72接收到的红外光转换为可测量的电压值U2，由于红外光的强度会随距离S12的缩小而增强，红外接收驱动电路6转化的电压值U2会随之增强，而且转化的电压值U2与距离Si2成比例，以公式表示，即U2 = k/Si，通过对转换的电压值计算，对公式进行转换，S卩Si =k/U2，确定使用者与帽右侧障碍物32之间的距离S12，当使用者与帽右侧障碍物32之间的距离S12小于报警模式设置的报警距离时，即帽右侧障碍物32在报警范围内时，在手机上通过手机屏幕2以图像或/和手机喇叭8以声音方式发出警报信息。
【主权项】
1.一种组合式遇障报警智能帽，其特征在于在帽子上设置单片机、帽前部频率信号驱动放大电路、帽后部频率信号驱动放大电路、帽前部超声波发射器、帽后部超声波发射器、帽前部超声波接收器、帽后部超声波接收器、帽前部超声波接收信号放大器、帽后部超声波接收信号放大器、红外发射驱动电路、帽左侧红外二极管、帽右侧红外二极管、红外接收驱动电路、帽左侧光敏二极管、帽右侧光敏二极管、WIFI连接模块、蓝牙连接模块和温度传感器，帽前部超声波发射器与帽前部超声波接收器连接组成帽前部超声波传感器，帽后部超声波发射器与帽后部超声波接收器连接组成帽后部超声波传感器，帽前部超声波传感器和帽后部超声波传感器分别设置在帽子的前部和后部，帽前部超声波传感器和帽后部超声波传感器的探测角度均为向地倾斜45° ;帽左侧红外二极管和帽左侧光敏二极管连接组成帽左侧红外传感器，帽右侧红外二极管和帽右侧光敏二极管连接组成帽右侧红外传感器，帽左侧红外传感器和帽右侧红外传感器分别设置在帽子的左侧和右侧，帽左侧红外传感器和帽右侧红外传感器默认的探测角度为水平方向；单片机分别与帽前部频率信号驱动放大电路、帽后部频率信号驱动放大电路、帽前部超声波接收信号放大器、帽后部超声波接收信号放大器、红外发射驱动电路、红外接收驱动电路、WIFI连接模块、蓝牙连接模块和温度传感器连接组成遇障报警装置，遇障报警装置经防水处理后设置在帽沿或/和帽顶;帽前部频率信号驱动放大电路、帽后部频率信号驱动放大电路分别与帽前部超声波发射器、帽后部超声波发射器连接，帽前部超声波接收信号放大器、帽后部超声波接收信号放大器分别与帽前部超声波接收器、帽后部超声波接收器连接，帽前部超声波接收信号放大器放大帽前部超声波接收器的信号，帽后部超声波接收信号放大器放大帽后部超声波接收器的信号;红外发射驱动电路分别与帽左侧红外二极管和帽右侧红外二极管连接，红外接收驱动电路分别与帽左侧光敏二极管和帽右侧光敏二极管连接，单片机通过WIFI连接模块或/和蓝牙连接模块与手机相联。2.根据权利要求1所述组合式遇障报警智能帽，其特征在于所述帽前部超声波传感器的默认报警距离为3m，帽后部超声波传感器的默认报警距离为Im;帽左侧红外传感器的默认报警距离为0.3m;帽右侧红外传感器的默认报警距离为0.3m，通过手机屏幕能自定义调整默认报警范围。3.根据权利要求1所述组合式遇障报警智能帽，其特征在于所述组合式遇障报警智能帽的前方或后方遇到障碍物时，单片机通过外部引脚输出脉冲宽度为250ys、40kHz的10个脉冲串，并通过频率信号驱动放大电路以推挽方式加到置于帽前部及帽后部的超声波发射器而发射出超声波，在超声波发射的同时，单片机的片内计时器开始计时，超声波在空气中传播碰到障碍物时立即返回，超声波接收器收到反射波后单片机的片内计时器停止计时，得到超声波从发射到接收的时间差At，超声波在空气中的传播速度v = 331.45+0.607T，其中T为温度传感器测得的环境温度，根据超声波从发射到接收的时间差At和超声波的传播速度V计算出发射点距障碍物的距离S = vX At/2，当S小于所选报警模式报警距离时，通过手机屏幕以图像或/和通过手机喇叭以声音方式发出警报信息，以提高安全性。4.根据权利要求1所述组合式遇障报警智能帽，其特征在于所述组合式遇障报警智能帽左右两侧遇到障碍物时，红外发射驱动电路驱动置于帽左右两侧的红外二极管发出红外光，当红外光在遇到障碍物后反射回来，反射回来的红外光由红外接收驱动电路驱动相应的光敏二极管接收，并将接收到的红外光转换为可测量的电压值，通过对转换的电压的计算，确定使用者与障碍物之间的距离，当使用者与障碍物之间的距离小于报警模式设置的报警距离时，即障碍物在报警范围内时，在手机上通过手机屏幕以图像或/和通过手机喇叭以声音方式发出警报信息。
【文档编号】G01S15/93GK105911547SQ201610334065
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月18日
【发明人】马永志, 焦玉琴, 孙翡, 尹怀仙, 赵红, 华青松, 张洪信, 程联军, 邹荣国, 赵清海, 张铁柱, 霍炜, 周键
【申请人】青岛大学