一种保障公共安全的低头族走路防摔倒系统的制作方法

本实用新型涉及公共安全装置系统领域，特别是涉及一种保障公共安全的低头族走路防摔倒系统。

背景技术：

据《21世纪经济报道》报道：工信部部长苗圩，在通信展暨ICT中国·2016高层论坛开幕式上致辞时提及，截止今年7月，中国移动电话用户总数达到13.04亿户，其中4G用户总数达到6.46亿户。智能手机和移动互联网发展之迅速是意料之中的事，很多传统企业和垂直企业也意识到只有投身移动互联网才能获得的巨大盈利空间，在日渐激烈的市场竞争中生存下来。众多服务于广大企业的系统研发者，除了PC端之外，更加重视移动端的研发和应用。

移动终端硬件和软件的迅速发展催生出低头族群体，如今无论何时何地，人们都作低头看屏幕状，有的看手机，有的拿出平板电脑或笔记本电脑上网、玩游戏、看视频，想通过盯住屏幕的方式，把零碎的时间填满。低着头是低头族共同的特征，他们的视线和智能手机，相互交感直至难分难解。早先有学者抨击低头族是信息焦虑、情感匮乏表现，其实任何人都阻挡不了时代发展的浪潮，全世界各个角落的人们，都在不断加入低头族的群体。

放眼望去，城市中到处都是一边埋头按手机一边急着赶路的行人。这些人经常被马路牙子绊倒，或是走路时低头手机，有时还会撞到别的行人身上。经常有新闻报道，某人低头看手机，在不平路面上绊倒；某人低头看手机，下楼梯时踩空导致摔伤。

随着手机传感器的精确化和廉价化，利用传感器结合手机智能控制系统，是解决低头族走路防摔倒的好方法。市场亟需一种基于移动终端的装置系统，在低头族步入凹凸路面或阶梯道路时，发出警示信号，提醒低头族暂时收起手中的手机或电脑，保护好人身安全，谨防摔倒或与马路上的车辆发生交通安全事故。这对于智能手机技术的发展和进一步保障人们生命财产安全，维护社会和谐具有重要意义。

技术实现要素：

本实用新型为了防止低头族在走路时摔倒，提供一种保障公共安全的低头族走路防摔倒系统，能够精确测量计算出路面是否平整，在判断路面不平后，发出警示音频提醒低头族，暂时收起手机或电脑，注意路面谨防摔倒。

本实用新型提供一种保障公共安全的低头族走路防摔倒系统，硬件包括移动终端、加速度传感器、陀螺仪、距离传感器、A/D转换电路、MCU、存储器、中间继电器、扬声器；

所述加速度传感器、陀螺仪、距离传感器通过A/D转换电路与MCU相连，所述扬声器通过中间继电器与MCU相连，所述存储器与扬声器相连。

所述距离传感器安装在移动终端背面，包含上侧端口、中间端口、下侧端口三个端口。中间端口轴线垂直于移动终端背面，上侧端口向移动终端顶部倾斜，下侧端口向移动终端尾部倾斜，上侧端口轴线、下侧端口轴线与中间端口轴线的夹角相等。

进一步讲，距离传感器为红外线距离传感器，每个端口沿其轴线向外发射红外光，光线遇到路面后折回，距离传感器根据红外线发射和接收时间差，即可获知端口与地面的距离。

进一步讲，陀螺仪采用微机械陀螺仪，移动终端角度发生改变时，陀螺仪内部的电容量发生改变。

进一步讲，中间继电器为常开继电器。

本实用新型的工作原理为：加速度传感器用来感知线性加速度，当人体在走路时，移动终端伴随人体振动，加速度传感器通过捕获上下振动的线性加速度，即可获知人体在走路。

陀螺仪是角速度传感器，移动终端发偏转倾斜时，陀螺仪能够捕获移动终端倾斜方向和偏转角度。人们在进行边走路边注视移动终端屏幕动作时，通常移动终端的倾斜方向和偏转角度在一定范围内。通过实验和统计，可以总结出人们在走路时，移动终端的倾斜角度的范围阈值。

这种走路防摔倒系统的启动条件有三个：MCU通过加速度传感器判定人体在走路；陀螺仪获取的移动终端倾斜角度在大小阈值范围内；手机屏幕在开启状态。

三个启动条件同时具备时，MCU控制距离传感器感知距离，分别是下侧端口轴线方向与地面的距离L1、中间端口轴线方向与地面的距离L2、上侧端口轴线方向与地面的距离L3。L1、L2与地面形成一个三角形，L2、L3与地面形成一个三角形。

假设距离传感器中间端口红外线与地面左侧夹角为角C，距离传感器中间端口红外线与地面右侧夹角为角D，当地面平整时，角C与角D之和为180°，即三条距离线L1、L2、L3的终点是共线的，否则地面是不平的。

MCU在判定地面是不平的时候，MCU闭合某管脚，接通中间继电器线圈电流，中间继电器闭合，扬声器通电启动。存储器中预先储存了“路面不平，注意脚下”的提示音，扬声器播放提示音，以提醒人们暂时收起手机或电脑，注意路面谨防摔倒。

本实用新型具有的有益效果是：

（1）利用加速度传感器捕获人体走路动作，快速准确；

（2）利用陀螺仪捕获人体走路时注视移动终端动作，设立阈值保证准确度；

（3）将距离传感器捕获的距离转换成三角形，利用三角函数判定路面是否平整；

（4）使用中间继电器，实现微电流控制大电流的目的。

所以，这种保障公共安全的低头族走路防摔倒系统，能够有效判断人体走路、注视手机、路面是否平整等状况，提醒人们在不平整的路上时注意看路，保护好人身安全，谨防摔倒或与马路上的车辆发生交通安全事故，对于进一步保障人们生命财产安全具有重要意义。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者通过实施本实用新型而了解。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。

图1是本实用新型中的移动终端的正面示意图。

图2是本实用新型中的移动终端的背面示意图。

图3是本实用新型中的距离传感器的安装位置局部放大图。

图4是本实用新型中的距离传感器的结构示意图。

图5是本实用新型中的距离传感器的红外线传播示意图。

图6是本实用新型的移动终端与水平地面的三条距离线组成的三角形示意图。

图7是本实用新型的各元件的连接示意图。

图8是本实用新型的控制原理流程图。

图中标号：1-手机，2-距离传感器，a-距离传感器安装位置局部放大图，b-红外线，L1-距离传感器下侧端口与地面的距离，L2-距离传感器中间端口与地面的距离，L3-距离传感器上侧端口与地面的距离，A-距离传感器上侧端口与中间端口的夹角、距离传感器下侧端口与中间端口的夹角，B-距离传感器下侧端口红外线与地面右侧夹角，C-距离传感器中间端口红外线与地面左侧夹角，D-距离传感器中间端口红外线与地面右侧夹角，E-距离传感器上侧端口红外线与地面左侧夹角。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型保障公共安全的低头族走路防摔倒系统作进一步的详细描述。

如图1-4、图7所示，一种保障公共安全的低头族走路防摔倒系统，其硬件主要包括：移动终端、加速度传感器、陀螺仪、距离传感器、A/D转换电路、MCU、存储器、中间继电器、扬声器。

所述加速度传感器、陀螺仪、距离传感器通过A/D转换电路与MCU相连，所述扬声器通过中间继电器与MCU相连，所述存储器与扬声器相连。

所述距离传感器安装在移动终端背面，包含上侧端口、中间端口、下侧端口三个端口。中间端口轴线垂直于移动终端背面，上侧端口向移动终端顶部倾斜，下侧端口向移动终端尾部倾斜，上侧端口轴线、下侧端口轴线与中间端口轴线的夹角相等。

进一步讲，如图5所示，距离传感器为红外线距离传感器，每个端口沿其轴线向外发射红外光，光线遇到路面后折回，距离传感器根据红外线发射和接收时间差，即可获知端口与地面的距离。假设红外线发出时间为T1，接受时间为T1，红外线的传播速度为v，那么端口与地面的距离L=v*(T2-T1)/2。

进一步讲，陀螺仪采用微机械陀螺仪，移动终端角度发生改变时，陀螺仪内部的电容量发生改变。微机械(MEMS)用微电子技术和微加工技术相结合的制造工艺，加工出的振动物体被柔软的弹性结构悬挂在基底之上，捕获由相互正交的振动和转动引起的交变科里奥利力。

进一步讲，中间继电器为常开继电器，内部包含常开继电开关和线圈，线圈内接通微电流后，常开开关闭合。

加速度传感器用来感知线性加速度，当人体在走路时，移动终端伴随人体振动，加速度传感器通过捕获上下振动的线性加速度，即可获知人体在走路。

陀螺仪是角速度传感器，移动终端发偏转倾斜时，陀螺仪能够捕获移动终端倾斜方向和偏转角度。人们在进行边走路边注视移动终端屏幕动作时，通常移动终端的倾斜方向和偏转角度在一定范围内。通过实验和统计，可以总结出人们在走路时，移动终端的倾斜角度的范围内，将范围的最大值和最小值设定为大小阈值。

这种走路防摔倒系统的启动条件有三个：MCU通过加速度传感器判定人体在走路；陀螺仪获取的移动终端倾斜角度在大小阈值范围内；手机屏幕在开启状态。

三个启动条件同时具备时，走路防摔倒系统启动，MCU控制距离传感器感知距离，分别是下侧端口轴线方向与地面的距离L1、中间端口轴线方向与地面的距离L2、上侧端口轴线方向与地面的距离L3。L1、L2与地面形成一个三角形，L2、L3与地面形成一个三角形。

假设距离传感器中间端口红外线与地面左侧夹角为角C，距离传感器中间端口红外线与地面右侧夹角为角D，当地面平整时，角C与角D之和为180°，即三条距离线L1、L2、L3的终点是共线的，否则地面是不平的。

在本实施例中，如图6所示，假设：

距离传感器下侧端口与地面的距离为L1；

距离传感器中间端口与地面的距离为L2；

距离传感器上侧端口与地面的距离为L3；

距离传感器上侧端口与中间端口的夹角为A；

距离传感器下侧端口与中间端口的夹角也为A；

距离传感器下侧端口红外线与地面右侧夹角为B；

距离传感器中间端口红外线与地面左侧夹角为C；

距离传感器中间端口红外线与地面右侧夹角为D；

距离传感器上侧端口红外线与地面左侧夹角为E。

那么根据正弦定理，可知：

sinC=(sinB)*L1/L2=[sin(A+C)]*L1/L2

=> tanC=(sinA)/[L2/L1-cosA]

sinD=(sinE)*L3/L2=[sin(A+D)]*L3/L2

=> tanD=(sinA)/[L2/L3-cosA]

上述式子中，A为固定值，L1，L2，L3为测量值，假如地面是平整的，那么：

∠C+∠D=180°，tanC=-tanD，

=> L2/L1-cosA= cosA- L2/L3

=>2cosA= L2/L1+ L2/L3。否则，地面是不平的。

MCU在判定地面是不平的时候，MCU闭合某管脚，接通中间继电器线圈电流，中间继电器闭合，扬声器通电启动。存储器中预先储存了“路面不平，注意脚下”的提示音，扬声器播放提示音，以提醒人们暂时收起手机或电脑，注意路面谨防摔倒。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。