基于WSN的穿戴式户外探险监护系统的制作方法

本实用新型涉及监护系统技术领域，具体为基于WSN的穿戴式户外探险监护系统。

背景技术：

随着“互联网+”模式的出现，新媒体、新设备、新技术的提升，网络号召、实时直播、网络传播、文化推广，推动着中国户外运动的快速发展，户外运动已进入急速上升时期。探险家一向坚持“户外是一种生活方式，探险是一种生活态度”，户外探险是现实生活的补充。近年来，各种户外运动、极限运动、探险旅游兴起，“一场说走就走的旅行”成为都市人的时尚追求，在寻求乐趣、刺激之余，安全也是大家十分关注的。

近年来，意外事故的频繁发生。据中国登山协会统计，2010年至2014年期间，中国户外运动的遇难人数总计380人。究其原因无非有三：一是驴友对野外陌生环境风险估计不足，疏于防范；二是部分俱乐部的运作并不规范，既没有专业的户外运动指导人员，也缺乏专业运动器材，无力为团队提供专业安全保障；三是装备相对简陋，迷路或是遇险无法求救或是自救。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供基于WSN的穿戴式户外探险监护系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：基于WSN的穿戴式户外探险监护系统，包括头盔，所述头盔的基体上安装有STM32单片机，所述STM32单片机的输入端电性连接有GPS定位系统、CO检测传感器、温度传感器、摄像头和脉搏感应器，所述STM32单片机分别电性连接有复位电路、时钟电路、蓝牙模块、SD卡、无线接收通信模块和ATK-SIM900AGSM模块，所述STM32单片机输入端电性连接有扩展板，所述扩展板的输入端电性连接有稳压器，所述稳压器的输入端电性连接有第一电源模块，所述ATK-SIM900AGSM模块的输入端电性连接有第二电源模块。

优选的，所述STM32单片机的输入端电性连接有光敏电阻模块，所述STM32单片机的输出端电性连接有探照灯。

优选的，所述第一电源模块和第二电源模块分别为输出8.1V的电池和一个输出7.4的电池。

优选的，所述脉搏感应器为XD-58Cpulsesensor脉搏感应器。

优选的，所述无线接收通信模块为RisymNRF24L012.4G无线接收通信模块。

优选的，所述GPS定位系统为ATK-NEO-6M-V23GPS定位模块

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：该基于WSN的穿戴式户外探险监护系统，针对户外环境特点，将相关检测模块搭载于探险家户外探险的安全设备上，具有新的功能，更加适合在户外环境中使用，且操作简单、便于携带。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型的STM32单片机芯片控制板图；

图3为本实用新型的温度传感器电路图；

图4为本实用新型的CO浓度传感器电路图；

图5为本实用新型的RisymNRF24L012.4G无线接收通信模块电路图；

图6为本实用新型的摄像头实时传输原理图；

图7为本实用新型的扩展板电源接口与电压转换原理图；

图8为本实用新型的实时时钟源插座原理图；

图9为本实用新型的复位电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型提供一种技术方案：基于WSN的穿戴式户外探险监护系统，包括头盔，所述头盔的基体上安装有STM32单片机，所述STM32单片机的输入端电性连接有GPS定位系统、CO检测传感器、温度传感器、摄像头和脉搏感应器，所述STM32单片机分别电性连接有复位电路、时钟电路、蓝牙模块、SD卡、无线接收通信模块和ATK-SIM900AGSM模块，所述STM32单片机输入端电性连接有扩展板，所述扩展板的输入端电性连接有稳压器，所述稳压器的输入端电性连接有第一电源模块，所述ATK-SIM900AGSM模块的输入端电性连接有第二电源模块。

具体地，所述STM32单片机的输入端电性连接有光敏电阻模块，所述STM32单片机的输出端电性连接有探照灯。当探险者处于黑暗环境时，光敏电阻模块接收到周围环境反馈的信息，会自动开启探照灯，让探险者能安全地行走。

具体地，所述第一电源模块和第二电源模块分别为输出8.1V的电池和一个输出7.4的电池。给额定电压为5V的STM32单片机接入8.1V的原因是CO浓度传感器，温度传感器，GPS模块和蓝牙模块会对输入电压进行分压，所以把输入电压增加至8.1V用以保证STM32单片机能后有足够的电压进行正常工作。

具体地，所述脉搏感应器为XD-58Cpulsesensor脉搏感应器。XD-58Cpulsesensor脉搏感应器采集脉搏的原理是使用515nm波长的绿光照射人体皮肤，由于皮肤内的血液随心脏搏动而造成反射光也出现波动，从而探测到脉搏变化，通过记录相邻两个波峰之间的时间差来计算出心率数值。

具体地，所述无线接收通信模块为RisymNRF24L012.4G无线接收通信模块。

具体地，所述GPS定位系统为ATK-NEO-6M-V23GPS定位模块。对探险家的定位和提供海拔，经纬度，速度和时间的信息。采用的ATK-NEO-6M-V23是一款高性能GPS定位模块。该模块特点包括：模块采用U-BLOXNEO-6M模组，体积小巧，性能优异。模块自带陶瓷天线及MAXIM公司20.5dB高增益LNA芯片，搜星能力强。模块可通过串口进行各种参数设置，并可保存在EEPROM，使用方便。模块自带IPX接口，可以连接各种有源天线，适应能力强。模块兼容3.3V/5V电平，方便连接各种单片机系统。模块自带可充电后备电池，可以掉电保持星历数据。ATK-NEO-6MGPS模块同外部设备的通信接口采用UART（串口）方式，输出的GPS定位数据采用NMEA-0183协议（默认），控制协议为UBX协议。

图2为本实用新型STM32单片机芯片控制板图，基于STM32的cortexm3芯片控制板。由STM32最小系统模块，TFT-LCD液晶显示模块组成。能够进行现场决策和显示及危险时刻的警报。

图3为本实用新型温度传感器电路图，单线接口方式，只需单线即可与微处理器进行双向通信；检测的温度范围－55℃~+125℃，固有测温分辨率0.5℃。DS18B20的通信I/O口接S3C2440的GPB5I/O口。

图4为本实用新型CO浓度传感器电路图，能够探测现场围环境的CO浓度信息，主要芯片：LM393、MQ-7气体感应探头。产品特性：1、具有信号输出指示灯指示；2、双路信号输出（模拟量输出及TTL电平输出）；3、TTL输出有效信号为低电平；（输出低电平时信号灯亮，可接单片机IO口）4、模拟量输出随浓度增加而增加，浓度越高电压越高；5、对甲醛具有很高的灵敏度和选择性；6、具有长期的使用寿命和可靠的稳定性；7、快速的响应恢复特性；8、带安装孔，方便固定安装；9、探头可以插拔设计，方便试验。用于家庭、环境的一氧化碳等有害气体探测装置，适宜于一氧化碳气体的探测。一氧化碳气体敏感元件测试浓度范围：一氧化碳：1-1000ppm；烟雾传感器：能够探测现场周围环境的烟雾浓度信息。尺寸：32mmX22mmX27mm长X宽X高主要芯片：LM393、ZYMQ-2气体传感器，工作电压：直流5伏。

图5为本实用新型RisymNRF24L012.4G无线接收通信模块电路图，RisymNRF24L012.4G无线接收通信模块

NRF24L01是一款工作在2.4-2.5GHz世界通用ISM频段的单片收发芯片，无线收发器包括：频率发生器、增强型、SchockBurstTM模式控制器、功率放大器、晶体放大器调制器解调器输出功率频道选择和协议的设置可以通过SPI接口进行设置极低的电流消耗，当工作在发射模式下发射功率为6dBm时电流消耗为9.0mA接受模式为12.3mA掉电模式和待机模式下电流消耗模式更低，低工作电压：1.9～3.6V低电压工作。

高速率：2Mbps，由于空中传输时间很短，极大的降低了无线传输中的碰撞现象（软件设置1Mbps或者2Mbps的空中传输速率）。

多频点：125频点，满足多点通信和跳频通信需要。

超小型：内置2.4GHz天线，体积小巧，15x29mm（包括天线）。

低功耗：当工作在应答模式通信时，快速的空中传输及启动时间，极大的降低了电流消耗。

图6为本实用新型的摄像头实时传输原理图，用于对户外信息的采集，可通过摄像头让外界工作人员对现场有更直观的了解，可以再通过外部工作人员在外决策然后帮助现场作业人员进行作业。

本摄像头采用MD81摄像头，其具有以下特点：

点对点近程监控功能：如果现场探险人员距离外界小于30米，外界手机可以通过摄像头自己发出的WIFI信号直接搜索连接摄像机，查看实时视频图像；

远程监控功能：如果探险者间距离远于30米时，同伴可通过手机通过互联网网络查看对方实时情况；

直录监控录像模式：如果需要对环境进行拍摄和事后对环境的研究，这时可以直接将内存卡插入摄像机，摄像头可以实时将现场情况记录在SD卡里，方便探险后进行查看。与摄像头连为一体的5.8G无线传输模块，将摄像头拍摄到的情景进行远程实时传输。

图7为本实用新型的扩展板电源接口与电压转换原理图，5V直流电压输入，经过LT1085-33稳压器将输入的5V直流电压稳定在扩展板的工作电压3.3V，提供主控制器的工作电压。LED灯显示电源的接入状态。

图8为本实用新型的实时时钟源插座原理图，提供内部实时时钟源，原理图中的二极管VD2焊接上就可以使用充电电池作为实时时钟源使用。

图9为本实用新型的复位电路原理图，便于时电路恢复到起始状态。

该基于WSN的穿戴式户外探险监护系统，针对户外环境特点，将相关检测模块搭载于探险家户外探险的安全设备上，具有新的功能，更加适合在户外环境中使用，且操作简单、便于携带。对于实现装置的智能检测性，便携性，增加准确动态户外环境信息检测的可靠性和智能性有着重大实施意义，搭载的CO检测传感器等检测模块可以对周围环境的CO浓度、有害气体等进行探测，检验其是否超标，当数值超标时，马上题型用户，以便及时采取相应的防范措施。对探险者的人身安全有着莫大的实施意义；搭载的摄像头便于外界指令人员对户外探险环境的实时监控，并通过搭载的GSM模块与外界指令人员进行联系，以便及时发起营救措施，对于探险家的人身安全保障有着重大实施意义；通过搭载的GPS模块可得到作业人员海拔、经纬度、速度和时间等信息，便于外部人员定位到冒险家的位置，利于事故发生后的紧急搜救，对于探险家的人身安全保障有着重大实施意义。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。