一种分散式人体智能防护系统的制作方法

本发明涉及一种人体智能防护系统，具体地说，涉及一种分散式人体智能防护系统，属于智能设备技术领域。

背景技术：

随着我国人口老龄化的加剧，老年人口越来越多，老年人摔倒是人体伤害的最重的一种形式，其发生率高、后果严重，会造成严重的肢体伤害，若伤到骨骼尤其是髋骨则使人站不起来，卧床久使人弱化失能，所以人体摔倒落地前提供缓冲防护，避免或减轻对骨骼的伤害是很重要的。

现有技术多为跌倒后的检测报警，而且保护范围很小，仅仅局限于局部地方，无法从根本上减轻或避免对骨骼的伤害。另外，有些跌倒防护装置的跌倒检测装置对于真实跌倒动作的检测和识别的误判率很高，而且识别的较晚，而充气装置，体积大、不便携带、充气速度慢，以至于气体充满气囊整个过程的时间，已经摔倒着地，并没有起到摔倒防护的实质性作用，很难实现商品化。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种分散式人体智能防护系统，对于真实跌倒动作的检测和识别的精确率很高，识别及时，气囊在人体倒地之前充气打开，且充气的气囊垫在人体髋关节及其他要保护部位下，经气囊缓冲作用使人体骨骼免受或减轻伤害。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：一种分散式人体智能防护系统，包括摔倒检测主控单元及若干个气囊保护单元，各所述气囊保护单元分别通过无线通信与所述摔倒检测主控单元通信连接；

所述摔倒检测主控单元用于检测佩戴人员的运动姿态，判断是否发生跌倒不可逆事件，若是则发出跌倒预报警指令给所述气囊保护单元；

所述气囊保护单元接收所述摔倒检测主控单元的预报警指令，在佩戴人员倒地之前打开气囊保护。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述摔倒检测主控单元包括系统主控制cpu,及与所述系统主控制cpu电连接的主板驱动控制模块、第一无线通信模块、检测cpu和第一电源模块，所述检测cpu电连接有姿态传感器。

所述分散式人体智能防护系统还包括求助通讯模块，所述求助通讯模块与所述摔倒检测主控单元电连接。

所述求助通讯模块包括gps定位模块和gprs通讯模块。

所述气囊保护单元包括与所述摔倒检测主控单元电连接的分散驱动模块，还包括气囊装置及由所述分散驱动模块驱动的产气装置。

所述分散驱动模块包括第二电源模块及无线驱动模块，所述无线驱动模块包括驱动cpu、与所述驱动cpu电连接的产气装置控制模块和第二无线通信模块，所述第二无线通信模块与第一无线通信模块通信。

所述气囊装置包括防护罩和安装叠放在防护罩上的气囊，气囊内设有产气装置，所述分散驱动模块安装在防护罩。

所述产气装置包括外壳，所述外壳内设有过滤网，过滤网包裹有产气药，产气药内设有点火管，点火管与分散驱动模块电连接。

所述产气装置包括二氧化碳储气瓶和基架，基架的内部通过限位块分隔为前腔和后腔，二氧化碳储气瓶的瓶嘴伸入前腔内，前腔的侧壁上设有气囊充气口，后腔内安装有用于刺破二氧化碳储气瓶瓶封的刺针。

所述限位块上设有通孔，所述刺针滑动安装在所述通孔内，位于所述刺针后侧的后腔内设有用于驱动所述刺针的爆管，所述爆管与分散驱动模块电连接。

本发明采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：本发明摔倒检测主控单元安装在使用者的腰部，保护气囊分散安装在使用者的腰带髋骨位置或人体的其他需要防护的部位，当使用者即将摔倒时，摔倒检测主控单元快速计算并通过有线或无线通信输出控制信号给分散驱动模块，分散驱动模块接受信号并驱动产气装置产生高压气体，高压气体给气囊快速充气，整个过程在100ms内完成，气囊在人体倒地之前充气打开，且充气的气囊垫在人体髋关节及其他要保护部位下，经气囊缓冲作用使人体骨骼免受或减轻伤害。

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

附图说明

附图1是本发明一种分散式人体智能防护系统的结构框图；

附图2是本发明一种分散式人体智能防护系统的控制系统结构框图；

附图3是图2中无线驱动模块的结构框图；

附图4是本发明一种分散式人体智能防护系统的气囊装置的结构示意图；

附图5是附图4的左视图；

附图6是本发明实施例一产气装置的结构示意图；

附图7是本发明实施例二产气装置的结构示意图；

附图8是附图2中系统主控制cpu的第一部分电路原理图；

附图9是附图2中系统主控制cpu的第二部分电路原理图；

附图10是附图2中gprs通讯模块的第一部分的电路原理图；

附图11是附图2中gprs通讯模块的第二部分的电路原理图；

附图12是附图2中gprs通讯模块的第三部分的电路原理图；

附图13是附图2中gprs通讯模块的第四部分的电路原理图；

图中，

1-防护罩，2-气囊，3-分散驱动模块，4-产气装置，5-挂接装置，6-点火管，7-产气药，8-第一外壳，9-过滤网，10-第二外壳，11-连接电线，12-螺钉，13-基架，14-刺针，15-气囊充气接口，16-丝堵，17-爆管，18-二氧化碳储气瓶，19-瓶嘴，22-前腔，23-后腔，24-限位块。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

实施例一：

如图1-2所示，一种分散式人体智能防护系统，包括摔倒检测主控单元及若干个气囊保护单元，各所述气囊保护单元分别通过无线通信与所述摔倒检测主控单元通信连接；

所述摔倒检测主控单元用于检测佩戴人员的运动姿态，判断是否发生跌倒不可逆事件，若是则发出跌倒预报警指令给所述气囊保护单元；

所述气囊保护单元接收所述摔倒检测主控单元的预报警指令，在佩戴人员倒地之前打开气囊保护。

所述摔倒检测主控单元包括系统主控制cpu，及与所述系统主控制cpu电连接的主板驱动控制模块、第一无线通信模块、检测cpu和第一电源模块，所述检测cpu电连接有姿态传感器。

所述分散式人体智能防护系统还包括求助通讯模块，所述求助通讯模块与所述摔倒检测主控单元电连接。

所述求助通讯模块包括gps定位模块和gprs通讯模块。

所述气囊保护单元包括与所述摔倒检测主控单元电连接的分散驱动模块，还包括气囊装置及由所述分散驱动模块驱动的产气装置。

所述分散驱动模块包括第二电源模块及无线驱动模块，

如图3所示，所述无线驱动模块包括驱动cpu、与所述驱动cpu电连接的产气装置控制模块和第二无线通信模块，所述第二无线通信模块与第一无线通信模块通信。

摔倒检测主控单元挂在腰部，其作用是判定佩戴人员的运动姿态是否正常，区别出疑似跌倒的误动作，确认佩戴人员不可逆转的跌倒将发生时，及时发出跌倒预报警主控指令；该指令通过各有线或无线信号方式，驱动对应气囊的产气装置给气囊快速充气，经气囊缓冲使人体骨骼免受或减轻伤害。

具体的说，系统主控制cpu是本模块的主单片机，它通过将姿态传感器采集的人体运动状态信号数据经姿态传感器和检测cpu处理为有效时序数据组的数据，进一步按一定的合理运算方法进行数据优化处理，当发现人体发生开始跌倒时的有效时序数据时，系统主控制cpu发出预警控制信号；该预警信号可直接传至主板驱动控制模块，也同时传至第一无线通信模块，该预警信号有线方式驱动激活对应主气囊的产气装置给气囊快速充气；具体的过程是主板驱动控制模块接收到有线预警信号后产生脉冲电压信号驱动控制管，控制管产生足够大的驱动电流引爆产气装置上的微型爆管（点火管）。

检测cpu：主要是及时将佩戴人员的运动姿态数据作优化预处理，排除干扰信息数据，形成有时序的有效数据组，为主控cpu单元提供及时的数据服务。检测cpu负责初步处理陀螺仪检测人体运动姿态数据，排除干扰信号，优化缓存有效数据。

姿态传感器：包括九轴的人体姿态传感器，主要是及时将佩戴人员的运动姿态数据传送到检测cpu。

第一电源模块：合理的为系统内的各个用电单元稳定供电、锂电池供电和usb口充电供电，其中无线通讯模块、gps定位模块和gprs通讯模块大于3.7v供电，姿态传感器、检测cpu、电源单元、系统主控制cpu用3.3v稳压供电。

分散驱动模块：当佩戴人员疑似跌倒事件发生且不可逆时，在主控cpu单元发出预警保护指令信息后，由无线发射单元部分向无线驱动模块部分发出无线预警驱动信号；分散无线驱动单元接收到无线预警信号后，驱动激活分散的各气囊的产气装置分别给对应气囊快速充气；具体说是分散驱动模块接收到第一无线通信模块的预警信号后，产生脉冲电压信号驱动控制管，控制管产生足够大的驱动电流引爆产气装置上的微型爆管（点火管），主气囊的产气装置给气囊快速充气；

求助通讯模块可在人摔倒后向亲属拨打报警电话，并记录和发送各种数据，包括行走路线，当前位置，摔倒时的数据参数等，包括gps定位模块和gprs通讯模块：

gps定位模块：上传定位信息到相关手机，给收到手机定位信息的相关人员提供佩戴人员及时准确地地理位置，便于及时找到佩戴人员，特别是当佩戴人员跌倒事件发生后需求帮助时。

gprs通讯模块：主要作用是佩戴人员在跌倒事件发生后，及时通知佩戴人员的家属或监护人员，已有佩戴人员跌倒事件发生，可电话沟通了解情况，便于提供及时相应帮助。

如图4-5所示，所述气囊装置包括防护罩1和安装叠放在防护罩1上的气囊2，气囊2内设有产气装置4，所述分散驱动模块安装在防护罩1，防护罩1的一侧设有挂接装置5，可以方便的挂在腰部或人体的其他部位。

正常工作时,分散驱动模块3处准备接收系统主控制cpu传送数据指令状态，当分散无线驱动单元接收到启动指令时产气装置控制模块负责启动产气装置4，产气装置4产生高压气体迅速充满保护气囊。

具体说是产气装置4在人体摔倒不可避免时，由系统主控制cpu提前发出控制指令，并向各个保护气囊的分散驱动模块3发出控制信号，使产气装置4产生高压气体，在瞬间打开每个保护气囊，保护人体骨骼免受或减轻伤害。

如图6所示，产气装置4为火药产氮气产气装置，包括外壳，外壳包括第一外壳8和第二外壳10，第一外壳8和第二外壳10通过螺钉12连接，外壳内设有过滤网9，过滤网9包裹有产气药7，产气药7主要是氮化钠，产气药7内设有点火管6，点火管6通过连接电线11和分散驱动模块3相连，当点火管1接收到点火信号后，迅速起火并引燃产气药7，迅速释放出大量气体（高压氮气），气体通过过滤网9降温滤除杂质后充到气囊2里面，起到防护作用，因采用燃烧产气方式，充气时间很短就能充满气囊（约80ms），而且整个机构体积很小。

如图8-9所示，系统主控制cpu包括集成电路u1，集成电路u1的型号为stm32f103c8t6，集成电路u1的1脚分别接二极管d1的负极、二极管d2的负极和电容c9的一端，电容c9的另一端接地，二极管d2的正极经电池接地，二极管d1的正极经串联的电阻r5和电阻r7接集成电路u1的33脚，集成电路u1的9脚经并联的电容c6和电容c7接地，集成电路u1的44脚经电阻r3接地，集成电路u1的8脚、23脚、47脚、35脚接地；

集成电路u1的38脚经电阻r6分别接电阻r8的一端和三极管u2的基极，三极管u2的型号为8050s，电阻r8的另一端接地，三极管u2的发射极接地，三极管u2的集电极经电阻r4接蜂鸣器y1，蜂鸣器y1接3.3v电压；

3.3v电压经并联的电容c1、电容c2和电容c3接地，3.3v电压经电阻r1接接插件p1的4脚，3.3v电压经电阻r2接接插件p1的3脚，接插件p1的2脚接地，接插件p1的1脚接3.3v电压；

集成电路u1的3脚经电容c13接地，集成电路u1的4脚经电容c14接地，集成电路u1的3脚经晶振y3接集成电路u1的4脚；

集成电路u1的10脚经串联的发光二极管led1和电阻r22接3.3v电压，集成电路u1的11脚经开关s1接地，集成电路u1的45脚经开关s2接地；

集成电路u1的12脚接接插件p2的1脚，插件p2的2脚接地，集成电路u1的40脚接接插件p2的3脚，集成电路u1的43脚接接插件p2的4脚，集成电路u1的42脚接接插件p2的5脚，集成电路u1的39脚接接插件p2的6脚。

如图10-13所示，gprs通讯模块包括集成电路u4，集成电路u4的型号为sim800c，集成电路u4通过接插件p1与摔倒检测主控单元电连接，集成电路u4的1脚经电阻r23接接插件p1的4脚，集成电路u4的2脚经电阻r21接接插件p1的5脚，集成电路u4的2脚经电阻r20接地；

集成电路u4的9脚经电容c19接地，集成电路u4的9脚经电容c18接地，集成电路u4的9脚接麦克风m1的一端，集成电路u4的9脚经电容c20接集成电路u4的10脚，集成电路u4的9脚经电容c21接集成电路u4的10脚，集成电路u4的10脚接麦克风m1的另一端，集成电路u4的10脚经电容c22接地，集成电路u4的10脚经电容c23接地，集成电路u4的11脚经电容c24接地，集成电路u4的11脚经电容c25接地；

集成电路u4的11脚接集成电路u7的3脚，集成电路u7的型号为ln4890，集成电路u4的11脚经电容c26接集成电路u4的12脚，集成电路u4的11脚经电容c27接集成电路u4的12脚，集成电路u4的12脚经电容c31接地，集成电路u4的12脚经电容c32接地，集成电路u4的12脚经串联的电容c30和电阻r28接集成电路u7的4脚，集成电路u7的4脚经电阻r29接集成电路u7的5脚，集成电路u7的2脚经电容c28接地，集成电路u7的7脚接地，集成电路u7的5脚经喇叭y1接集成电路u7的8脚，集成电路u7的6脚经电容c29接地，集成电路u7的6脚接集成电路u4的34脚，集成电路u7的1脚经电阻r27接集成电路u4的34脚，集成电路u4的34脚接集成电路u4的35脚，集成电路u7的1脚接接插件p1的6脚；

集成电路u4的15脚经电阻r25接集成电路u5的5脚，集成电路u5为microsim卡，集成电路u5的5脚经电容c16接地，集成电路u4的16脚经电阻r24接集成电路u5的6脚，集成电路u4的17脚经电阻r26接集成电路u5的4脚，集成电路u4的18脚接集成电路u5的2脚，集成电路u5的2脚经电容c17接地，集成电路u5的2脚接集成电路u6的3脚，集成电路u6的型号为smf05c，集成电路u6的2脚接地，集成电路u6的1脚接集成电路u5的4脚，集成电路u6的4脚接集成电路u5的5脚，集成电路u6的5脚接集成电路u5的6脚；

集成电路u4的20脚分别接电阻r19的一端和电容c10的一端，电阻r19的另一端分别接天线e2和电容c11的一端，电容c10的另一端和电容c11的另一端分别接地；

集成电路u4的32脚分别接电阻r10的一端和电容c4的一端，电阻r10的另一端分别接天线e1和电容c5的一端，电容c4的另一端和电容c5的另一端分别接地；

集成电路u4的42脚经电阻r14分别接电阻r17的一端和三极管q2的基极，电阻r17的另一端接地，三极管q2的发射极接地，三极管q2的集电极经串联的电阻r11和发光二极管led1接集成电路u4的34脚；

集成电路u4的41脚经电阻r15分别接电阻r18的一端和三极管q3的基极，电阻r18的另一端接地，三极管q3的发射极接地，三极管q3的集电极经串联的电阻r12和发光二极管led2接集成电路u4的34脚；

集成电路u4的39脚经电容c8接地，集成电路u4的39脚接三极管q1的集电极，三极管q1的发射极接地，三极管q1的基极经电阻r16接地，三极管q1的基极经电阻r13接接插件p1的3脚。

实施例二：

如图7所示，与实施例一不同之处在于产气装置4的结构不同，产气装置4为二氧化碳压力储气瓶产气装置，所述产气装置4包括二氧化碳储气瓶18和基架13，基架13的材质为铝，基架13的内部通过限位块24分隔为腔22和后腔23，二氧化碳储气瓶18的瓶嘴19伸入前腔22内，前腔22的侧壁上设有气囊充气口15，后腔23内安装有用于刺破二氧化碳储气瓶18瓶封的刺针14，所述限位块上设有通孔，所述刺针14滑动安装在所述通孔内，位于所述刺针14后侧的后腔23内设有用于驱动所述刺针14的爆管17，所述爆管与分散驱动模块3电连接，所述基架13的后端设有用于所述爆管的管脚伸出的开孔，所述开孔内安装有丝堵16。

当分散驱动模块3接收到信号后驱动点火管爆气(点火管爆破气体压力)推动刺针14高速沿前腔22滑动，刺针14撞开二氧化碳储气瓶18的瓶嘴19，放出二氧化碳气体充满气囊。

本发明摔倒检测主控单元安装在使用者的腰部，保护气囊分散安装在使用者的腰带髋骨位置或人体的其他需要防护的部位，当使用者即将摔倒时，摔倒检测主控单元快速计算并通过有线或无线通信输出控制信号给分散驱动模块，分散驱动模块接受信号并驱动产气装置高压气体，高压气体给气囊快速充气，整个过程在100ms内完成，气囊在人体倒地之前充气打开，且充气的气囊垫在人体髋关节及其他要保护部位下，经气囊缓冲作用使人体骨骼免受或减轻伤害。

上述的具体实施方式只是示例性的，是为了使本领域技术人员能够更好的理解本发明内容，不应理解为是对本发明保护范围的限制，只要是根据本发明技术方案所作的改进，均落入本发明的保护范围。