一種運動狀態(tài)感知和氣囊主動防護的馬甲及其工作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種運動狀態(tài)感知和氣囊主動防護的馬甲，其特征在于：包括馬甲本體，所述馬甲本體上嵌有運動狀態(tài)感知裝置、氣囊裝置、MCU、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，電源模塊，所述MCU作為所述感知裝置、氣囊裝置的控制處理中心；所述感知裝置包括第一、第二片上處理芯片；所述第一片上處理芯片包括三軸加速度計和片上處理電路，第二片上處理芯片包括三軸陀螺儀和片上處理電路；所述氣囊裝置包括點火充氣電路與主、從氣囊；所述主氣囊設置于馬甲靠近頭部處，所述從氣囊設置于馬甲靠近腰部處；電源模塊分別與第一、第二片上處理芯片、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、MCU、點火充氣電路相連，提供電能。
【專利說明】一種運動狀態(tài)感知和氣囊主動防護的馬甲及其工作方法

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種馬甲，具體來說是一種運動狀態(tài)感知和氣囊主動防護的馬甲及其 工作方法，屬于安全馬甲【技術(shù)領域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 當今社會摔倒事故發(fā)生越來越頻繁，摔倒事故已嚴重影響了人們的身體健康，甚 至威脅到人們的生命安全。例如在一些地面比較濕滑的環(huán)境中工作的工作人員很容易摔 倒，發(fā)生事故。同時由于現(xiàn)代社會老年人越來越多，老年人由于身體運動機能明顯衰退，從 而老年人摔倒發(fā)生率較高、后果嚴重，已經(jīng)成為一個嚴重的醫(yī)療問題和社會問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明旨提供一種智能安全馬甲，能夠減輕老年人摔倒事故帶來的損傷。
[0004] 本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：
[0005] -種運動狀態(tài)感知和氣囊主動防護的馬甲，包括馬甲本體，所述馬甲本體上嵌有 運動狀態(tài)感知裝置、氣囊裝置、MCU、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，電源模塊，所述MCU作為所述感知 裝置、氣囊裝置的控制處理中心；所述感知裝置包括第一、第二片上處理芯片；所述第一片 上處理芯片包括三軸加速度計和片上處理電路，第二片上處理芯片包括三軸陀螺儀和片上 處理電路；所述氣囊裝置包括點火充氣電路與主、從氣囊；所述主氣囊設置于馬甲靠近頭 部處，所述從氣囊設置于馬甲靠近腰部處；電源模塊分別與第一、第二片上處理芯片、無線 數(shù)據(jù)傳輸模塊、MCU、點火充氣電路相連，提供電能；
[0006] 進一步的，所述片上處理電路包含信息預處理模塊和信號調(diào)理模塊；所述信息預 處理模塊包括帶寬處理電路和雜波濾波模塊；所述帶寬處理電路和雜波濾波模塊的輸入端 皆與三軸加速度計或三軸陀螺儀相連，其輸出端與信號調(diào)理模塊相連；所述信號調(diào)理模塊 包括依次相連的放大器、采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器，放大器連接信息預處理模塊，A/D轉(zhuǎn)換 器連接MCU模塊。
[0007] 進一步的，所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊為ZigBee模塊。
[0008] 更進一步的，所述的電源模塊包括柔性薄膜電池組件、低電報警電路、電源管理電 路，電源管理電路引出的多路電壓信號分別與片上處理芯片、MCU、ZigBee模塊以及氣囊的 點火充氣電路連接。
[0009] 進一步的，主氣囊比從氣囊小。
[0010] 一種運動狀態(tài)感知和氣囊主動防護的馬甲的工作方法，運動狀態(tài)感知裝置的三軸 加速度計實時檢測馬甲穿著者加速度值，并與加速度閾值進行比較；運動狀態(tài)感知裝置的 三軸陀螺儀實時檢測馬甲穿著者身體傾角變化；當檢測加速度、傾角均大于閾值，無線數(shù)據(jù) 傳輸模塊將檢測信號發(fā)送至遠端服務器；同時，點火充氣電路開啟，主氣囊給頭部氣囊充 氣；延時一段時間，另一點火充氣電路開啟，從氣囊給靠近腰部的次氣囊充氣。
[0011] 本發(fā)明的有益效果在于：在馬甲服裝中嵌入集成運動感知、氣囊主動防護和 ZigBee無線通信技術(shù)，能實時感知穿著馬甲者的運動狀態(tài)，通過三軸加速度計和三軸陀螺 儀分別感知人體摔倒過程中上軀干加速度變化和偏離堅直方向的傾斜角度變化，使采集到 的數(shù)據(jù)更準確更可靠，此外智能安全馬甲還可以將信息通過無線通信傳送到監(jiān)控中心的服 務器，以便做出后續(xù)處理。本發(fā)明采用的是集成電路，同時對氣囊做了適當處理，使馬甲更 加小巧輕便，從而使馬甲穿起來既輕便又不會有異物感，并采用各種抗干擾技術(shù)，使馬甲 更加安全可靠。當馬甲穿著者將要摔倒時，能快速及時做出處理，減少傷亡事故。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1是智能安全馬甲功能部件的連接框圖；
[0013] 圖2為地面坐標系及人體加速度、軀干轉(zhuǎn)角定義圖；
[0014] 圖3電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0015] 圖4為智能安全馬甲的工作拓撲圖；
[0016] 圖5為智能安全馬甲的工作流程圖。

【具體實施方式】
[0017] 微機電系統(tǒng)（MEMS)是源于微電子加工技術(shù)，融合了微機械制造、傳感、致動及微 控制于一體的系統(tǒng)。其特征尺寸極小，學科交叉廣泛；技術(shù)研究包括微系統(tǒng)理論、設計建模、 微機械加工、微器件集成等多個方面；學科分類涵蓋了機械、力學、光學、流體、電磁學、生物 學等各領域，在民品和軍品領域有許多熱點應用。
[0018] 安全氣囊現(xiàn)階段主要應用在汽車方面，旨在減輕汽車碰撞后駕駛員因為慣性發(fā)生 碰撞的傷害程度。本發(fā)明將安全氣囊應用在馬甲中開創(chuàng)了將安全氣囊應用于服裝的先例。
[0019] 無線通信是一種僅利用電磁波自由空間傳播而不通過線纜進行的通信方式，伴隨 著當今通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們更可以依靠新型無線通信技術(shù)實現(xiàn)信息的實時交換；其 中，ZigBee是一種基于IEEE802. 15. 4標準和應用于無線監(jiān)測與控制的全球性無線通信標 準，強調(diào)簡單易用、近距離、低功耗且極廉價的市場定位，廣泛應用于工業(yè)控制、醫(yī)療護理、 遠程控制等領域。
[0020] 利用上述現(xiàn)有技術(shù)，并結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0021] 參見圖1，一種運動狀態(tài)感知和氣囊主動防護的馬甲，包括馬甲本體，所述馬甲本 體上嵌有運動狀態(tài)感知裝置、氣囊裝置、MCU、用于無線傳輸?shù)腪igBee模塊，電源模塊，所述 MCU作為所述感知裝置、氣囊裝置的控制處理中心；所述感知裝置包括第一、第二片上處理 芯片；所述第一片上處理芯片包括三軸加速度計和片上處理電路，第二片上處理芯片包括 三軸陀螺儀和片上處理電路；所述氣囊裝置包括點火充氣電路與主、從氣囊；所述主氣囊 設置于馬甲靠近頭部處，所述從氣囊設置于馬甲靠近腰部處；電源模塊分別與第一、第二片 上處理芯片、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、MCU、點火充氣電路相連，提供電能。
[0022] 參見圖2,設在人體運動過程中軀干部位沿X軸方向的加速度為ax，沿y軸方向的 加速度為a v，沿z軸方向的加速度為az，貝U其合加速度可以用公式（1)來計算：

【權(quán)利要求】
1. 一種運動狀態(tài)感知和氣囊主動防護的馬甲，其特征在于： 包括馬甲本體，所述馬甲本體上嵌有運動狀態(tài)感知裝置、氣囊裝置、MCU、無線數(shù)據(jù)傳輸 模塊，電源模塊，所述MCU作為所述感知裝置、氣囊裝置的控制處理中心； 所述感知裝置包括第一、第二片上處理芯片；所述第一片上處理芯片包括三軸加速度 計和片上處理電路，第二片上處理芯片包括三軸陀螺儀和片上處理電路； 所述氣囊裝置包括點火充氣電路與主、從氣囊；所述主氣囊設置于馬甲靠近頭部處，所 述從氣囊設置于馬甲靠近腰部處； 電源模塊分別與第一、第二片上處理芯片、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、MCU、點火充氣電路相 連，提供電能。
2. 如權(quán)利要求1所述的馬甲，其特征在于： 所述片上處理電路包含信息預處理模塊和信號調(diào)理模塊； 所述信息預處理模塊包括帶寬處理電路和雜波濾波模塊；所述帶寬處理電路和雜波濾 波模塊的輸入端皆與三軸加速度計或三軸陀螺儀相連，其輸出端與信號調(diào)理模塊相連； 所述信號調(diào)理模塊包括依次相連的放大器、采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器，放大器連接信 息預處理模塊，A/D轉(zhuǎn)換器連接MCU模塊。
3. 如權(quán)利要求1所述的馬甲，其特征在于：所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊為ZigBee模塊。
4. 如權(quán)利要求3述的馬甲，其特征在于：所述的電源模塊包括柔性薄膜電池組件、低 電報警電路、電源管理電路，電源管理電路引出的多路電壓信號分別與片上處理芯片、MCU、 ZigBee模塊以及氣囊的點火充氣電路連接。
5. 如權(quán)利要求1所述的馬甲，其特征在于：主氣囊比從氣囊小。
6. -種權(quán)利要求1所述的馬甲的工作方法，其特征在于： 運動狀態(tài)感知裝置的三軸加速度計實時檢測馬甲穿著者加速度值，并與加速度閾值進 行比較； 運動狀態(tài)感知裝置的三軸陀螺儀實時檢測馬甲穿著者身體傾角變化； 當檢測加速度、傾角均大于閾值，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊將檢測信號發(fā)送至遠端服務器；同 時，點火充氣電路開啟，主氣囊給頭部氣囊充氣； 延時一段時間，另一點火充氣電路開啟，從氣囊給靠近腰部的次氣囊充氣。
【文檔編號】A41D13/018GK104366752SQ201410635112
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月12日
【發(fā)明者】蔣旭東, 洪贏政, 陳偉, 李震, 常峰, 孫春暉 申請人:公安部上海消防研究所