[发明专利]基于安全帽的人体安全监测和报警系统及其控制方法

权利要求书

1.一种基于安全帽的人体安全监测和报警系统，其特征在于，包括传感器组模块(1)、单片机模块(2)、报警模块(3)、NB通信模块(4)，服务器(5)和后台监控模块(6)，所述传感器组模块(1)、报警模块(3)和NB通信模块(4)均与单片机模块(2)有线连接，所述NB通信模块(4)、服务器(5)和后台监控模块(6)依次无线连接；

所述传感器组模块(1)包括安装于安全帽下颊带的下巴处的薄膜压力传感器(11)以用于实时采集佩戴人员下巴挤压安全帽下颊带所产生的压力，进而检测佩戴人员是否规范佩戴安全帽；以及安装于安全帽内部头顶处的陀螺加速度传感器(12)以用于实时采集佩戴人员的运动时产生的三维加速度、三维角速度和三维姿态角，进而检测佩戴人员是否摔倒、坠落。

2.根据权利要求1所述的基于安全帽的人体安全监测和报警系统，其特征在于，所述单片机模块(2)与服务器(5)之间利用NB-IOT基于蜂窝的窄带物联网通信模块建立通信通道。

3.根据权利要求2所述的基于安全帽的人体安全监测和报警系统，其特征在于，所述单片机模块(2)与服务器(5)之间采用COAP通信协议进行数据传输。

4.根据权利要求1所述的基于安全帽的人体安全监测和报警系统，其特征在于，所述陀螺加速度传感器(12)为MPU6050陀螺加速度传感器。

5.根据权利要求1所述的基于安全帽的人体安全监测和报警系统，其特征在于，所述薄膜压力传感器(11)为IMS-CO4A薄膜压力传感器。

6.根据权利要求5所述的基于安全帽的人体安全监测和报警系统，其特征在于，所述薄膜压力传感器(11)中的电阻R_IMS的计算公式为：

R_IMS＝(VREF/VOUT)*RG

其中，VREF为给定的参考电压，VOUT是实测电压，RG是反馈电压。

7.一种基于权利要求1-6任一项所述的基于安全帽的人体安全监测和报警系统的控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

S1、通过薄膜压力传感器采集佩戴人员佩戴安全帽后的安全帽下颊带的下巴处的压力数据，通过陀螺加速度传感器采集工人佩戴安全帽后的三维加速度、三维角速度和三维姿态角数据，并将采集的数据发送到单片机模块；

S2、单片机模块将采集的压力数据与预设压力范围进行比较，若超出预设压力范围则指示报警模块进行提示，反之，不作处理；

S3、单片机模块将采集的三维加速度、三维角速度和三维姿态角数据进行数据处理后，得到合加速度、合角速度以及合姿态角，进而实现计步、判断是否摔倒、坠落以及持续时间并进行报警与否。

8.根据权利要求7所述的基于安全帽的人体安全监测和报警系统的控制方法，其特征在于，所述S3具体包括如下步骤：

S31、通过单片机模块将合加速度进行滤波后进行绘图，并判断是否有波峰，若是，则计步加一，反之，不作处理；

S32、通过单片机模块将合加速度进行滤波后与预设的加速度阈值进行比较，若超过，则进行S33，反之，不作处理；

S33、通过单片机模块将合姿态角与预设的姿态角阈值进行比较，若超过，则进行S34，反之，不作处理；

S34、通过单片机模块将运动姿态的持续时间与预设的持续时间阈值进行比较，若超过，则进行报警，反之，不作处理。

9.根据权利要求8所述的基于安全帽的人体安全监测和报警系统的控制方法，其特征在于，所述薄膜压力传感器中的电阻R_IMS的计算公式为：

R_IMS＝(VREF/VOUT)*RG

其中，VREF为给定的参考电压，VOUT是实测电压，RG是反馈电压。

10.根据权利要求9所述的基于安全帽的人体安全监测和报警系统的控制方法，其特征在于，所述单片机模块与服务器之间利用NB-IOT基于蜂窝的窄带物联网通信模块建立通信通道，以用于将数据传输至后台监控模块。