一种运动状态感知和气囊主动防护的马甲及其工作方法
【专利摘要】本发明涉及一种运动状态感知和气囊主动防护的马甲，其特征在于：包括马甲本体，所述马甲本体上嵌有运动状态感知装置、气囊装置、MCU、无线数据传输模块，电源模块，所述MCU作为所述感知装置、气囊装置的控制处理中心；所述感知装置包括第一、第二片上处理芯片；所述第一片上处理芯片包括三轴加速度计和片上处理电路，第二片上处理芯片包括三轴陀螺仪和片上处理电路；所述气囊装置包括点火充气电路与主、从气囊；所述主气囊设置于马甲靠近头部处，所述从气囊设置于马甲靠近腰部处；电源模块分别与第一、第二片上处理芯片、无线数据传输模块、MCU、点火充气电路相连，提供电能。
【专利说明】一种运动状态感知和气囊主动防护的马甲及其工作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种马甲，具体来说是一种运动状态感知和气囊主动防护的马甲及其 工作方法，属于安全马甲【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 当今社会摔倒事故发生越来越频繁，摔倒事故已严重影响了人们的身体健康，甚 至威胁到人们的生命安全。例如在一些地面比较湿滑的环境中工作的工作人员很容易摔 倒，发生事故。同时由于现代社会老年人越来越多，老年人由于身体运动机能明显衰退，从 而老年人摔倒发生率较高、后果严重，已经成为一个严重的医疗问题和社会问题。
【发明内容】
[0003] 本发明旨提供一种智能安全马甲，能够减轻老年人摔倒事故带来的损伤。
[0004] 本发明采取以下技术方案：
[0005] -种运动状态感知和气囊主动防护的马甲，包括马甲本体，所述马甲本体上嵌有 运动状态感知装置、气囊装置、MCU、无线数据传输模块，电源模块，所述MCU作为所述感知 装置、气囊装置的控制处理中心；所述感知装置包括第一、第二片上处理芯片；所述第一片 上处理芯片包括三轴加速度计和片上处理电路，第二片上处理芯片包括三轴陀螺仪和片上 处理电路；所述气囊装置包括点火充气电路与主、从气囊；所述主气囊设置于马甲靠近头 部处，所述从气囊设置于马甲靠近腰部处；电源模块分别与第一、第二片上处理芯片、无线 数据传输模块、MCU、点火充气电路相连，提供电能；
[0006] 进一步的，所述片上处理电路包含信息预处理模块和信号调理模块；所述信息预 处理模块包括带宽处理电路和杂波滤波模块；所述带宽处理电路和杂波滤波模块的输入端 皆与三轴加速度计或三轴陀螺仪相连，其输出端与信号调理模块相连；所述信号调理模块 包括依次相连的放大器、采样保持器和A/D转换器，放大器连接信息预处理模块，A/D转换 器连接MCU模块。
[0007] 进一步的，所述无线数据传输模块为ZigBee模块。
[0008] 更进一步的，所述的电源模块包括柔性薄膜电池组件、低电报警电路、电源管理电 路，电源管理电路引出的多路电压信号分别与片上处理芯片、MCU、ZigBee模块以及气囊的 点火充气电路连接。
[0009] 进一步的，主气囊比从气囊小。
[0010] 一种运动状态感知和气囊主动防护的马甲的工作方法，运动状态感知装置的三轴 加速度计实时检测马甲穿着者加速度值，并与加速度阈值进行比较；运动状态感知装置的 三轴陀螺仪实时检测马甲穿着者身体倾角变化；当检测加速度、倾角均大于阈值，无线数据 传输模块将检测信号发送至远端服务器；同时，点火充气电路开启，主气囊给头部气囊充 气；延时一段时间，另一点火充气电路开启，从气囊给靠近腰部的次气囊充气。
[0011] 本发明的有益效果在于：在马甲服装中嵌入集成运动感知、气囊主动防护和 ZigBee无线通信技术，能实时感知穿着马甲者的运动状态，通过三轴加速度计和三轴陀螺 仪分别感知人体摔倒过程中上躯干加速度变化和偏离坚直方向的倾斜角度变化，使采集到 的数据更准确更可靠，此外智能安全马甲还可以将信息通过无线通信传送到监控中心的服 务器，以便做出后续处理。本发明采用的是集成电路，同时对气囊做了适当处理，使马甲更 加小巧轻便，从而使马甲穿起来既轻便又不会有异物感，并采用各种抗干扰技术，使马甲 更加安全可靠。当马甲穿着者将要摔倒时，能快速及时做出处理，减少伤亡事故。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1是智能安全马甲功能部件的连接框图；
[0013] 图2为地面坐标系及人体加速度、躯干转角定义图；
[0014] 图3电源系统结构框图；
[0015] 图4为智能安全马甲的工作拓扑图；
[0016] 图5为智能安全马甲的工作流程图。
【具体实施方式】
[0017] 微机电系统（MEMS)是源于微电子加工技术，融合了微机械制造、传感、致动及微 控制于一体的系统。其特征尺寸极小，学科交叉广泛；技术研究包括微系统理论、设计建模、 微机械加工、微器件集成等多个方面；学科分类涵盖了机械、力学、光学、流体、电磁学、生物 学等各领域，在民品和军品领域有许多热点应用。
[0018] 安全气囊现阶段主要应用在汽车方面，旨在减轻汽车碰撞后驾驶员因为惯性发生 碰撞的伤害程度。本发明将安全气囊应用在马甲中开创了将安全气囊应用于服装的先例。
[0019] 无线通信是一种仅利用电磁波自由空间传播而不通过线缆进行的通信方式，伴随 着当今通信技术的迅猛发展，人们更可以依靠新型无线通信技术实现信息的实时交换；其 中，ZigBee是一种基于IEEE802. 15. 4标准和应用于无线监测与控制的全球性无线通信标 准，强调简单易用、近距离、低功耗且极廉价的市场定位，广泛应用于工业控制、医疗护理、 远程控制等领域。
[0020] 利用上述现有技术，并结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
[0021] 参见图1，一种运动状态感知和气囊主动防护的马甲，包括马甲本体，所述马甲本 体上嵌有运动状态感知装置、气囊装置、MCU、用于无线传输的ZigBee模块，电源模块，所述 MCU作为所述感知装置、气囊装置的控制处理中心；所述感知装置包括第一、第二片上处理 芯片；所述第一片上处理芯片包括三轴加速度计和片上处理电路，第二片上处理芯片包括 三轴陀螺仪和片上处理电路；所述气囊装置包括点火充气电路与主、从气囊；所述主气囊 设置于马甲靠近头部处，所述从气囊设置于马甲靠近腰部处；电源模块分别与第一、第二片 上处理芯片、无线数据传输模块、MCU、点火充气电路相连，提供电能。
[0022] 参见图2,设在人体运动过程中躯干部位沿X轴方向的加速度为ax，沿y轴方向的 加速度为a v，沿z轴方向的加速度为az，贝U其合加速度可以用公式（1)来计算：
【权利要求】
1. 一种运动状态感知和气囊主动防护的马甲，其特征在于： 包括马甲本体，所述马甲本体上嵌有运动状态感知装置、气囊装置、MCU、无线数据传输 模块，电源模块，所述MCU作为所述感知装置、气囊装置的控制处理中心； 所述感知装置包括第一、第二片上处理芯片；所述第一片上处理芯片包括三轴加速度 计和片上处理电路，第二片上处理芯片包括三轴陀螺仪和片上处理电路； 所述气囊装置包括点火充气电路与主、从气囊；所述主气囊设置于马甲靠近头部处，所 述从气囊设置于马甲靠近腰部处； 电源模块分别与第一、第二片上处理芯片、无线数据传输模块、MCU、点火充气电路相 连，提供电能。
2. 如权利要求1所述的马甲，其特征在于： 所述片上处理电路包含信息预处理模块和信号调理模块； 所述信息预处理模块包括带宽处理电路和杂波滤波模块；所述带宽处理电路和杂波滤 波模块的输入端皆与三轴加速度计或三轴陀螺仪相连，其输出端与信号调理模块相连； 所述信号调理模块包括依次相连的放大器、采样保持器和A/D转换器，放大器连接信 息预处理模块，A/D转换器连接MCU模块。
3. 如权利要求1所述的马甲，其特征在于：所述无线数据传输模块为ZigBee模块。
4. 如权利要求3述的马甲，其特征在于：所述的电源模块包括柔性薄膜电池组件、低 电报警电路、电源管理电路，电源管理电路引出的多路电压信号分别与片上处理芯片、MCU、 ZigBee模块以及气囊的点火充气电路连接。
5. 如权利要求1所述的马甲，其特征在于：主气囊比从气囊小。
6. -种权利要求1所述的马甲的工作方法，其特征在于： 运动状态感知装置的三轴加速度计实时检测马甲穿着者加速度值，并与加速度阈值进 行比较； 运动状态感知装置的三轴陀螺仪实时检测马甲穿着者身体倾角变化； 当检测加速度、倾角均大于阈值，无线数据传输模块将检测信号发送至远端服务器；同 时，点火充气电路开启，主气囊给头部气囊充气； 延时一段时间，另一点火充气电路开启，从气囊给靠近腰部的次气囊充气。
【文档编号】A41D13/018GK104366752SQ201410635112
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月12日 优先权日:2014年11月12日
【发明者】蒋旭东, 洪赢政, 陈伟, 李震, 常峰, 孙春晖 申请人:公安部上海消防研究所