智能安全帽的製作方法
2023-07-13 11:46:26
本實用新型涉及安全防護技術領域，具體涉及一種智能安全帽。
背景技術：
安全帽是用來保護頭部，防止衝擊物傷害頭部的防護用品。在建築施工工地或者特定項目的體育運動等環境下，一般需要佩戴安全帽，以體育運動為例，體育運動不僅可以鍛鍊孩子增強健康，而且對他們的性格、智力、協調能力、自尊心等等，都有好處，且受益終身。國外做的研究表明經常進行體育運動對兒童智力發展有非常積極的影響。然而現實中有一些高危體育項目或戶外活動，例如兒童滑雪或冰球運動等，運動者一般需要佩戴帽子或者頭盔用以保護頭部。在眾多的運動者中，兒童是自我保護能力較弱的群體，因此，在體育活動和兒童的自由活動中容易出安全事故。此外，運動傷害是不可避免的事，假如一個兒童受到撞擊後，他們當時可能很難察覺出這些傷害的利害程度以及後期潛在的影響，部分兒童可能在不知情的情況下又會繼續從事之前的運動，這樣，劇烈的運動可能還會帶來更大的二次傷害。
技術實現要素：
本實用新型提供了一種智能安全帽，用於解決現有技術中無法獲知佩戴者受傷程度的缺陷。
本實用新型提供一種智能安全帽，包括：帽體、至少一個傳感單元、控制器和報警裝置；
至少一個傳感單元，位於帽體的內壁上，用於感測智能安全帽受到的撞擊力，並根據撞擊力生成電信號；
控制器，位於帽體上，與至少一個傳感單元相連，用於將電信號與預定閾值進行比較，並根據比較結果確定是否向報警裝置發送控制信號；
報警裝置，位於帽體外側，與控制器相連，用於根據控制信號發出與該控制信號對應的報警信號。
進一步地，控制器進一步包括：存儲器，存儲有預定閾值，預定閾值包括：第一預定閾值和第二預定閾值，其中，第一預定閾值小於第二預定閾值；
比較電路，用於將電信號分別與第一預定閾值、第二預定閾值進行比較，得到以下任意一種比較結果：電信號小於第一預定閾值；或者電信號大於第一預定閾值且小於第二預定閾值；或者電信號大於第二預定閾值；
控制單元，用於根據比較結果確定是否向報警裝置發送控制信號。
進一步地，至少一個傳感單元包括至少一個摩擦發電機和/或壓電發電機。
進一步地，傳感單元為帶狀傳感單元，帶狀傳感單元環繞設置在帽體內壁上，帶狀傳感單元具有第一輸出端和第二輸出端。
進一步地，帶狀傳感單元包括：帶狀本體以及設置在帶狀本體內部的至少一個摩擦發電機和/或壓電發電機。
進一步地，至少一個傳感單元為矩陣式傳感單元，矩陣式傳感單元鋪設在帽體內壁上。
進一步地，矩陣式傳感單元包括：外封裝體以及設置在外封裝體內部的至少一層摩擦發電機和/或壓電發電機陣列；其中，摩擦發電機和/或壓電發電機陣列由多個摩擦發電機和/或壓電發電機按照M行和N列排列組成，用於感測智能安全帽受到的撞擊力並輸出電信號；其中，摩擦發電機和/或壓電發電機具有第一輸出端和第二輸出端；每行的多個摩擦發電機和/或壓電發電機的第一輸出端相連接，引出第一端子；每列的多個摩擦發電機和/或壓電發電機的第二輸出端相連接，引出第二端子；所有M個第一端子與N個第二端子為摩擦發電機和/或壓電發電機陣列的輸出端子。
進一步地，智能安全帽還包括：無線通訊模塊，用於在接收到控制器在比較出電信號大於預定閾值而發送的報警指令後，將報警信息發送至移動終端。
進一步地，智能安全帽還包括：開關，用於控制報警裝置的導通或關閉。
進一步地，摩擦發電機和/或壓電發電機為三層結構、四層結構或者五層結構；摩擦發電機和/或壓電發電機至少包含構成摩擦界面的兩個表面。
進一步地，報警裝置包括：發光顯示器件，用於響應所述控制信號而發出對應顏色的光。
本實用新型提供的智能安全帽，能夠對佩戴者的頭部受撞擊程度進行監測，並使其他人員能夠根據智能安全帽所提示的報警信號判斷出佩戴者受傷程度，解決了現有技術中無法根據安全帽判斷佩戴者頭部受撞擊程度的缺陷。
附圖說明
圖1示出了本實用新型一個實施例提供的智能安全帽的結構示意圖；
圖2示出了本實用新型一個實施例提供的智能安全帽的功能框圖；
圖3示出了本實用新型另一個實施例提供的智能安全帽的結構示意圖；
圖4示出了本實用新型另一個實施例提供的智能安全帽的功能框圖；
圖5示出了帶狀傳感單元的截面結構示意圖；
圖6示出了矩陣式傳感單元的結構示意圖；
圖7示出了矩陣式傳感單元的截面結構示意圖。
具體實施方式
為充分了解本實用新型之目的、特徵及功效，藉由下述具體的實施方式，對本實用新型做詳細說明，但本實用新型並不僅僅限於此。
圖1和圖2分別示出了本實用新型一個實施例提供的智能安全帽的結構示意圖和功能框圖。結合圖1和圖2，對智能安全帽的結構和工作原理進行進一步介紹：
該智能安全帽包括：帽體100、至少一個傳感單元110、控制器120和報警裝置130。
其中，至少一個傳感單元110，位於帽體的內壁上，用於感測智能安全帽受到的撞擊力，並根據撞擊力生成電信號。
當佩戴有智能安全帽的佩戴者頭部受到撞擊後，至少一個傳感單元能夠感測出智能安全帽所受到的撞擊力，並根據上述撞擊力生成電信號，其中，該至少一個傳感單元所生成的電信號的大小與所感測到的撞擊力呈近似線性關係，也就是說，至少一個傳感單元所感測到的撞擊力越大，所生成的電信號越大。
控制器120，位於帽體上，與至少一個傳感單元相連，用於將電信號與預定閾值進行比較，並根據比較結果確定是否向報警裝置發送控制信號。
具體地，控制器設置在帽體上，例如可以設置在帽體的內部、外部或夾層中，在本實用新型實施例中，控制器可以為單片機、微處理器或微控制器，例如，TI的低功耗晶片MSP430、51系列單片機、ARM系列單片機等，或者採用多種電路共同實現控制器的功能，或以上的結合，本領域技術人員可以根據需求的方式進行選擇，其無需藉助任何程序控制，本實用新型對此不做限制。
將電信號與預定閾值進行比較主要是為了確定是否向報警裝置發送控制信號，當電信號大於預定閾值時，控制器向報警裝置發送控制信號，以控制報警裝置發出與該控制信號對應的報警信號；當電信號小於預定閾值時，控制器則不向報警裝置發送控制信號。
報警裝置130，位於帽體外側，與控制器相連，用於根據控制信號發出與該控制信號對應的報警信號。
例如，報警裝置能夠根據控制器所發送的控制信號發出對應的報警信號，此外，報警裝置可以設置在帽體前面，方便其他人員根據報警裝置發出的報警信號及時判斷佩戴者的受傷程度從而能夠及時處理事故。
本實施例提供的智能安全帽的工作原理是：當佩戴該智能安全帽的佩戴者的頭部受到外界撞擊後，設置在帽體上的至少一個傳感單元會根據撞擊力的大小而生成不同大小的電信號，控制器將接收到的電信號與預定閾值進行比較，判斷受撞擊程度，並根據比較結果確定否向報警裝置發送控制信號，報警裝置根據控制器發送的控制信號而發出對應的報警信號，使得其他人員及時發現並及時處理事故，且能夠根據報警裝置所發出的報警信號判斷出佩戴者的受傷程度，避免了現有技術中的安全帽無法向其他人員提醒佩戴者受傷程度而導致二次傷害或延誤治療時機的缺陷。
圖3和圖4分別示出了本實用新型另一個實施例提供的智能安全帽的結構示意圖和功能框圖。結合圖3和圖4，對智能安全帽的結構和工作原理進行進一步介紹：
該智能安全帽包括：帽體300、至少一個傳感單元310、控制器320、報警裝置330和無線通訊模塊340。
其中，至少一個傳感單元310，位於帽體的內壁上，用於感測智能安全帽受到的撞擊力，並根據撞擊力生成電信號。
當佩戴有智能安全帽的佩戴者頭部受到撞擊後，至少一個傳感單元能夠感測出智能安全帽所受到的撞擊力，並根據上述撞擊力生成電信號，其中，該至少一個傳感單元所生成的電信號的大小與所感測到的撞擊力呈近似線性關係，也就是說，至少一個傳感單元所感測到的撞擊力越大，所生成的電信號越大。
控制器320，位於帽體上，與至少一個傳感單元相連，用於將電信號與預定閾值進行比較，並根據比較結果確定是否向報警裝置發送控制信號；以及根據比較結果確定是否向無線通信模塊發送報警指令。
具體地，控制器設置在帽體上，例如可以設置在帽體的內部、外部或夾層中，在本實用新型實施例中，控制器可以為單片機、微處理器或微控制器，例如，TI的低功耗晶片MSP430、51系列單片機、ARM系列單片機等，或者採用多種電路共同實現控制器的功能，或以上的結合，本領域技術人員可以根據需求的方式進行選擇，其無需藉助任何程序控制，本實用新型對此不做限制。
將電信號與預定閾值進行比較主要是為了確定是否向報警裝置發送控制信號，當電信號大於預定閾值時，控制器向報警裝置發送控制信號，以控制報警裝置發出與該控制信號對應的報警信號；當電信號小於預定閾值時，控制器則不向報警裝置發送控制信號。
報警裝置330，位於帽體外側，與控制器相連，用於根據控制信號發出與該控制信號對應的報警信號。
例如，報警裝置能夠根據控制器所發送的控制信號發出對應的報警信號，此外，報警裝置可以設置在帽體前面，方便其他人員根據報警裝置發出的報警信號及時判斷佩戴者的受傷程度從而能夠及時處理事故。
無線通訊模塊340，用於在接收到控制器在比較出電信號大於預定閾值而發送的報警指令後，將報警信息發送至移動終端。
本實施例提供的智能安全帽的工作原理是：當佩戴該智能安全帽的佩戴者的頭部受到外界撞擊後，設置在帽體上的至少一個傳感單元會根據撞擊力的大小而生成不同大小的電信號，控制器將接收到的電信號與預定閾值進行比較，判斷受撞擊程度，並根據比較結果確定否向報警裝置發送控制信號，報警裝置根據控制器發送的控制信號而發出對應的報警信號，使得其他人員及時發現並及時處理事故，且能夠根據報警裝置所發出的報警信號判斷出佩戴者的受傷程度，避免了現有技術中的安全帽無法向其他人員提醒佩戴者受傷程度而導致二次傷害或延誤治療時機的缺陷；控制器還進一步根據比較結果確定是否向無線通信模塊發送報警指令，無線通信模塊在接收到控制器在比較出電信號大於預定閾值而發送的報警指令後，將報警信息發送至移動終端設備，使得其他人員能夠根據發送至移動終端設備的報警信息第一時間判斷受傷程度。
圖3和圖4所示實施例中的智能安全帽與圖1和圖2所示實施例中的智能安全帽的不同之處在於，圖3和圖4所示實施例中的智能安全帽還包括無線通信模塊，在接收到控制器在比較出電信號大於預定閾值而發送的報警指令後，可以通過無線通信方式向移動終端設備發送報警信息。
可選地，在本實用新型的一個可能的實現方式中，為了更為精確地提醒其他人員佩戴者受傷程度，控制器進一步包括：存儲器，存儲有預定閾值，預定閾值包括：第一預定閾值和第二預定閾值，其中，第一預定閾值小於第二預定閾值，例如，第一預定閾值和第二預定閾值表示佩戴者頭部受傷程度，第一預定閾值表示受傷程度較輕，第二預定閾值表示受傷程度較嚴重。
比較電路，用於將電信號分別與第一預定閾值、第二預定閾值進行比較，得到以下任意一種比較結果：電信號小於第一預定閾值；或者電信號大於第一預定閾值且小於第二預定閾值；或者電信號大於第二預定閾值。當電信號小於第一預定閾值時，可以確定為佩戴者僅是一般的碰撞，但並未受傷；電信號大於第一預定閾值且小於第二預定閾值時，可以確定為佩戴者受傷了，但受傷程度較輕；當電信號大於第二預定閾值時，可以確定為佩戴者受傷了，且受傷程度較嚴重。
控制單元，用於根據比較結果確定是否向報警裝置發送控制信號。
可選地，在本實用新型的一個可能的實現方式中，報警裝置包括：發光顯示器件，用於響應所述控制信號而發出對應顏色的光。其中，該發光顯示器件所發出的光可以常亮顯示或脈衝顯示，其中，該發光顯示器件所發出的光為常亮顯示時可以使其他人員觀察佩戴者時，能夠及時確定佩戴者是否受傷；該發光顯示器件所發出的光為脈衝顯示時，更容易引起其他人員的注意力。
例如，報警裝置為能夠發出不同顏色的燈，至少發出兩種不同顏色，例如黃色和紅色。當比較結果為電信號大於第一預定閾值且小於第二預定閾值時，控制單元可以向報警裝置發送發出黃色脈衝光的控制信號，報警裝置在接收到該控制信號後，發出黃色脈衝光，表明佩戴者頭部受撞擊程度較輕；當比較結果為電信號大於第二預定閾值時，控制單元可以向報警裝置發送發出紅色脈衝光的控制信號，報警裝置在接收到該控制信號後，發出紅色脈衝光，表明佩戴者頭部受撞擊程度較嚴重。
可選地，在本實用新型的一個可能的實現方式中，至少一個傳感單元包括至少一個摩擦發電機和/或壓電發電機，具有結構簡單，製作工藝簡單、成本低等優點。具體地，當佩戴有智能安全帽的佩戴者頭部受到撞擊後，至少一個摩擦發電機和/或壓電發電機感測出所受到的撞擊力，並根據上述撞擊力生成電信號。
可選地，在本實用新型的一個可能的實現方式中，傳感單元為帶狀傳感單元，帶狀傳感單元環繞設置在帽體內壁上，帶狀傳感單元具有第一輸出端和第二輸出端，例如，帶狀傳感單元可以一圈一圈設置在帽體內壁上。
在本實用新型實施例中，可以是一個傳感單元為帶狀傳感單元，也可以是多個傳感單元組成為帶狀傳感單元，圖5示出了帶狀傳感單元的截面結構示意圖，以三層結構的摩擦發電機和/或壓電發電機為例，如圖5所示，上述帶狀傳感單元包括：帶狀本體500以及設置在帶狀本體內部的至少一個摩擦發電機和/或壓電發電機510，其中，帶狀傳感單元具有第一輸出端和第二輸出端，例如，第一輸出端可以為正極輸出端，第二輸出端為負極輸出端，且第一輸出端和第二輸出端位於帶狀傳感單元的兩端；帶狀傳感單元的第一輸出端和第二輸出端生成的電信號大小，能夠反映摩擦發電機和/或壓電發電機的受壓情況，從而能夠判斷佩戴者被撞擊受傷程度。
可選地，在本實用新型的一個可能的實現方式中，至少一個傳感單元為矩陣式傳感單元，矩陣式傳感單元鋪設在帽體內壁上，可以監測佩戴者被撞擊的具體部位。
圖6和圖7分別示出了矩陣式傳感單元的結構示意圖與截面結構示意圖。結合圖6和圖7，以三層結構的摩擦發電機和/或壓電發電機為例，對矩陣式傳感單元的結構和工作原理進行進一步介紹：
矩陣式傳感單元包括：外封裝體600以及設置在外封裝體內部的至少一層摩擦發電機和/或壓電發電機陣列610；其中，摩擦發電機和/或壓電發電機陣列由多個摩擦發電機和/或壓電發電機按照M行和N列排列組成，用於感測智能安全帽受到的撞擊力並輸出電信號；其中，摩擦發電機和/或壓電發電機具有第一輸出端和第二輸出端；每行的多個摩擦發電機和/或壓電發電機的第一輸出端相連接，引出第一端子；每列的多個摩擦發電機和/或壓電發電機的第二輸出端相連接，引出第二端子；所有M個第一端子與N個第二端子為摩擦發電機和/或壓電發電機陣列的輸出端子。
這裡以摩擦發電機陣列為例進行介紹：
摩擦發電機陣列610由9個摩擦發電機按照3行和3列排列組成，用於感測智能安全帽受到的撞擊力並根據該撞擊力生成電信號。摩擦發電機陣列610所包括的9個摩擦發電機分別為摩擦發電機601-609。
每個摩擦發電機都具有第一輸出端和第二輸出端。在摩擦發電機陣列610中，第一行的摩擦發電機607、604和601的第一輸出端相連接，引出第一端子A1；第二行的摩擦發電機608、605和602的第一輸出端相連接，引出第一端子A2；第三行的摩擦發電機609、606和603的第一輸出端相連接，引出第一端子A3。第一列的摩擦發電機607、608和609的第二輸出端相連接，引出第二端子B1。第二列的摩擦發電機604、605和606的第二輸出端相連接，引出第二端子B2；第三列的摩擦發電機601、602和603的第二輸出端相連接，引出第二端子B3。第一端子A1-A3與第二端子B1-B3為摩擦發電機陣列610的輸出端子。
針對摩擦發電機601而言，只需通過監測第一端子A1與第二端子B3之間的電信號，就可以準確地獲得摩擦發電機601的受撞擊情況，從而得知佩戴者位於摩擦發電機601處的頭部撞擊位置信息。針對摩擦發電機602而言，只需通過監測第一端子A2與第二端子B3之間的電信號，就可以準確地獲得摩擦發電機602的受撞擊情況，從而得知用戶位於摩擦發電機602處的頭部撞擊位置信息。針對摩擦發電機603而言，只需通過監測第一端子A3與第二端子B3之間的電信號，就可以準確地獲得摩擦發電機603的受撞擊情況，從而得知用戶位於摩擦發電機603處的頭部撞擊位置信息。以此類推，可以準確地獲得摩擦發電機陣列610中的每個摩擦發電機的受撞擊情況，進而對佩戴者頭部具體撞擊部位進行監測。
本實施例中的智能安全帽除了能夠判斷出頭部受傷程度外，還能夠監測出具體受傷部位，使得其他人員能夠準確地根據智能安全帽所監測出的受傷部位進行檢查等。
可選地，在本實用新型的一個可能的實現方式中，智能安全帽還包括：開關，用於控制報警裝置的導通或關閉，佩戴者可以通過控制開關，來控制報警裝置進行報警提示。
上述實施例中的摩擦發電機和/或壓電發電機為三層結構、四層結構或者五層結構；摩擦發電機和/或壓電發電機至少包含構成摩擦界面的兩個表面。
當摩擦發電機為三層結構的摩擦發電機時，摩擦發電機包括：第一電極層、第一高分子聚合物絕緣層和第二電極層，其中，第一高分子聚合物絕緣層和第二電極層構成摩擦界面的兩個表面。
當摩擦發電機為四層結構的摩擦發電機時，摩擦發電機包括：第一電極層、第一高分子聚合物絕緣層、第二高分子聚合物絕緣層和第二電極層，其中，第一高分子聚合物絕緣層和第二高分子聚合物絕緣層構成摩擦界面的兩個表面。
當摩擦發電機為五層結構的摩擦發電機時，摩擦發電機包括：第一電極層、第一高分子聚合物絕緣層、居間薄膜層或居間電極層、第二高分子聚合物絕緣層和第二電極層，其中，居間薄膜層或者居間電極層與第一高分子聚合物絕緣層，和/或，居間薄膜層或者居間電極層與第二高分子聚合物絕緣層構成摩擦界面。當摩擦發電機包含兩層高分子聚合物絕緣層時，其中的第一高分子聚合物絕緣層可以為電正性高分子聚合物絕緣層，第二高分子聚合物絕緣層可以是電負性高分子聚合物絕緣層。
其中，第一電極層、第二電極層和居間電極層的材料選自銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線膜、金屬或合金。其中金屬是金、銀、鉑、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、錫、鐵、錳、鉬、鎢或釩；合金是鋁合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、錳合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、鉍合金、銦合金、鎵合金、鎢合金、鉬合金、鈮合金或鉭合金。
其中，第一高分子聚合物絕緣層、第二高分子聚合物絕緣層或居間薄膜層的材料分別選自聚醯亞胺薄膜、苯胺甲醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素薄膜、聚醯胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纖維海綿薄膜、聚氨酯彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚異丁烯薄膜、聚氨酯柔性海綿薄膜、聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸鹽薄膜中的一種。
本實用新型提供的智能安全帽，能夠對佩戴者的頭部受撞擊程度進行監測，並使其他人員能夠根據智能安全帽所提示的報警信號判斷出佩戴者受傷程度，解決了現有技術中無法根據安全帽判斷佩戴者頭部受撞擊程度的缺陷。
本實用新型中所提到的各種模塊、電路均為由硬體實現的電路，雖然其中某些模塊、電路集成了軟體，但本實用新型所要保護的是集成軟體對應的功能的硬體電路，而不僅僅是軟體本身。
本領域技術人員應該理解，附圖或實施例中所示的裝置結構僅僅是示意性的，表示邏輯結構。其中作為分離部件顯示的模塊可能是或者可能不是物理上分開的，作為模塊顯示的部件可能是或者可能不是物理模塊。
最後，需要注意的是：以上列舉的僅是本實用新型的具體實施例子，當然本領域的技術人員可以對本實用新型進行改動和變型，倘若這些修改和變型屬於本實用新型權利要求及其等同技術的範圍之內，均應認為是本實用新型的保護範圍。