智能溫控頭盔

黎俊，柴源，裴洋，王為民

（海口經濟學院，海南海口，570000）

0 引言

隨著公安部頒發的一盔一戴政策的實施,其規定上路的摩托車駕駛員必須佩戴安全頭盔,目前市面上的頭盔在佩戴時間長時會使人感到十分不適,其內部溫度也會升高,尤其在夏天,頭盔內部溫度更高,容易發生危險。因此,我們提出了一款智能溫控頭盔,利用PAD系統以及單片機的傳感原理,實現溫度自動調節功能。使用新型面罩材料,用于避免頭盔內降溫時產生的霧氣,在使用的過程中大大提高了舒適度和防止頭盔面罩因水務帶來的危險。添加智能語音系統,改變駕駛員手動接聽語音,電話等,從而達到方便解脫雙手,減少危險系數。該頭盔采用ABS的樹脂原料,性價比高。

1 智能溫控頭盔的基本原理

本頭盔采用ATS9C5單片機來實現智能溫控。該單片機控制的系統由溫度檢測、溫度設定以及溫度控制幾個關鍵功能組成。溫度檢測模塊通過溫度傳感器對溫度進行測量并輸出其數字信號通過單片機讀取并儲存;溫度設定模塊通過手機對頭盔內溫度設定;溫度控制根據頭盔的實際溫度與設定的溫度之間的差值來調節,以此來控制可控硅的導通或截止實現系統的溫度智能控制。該設計的軟件編程采用單片機匯編語言,與硬件電路布局相結合發揮優質的作用,很好地實現了系統的功能。該溫度控制系統簡單、經濟、有效,能達到良好的溫度控制效果，并且很好的控制了成本壓縮了體積。

該系統采用以高性能的CMOS8位機ATS9C5為核心,通過常見的溫度傳感器DS18B20進行溫度傳感采集,將采集的溫度信息反饋給單片機。通過比較由程序設定的初始值但是可由加減鍵盤控制的設定溫度產生不同的信號(PWM脈沖寬度調制信號),送到直流電機的驅動器中,讓直流驅動器去驅動直流電機的具體動作例如起停,轉向,轉速具體的轉向和旋轉速度與實際溫度和設定溫度之間的溫差,具體的比較范圍可以有程序變化靈活、自適應。

ATS9C5采用一線對總線的設計方式,對初始化時序和寫時序有著嚴格的要求,用來保證系統中溫度信息的準確性和完整性。在測量溫度時,單片機初始化ATS9C5,單片機作為主設備,DS18B20作為從設備。單片機首先發出復位脈沖不小于480US的低電平,然后釋放總線準備接收。ATS9C5檢測總線上升邊緣,等待15-60s,發送60-240s的響應脈沖,通知單片機已經連接到總線上。然后,單片機執行ROM ATS9C5操作命令和RAM的操作命令,并獲得2字節的溫度數據和16位在RAM中的溫度數據,然后進行數值轉換和范圍變化,最后獲得的實際溫度。當通過熱電偶采集的被測溫度偏離所希望的給定值時,PID系統控制可根據測量信號與給定值的偏差進行運算,從而輸出控制信號,促使測量值恢復到給定值,達到自動控制的效果。

2 ABS的樹脂原料

這種材料是一種強度高、韌性好、易于加工成型的熱塑型高分子結構材料,又稱ABS樹脂。能有效的抵抗一部分沖擊力,沖擊強度較好且耐磨,給頭盔的使用上增加一定的安全性和使用年限,還有其耐熱性、耐酸堿鹽等化學性質,能夠保證頭盔在多種環境上的使用及保存且材料造價便宜能夠給大多數人提供使用,在使用上的減少了頭盔帶給頭部的壓力,重量相對于傳統材料輕,體驗上更好。

3 小型安全氣囊

安全氣囊能最大化的減少人員的受傷程度,應用于駕駛的車輛上,在一定的撞擊壓力感應下自動打開并保護人員減少傷害。而我們利用安全氣囊的原理應用在頭盔上。在不影響頭盔的結構上最輕便的安裝于頭盔上,在事故發生時能提供最大的保護,而如今安全氣囊最大的問題便是強的沖擊力還是會給人員帶來一定程度上的傷害,我們構想便是由外打開,向內包裹從而達到保護頭部的效果,也減少了沖擊力帶給人的傷害。其基本結構感應器、控制系統、氣囊、單片機、ABS材料等制作完成,重點在于小型輕便且最大化保護。

4 紅外測距系統

紅外線比超聲波傳播更快,傳播范圍廣,可控性強等優點,在汽車測距警報上有著很大的應用與成就,應用范圍非常的廣泛,利用紅外線的功能避免的許多不必要的損失,主要應用時間比例放大原理實現此目標,而這項技術應用于頭盔上,能一定程度的警示駕駛者和做到提前預警的作用。

5 智能紅綠燈警報系統

利用衛星通信實時了解每個路口、街區的紅綠燈數量及其實時的秒數,提前給駕駛者提供準確預告、車輛擁堵情況等,類似高德地圖一樣的原理,在其基礎上減少眾多功能,保留一個紅綠燈、車輛擁堵情況,通過語音播報給駕駛者,在一定程度上也增加了安全性,不用掏手機進行操作、看手機了解情況,最大程度的便捷,通過智能系統達到效果。

6 目前國內外發展溫控系統的研究對比

(1)國外溫度測控系統研究

國外的研究技術相對于國內較為成熟并且研究時間長。起初采用模塊化組合的儀表，現場采集數據并顯示、記錄和控制。80年代末才出現分布式控制系統，對之后的溫度測控提供了很大幫助，現在世界各國的溫度測控技術發展速度很快，一些國家在實現自動化的基礎上發展自動化、無人化的技術，目前正在研發計算機數據采集控制系統的多因子綜合控制系統，都在朝著更為精準快捷的方向發展邁進。

(2)國內溫度測控系統研究

我們國家對于溫度測控技術的研究是晚于其他國家的。我國再通過對外國相關技術的學習上有所研究，才掌握了溫度室內微機控制技術，僅限于溫度的單項環境因子的控制。我國溫度測控設施在計算機的應用上是處于從消化吸收、簡單應用階段向實用性、綜合性階段的過渡階段。在技術上，單片機的控制系統也相對雜亂，于外國相比還存在較大差距。我國的溫度測控系統遠遠沒有達到工業化的程度及要求，生產中有著較多的問題，設備配置差、產業化程度低、軟硬件的資源可靠性相對于差等缺點。

7 關于國內外智能頭盔發展現狀

(1)國外

關于智能摩托車頭盔的研究開發,一家名為Jarvish的初創公司早已經開始了研究。在頭盔中他們添加了藍牙,噪音消除，WiFi,和一個2K前置攝像頭。JarvishX內置降噪麥克風和高清環繞聲揚聲器。同時行程記錄還可以存儲在頭盔中存儲卡上。通過語音命令,騎手可以把視頻在他們的社交媒體帳戶上進行直播。Jarvish X-AR配備了增強現實技術的平視顯示器(HUD)和后置攝像頭,可以讓騎行者360度看到當前騎行環境。頭盔內顯示當前速度、轉彎方向、來電和后視鏡反饋。此外,通過 Jarvish應用程序,乘客可以通過語音輸入目的地,并接收到該地點的語音方向。

(2)國內

2015年百度公司就在研發一款騎行智能頭盔,這款頭盔可通過"風幕"技術實現對人臉周邊空氣的有效凈化。該項目由百度實驗室(IDL)牽頭,目前產品已處于實驗室原型測試階段。而且這款騎行智能頭盔還會與 App 關聯,時刻監測并記錄頭盔內的空氣數據變化。除此之外這款產品還將配備、GPS定位、健康數據采集等功能以此來提高駕駛員的舒適感。

8 結論

基于ATS9C5單片機的智能溫控頭盔有利于解決許多駕駛員在駕駛過程中所遇到的問題,而通過這款頭盔也可以使他們在駕駛過程中能夠有許多的舒適感,隨著社會的發展,頭盔的重要性也愈加重要重視,智能溫控頭盔,結合多項系統技術的原理,發揮出頭盔的最大效益,也讓使用者感到方便快捷,智能語音系統、溫控系統、安全氣囊等的應用,提高了駕駛者的使用舒適度和安全系數的提升,最主要的是帶給使用者的安全提供相應保障和大眾的需求,響應國家的同時做好頭盔方面的保護和性價比。最重要的是我們的這一構思對于頭盔未來發展提供了一個發案。