智能温控头盔

黎俊，柴源，裴洋，王为民

（海口经济学院，海南海口，570000）

0 引言

随着公安部颁发的一盔一戴政策的实施,其规定上路的摩托车驾驶员必须佩戴安全头盔,目前市面上的头盔在佩戴时间长时会使人感到十分不适,其内部温度也会升高,尤其在夏天,头盔内部温度更高,容易发生危险。因此,我们提出了一款智能温控头盔,利用PAD系统以及单片机的传感原理,实现温度自动调节功能。使用新型面罩材料,用于避免头盔内降温时产生的雾气,在使用的过程中大大提高了舒适度和防止头盔面罩因水务带来的危险。添加智能语音系统,改变驾驶员手动接听语音,电话等,从而达到方便解脱双手,减少危险系数。该头盔采用ABS的树脂原料,性价比高。

1 智能温控头盔的基本原理

本头盔采用ATS9C5单片机来实现智能温控。该单片机控制的系统由温度检测、温度设定以及温度控制几个关键功能组成。温度检测模块通过温度传感器对温度进行测量并输出其数字信号通过单片机读取并储存;温度设定模块通过手机对头盔内温度设定;温度控制根据头盔的实际温度与设定的温度之间的差值来调节,以此来控制可控硅的导通或截止实现系统的温度智能控制。该设计的软件编程采用单片机汇编语言,与硬件电路布局相结合发挥优质的作用,很好地实现了系统的功能。该温度控制系统简单、经济、有效,能达到良好的温度控制效果，并且很好的控制了成本压缩了体积。

该系统采用以高性能的CMOS8位机ATS9C5为核心,通过常见的温度传感器DS18B20进行温度传感采集,将采集的温度信息反馈给单片机。通过比较由程序设定的初始值但是可由加减键盘控制的设定温度产生不同的信号(PWM脉冲宽度调制信号),送到直流电机的驱动器中,让直流驱动器去驱动直流电机的具体动作例如起停,转向,转速具体的转向和旋转速度与实际温度和设定温度之间的温差,具体的比较范围可以有程序变化灵活、自适应。

ATS9C5采用一线对总线的设计方式,对初始化时序和写时序有着严格的要求,用来保证系统中温度信息的准确性和完整性。在测量温度时,单片机初始化ATS9C5,单片机作为主设备,DS18B20作为从设备。单片机首先发出复位脉冲不小于480US的低电平,然后释放总线准备接收。ATS9C5检测总线上升边缘,等待15-60s,发送60-240s的响应脉冲,通知单片机已经连接到总线上。然后,单片机执行ROM ATS9C5操作命令和RAM的操作命令,并获得2字节的温度数据和16位在RAM中的温度数据,然后进行数值转换和范围变化,最后获得的实际温度。当通过热电偶采集的被测温度偏离所希望的给定值时,PID系统控制可根据测量信号与给定值的偏差进行运算,从而输出控制信号,促使测量值恢复到给定值,达到自动控制的效果。

2 ABS的树脂原料

这种材料是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子结构材料,又称ABS树脂。能有效的抵抗一部分冲击力,冲击强度较好且耐磨,给头盔的使用上增加一定的安全性和使用年限,还有其耐热性、耐酸碱盐等化学性质,能够保证头盔在多种环境上的使用及保存且材料造价便宜能够给大多数人提供使用,在使用上的减少了头盔带给头部的压力,重量相对于传统材料轻,体验上更好。

3 小型安全气囊

安全气囊能最大化的减少人员的受伤程度,应用于驾驶的车辆上,在一定的撞击压力感应下自动打开并保护人员减少伤害。而我们利用安全气囊的原理应用在头盔上。在不影响头盔的结构上最轻便的安装于头盔上,在事故发生时能提供最大的保护,而如今安全气囊最大的问题便是强的冲击力还是会给人员带来一定程度上的伤害,我们构想便是由外打开,向内包裹从而达到保护头部的效果,也减少了冲击力带给人的伤害。其基本结构感应器、控制系统、气囊、单片机、ABS材料等制作完成,重点在于小型轻便且最大化保护。

4 红外测距系统

红外线比超声波传播更快,传播范围广,可控性强等优点,在汽车测距警报上有着很大的应用与成就,应用范围非常的广泛,利用红外线的功能避免的许多不必要的损失,主要应用时间比例放大原理实现此目标,而这项技术应用于头盔上,能一定程度的警示驾驶者和做到提前预警的作用。

5 智能红绿灯警报系统

利用卫星通信实时了解每个路口、街区的红绿灯数量及其实时的秒数,提前给驾驶者提供准确预告、车辆拥堵情况等,类似高德地图一样的原理,在其基础上减少众多功能,保留一个红绿灯、车辆拥堵情况,通过语音播报给驾驶者,在一定程度上也增加了安全性,不用掏手机进行操作、看手机了解情况,最大程度的便捷,通过智能系统达到效果。

6 目前国内外发展温控系统的研究对比

(1)国外温度测控系统研究

国外的研究技术相对于国内较为成熟并且研究时间长。起初采用模块化组合的仪表，现场采集数据并显示、记录和控制。80年代末才出现分布式控制系统，对之后的温度测控提供了很大帮助，现在世界各国的温度测控技术发展速度很快，一些国家在实现自动化的基础上发展自动化、无人化的技术，目前正在研发计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统，都在朝着更为精准快捷的方向发展迈进。

(2)国内温度测控系统研究

我们国家对于温度测控技术的研究是晚于其他国家的。我国再通过对外国相关技术的学习上有所研究，才掌握了温度室内微机控制技术，仅限于温度的单项环境因子的控制。我国温度测控设施在计算机的应用上是处于从消化吸收、简单应用阶段向实用性、综合性阶段的过渡阶段。在技术上，单片机的控制系统也相对杂乱，于外国相比还存在较大差距。我国的温度测控系统远远没有达到工业化的程度及要求，生产中有着较多的问题，设备配置差、产业化程度低、软硬件的资源可靠性相对于差等缺点。

7 关于国内外智能头盔发展现状

(1)国外

关于智能摩托车头盔的研究开发,一家名为Jarvish的初创公司早已经开始了研究。在头盔中他们添加了蓝牙,噪音消除，WiFi,和一个2K前置摄像头。JarvishX内置降噪麦克风和高清环绕声扬声器。同时行程记录还可以存储在头盔中存储卡上。通过语音命令,骑手可以把视频在他们的社交媒体帐户上进行直播。Jarvish X-AR配备了增强现实技术的平视显示器(HUD)和后置摄像头,可以让骑行者360度看到当前骑行环境。头盔内显示当前速度、转弯方向、来电和后视镜反馈。此外,通过 Jarvish应用程序,乘客可以通过语音输入目的地,并接收到该地点的语音方向。

(2)国内

2015年百度公司就在研发一款骑行智能头盔,这款头盔可通过"风幕"技术实现对人脸周边空气的有效净化。该项目由百度实验室(IDL)牵头,目前产品已处于实验室原型测试阶段。而且这款骑行智能头盔还会与 App 关联,时刻监测并记录头盔内的空气数据变化。除此之外这款产品还将配备、GPS定位、健康数据采集等功能以此来提高驾驶员的舒适感。

8 结论

基于ATS9C5单片机的智能温控头盔有利于解决许多驾驶员在驾驶过程中所遇到的问题,而通过这款头盔也可以使他们在驾驶过程中能够有许多的舒适感,随着社会的发展,头盔的重要性也愈加重要重视,智能温控头盔,结合多项系统技术的原理,发挥出头盔的最大效益,也让使用者感到方便快捷,智能语音系统、温控系统、安全气囊等的应用,提高了驾驶者的使用舒适度和安全系数的提升,最主要的是带给使用者的安全提供相应保障和大众的需求,响应国家的同时做好头盔方面的保护和性价比。最重要的是我们的这一构思对于头盔未来发展提供了一个发案。