CN111150185A - 一种基于tof算法的智能儿童防触电手环 - Google Patents

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CN111150185A CN202010008000.1A CN202010008000A CN111150185A CN 111150185 A CN111150185 A CN 111150185A CN 202010008000 A CN202010008000 A CN 202010008000A CN 111150185 A CN111150185 A CN 111150185A
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鹿顺航
孙欣彤
郭林艳
徐镇宇
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Abstract

本发明公开了一种基于TOF（Time Of Flight）算法的智能儿童防触电手环，包括智能手环和插座智能断电***，智能手环利用手环中的智能手环中央处理主控板，完成对儿童身体状况监测、信息处理及传递、信息储存等功能；插座智能断电***利用智能断电插座开关主控板，完成插座开关通断控制、信息接收及传递、报警等功能。本发明利用TOF算法计算智能手环与插座智能断电***距离，通过ZigBee模块、UWB模块进行插座智能断电***与智能手环之间的信息传递，实现对儿童的智能防触电功能，该防触电手环可靠性高,实用性强,具有很大的商业价值。

Description

一种基于TOF算法的智能儿童防触电手环
技术领域
本发明涉及一种基于TOF测距的智能儿童防触电手环，属于智能控制、手环技术和检测通信技术领域。
背景技术
本发明涉及一种基于TOF测距的智能儿童防触电手环，属于智能控制、手环技术和检测通信技术领域，随着家用电器的普及，给生活带来了很多便利但这也给儿童的成长带来不少安全隐患，儿童因处于好奇和年幼无知而将金属物***通电的插座而产生触电事故，传统的插座都不具备防触电保护功能，即使在排插上加装机械式的保护门，不仅不能解决触电问题，反而容易诱发儿童发生触电事故。为了解决这一问题，设计了一种具有监测身体健康功能的多功能智能手环以及能够智能断电功能的插座智能断电***，智能手环中的UWB标签发射设定频率的脉冲信号，UWB基站接收信号，UWB标签利用TOF算法测出智能手环中央处理主控板与智能断电插座主控板之间的距离，若距离小于35厘米，智能断电插座开关主控板控制插座开关断开，并控制警报电路发生报警；若距离大于1米，插座开关闭合，完成插座开关的智能通断功能。一方面，儿童在插座旁边玩耍时，家长可以放心去忙自己的事情，不用担心儿童因处于好奇和年幼无知而将金属物***通电的插座而产生触电事故；另一方面，当插座开关断开时即儿童年幼无知而将金属物***通电的插座时，插座会通过报警电路进行报警，此时，智能手环还将通过GSM模块发送短信给家长纠正儿童的错误行为，同时可以通过手机实时监测儿童玩弄插座、有触电隐患的错误行为以及实时监测儿童的身体健康信息。所设计的插座智能断电***具有良好的可靠性和稳定性,实用性强。该***将涉及模拟电子、数字电子、单片机技术，检测技术、数字信号处理，通信技术等知识背景。
发明内容
本发明根据插座智能手环、智能断电***的具体技术特点，从完成智能插座断电***的信息交流模块、报警***，智能手环的信息存储、身体参数检测***以及手机Wifi的数据传递等多项功能具体要求，从提高***的可靠性、实用性以及降低经济成本的角度出发，开发了一款手机APP，利用手机通过Wifi信号对儿童的身体健康信息以及儿童玩弄插座、有触电隐患的错误行为实时监测，设计了一种基于TOF算法的智能儿童防触电手环。
为实现上述目的，发明了一种基于TOF算法的智能儿童防触电手环，所述的基于TOF算法的智能儿童防触电手环是基于智能手环、插座智能断电***控制的装置，利用TOF算法测量***之间的测量，同时利用手机APP实现对儿童身体信息的实时查看，两种***通过ZigBee协议实现两种***之间的交流，使其完成智能防触电手环的各项功能，其特征包括智能手环和插座智能断电***；
所述智能手环包括CPU/GSM/GPS/Wifi/传感器/ZigBee模块/UWB模块电源（可充电电池）（1），由心率传感器（2）、血压传感器（3）、温度传感器(4)和数据处理模块（5）组成的身体参数检测***，智能手环中央处理主控板（6），GPS/GSM模块（7），由UWB标签（9）和ZigBee模块（10）组成的信息交流模块，Wifi模块（11），信息储存***（12）；
其中手机APP（8）通过Wifi信号与智能手环中央处理主控板（6）通讯相连，智能手环中央处理主控板（6）输入端分别与Wifi模块（11）输出端、数据处理模块（5）输出端、UWB标签（9）输出端、信息存储***（12）输出端、ZigBee模块（10）输出端、CPU/GSM/GPS/Wifi/ZigBee模块/UWB模块电源（1）输出端、GSM/GPS模块（7）输出端相连，智能手环中央处理主控板（6）输出端分别与Wifi模块（11）输入端、数据处理模块（5）输入端、UWB标签（9）输入端、信息存储***（12）输入端、ZigBee模块（10）输入端、GSM/GPS模块（7）输入端相连，心率传感器（2）输出端、血压传感器（3）输出端、温度传感器（4）输出端分别与数据处理模块（5）输入端相连，数据处理模块（5）输出端分别与心率传感器（2）输入端、血压传感器（3）输入端、温度传感器（4）输入端相连；
所述插座智能断电***包括由UWB基站（18）和ZigBee模块（10）组成的信息交流模块，AC电源（13），电压转换电路（14），智能断电插座主控板（15），插座开关（16），警报电路（17）；
其中智能断电插座主控板（15）输入端分别与电压转换电路（14）输出端、UWB基站（18）输出端、ZigBee模块（10）输出端相连，智能断电插座主控板（15）输出端分别与插座开关（16）输入端、警报电路（17）输入端、UWB基站（18）输入端、ZigBee模块（10）输入端相连，AC电源（13）输出端与电压转换电路（14）输入端相连。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
在智能手环中借鉴手机APP软件开发技术、无线通信技术以及自动化控制技术的最新成果，将开发的手机APP应用于对智能手环中儿童身体健康信息以及儿童玩弄插座、有触电隐患的错误行为实时监测。智能手环利用手环中的智能手环中央处理主控板，完成对儿童身体状况监测、信息处理及传递、信息储存等功能，手机APP根据Wifi模块、GSM模块以及GPS模块提供的定位信息实现短信提醒、儿童身体健康信息传递的功能，达到手机实时查看传递信息的目的。这种方案实施的优点在于：利用UWB标签发射设定频率的脉冲信号，UWB基站接收信号并利用TOF算法测出智能手环中央处理主控板与智能断电插座主控板之间的距离，进而实现插座的智能断电，使插座开关智能化，高效化以及强的实用性；利用开发的APP，根据GSM模块和GPS模块获得的定位信息，通过Wifi信号与智能手环进行通讯，对智能手环检测的信息进行远程的监测，可以及时纠正儿童玩弄插座、有触电隐患的错误行为。
附图说明
图1为本发明所述基于TOF算法的智能儿童防触电手环的结构图。
图2为本发明所诉基于TOF算法测距结构图。
图3为插座智能断电***结构图。
具体实施方式
本发明的基于TOF算法的智能儿童防触电手环主要应用于手环这种佩戴性设备，根据附图叙述本发明的具体实施方式。
图1为本发明所述的基于TOF算法的智能儿童防触电手环的结构图。如图1，图2，图3所示，根据附图叙述本发明的具体实施方式：
本发明的一种基于TOF算法的智能儿童防触电手环较佳实施方案智能手环和插座智能断电***；智能手环包括CPU/GSM/GPS/Wifi/传感器/ZigBee模块/UWB模块电源（可充电电池）（1），由心率传感器（2）、血压传感器（3）、温度传感器(4)和数据处理模块（5）组成的身体参数检测***，智能手环中央处理主控板（6），GPS/GSM模块（7），由UWB标签（9）和ZigBee模块（10）组成的信息交流模块，Wifi模块（11），信息储存***（12）；
其中手机APP（8）通过Wifi信号与智能手环中央处理主控板（6）通讯相连，智能手环中央处理主控板（6）输入端分别与Wifi模块（11）输出端、数据处理模块（5）输出端、UWB标签（9）输出端、信息存储***（12）输出端、ZigBee模块（10）输出端、CPU/GSM/GPS/Wifi/ZigBee模块/UWB模块电源（1）输出端、GSM/GPS模块（7）输出端相连，智能手环中央处理主控板（6）输出端分别与Wifi模块（11）输入端、数据处理模块（5）输入端、UWB标签（9）输入端、信息存储***（12）输入端、ZigBee模块（10）输入端、GSM/GPS模块（7）输入端相连，心率传感器（2）输出端、血压传感器（3）输出端、温度传感器（4）输出端分别与数据处理模块（5）输入端相连，数据处理模块（5）输出端分别与心率传感器（2）输入端、血压传感器（3）输入端、温度传感器（4）输入端相连；
所述插座智能断电***包括由UWB基站（18）和ZigBee模块（10）组成的信息交流模块，AC电源（13），电压转换电路（14），智能断电插座主控板（15），插座开关（16），警报电路（17）；
其中智能断电插座主控板（15）输入端分别与电压转换电路（14）输出端、UWB基站（18）输出端、ZigBee模块（10）输出端相连，智能断电插座主控板（15）输出端分别与插座开关（16）输入端、警报电路（17）输入端、UWB基站（18）输入端、ZigBee模块（10）输入端相连，AC电源（13）输出端与电压转换电路（14）输入端相连。
具体来说，手机APP（8）根据GSM/GPS模块（7）提供的定位信息，通过Wifi信号与智能手环中的智能手环中央处理主控板（6）相连通信；所述的身体健康检测***，数据处理模块（5）将接收到心率传感器（2）、血压传感器（3）和温度传感器(4)监测的信息进行处理发送给智能手环中央处理主控板（6），智能手环中央处理主控板（6）将信息通过Wifi模块（11）发送到手机APP（8）；插座智能断电***中的儿童玩弄插座、有触电隐患的错误行为的信息经ZigBee模块（10）发送到智能手环中，智能手环中ZigBee模块（10）接收到的信息传递智能手环中央处理主控板（6）经处理通过Wifi模块（11）发送到手机APP（8），完成对儿童玩弄插座、有触电隐患的错误行为的实时监测，此外，手机APP（8）还可以将智能手环检测到的儿童健康信息发送给医生，让医生诊断儿童的身体健康状况。
如图1、图2所示，本发明测量智能手环与插座智能断电***之间距离的具体实施方式如下：
智能手环中的UWB标签（9）发射设定频率的脉冲信号请求测距，UWB基站（18）接收信号，智能断电插座主控板（15）经过一小段时间处理回复确认信息，智能手环中央处理主控板（6）利用TOF算法测出智能手环中央处理主控板（6）与智能断电插座主控板（15）之间的距离。
具体来说，如图2所示，UWB标签（9）首先向UWB基站（18）发送测距请求Poll,UWB基站（18）接收Poll并进行处理，经过一小段时间处理后向UWB标签（9）回复确认信息Ack。将UWB标签（9）发出信号Poll和接收信号Ack的时间间隔记为TTOT；UWB基站（18）收到信号Poll和发出信号Ack的时间间隔记为TTAT。那么信号在空中单向飞行时间TTOF可以计算：
Figure RE-342297DEST_PATH_IMAGE002
然后根据时间乘以速度（光速c）等于距离的数学公式，便可计算出UWB标签（9）与UWB基站（18）之间的距离d。
Figure RE-56175DEST_PATH_IMAGE004
如图1、图3所示,本发明的插座智能断电***所述的具体实施方式如下:
根据TOF算法测出智能中央处理主控板（6）与智能断电插座主控板（15）之间的距离后，当距离小于35厘米时插座开关（16）断开,报警电路报警，距离大于1米后，停止报警，插座开关（16）闭合，完成插座智能开关和插座的智能报警。
具体来说，如图3所示，智能手环中的ZigBee模块（10）将计算的信息发送到插座智能断电***，当距离小于35厘米时，智能断电插座主控板（15）输出波形，一路信号送到报警电路（17），实现报警电路（17）报警功能，另外一路信号送到插座开关（16），控制插座开关（16）断开；距离大于1米时，智能断电插座主控板（15）输出波形，一路信号送到报警电路（17），实现停止报警功能，另外一路信号送到插座开关（16），控制插座开关（16）闭合，实现插座的智能报警和插座的智能通断功能。

Claims (3)

1.一种基于TOF算法的智能儿童防触电手环，所述的基于TOF算法的智能儿童防触电手环是基于智能手环、插座智能断电***的装置，利用UWB模块、ZigBee模块实现***之间的交流，通过TOF算法实现智能手环与插座智能断电***之间的距离测量，使其完成智能儿童防触电手环的各项功能，其特征包括智能手环和插座智能断电***；
所述智能手环包括CPU/GSM/GPS/Wifi/传感器/ZigBee模块/UWB模块电源（可充电电池）（1），由心率传感器（2）、血压传感器（3）、温度传感器(4)和数据处理模块（5）组成的身体参数检测***，智能手环中央处理主控板（6），GPS/GSM模块（7），由UWB标签（9）和ZigBee模块（10）组成的信息交流模块，Wifi模块（11），信息储存***（12）；
其中手机APP（8）通过Wifi信号与智能手环中央处理主控板（6）通讯相连，智能手环中央处理主控板（6）输入端分别与Wifi模块（11）输出端、数据处理模块（5）输出端、UWB标签（9）输出端、信息存储***（12）输出端、ZigBee模块（10）输出端、CPU/GSM/GPS/Wifi/ZigBee模块/UWB模块电源（1）输出端、GSM/GPS模块（7）输出端相连，智能手环中央处理主控板（6）输出端分别与Wifi模块（11）输入端、数据处理模块（5）输入端、UWB标签（9）输入端、信息存储***（12）输入端、ZigBee模块（10）输入端、GSM/GPS模块（7）输入端相连，心率传感器（2）输出端、血压传感器（3）输出端、温度传感器（4）输出端分别与数据处理模块（5）输入端相连，数据处理模块（5）输出端分别与心率传感器（2）输入端、血压传感器（3）输入端、温度传感器（4）输入端相连；
所述插座智能断电***包括由UWB基站（18）和ZigBee模块（10）组成的信息交流模块，AC电源（13），电压转换电路（14），智能断电插座主控板（15），插座开关（16），警报电路（17）；
其中智能断电插座主控板（15）输入端分别与电压转换电路（14）输出端、UWB基站（18）输出端、ZigBee模块（10）输出端相连，智能断电插座主控板（15）输出端分别与插座开关（16）输入端、警报电路（17）输入端、UWB基站（18）输入端、ZigBee模块（10）输入端相连，AC电源（13）输出端与电压转换电路（14）输入端相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于TOF算法的智能儿童防触电手环，其特征在于，所述的智能手环，其工作原理为；手环中央处理主控板（6）通过心率传感器（2）、血压传感器（3）以及温度传感器（4）检测到的身体健康信息通过信息储存***（12）进行储存并通过Wifi模块（11）传递到手机APP（8），信息交流模块传递过来的关于插座断电的信息经手环中央处理主控板（6）通过Wifi模块（11）传递到手机APP（8），实现手机对儿童身体健康信息的实时监测，以及儿童玩弄插座、有触电隐患的错误行为实时监测。
3.根据权利要求1所述的一种基于TOF算法的智能儿童防触电手环，其特征在于，所述的插座智能断电***，其工作原理为：智能手环中的UWB标签（9）发射设定频率的脉冲信号，UWB基站（18）接收信号，智能手环中央处理主控板（6）利用TOF算法测出手环中央处理***（6）与智能断电插座主控板（15）之间的距离，若距离小于35厘米，智能断电插座开关主控板（15）控制插座开关（16）断开，并控制警报电路（17）发生报警；若距离大于1米，插座开关（16）闭合，完成插座开关的智能通断功能。
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CN112652145A (zh) * 2020-12-18 2021-04-13 杭州电子科技大学 一种儿童防触电***

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