全文摘要
本实用新型公开了一种智能定位和运动安全监测头套设备，包含一头套本体以及UWB基站，头套本体上设置有：控制器、UWB标签、温度传感器、心率传感器以及加速度传感器和用于供电的电源模块。UWB标签连接控制器，用于与所述UWB基站进行通信及定位；温度传感器、心率传感器以及加速度传感器分别连接所述控制器，用于采集穿戴者的温度、心跳以及运动状态。实施本实用新型的智能定位和运动安全监测头套设备，能够从头套设备针对位置信息做运动记录，来更好的评估运动效果以及生理状态监测，电路简单，成本低。
主设计要求
1.一种智能定位和运动安全监测头套设备，其特征在于，包含一头套本体以及UWB基站，头套本体上设置有：控制器；UWB标签，连接所述控制器，用于与所述UWB基站进行通信及定位；温度传感器、心率传感器以及加速度传感器，分别连接所述控制器，用于采集穿戴者的温度、心跳以及运动状态；电源模块，用于给所述智能定位和运动安全监测头套设备供电。
设计方案
1.一种智能定位和运动安全监测头套设备，其特征在于，包含一头套本体以及UWB基站，头套本体上设置有：
控制器；
UWB标签，连接所述控制器，用于与所述UWB基站进行通信及定位；
温度传感器、心率传感器以及加速度传感器，分别连接所述控制器，用于采集穿戴者的温度、心跳以及运动状态；
电源模块，用于给所述智能定位和运动安全监测头套设备供电。
2.根据权利要求1所述的智能定位和运动安全监测头套设备，其特征在于，控制器为STM32F103C8，UWB标签为DWM1000，温度传感器、心率传感器以及加速度传感器依次为MLX90621、MAX30102以及MPU3050。
3.根据权利要求2所述的智能定位和运动安全监测头套设备，其特征在于，DWM1000的第1、2、3、17、18、19、20、22引脚分别连接至STM32F103C8的第32、29、28、14、17、16、15、10引脚，DWM1000的第11、12、13、14、15引脚分别连接至STM32F103C8的第22、21、20、19、18引脚。
4.根据权利要求2所述的智能定位和运动安全监测头套设备，其特征在于，MAX30102通过TLV1504连接至STM32F103C8，其中，MAX30102的引脚Vout连接至TLV1504的引脚Ain,MAX30102的引脚FS、INT、Sclk、SDO、SDI、CS引脚分别连接至STM32F103C8的引脚22、10、26、27、28、25。
5.根据权利要求2所述的智能定位和运动安全监测头套设备，其特征在于，MPU3050的SDA和SCL分别通过上拉电阻对连接至STM32F103C8的引脚43、42，每个电阻对包含两个电阻，其中一个电阻串联在MPU3050的SDA与STM32F103C8的引脚43之间或者在MPU3050的SCL与STM32F103C8的引脚42之间，另一个电阻一端连接上拉正电源，另一端连接至MPU3050的SDA或SCL，MPU3050的AD0引脚通过接地电阻接地；同时STM32F103C8的引脚43、42分别通过上拉电阻接正电源。
6.根据权利要求2所述的智能定位和运动安全监测头套设备，其特征在于，MLX90621的SDA和SDL引脚分别连接至STM32F103C8的引脚43、42，同时STM32F103C8的引脚43、42分别通过上拉电阻接正电源，MLX90621的SDA和SDL引脚也分别通过另外的上拉电阻接正电源。
7.根据权利要求1所述的智能定位和运动安全监测头套设备，其特征在于，所述头套本体为环状，环的大小及形状与人体头部相适应。
8.根据权利要求1所述的智能定位和运动安全监测头套设备，其特征在于，UWB基站的数量至少为3个。
9.根据权利要求1所述的智能定位和运动安全监测头套设备，其特征在于，所述智能定位和运动安全监测头套设备上设有DC12V和DC5V的供电接口，所述供电接口包括USB-Type-A型、USB-Type-B型、miniUSB型、microUSB型的接口，用于给外接设备供电。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及运动监测智能头套领域，特别是涉及一定区域内人员位置信息和运动状态监测设备，更具体的说，本实用新型涉及智能定位和运动安全监测头套设备。
背景技术
随着运动设备行业的发展和进步，越来越多的人开始涉及这一行业，但是并没有一种很好的专门为运动而设计的运动头套设备。传统的运动头套设备，一般外接蓝牙，或者wifi来达到做到智能头套设备。毫无疑问，传统的方式没有从头套设备针对位置信息做运动记录，来更好的评估运动效果以及生理状态监测这两种功能。
现有的智能头套一般是通过防汗、散热考虑。比如头套采用的棉质材料，能够达到吸汗的效果。也有如利用太阳能供电，在头套上外加智能调温模块和温度传感器阵列。如：一种拳击运动智能防寒保护头套(申请号：201721756043.8)通过棉质材料以及加热丝发出的热量会对头套内部加热将汗液蒸发烘干，使头套可以快速干燥，方便使用的角度来设计；但是没有从温湿度方面考虑头套在什么时候需要考虑加热，没有该种方式的监测。如实用新型专利：一种太阳能智能调温头套(申请号：201420030530.6)通过太阳能柔性电池，若干智能调温模块，来实现头套的智能调温；但是它没有考虑头套能否通过一些传感器能够采集更多的人体数据参数，达到一款智能监测运动头套。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有没有从头套设备针对位置信息做运动记录，来更好的评估运动效果以及生理状态监测这两种功能的技术缺陷，提供了一种智能定位和运动安全监测头套设备。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种智能定位和运动安全监测头套设备，包含一头套本体以及UWB基站，头套本体上设置有：
控制器；
UWB标签，连接所述控制器，用于与所述UWB基站进行通信及定位；
温度传感器、心率传感器以及加速度传感器，分别连接所述控制器，用于采集穿戴者的温度、心跳以及运动状态；
电源模块，用于给所述智能定位和运动安全监测头套设备供电。
实施本实用新型的智能定位和运动安全监测头套设备，具有以下有益效果：本实用新型能够从头套设备针对位置信息做运动记录，来更好的评估运动效果以及生理状态监测，电路简单，成本低。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是本实用新型智能定位和运动安全监测头套设备的电路原理图；
图2是电源模块的电路原理图；
图3是UWB标签的电路原理图；
图4是温度传感器及加速度传感器的电路原理图；
图5是心率传感器的电路原理图。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
参考图1，本实用新型提供了一种智能定位和运动安全监测头套设备，包含一头套本体以及UWB基站，头套本体为环状，环的大小及形状与人体头部相适应。头套本体上设置有：
控制器；
UWB标签，连接所述控制器，用于与所述UWB基站进行通信及定位；
温度传感器、心率传感器以及加速度传感器，分别连接所述控制器，用于采集穿戴者的温度、心跳以及运动状态；
电源模块，用于给所述智能定位和运动安全监测头套设备供电。
参考图2，述的电源模块包括稳压整流模块以及电源接口转换模块。稳压整流模块通过将可充电电池12供电转化为5V、3.3V和1.5V的支流电源。同时将12V、5V和3.3V的直流电源接出来，提供DC12V供电接口及DC5V的供电接口，包括USB-Type-A型、USB-Type-B型、miniUSB型、microUSB型等多种类接口。在电路中加上二极管D2、D3，防止反向导通。
在本实用新型的另一些实施例中，电源模块还包括：可充电电池以及太阳能充电装置。当电源模块接入电路后，整个电路就可以始终供电。在有阳光的情况下，太阳能充电装置就可以将光能转化电能，为可充电电池供电。
在本实施例中，控制器为STM32F103C8，UWB标签为DWM1000，温度传感器、心率传感器以及加速度传感器依次为MLX90621、MAX30102以及MPU3050。
头套本体监测心跳，通光电传感器类型的心率传感器MAX30102检测，该传感器采用的接口为IIC数据接口。传感器MAX30102主动发出可见光，光会在人体组织中反射，传感器会检测反射回来的光，因为血管是会以一定频率放大和缩小，该频率就是血心跳。利用ADC芯片采集模拟量的值，计算脉冲频率。MLX90621是一款温度矩阵传感器，能够测量-40度～120度。加速度传感器MPU3050能够测量人体运动加速度，能够实时记录人体运动状态。
定位系统组成由UWB基站与UWB标签组成；UWB基站是固定运动场所的周围环境，UWB标签则是安装在运动头套本体上。基站与标签之间会通过超宽带信号进行通信，测算信号之间的时间差；通过时间差计算出标签距离每个基站之间距离；最终确定带有标签运动头套在空间中的位置信息。实现的信号流向是头套UWB标签设备会向周围固定的UWB基站设备发送信号，等待所有基站的信号返回。计算信号返回的时间差，乘以光速，就可以得到头套UWB标签距离每个基站之间的距离。
参考图3、图4,及图5，DWM1000的第1、2、3、17、18、19、20、22引脚分别连接至STM32F103C8的第32、29、28、14、17、16、15、10引脚，DWM1000的第11、12、13、14、15引脚分别连接至STM32F103C8的第22、21、20、19、18引脚。
MAX30102通过TLV1504连接至STM32F103C8，其中，MAX30102的引脚Vout连接至TLV1504的引脚Ain,MAX30102的引脚FS、INT、Sclk、SDO、SDI、CS引脚分别连接至STM32F103C8的引脚22、10、26、27、28、25。
MPU3050的SDA和SCL分别通过上拉电阻对连接至STM32F103C8的引脚43、42，每个电阻对包含两个电阻，其中一个电阻串联在MPU3050的SDA与STM32F103C8的引脚43之间或者在MPU3050的SCL与STM32F103C8的引脚42之间，另一个电阻一端连接上拉正电源，另一端连接至MPU3050的SDA或SCL，MPU3050的AD0引脚通过接地电阻接地；同时STM32F103C8的引脚43、42分别通过上拉电阻接正电源。
MLX90621的SDA和SDL引脚分别连接至STM32F103C8的引脚43、42，同时STM32F103C8的引脚43、42分别通过上拉电阻接正电源，MLX90621的SDA和SDL引脚也分别通过另外的上拉电阻接正电源。
本实用新型的智能定位和运动安全监测头套设备的具体工作方式如下：将UWB基站放置在运动活动范围周围，UWB标签则安放在头套本体上，被运动目标携带。UWB基站的数应当是在3个以上，能达到定位效果。基站与标签之间会通过超宽带信号进行通信，测算信号之间的时间差；通过时间差计算出标签距离每个基站之间距离；最终确定带有标签运动头套在空间中的位置信息。人体运动监测系统包含了温度传感器、心率传感器以及加速度传感器，心率传感器可以将运动人员的心跳发送给控制器；加速度传感器可以将远动人员的加速度检测出，从而判断运动人员的速度，并传输给控制器；温度传感器可以检测运动人员的体温，将数据传输给控制器。
头套本体与各个基站的距离数据和其他传感器测量的数据，可以被存储到头套本地，也可以通过UWB无线信号传输到指定的某个UWB基站上；指定基站能够将这些数据汇总，通过以太网口、wifi或Nbiot上传到服务器。
上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920094029.9
申请日:2019-01-21
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:83(武汉)
授权编号:CN209790818U
授权时间:20191217
主分类号:A63B71/06
专利分类号:A63B71/06
范畴分类:15H;
申请人:中国地质大学（武汉）
第一申请人:中国地质大学（武汉）
申请人地址:430000 湖北省武汉市洪山区鲁磨路388号
发明人:程卓;汪浩;袁泉
第一发明人:程卓
当前权利人:中国地质大学（武汉）
代理人:郝明琴
代理机构:42238
代理机构编号:武汉知产时代知识产权代理有限公司 42238
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计