基于儿童行驶路线进行安全预警的智能手表及方法
技术领域
本发明涉及智能手表及儿童安全预警技术领域，特别涉及一种基于儿童行驶路线进行安全预警的智能手表及方法。
背景技术
儿童安全问题在全球都是非常受公众关注的，针对儿童的安全问题很多国家都会制定一些相应保障举措，但仍旧不能够避免儿童走丢等问题的发生。
伴随着可穿戴设备的兴起，智能手表作为一种儿童可穿戴设备，一出现就受到广大家长的青睐。智能手表可以跟传统手表一样戴在儿童手腕上，内部设有智能电子器件，加装通信SIM卡与通信网络进行连接，可以实现与连接的设定终端如手机进行通信；孩子戴着智能手表，在其离开家长时，家长通过智能手机可以随时随地查看自己的孩子当前所在位置（如学校），若发现孩子的位置不正常，可以根据当前位置前去查找，从而避免儿童走失。
但是，现有的智能手表对提高儿童安全性还不足，因为家长不可能时刻去关注儿童所在的位置，若儿童走失，等到家长关注时往往已经过去较长时间，家长发现后再采取措施有可能来不及，在这个时间段内儿童的安全性无法得到保障。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于儿童行驶路线进行安全预警的智能手表，包括电池、电源管理模块、定位模块、天线、微控制单元和通信模组；
所述电源管理模块分别与电池和微控制单元连接，所述电源管理模块用于确定电池供电方案并进行管理；
所述微控制单元分别与定位模块和通信模组连接，所述微控制单元用于获取儿童行驶路线，从定位模块获取实时定位点，在实时定位点偏离儿童行驶路线超过预设的偏离阈值时，发出偏离警示信息；
所述通信模组与天线连接，所述通信模组设有SIM卡槽，所述SIM卡槽内安装能够实现无线通信的SIM卡，通过SIM卡和天线将偏离警示信息发送给设定终端。
可选的，所述智能手表还包括加速度传感器、亮度传感器和测距传感器，所述加速度传感器、亮度传感器和测距传感器都与微控制单元连接；
所述加速度传感器用于测量儿童行驶的速度变化；
所述亮度传感器用于测量周边环境的亮度值；
所述测距传感器用于测量与儿童身体设定部位的距离。
可选的，所述智能手表还包括毫米波雷达传感器和闪光灯，所述毫米波雷达传感器和闪光灯都与微控制单元连接，所述毫米波雷达传感器用于对使用者四周车辆进行测速测距扫描，把扫描结果传输给微控制单元，当微控制单元根据扫描结果预判车辆有和使用者发生碰撞危险时，控制闪光灯立即启动发出闪光警示，提醒车辆司机刹车避险。
可选的，所述智能手表还包括扬声器、麦克风、壳体和显示屏，所述电池、电源管理模块、定位模块、天线、微控制单元和通信模组设置在壳体内侧，所述壳体设有USB接口和按键，所述显示屏镶嵌在壳体外表面，所述扬声器和麦克风都与通信模组连接；所述扬声器用于播放通信语音；所述麦克风用于录入通信语音，所述显示屏和按键都与微控制单元连接；所述USB接口与电源管理模块或者微控制单元连接；所述显示屏用于显示电池的电量和电话号码；所述USB接口用于和数据线连接，进行充电或者数据传输；所述按键用于显示控制或者拨打电话。
可选的，所述智能手表还包括震动电机，所述震动电机与微控制单元连接，用于发出震动提示。
本发明还提供了一种基于儿童行驶路线进行安全预警的方法，包括以下步骤：
S100获取地图，确定起点和终点，根据起点和终点规划儿童行驶路线，设定偏离阈值；
S200获取基于儿童行驶路线进行安全预警的智能手表的实时定位点，当实时定位点偏离儿童行驶路线时，计算偏离距离；
S300若偏离距离超过偏离阈值，智能手表通过通信网络向设定终端发送偏离警示信息。
可选的，在S200步骤中，所述偏离距离采用插值法计算，过程如下：
以起点为原点构建坐标系，以纬度方向为横坐标，以经度方向为纵坐标；
将实时定位点在地图上进行标示，以起点和终点两者的经度中间值或者纬度中间值，找到经度中间值或者纬度中间值对应的儿童行驶路线上的中间点，若经度中间值或者纬度中间值对应儿童行驶路线上有多个点则以距离实时定位点最小的点作为中间点，计算起点和终点的距离
若
取两点距离集合PD中的最小值作为偏离距离，最小值对应的儿童行驶路线上的点为距离最近点。
可选的，所述实时定位点与中间点的两点距离采用以下公式计算：
上式中，
所述起点和终点的距离
所述夹角
上式中，
所述夹角
可选的，根据儿童行驶路线及坐标系，建立路线模型函数，对实时定位点的最近点进行路线模型函数求导，得到儿童行驶路线的最近点的趋势向量；
智能手表检测运动的加速度及加速度的方向，得到坐标系上的加速度向量；
结合实时定位点和最近点位置关系，根据趋势向量与加速度向量对比，若预判下一时刻的偏离距离将增大，且偏离距离将增大的判断持续达到设定定位采集周期的次数阈值或者设定的时间阈值，智能手表通过通信网络向设定终端发送偏离警示信息。
可选的，通过毫米波雷达传感器检测智能手表与儿童身体部位的距离，若智能手表与儿童身体部位的距离超过设定限值，智能手表通过通信网络向设定终端发送警示信息。
本发明的基于儿童行驶路线进行安全预警的智能手表及方法，通过规划儿童行驶路线，在儿童外出时实时监测其位置，并判断实时位置偏离儿童行驶路线的情况，设置偏离阈值作为正常行驶的判断标准，即允许行进中发生在偏离阈值的偏离，若偏离超出允许范围认为儿童所处的位置存在异常，向设定终端发送偏离警示信息提醒家长注意；让家长能够及时发现儿童位置的异常，以便家长及时采取应对措施以保障儿童的安全。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中一种基于儿童行驶路线进行安全预警的智能手表的结构示意图；
图2为本发明的基于儿童行驶路线进行安全预警的方法实施例的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种基于儿童行驶路线进行安全预警的智能手表，包括电池、电源管理模块、定位模块、天线、微控制单元和通信模组；
所述电源管理模块分别与电池和微控制单元连接，所述电源管理模块用于确定电池供电方案并进行管理；
所述微控制单元分别与定位模块和通信模组连接，所述微控制单元用于获取儿童行驶路线，从定位模块获取实时定位点，在实时定位点偏离儿童行驶路线超过预设的偏离阈值时，发出偏离警示信息；
所述通信模组与天线连接，所述通信模组设有SIM卡槽，所述SIM卡槽内安装能够实现无线通信的SIM卡，通过SIM卡和天线将偏离警示信息发送给设定终端。
上述技术方案的工作原理为：本发明的智能手表采用微控制单元（MCU）为主要控制器件，通过定位模块确定位置信息，将位置信息由微控制单元传递给通信模组，由通信模组通过SIM卡及天线以无线将位置信息传输到网络另一终端如智能手机等；使用时，获取地图和儿童行驶路线，儿童行驶路线可以由家长通过设定终端在地图上确定起点和终点进行规划，设置偏离阈值，在儿童外出时，可以获取实时定位点，计算实时定位点相对于儿童行驶路线的偏离距离，将偏离距离与预先设置的偏离阈值进行比较，若超过偏离阈值则认为存在异常，这时通过通信网络向设定终端发送偏离警示信息。
上述技术方案的有益效果为：通过规划儿童行驶路线，在儿童外出时实时监测其位置，并判断实时位置偏离儿童行驶路线的情况，设置偏离阈值作为正常行驶的判断标准，即允许行进中发生在偏离阈值的偏离，若偏离超出允许范围认为儿童所处的位置存在异常，向设定终端发送偏离警示信息提醒家长注意；让家长能够及时发现儿童位置的异常，以便家长及时采取应对措施以保障儿童的安全。
在一个实施例中，所述智能手表还包括加速度传感器、亮度传感器和测距传感器，所述加速度传感器、亮度传感器和测距传感器都与微控制单元连接；
所述加速度传感器用于测量儿童行驶的速度变化；
所述亮度传感器用于测量周边环境的亮度值；
所述测距传感器用于测量与儿童身体设定部位的距离。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过设置加速度传感器用于测量儿童行驶的速度变化，在发现儿童的行进速度变化异常（如步行外出其速度变化超出常人徒步行走范围）时，可借助通信模组和天线通过通信网络向家长持有的设定终端发送警示信息；通过设置亮度传感器用于测量周边环境的亮度值，让家长了解儿童当前所处周边环境的亮度，辅助判断儿童是处于室外还是室内或者车内等相对封闭的空间；通过设置测距传感器用于测量与儿童身体设定部位的距离，可以帮助家长间接判断儿童当前的姿势。
在一个实施例中，所述智能手表还包括毫米波雷达传感器和闪光灯，所述毫米波雷达传感器和闪光灯都与微控制单元连接，所述毫米波雷达传感器用于对使用者四周车辆进行测速测距扫描，把扫描结果传输给微控制单元，当微控制单元根据扫描结果预判车辆有和使用者发生碰撞危险时，控制闪光灯立即启动发出闪光警示，提醒车辆司机刹车避险。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过在智能手表中设置毫米波雷达传感器和闪光灯，当带智能手表的儿童通过马路或者其他存在车辆行驶的路段时，毫米波雷达传感器检查儿童身体四周车辆的距离和车速，并把检测情况发送至微控制单元，由微控制单元根据车辆的距离和车速通过计算判断是否可能碰撞到儿童，若有碰撞可能，则通过闪光灯发出闪光警示，提醒车辆驾驶人刹车以防止碰撞到儿童，提高儿童外出的安全性。
在一个实施例中，所述智能手表还包括扬声器、麦克风、壳体和显示屏，所述电池、电源管理模块、定位模块、天线、微控制单元和通信模组设置在壳体内侧，所述壳体设有USB接口和按键，所述显示屏镶嵌在壳体外表面，所述扬声器和麦克风都与通信模组连接；所述扬声器用于播放通信语音；所述麦克风用于录入通信语音，所述显示屏和按键都与微控制单元连接；所述USB接口与电源管理模块或者微控制单元连接；所述显示屏用于显示电池的电量和电话号码；所述USB接口用于和数据线连接，进行充电或者数据传输；所述按键用于显示控制或者拨打电话。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过设置扬声器和麦克风，使得智能手表可以实现电话功能，能够让儿童通过智能手表与他人进行语音通话；扬声器还可以用于播放语音信息；麦克风可以用于录入语音信息；通过在壳体上设置USB接口用于智能手表的充电或者数据导入或者导出；通过设置按键用于显示控制或者拨打电话；通过设置显示屏用于显示电池的电量和电话号码；通过设置震动电机，在智能手表接到拨号被叫、语音信息或者文字信息时，发出震动提示，提醒儿童查看。
如图2所示，本发明实施例还提供了一种基于儿童行驶路线进行安全预警的方法，包括以下步骤：
S100获取地图，确定起点和终点，根据起点和终点规划儿童行驶路线，设定偏离阈值；
S200获取基于儿童行驶路线进行安全预警的智能手表的实时定位点，当实时定位点偏离儿童行驶路线时，计算偏离距离；
S300若偏离距离超过偏离阈值，智能手表通过通信网络向设定终端发送偏离警示信息。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：通过规划儿童行驶路线，在儿童外出时实时监测其位置，并判断实时位置偏离儿童行驶路线的情况，设置偏离阈值作为正常行驶的判断标准，即允许行进中发生在偏离阈值的偏离，若偏离超出允许范围认为儿童所处的位置存在异常，向设定终端发送偏离警示信息提醒家长注意；让家长能够及时发现儿童位置的异常，以便家长及时采取应对措施以保障儿童的安全。
在一个实施例中，在S200步骤中，所述偏离距离采用插值法计算，过程如下：
以起点为原点构建坐标系，以纬度方向为横坐标，以经度方向为纵坐标；
将实时定位点在地图上进行标示，以起点和终点两者的经度中间值或者纬度中间值，找到经度中间值或者纬度中间值对应的儿童行驶路线上的中间点，若经度中间值或者纬度中间值对应儿童行驶路线上有多个点则以距离实时定位点最小的点作为中间点，计算起点和终点的距离
若
取两点距离集合PD中的最小值作为偏离距离，最小值对应的儿童行驶路线上的点为距离最近点。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案采用插值法计算智能手表的实时定位点与儿童行驶路线上各点距离中的最小距离，最小距离点即为实时定位点的最近点，以实时定位点与最近点的距离（最小距离）作为偏离距离，再以偏离距离与设定的偏离阈值进行比较，若偏离距离超过偏离阈值，智能手表通过通信网络向设定终端发送偏离警示信息；通过角度对比判定儿童行驶路线上可能存在的与实时定位点距离更小的点所在的路线段，再对该路线段进行中间点的插值计算与分析，直到路线段长度不大于预设的距离阈值
在一个实施例中，所述实时定位点与中间点的两点距离采用以下公式计算：
上式中，
所述起点和终点的距离
所述夹角
上式中，
所述夹角
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案采用勾股定理和三角函数关系，利用勾股定理公式计算两点距离，利用三角函数关系的反函数来计算每次插值的中间点处形成的角度，选用的计算公式简单易懂同时有效。
在一个实施例中，根据儿童行驶路线及坐标系，建立路线模型函数f（x），对实时定位点的最近点进行路线模型函数f（x）求导，即
智能手表检测运动的加速度及加速度的方向，得到坐标系上的加速度向量；
结合实时定位点和最近点位置关系，根据趋势向量与加速度向量对比，若预判下一时刻的偏离距离将增大，且偏离距离将增大的判断持续达到设定定位采集周期的次数阈值或者设定的时间阈值，智能手表通过通信网络向设定终端发送偏离警示信息。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过建立路线模型函数，根据终点位置，以对路线模型函数求导方式得到儿童行驶路线在最近点的趋势向量，再根据智能手表检测到的实际行驶加速度及方向形成加速度向量，以此对行驶趋势是接近儿童行驶路线还是远离儿童行驶路线进行判断，若两个向量前方会发生相交则表示将向儿童行驶路线接近，若两个向量呈发散状则表示将远离儿童行驶路线，这种趋势如果持续发生，可以预见对儿童行驶路线的偏离将快速增加，因此对儿童存在风险具有一定的预判性，可以让家长更早得到警示信息，更早采取措施防止意外发生。
在一个实施例中，通过毫米波雷达传感器检测智能手表与儿童身体部位的距离，若智能手表与儿童身体部位的距离超过设定限值，智能手表通过通信网络向设定终端发送警示信息。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过检测智能手表与儿童身体部位的距离，以此与设定限值比较，判断智能手表是否脱离儿童身体，若判断结果是脱离了儿童身体，则通过通信网络向设定终端发送警示信息，该警示信息的内容可以是丢失或者未正确佩戴智能手表或者可能存在被拐骗/绑架风险等，以此可以防止智能手表丢失，或者发现儿童处于风险中且被迫脱离智能手表，提醒家长及时反应，采用有效的补救措施防止发生意外。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
