硬件编程 · 骑行头盔碰撞检测 · 2026-10-14

需求洞察

目标用户是城市通勤骑行者、公路车爱好者、外卖与快递骑手。真实痛点在于：摔倒或碰撞后，若无人发现，可能延误救援；骑行中手机不便查看，普通码表没有碰撞报警；专业碰撞检测设备价格高、体积大、续航短。为什么值得做：头盔是骑行必备装备，把检测模块贴在头盔内衬或后侧，不影响佩戴和风阻。碰撞后先本地震动确认，再通过蓝牙通知手机，由手机发送定位给紧急联系人。成本低、可复制，对独骑、夜骑、偏远路线尤其有价值。该方案还能记录碰撞前后数据，帮助复盘事故原因。

方案设计

感知层：LSM6DS3 三轴加速度计，I2C 读取，量程 ±8g，输出频率 100Hz。检测线性加速度突变、自由落体、姿态角变化。控制层：nRF52840，运行碰撞判定算法，管理低功耗休眠与中断唤醒。执行层：震动马达 P0.05 PWM 驱动，碰撞后震动 2 秒，提醒骑手。日志/联网层：BLE 广播设备名，连接手机后发送事件；本地可存最近 10 次碰撞时间戳，掉电不丢。供电：3.7V 锂电池经 TP4056 充电，nRF52840 内部稳压。外壳用 3D 打印或热缩管，魔术贴固定于头盔后部。算法上先用滑动窗口滤波，再比较合加速度与动态阈值，降低骑行颠簸误报。

物料清单

接线与结构

LSM6DS3 与 nRF52840 使用 I2C：SDA=P0.06，SCL=P0.08。震动马达信号=P0.05，接三极管或 MOS 管驱动，避免 IO 过流。微调理由：nRF52840 默认 I2C 常用 P0.04/P0.05，但 P0.05 已分配给震动 PWM，为避免冲突，将 I2C 改到 P0.06/P0.08。电源：锂电池正负接 TP4056，输出接开发板 3V3 与 GND；马达单独从电池取电，共地。结构：主控与电池放头盔后侧小盒，加速度计贴内衬顶部，马达贴后颈处。所有导线用热缩管包裹，防止骑行震动导致短路。

核心代码

#include <Wire.h>
#include <ArduinoBLE.h>
#include <LSM6DS3.h>

LSM6DS3 imu(I2C_MODE, 0x6A);
BLEFloatCharacteristic crashChar("2A37", BLERead | BLENotify);
const int motorPin = 5;
float ax, ay, az, lastAz;
unsigned long lastTime;

void setup() {
  pinMode(motorPin, OUTPUT);
  Wire.begin();
  imu.begin();
  imu.settings.accelRange = 8;
  imu.settings.accelSampleRate = 100;
  BLE.begin();
  BLE.addService(crashService);
  BLE.advertise();
}

void loop() {
  BLEDevice central = BLE.central();
  ax = imu.readFloatAccelX();
  ay = imu.readFloatAccelY();
  az = imu.readFloatAccelZ();
  float delta = abs(az - lastAz);
  if (delta > 3.0 && millis() - lastTime > 2000) {
    digitalWrite(motorPin, HIGH);
    delay(2000);
    digitalWrite(motorPin, LOW);
    lastTime = millis();
  }
  lastAz = az;
  delay(10);
}