CN102512773B - 一种用于安全绳佩戴状态远程监测装置 - Google Patents

Abstract

一种用于安全绳佩戴状态远程监测装置，包括安全绳佩戴监测模块和远程传输控制模块，安全绳佩戴监测模块包含电源、监测安全绳挂钩状态的微动开关、监测安全绳是否被真实佩戴的陀螺仪重力加速度传感器；单片机芯片电路将单片机芯片电路输出的信号进行无线通信的nRF905无线收发芯片及其收发天线；远程传输控制模块包含电源、与安全绳佩戴监测模块进行无线通信nRF905无线收发芯片及其收发天线、单片机芯片电路、依托运营商的无线网络实现远程监测的GPRS模块及其收发天线。本发明可在远端计算机即可方便的查看施工工地高空作业人员的安全绳佩戴情况，节约了成本、操作方便、提高了安全保护意识。

Description

一种用于安全绳佩戴状态远程监测装置

技术领域

本发明涉及用于高空作业时的安全绳索技术领域，特别涉及安全绳索的挂钩扣锁监测领域。

背景技术

安全绳是在高空作业时用于保护人员和物品安全的绳索，一般为合成纤维绳、麻绳或钢丝绳，安全绳的挂钩一般采用高强度金属铸造，通常具有自扣锁特性，在施工、安装、维修等高空作业时，安全绳适用于外线电工、建筑工人、电信作业工人、电线维修等施工人员，是防止高处作业人员坠落的重要防护用品。一直以来高空作业安全问题都是施工单位安全工作的重中之重。为了保障安全，施工单位根据高空作业操作规范要求施工人员在距地1.8M以上必须佩戴安全绳，这一举措能够有效地提升施工人员的人身安全，但是，由于某些施工人员安全意识淡薄，存在怕麻烦和侥幸心理，加之是否佩戴安全绳的监测方式只能是人为干预，即由施工人员的领导或专职部门以常规或者临时检查的方法就施工人员佩戴安全绳的情况进行检查和考核，这样的监测方法有两个弊端：其一，无法实时监控施工人员佩戴情况，具体表现在来检查时佩戴安全绳应付，平时心存侥幸，不按操作规范执行；其二，增加了出行成本，具体表现在检查组必须到施工现场进行现在检查。目前缺少通过技术手段对安全绳佩戴状态的监控，导致因未佩戴安全绳而造成的安全事故仍时有发生，为施工人员的人身安全、家庭以及施工单位都带来不可挽回的后果。

现有技术中的解决方案主要集中在以下几个方面：专利号为01211529.0、98206606.6、200720189833.2的三个中国专利公开了对安全绳索的改进是在现有安全绳索的基础上加入能自动咬紧安全绳的夹紧装置、施工坠落时用于降低冲击的自锁减速器、保证任何时候都有一个挂钩处于扣锁状态的双挂钩扣锁结构以及坠落报警装置，试图提升安全绳自身的安全性以及对高空作业人员施工过程中的人身安全保护，但是，对于施工人员因安全意识淡薄，未佩戴安全绳即进行高空作业的情况则没有保护作用，施工人员在不慎坠落后会造成严重的安全事故。

发明内容

本发明的目的就是要解决以上问题，而提供一种基于陀螺仪加速度传感器的用于安全绳佩戴状态远程监测装置，辅以无线发射模块，嵌附在安全绳中，配合远程传输控制模块，用以严格监控施工人员安全绳佩戴状况。

本发明的技术方案是这样得以实现的：一种用于安全绳佩戴状态远程监测装置，其特点是：它包括安全绳佩戴监测模块和远程传输控制模块两部分组成，所述的安全绳佩戴监测模块包含电源、监测安全绳挂钩状态的微动开关2、监测安全绳是否被真实佩戴的陀螺仪重力加速度传感器6；接受微动开关2和陀螺仪重力加速度传感器6状态信号的单片机芯片电路3、将单片机芯片电路3输出的信号进行无线通信的nRF905无线收发芯片4及其收发天线5；所述的远程传输控制模块包含电源、与安全绳佩戴监测模块进行无线通信nRF905无线收发芯片10及其收发天线11、单片机芯片电路9、依托运营商的无线网络实现远程监测的GPRS模块12及其收发天线13；安全绳佩戴监测模块的nRF905无线收发芯片4和远程传输控制模块的nRF905无线收发芯片10采用SPI接口分别与安全绳佩戴监测模块的单片机芯片电路3和远程传输控制模块的单片机芯片电路9实时通讯交换收发数据，GPRS模块12的RS232传输接口与单片机芯片电路9的RS232传输接口对连。

本发明通过nRF905无线收发芯片和天线实现安全绳佩戴监测模块和远程传输控制模块之间的无线通信，可以不考虑传输线缆的安装问题，从而节省大量线缆，降低施工难度和系统成本；通过微动开关监测挂钩挂扣状态，以及通过陀螺仪重力加速度传感器检测安全绳晃动可以真实有效地监测安全绳真实佩戴状态；通过GPRS模块和天线，依托运营商无线网络实现远程监测，监测人员在远端计算机即可方便的查看施工工地高空作业人员的安全绳佩戴情况，节约了出行实地检查成本且操作方便。

附图说明

图1是本发明的组成结构示意图。

图2是本发明的安全绳佩戴监测模块与安全绳的连接状态的结构示意图。

图3是本发明的远程传输控制模块各组成部分的连接示意图。

图4是发送数据流程图。

图5是接收数据流程图。

图中1——金属弹片；2——微动开关；3——单片机芯片电路；4——nRF905无线收发芯片；5——收发天线；6——陀螺仪重力加速度传感器；7——安全绳挂钩；8——安全绳绳缆；9——单片机芯片电路；10——nRF905无线收发芯片；11——收发天线；12——GPRS模块；13——收发天线。

具体实施方式

如图1、图2、图3所示，本发明由安全绳佩戴监测模块和远程传输控制模块两部分组成。

安全绳佩戴监测模块包括电源、由微动开关2和陀螺仪重力加速度传感器6构成的被传输数据单元、裹覆在安全绳绳缆8上的单片机芯片电路3和nRF905无线收发芯片单元4及收发天线5。微动开关2上联结有在安全绳挂钩顶部方向弧状的金属弹片1，金属弹片1与微动开关2的开关键高强度连接，保证当金属弹片被压向安全绳挂钩顶部的时候足以触发微动开关的开关状态；微动开关2被高强度固定在安全绳挂钩7的侧壁，不允许产生位移或脱离；使用金属弹片1和微动开关2利用金属挂钩7自身较重的特性实现挂钩挂扣状态监测。单片机芯片电路3通过高粘度胶带牢固的裹覆在安全绳绳缆8上；陀螺仪重力加速度传感器6被嵌附在安全绳绳缆8内；在安全绳被真正佩戴后，必然会因为施工操作以及高空的阵风产生一定的晃动，而如果只是为了骗过挂钩挂扣状态监测而将安全绳随意挂扣在任意场所，陀螺仪重力加速度传感器6长时间检测不到连续晃动后即认为安全绳并未真正佩戴。微动开关2的开关状态引脚与单片机芯片电路3直接连接；nRF905无线收发芯片4的SPI传输接口引脚与单片机芯片电路3的SPI传输接口对连；适用于nRF905无线收发芯片的收发天线5与nRF905无线收发芯片4的ANT1和ANT2引脚连接；陀螺仪重力加速度传感器6数据引脚与单片机芯片电路3直接连接。

远程传输控制模块包含电源、被传输数据单元、单片机芯片电路9、nRF905无线收发芯片10、适用于nRF905无线收发芯片的收发天线11、GPRS模块12、适用于GPRS模块的收发天线13， nRF905无线收发芯片10的SPI传输接口引脚与单片机芯片电路9的SPI传输接口对连；适用于nRF905无线收发芯片的收发天线11与nRF905无线收发芯片10的ANT1和ANT2引脚连接；GPRS模块12的RS232传输接口与单片机芯片电路9的RS232传输接口对连；适用于GPRS模块的收发天线13与GPRS模块12连接。本发明无线数据传输可采用但不限于无线数据收发器nRF905、ATMEGA16单片机和LED显示数码组成。

安全绳佩戴监测模块使用微动开关2监测安全绳挂钩状态，使用陀螺仪重力加速度传感器监测安全绳是否被真实佩戴；安全绳佩戴监测模块和远程传输控制模块之间通过nRF905无线收发芯片及收发天线实现无线通信；远程传输控制模块通过GPRS模块和收发天线依托移动运营商的无线网络实现远程监测。

nRF905无线收发芯片的数据发送过程如下：

发送数据时的工作流程如图4所示。当单片机芯片电路MCU有遥控数据节点时，接收点的地址(TX-address)和有效数据(Tx-payload)将通过SPI接口传送给nRF905无线收发芯片。设计时应使用协议或单片机芯片电路MCU来设置接口速度。

可用单片机芯片电路MCU设置TRX-CE，并使TX-EN为高电平来激活nRF905无线收发芯片的ShockBurst传输。通过nRF905的ShockBurst可使无线装置自动上电，并完成数据包(应加前导码和CRC校验码)的数据码发送(100 kbps，GFSK，曼切斯特编码)。

如果AUTO-RETRAN被设置为高电平，那么，nRF905无线收发芯片将连续地发送数据包，直到TRX-CE被设置为低电平为止；而当TRX-CE被设置为低电平时，nRF905无线收发芯片则结束数据传输，并将自己设置为standby模式。

nRF905无线收发芯片的数据接收过程如下：

当装置接收数据时，其接收数据流程图如图5所示。装置的工作过程如下：

首先，在650μs以后，nRF905无线收发芯片将不断监测空中的信息；当nRF905无线收发芯片发现有和接收频率相同的载波时，其载波检测(CD)被置为高电平；此后，当nRF905无线收发芯片接收到有效地址时，地址匹配(AM)被置为高电平；

在这之后，当nRF905无线收发芯片接收到有效的地址包(CRC校验正确)时，nRF905无线收发芯片将去掉前导码、地址和CRC位，同时将数据准备就绪位(DR)置为高电平，并用MCU设置TRX-CN为低电平，以进入standby模式，从而使单片机芯片电路MCU能够以合适的速率通过SPI接口读出有效的数据；当所有的数据读出后，nRF905无线收发芯片将AM和DR设置为低电平，以便使nRF905无线收发芯片准备进入ShockBurstRX、ShockBurst TX或Powerdown模式。

无线射频收发芯片采用但不限于nRF905无线收发芯片，内置有天线，同时内部集成有调制，解调、编码／解码等功能，故在通信过程中能自动生成前导码和CRC校验。本装置根据nRF905无线收发芯片的特点设计的无线数据收发系统，经过实验证明，其能实现短距离的无线串口透明传输，有效通信距离大于200米。在有障碍物体的混凝土结构的建筑内测试，其有效直线通信距离大于50 m。

Claims (4)

1.一种用于安全绳佩戴状态远程监测装置，其特征在于：它包括安全绳佩戴监测模块和远程传输控制模块两部分组成，所述的安全绳佩戴监测模块包含电源、监测安全绳挂钩状态的微动开关（2）、监测安全绳是否被真实佩戴的陀螺仪重力加速度传感器（6）、接受微动开关（2）和陀螺仪重力加速度传感器（6）状态信号的单片机芯片电路（3）、将单片机芯片电路（3）输出的信号进行无线通信的nRF905无线收发芯片（4）及其收发天线（5）；所述的远程传输控制模块包含电源、与安全绳佩戴监测模块进行无线通信nRF905无线收发芯片（10）及其收发天线（11）、单片机芯片电路（9）、依托运营商的无线网络实现远程监测的GPRS模块（12）及其收发天线（13）；安全绳佩戴监测模块的nRF905无线收发芯片（4）和远程传输控制模块的nRF905无线收发芯片（10）采用SPI接口分别与安全绳佩戴监测模块的单片机芯片电路（3）和远程传输控制模块的单片机芯片电路（9）实时通讯交换收发数据，GPRS模块（12）的RS232传输接口与单片机芯片电路（9）的RS232传输接口对连。

2.根据权利要求1所述的一种用于安全绳佩戴状态远程监测装置，其特征在于：所述的微动开关（2）被紧固在安全绳挂钩的侧壁，微动开关联结有挂钩挂扣时可以触发微动开关的伸向挂钩顶部的弧状金属弹片（1）。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于安全绳佩戴状态远程监测装置，其特征在于：所述的陀螺仪重力加速度传感器（6）被嵌附在安全绳绳缆（8）内。                      

4.根据权利要求3所述的一种用于安全绳佩戴状态远程监测装置，其特征在于：所述的单片机芯片电路（3）紧紧的裹覆在安全绳绳缆（8）上。

Images