CN103116964B - 矿用猴车防瞌睡提醒装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种矿用猴车防瞌睡提醒装置及其控制方法，由89S52单片机、EX-53-430红外光传感器、ADXL345倾角传感器、红外光电开关、蜂鸣器构成，所述装置开关电路由红外光开关控制，工人通过猴车出入口时，装置上的红外光开关接收器接收出入口上方安装的红外光发射器所发信号，激活装置并锁定，装置开始工作，由EX-53-430红外光传感器检测人眼动作状态，确定装置的工作模式，ADXL345倾角传感器采样，中心处理器通过比较设定参数与所采集信号，驱动蜂鸣器报警，达到提醒作用，可以用于减少由于工人坐猴车打瞌睡引起的事故，具有结构紧凑、灵敏可靠，控制简单、成本低等优点。

Description

矿用猴车防瞌睡提醒装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种矿用猴车防瞌睡提醒装置及其控制方法，由电源转换模块，开关模块，眼部运动检测模块，头部倾斜检测模块，中央处理器系统模块，发音模块组成。适用于提醒乘坐猴车的人员及时调整坐姿避免事故发生。

背景技术

在采矿工业中，工人坐猴车往返于各个水平面。由于工作劳累再加上长时间的乘坐，工人容易打瞌睡，导致掉下猴车的事故发生。市场上现有了一些驾驶员防瞌睡提醒器等类似装置，由于矿业生产环境的特殊性，暂时没有专门的针对乘坐猴车人员进行有效提醒的设备，只是通过一些人为硬性文件规定来避免事故发生，其效果并不理想。

中国专利CN00258739.4公开“防瞌睡提醒器”，包括支架，红外光发射器，红外光接收器等，实现了自动检测人眼皮的动作信号，判断出人的打瞌睡状态，提醒正在打瞌睡的人，避免事故发生。以上所述的提醒装置针对矿井特殊环境有以下缺点：由于井下环境复杂，灰尘比较大，配戴眼镜式提醒器可能会因煤尘遮盖传感器造成误判，且镜片容易落灰给人的视觉造成影响；同时矿上要求人性化设计，井下环境复杂，灰尘比较大，配戴眼镜式提醒器由于煤尘可能会遮盖传感器造成误判，镜片容易落灰给人的视觉造成影响；同时矿上要求设计人性化，允许工人在乘坐猴车时，只要矿工身体不倾斜允许闭上眼睛休息，而以上现有专利只能检测眼睛是否闭合，控制方法单一，因此此装置不适合在此情形下使用。

中国专利号CN200820213461.7公开的“瞌睡提醒器”，包括胶壳，蜂鸣器，滚珠水平开关，电路板，振动马达，双片式三档开关和电池等，实现了有声和无声两种提醒模式，对于疲劳驾驶的司机起到唤醒作用。这种瞌睡提醒器针对矿井特殊环境的缺点是：水平开关的应用只能保证使用人员在前后方向上倾斜时有提醒，而在左右方向上倾斜却没法实现提醒；并且要求使用人员身体一直保持端坐状态，而在井下实际情况是工人在乘坐猴车时，身体放松，允许身体有一定角度的倾斜；另外所述装置开关是手动控制，容易出现工人忘记打开装置开关从而无法起到提醒作用的情况，不适合在此环境中应用。

以上两种专利分别采用红外管传感技术和水平开关装置，通过辅助装置的配合，实现了提醒使用人员调整姿势和防止打瞌睡的目的，但是其工作方式不适用于井下乘坐猴车的要求，且佩戴不方便。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种矿用猴车防瞌睡提醒装置及其控制方法，其结构紧凑，灵敏可靠，控制简单、成本低，可有效提醒坐猴车的矿工及时调整坐姿以避免事故发生。

本发明的技术方案是以下述方法实现的：

一种矿用猴车防瞌睡提醒装置，包括电源转换模块，开关模块，眼部运动检测模块，头部倾斜检测模块，中央处理器模块，发音模块。电源转换模块与开关模块相连接，眼部运动检测模块、头部倾斜检测模块、发音模块和中央处理器模块分别通过开关模块与电源转换模块相连，眼部运动检测模块和头部倾斜检测模块的输出连接中央处理器模块，中央处理器模块的输出端与发音模块相连接，控制发音模块工作。

所述电源转换模块由3V升12V直流升压电路、12V降5V直流降压电路和127V降12V交直流降压电路构成；

所述3V升12V直流升压电路由MC34063芯片和外围电路组成，输入电源为安装在矿用安全帽上的3V可充电蓄电池，输出电压为12V，为对射式红外光开关信号接收器和 12V降5V直流降压电路供电；

所述12V降5V直流降压电路由LM7805芯片和外围电路组成，输入端接3V升12V直流升压电路的输出端；输出端为5V，与红外传感器、倾角传感器、蜂鸣器和AT89S52单片机相连接并为它们供电；

所述127V降12V交直流降压电路由W7800芯片和外围电路组成，输入为127V交流电源，输出为12V直流电，与对射式红外光开关信号发射器相连接并为其供电。

所述开关模块由对射式红外光开关构成，对射式红外光开关由对射式红外光开关信号发射器和对射式红外光开关信号接收器组成，对射式红外光开关信号发射器有两组，分别安装在猴车通道的出入口上方且发射方向向下，对射式红外光开关信号接收器安装在安全帽上方。

所述眼部运动检测模块由红外光传感器和外围电路构成，此模块安装在安全帽前人眼的上方的位置，检测人眼对红外光的反射情况。

所述头部倾斜检测模块由倾角传感器和辅助电路构成，倾角传感器为检测人头部向前、后、左、右四个方向倾斜角度的x-y-z三轴传感器。

所述中央处理器模块由AT89S52单片机和外围电路组成，所述外围电路与AT89S52单片机组成最小系统，AT89S52单片机的输出端与发音模块相连接，发音模块由电磁式蜂鸣器和外围电路组成，驱动信号由单片机提供，由单片机引脚通过三极管放大电路驱动。

一种矿用猴车防瞌睡提醒装置的控制方法，其特征在于：

第一，制作矿用猴车防瞌睡提醒装置，该矿用猴车防瞌睡提醒装置包括电源转换模块，开关模块，眼部运动检测模块，头部倾斜检测模块，中央处理器模块，发音模块。

第二，电源转换模块由3V升12V直流升压电路、12V降5V直流降压电路和127V降12V交直流降压电路构成；所述3V升12V直流升压电路由MC34063芯片和外围电路组成，输入电源为安装在矿用安全帽上的3V可充蓄电池，输出电压为12V，为对射式红外光开关信号接收器和 12V降5V直流降压电路供电；所述12V降5V直流降压电路由LM7805芯片和外围电路组成，输入端接3V升12V直流升压电路的输出端；输出+5V，与红外光传感器、倾角传感器、蜂鸣器和AT89S52单片机相连接并为它们供电；所述127V降12V交直流降压电路由W7800芯片和外围电路组成，输入为127V交流电源，输出为12V直流电，与对射式红外光开关信号发射器相连接并为其供电；

第三，所述开关模块由对射式红外光开关构成，对射式红外光开关由对射式红外光开关信号发射器和对射式红外光开关信号接收器组成。对射式红外光开关信号发射器有两组，对射式红外光开关信号发射器为定向发射器，分别安装在猴车通道的出入口上方且发射方向向下。对射式红外光开关信号接收器安装在安全帽上方。当工人通过入口或出口时，安全帽上方的红外开关接收器接收猴车通道的出入口上方对射式红外光开关信号发射器发射的红外信号，给单片机累加器提供一个脉冲信号，通过单片机逻辑判断，确定电源是否接通；

第四，所述眼部运动检测模块由红外光传感器和外围电路构成，此模块安装在安全帽前人眼的上方的位置，检测人眼对红外光的反射情况。红外光传感器信号线接单片机的P13引脚，单片机运行程序比较信号的变化，反映工人眼部运动状态：当信号处于变化状态，说明工人眼部有动作，工人醒着，这时单片机工作处于模式1，即允许倾角传感器有大的动作阈值；当信号超过2s无变化，说明工人闭上眼睛，这时单片机工作处于模式2，即倾角传感器的动作阈值较小；

第五，所述头部倾斜检测模块由倾角传感器和辅助电路构成，倾角传感器为检测人头部向前、后、左、右四个方向倾斜角度的x-y-z三轴传感器，其输出接单片机，通过单片机内部程序处理，得出人的头部倾斜的角度，当此角度大于单片机所处工作模式所设定的动作阈值时，单片机驱动蜂鸣器报警；

第六，所述中央处理器模块由AT89S52单片机和外围电路组成，所述外围电路与AT89S52单片机组成最小系统，AT89S52单片机的输出端与发音模块相连接；所述单片机完成以下步骤：步骤1、识别端口P14的开关信号，将此信号个数进行累加，如为奇数，电源接通；反之关断。步骤2、识别端口P13的数字信号，通过比较一段时间内测定值是否变化，判断工作所处模式，从而确定动作的阈值。步骤3、识别端口P10、P11的数字信号，根据比较测定值与所处工作模式确定的动作阈值大小，确定是否驱动蜂鸣器发音。步骤4、驱动蜂鸣器发音时，通过比较P10、P11端口的测定值与返回设定值大小，确定是否结束驱动信号的发出。

第七，发音模块由电磁式蜂鸣器和外围电路组成，驱动信号由单片机提供，由单片机引脚通过三极管放大电路驱动，当所检测的倾角值大于设定值时，单片机发出驱动信号，驱动蜂鸣器报警；当倾角小于返回设定值，无驱动信号。

采用本发明所提供的方案，矿用猴车防瞌睡提醒装置可以通过检测人眼的运动情况判断出工人是否闭上眼睛休息，从而选择相应的报警动作阈值，结合头部的倾斜程度，选择是否报警，起到及时提醒工人调整坐姿，避免事故发生的目的。另外，红外光开关的应用，避免了工人忘记打开装置开关从而出现意外。同时，还具有结构紧凑、灵敏可靠，控制简单、成本低等特点。

附图说明

图1为本发明结构原理图。

图2为本发明的工作总体流程图。

图3为本发明的具体电路图。

图4为本发明的电源转换模块电路图之一。

图5为本发明的电源转换模块电路图之二。

图6为本发明的电源转换模块电路图之三。

图7为本发明的开关电路。

图8为本发明的眼部动作检测模块电路图。

图9为本发明的头部倾斜检测模块电路图。

图10为本发明的中心处理器引脚接线图。

图11为本发明的发音模块电路图。

具体实施方式

如图1所示为本发明结构原理图，所述的矿用猴车防瞌睡提醒装置由1. 电源转换模块，2. 开关模块，3. 眼部运动检测模块，4. 头部倾斜检测模块，5. 中心处理器，6. 发音模块构成。电源转换模块与开关模块相连接，眼部运动检测模块、头部倾斜检测模块和中央处理器模块分别通过开关模块与电源转换模块相连，眼部运动检测模块和头部倾斜检测模块的输出连接中央处理器模块，中央处理器模块的输出端与发音模块相连接，控制发音模块工作。

如图2所示为本发明的工作总体流程图。当工人通过入口或出口时，帽子上方的红外开关接收器接收门上方红外发射器发射的红外信号，给单片机累加器提供一个脉冲信号，单片机将此信号个数进行累加，如为奇数，激活头部倾斜检测模块；反之冻结。这时单片机通过程序比较红外传感器信号的变化，当信号处于变化状态，说明工人眼部有动作，工人醒着，这时单片机工作处于模式1，即允许倾角传感器有大的动作阈值；当信号超过2s无变化，说明工人闭上眼睛，这时单片机工作处于模式2，即倾角传感器的动作阈值较小。若倾角传感器检测的实际值大于所处工作模式的动作阈值时，单片机驱动蜂鸣器报警。蜂鸣器预设有返回值。报警过程中，单片机程序比较倾角传感器实时的检测值与返回值大小，若大于返回值，继续报警；反之结束报警，重新检测眼睛的动作。

如图4、5、6所示，所述电源转化模块1由3V升12V直流升压电路、12V降5V直流降压电路和127V降12V交直流降压电路构成；

如图4所示，所述3V升12V直流升压电路由MC34063芯片和外围电路组成，输入端为矿用安全帽上的电池电源，电压为3V，输出为12V，与对射式红外光开关信号接收器和12V降5V直流降压电路相连接并为其供电。

如图4所示，所述3V升12V直流升压电路的输入端为Vin，输出端为Vcc1,与图7中的Vcc1相连。

如图5所示，12V降5V直流降压电路由LM7805芯片和外围电路组成输入端接3V升12V直流升压电路输出端，输出+5V，与红外传感器、倾角传感器、蜂鸣器和AT89S52单片机相连接并为它们供电。倾角传感器为ADXL345倾角传感器，红外传感器为EX-53-430红外光传感器。

如图5所示，所述12V降5V直流降压电路的输入端为Vcc1，与图4中的Vcc1相连接。输出端为Vcc2，与图8、图9、图10中的Vcc2相连。

如图6所示，所述127V降12V交直流降压电路由W7800芯片和外围电路组成，输入为127V交流电源，输出为12V直流电，与对射式红外光开关信号发射器相连接并为其供电。

如图6所示，所述220V降12V交直流降压电路输出端为Vcc3,与图7的Vcc3相连。

如图7所示，所述开关模块由对射式红外光开关构成。对射式红外光开关由对射式红外光开关信号发射器（左）和对射式红外光开关信号接收器（右）组成，对射式红外光开关信号发射器有两组，其红外光开关信号发射器为定向发射器，分别安装在猴车通道的出入口上方且发射方向向下，对射式红外光开关信号接收器安装在安全帽上方。当工人通过入口或出口时，帽子上方的红外开关接收器接收门上方红外发射器发射的红外信号，给单片机累加器提供一个脉冲信号，单片机经过逻辑判断， 通过P12引脚实现对倾角传感器的激活与冻结，装置开始或结束工作。

如图7所示，所述开关模块中对射式红外光开关信号发射器的引脚1与图6中Vcc3相连，引脚2接地；对射式红外光开关信号接收器的引脚1与图5中的Vcc2相连，引脚2与图10中的P14引脚相连；引脚3接地。

如图8所示，所述眼部运动检测模块由EX-53-430红外光传感器和外围电路组成。EX-53-430红外传感器响应时间为5ms，符合检测要求。其信号线接单片机的P13引脚，通过程序比较信号的变化，反映工人所处状态。当信号处于变化状态，说明工人眼部有动作，工人醒着，这时单片机工作处于模式1，即允许倾角传感器有大的动作阈值；当信号超过2s无变化，说明工人闭上眼睛，这时单片机工作处于模式2，即倾角传感器的动作阈值较小。

如图8所示，所述眼部运动检测模块的引脚1与图5中的Vcc2相连，引脚2与图10中的P13引脚相连；引脚3接地。

如图9所示，所述头部倾斜检测模块由ADXL345倾角传感器和外围电路组成。ADXL345倾角传感器为x-y-z三轴传感器，可以检测人头部向前、后、左、右四个方向的倾斜角度。输出接单片机，通过单片机内部程序处理，可以得出人的头部倾斜的角度。当此角度大于单片机所处工作模式所设定的动作阈值时，单片机驱动蜂鸣器报警。

如图9所示，所述头部倾斜检测模块的引脚1、6与图5中的Vcc2相连，引脚2、4、5接地，引脚7、13、14分别与图10中的P12、P10、P11引脚相连。

如图10所示，所述中央处理器模块由AT89S52单片机和外围电路组成。所述单片机要完成以下功能：1、识别端口P14的开关信号，将此信号个数进行累加，如为奇数，激活头部倾斜检测模块；反之冻结。2、识别端口P13的数字信号，通过比较一段时间内测定值是否变化，判断工作所处模式，从而确定动作的阈值。3、识别端口P10、P11的数字信号，根据比较测定值与所处工作模式确定的动作阈值大小，确定是否驱动蜂鸣器发音。4、驱动蜂鸣器发音时，通过比较P10、P11端口的测定值与返回设定值大小，确定是否结束驱动信号的发出。

如图10所示，所述中央处理器模块中的AT89S52单片机的XTAL1、XTAL2引脚接时钟电路，RST引脚接复位电路，EA引脚与图5中的Vcc2相连，引脚P10、P11、P12分别与图9中的13、14、7引脚相连，引脚P13与图8中的引脚2相连，引脚P14与图7中的引脚2相连，引脚P16与图11中电阻相连。

如图11所示，所述发音模块由电磁式蜂鸣器和外围电路组成。所述蜂鸣器为防爆型，驱动信号由单片机提供。当所检测的倾角值大于设定值时，单片机发出驱动信号；当倾角小于返回设定值，无驱动信号。

Claims (2)

1.一种矿用猴车防瞌睡提醒装置，包括电源转换模块，开关模块，眼部运动检测模块，头部倾斜检测模块，中央处理器模块，发音模块，其特征在于：

电源转换模块与开关模块相连接，眼部运动检测模块、头部倾斜检测模块、发音模块和中央处理器模块分别通过开关模块与电源转换模块相连，眼部运动检测模块和头部倾斜检测模块的输出端又分别连接中央处理器模块，中央处理器模块的输出端与发音模块相连接，控制发音模块工作；

所述电源转换模块由3V升12V直流升压电路、12V降5V直流降压电路和127V降12V交直流降压电路构成；所述3V升12V直流升压电路由MC34063芯片和外围电路组成，输入电源为安装在矿用安全帽上的3V可充电蓄电池，输出电压为12V，为对射式红外光开关信号接收器和 12V降5V直流降压电路供电；所述12V降5V直流降压电路由LM7805芯片和外围电路组成，输入端接3V升12V直流升压电路输出端，输出端为5V，与红外传感器、倾角传感器、蜂鸣器和AT89S52单片机相连接并为它们供电；所述127V降12V交直流降压电路由W7800芯片和外围电路组成，输入为127V交流电源，输出为12V直流电，与对射式红外光开关信号发射器相连接并为其供电；

所述开关模块由对射式红外光开关构成，对射式红外光开关由对射式红外光开关信号发射器和对射式红外光开关信号接收器组成，对射式红外光开关信号发射器有两组，分别安装在猴车通道的出入口上方且发射方向向下，对射式红外光开关信号接收器安装在安全帽上方；

所述眼部运动检测模块由红外光传感器和外围电路构成，此模块安装在安全帽前人眼的上方的位置，检测人眼对红外光的反射情况；

所述头部倾斜检测模块由倾角传感器和辅助电路构成，倾角传感器为检测人头部向前、后、左、右四个方向倾斜角度的x-y-z三轴传感器；

所述中央处理器模块由AT89S52单片机和外围电路组成，所述外围电路与AT89S52单片机组成最小系统，AT89S52单片机的输出端与发音模块相连接，发音模块由电磁式蜂鸣器和外围电路组成，驱动信号由单片机提供，由单片机引脚通过三极管放大电路驱动。

2.一种矿用猴车防瞌睡提醒装置的控制方法，其特征在于：

步骤1），制作矿用猴车防瞌睡提醒装置，该矿用猴车防瞌睡提醒装置包括电源转换模块，开关模块，眼部运动检测模块，头部倾斜检测模块，中央处理器模块，发音模块；

步骤2），电源转换模块由3V升12V直流升压电路、12V降5V直流降压电路和127V降12V交直流降压电路构成；所述3V升12V直流升压电路由MC34063芯片和外围电路组成，输入端为矿用安全帽上的电池电源，电压为3V，输出为12V，与对射式红外光开关信号接收器、12V降5V直流降压电路相连接并为其供电；所述12V降5V直流降压电路由LM7805芯片和外围电路组成，输入端接3V升12V直流升压电路的输出端；输出+5V，与红外光传感器、倾角传感器、蜂鸣器和AT89S52单片机相连接并为它们供电；所述127V降12V交直流降压电路由W7800芯片和外围电路组成，输入为127V交流电源，输出为12V直流电，与对射式红外光开关信号发射器相连接并为其供电；

步骤3），所述开关模块由对射式红外光开关构成，对射式红外光开关由对射式红外光开关信号发射器和对射式红外光开关信号接收器组成，对射式红外光开关信号发射器有两组，对射式红外光开关信号发射器为定向发射器，分别安装在猴车通道的出入口上方且发射方向向下，对射式红外光开关信号接收器安装在安全帽上方，当工人通过入口或出口时，安全帽上方的红外开关接收器接收猴车通道的出入口上方对射式红外光开关信号发射器发射的红外信号，给单片机累加器提供一个脉冲信号，通过单片机逻辑判断，确定电源是否接通；

步骤4），所述眼部运动检测模块由红外光传感器和外围电路构成，此模块安装在安全帽前人眼的上方的位置，检测人眼对红外光的反射情况，红外光传感器信号线接单片机的P13引脚，通过程序比较信号的变化，反映工人所处状态，当信号处于变化状态，说明工人眼部有动作，工人醒着，这时单片机工作处于模式1，即允许倾角传感器有大的动作阈值；当信号超过2s无变化，说明工人闭上眼睛，这时单片机工作处于模式2，即倾角传感器的动作阈值较小；

步骤5），所述头部倾斜检测模块由倾角传感器和辅助电路构成，倾角传感器为检测人头部向前、后、左、右四个方向倾斜角度的x-y-z三轴传感器，其输出接单片机，通过单片机内部程序处理，得出人的头部倾斜的角度，当此角度大于单片机所处工作模式所设定的动作阈值时，单片机驱动蜂鸣器报警；

步骤6），所述中央处理器模块由AT89S52单片机和外围电路组成，所述外围电路与AT89S52单片机组成最小系统，AT89S52单片机的输出端与发音模块相连接，发音模块由电磁式蜂鸣器和外围电路组成，驱动信号由单片机提供，由单片机引脚通过三极管放大电路驱动；所述单片机完成以下步骤：步骤1、识别端口P14的开关信号，将此信号个数进行累加，如为奇数，电源接通；反之关断，步骤2、识别端口P13的数字信号，通过比较一段时间内测定值是否变化，判断工作所处模式，从而确定动作的阈值，步骤3、识别端口P10、P11的数字信号，根据比较测定值与所处工作模式确定的动作阈值大小，确定是否驱动蜂鸣器发音，步骤4、驱动蜂鸣器发音时，通过比较P10、P11端口的测定值与返回设定值大小，确定是否结束驱动信号的发出；

步骤7），发音模块由电磁式蜂鸣器和外围电路组成，驱动信号由单片机提供，由单片机引脚通过三极管放大电路驱动，当所检测的倾角值大于设定值时，单片机发出驱动信号；当倾角小于返回设定值，无驱动信号。