CN104013394B - 电力工程高空作业人员个体状态监测装置 - Google Patents

Abstract

一种电力工程高空作业人员个体状态监测装置，它包括由每个作业人员随身携带的监测单元和设置在地面上的监控计算机，所述监测单元包括单片机、脉搏传感器、体温传感器和ZigBee发射模块，所述脉搏传感器接单片机的A/D输入端口，体温传感器接单片机的TWI通信端口，所述ZigBee发射模块接单片机的UART通信接口并通过ZigBee网络与监控计算机通信。本发明实现了对电力工程高空作业人员的远程无线监测，使地面指挥人员能够准确判断作业人员的生理和心理状态，为及时采取防范措施，确保作业人员的人身安全创造了有利条件。本发明结构简单，价格低廉，具有广泛的应用前景。

Description

电力工程高空作业人员个体状态监测装置

技术领域

本发明涉及一种用于监测电力工程高空作业人员生理和心理状态的装置，属于监测技术领域。

背景技术

通常情况下，电力工人需要定期进行登塔和走线作业，检查导线与杆塔之间的绝缘和杆塔的螺栓连接等。输电线路一般都建在野外，塔上环境非常恶劣，而且导线离地高度达几十米甚至超过一百米，尽管工人们都经过了相应的训练,他们中的一些人仍然还会出现不适应、紧张、呼吸困难甚至头晕的危险情况,如果继续工作,可能会酿成重大事故，因此地面上的指挥人员应对高空作业人员的个体状态进行监测，一旦发现异常现象及时采取相应措施，彻底消除事故隐患。由于目前还没有专用的监测装置，指挥人员只能通过观察作业人员的动作来判断其状态，但由于作业人员登塔后与地面距离较大，指挥人员很难准确判断其生理和心理状态，因此无法确保作业人员的安全。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种电力工程高空作业人员个体状态监测装置，使地面指挥人员能够准确判断登塔作业人员的生理和心理状态，确保作业人员的人身安全。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种电力工程高空作业人员个体状态监测装置，构成中包括由每个作业人员随身携带的监测单元和设置在地面上的监控计算机，所述监测单元包括单片机、脉搏传感器、体温传感器和ZigBee发射模块等，所述脉搏传感器接单片机的A/D输入端口，所述体温传感器接单片机的TWI通信端口，所述ZigBee发射模块接单片机的UART通信接口并通过ZigBee网络与监控计算机通信。

上述电力工程高空作业人员个体状态监测装置，所述监控计算机包括计算机、ZigBee接收模块和PL-2303HX通信协议转换芯片，所述ZigBee接收模块通过ZigBee网络接收各监测单元发出的无线信号，并通过PL-2303HX通信协议转换芯片与计算机连接。

上述电力工程高空作业人员个体状态监测装置，所述ZigBee接收模块和ZigBee发射模块结构相同，均包括cc2530无线模块、RFX2401C芯片、五个电容和两个电感，所述cc2530无线模块的P1_2、P1_3端分别接RFX2401C芯片的TXEN和RXEN端，其TX、RX端分别接单片机或PL-2303HX通信协议转换芯片的RX、TX端，cc2530无线模块的RF_P端依次经第一电容和第二电容接地，其RF_N端依次经第三电容、第四电容和第五电容接RFX2401C芯片的TXEN端，第一电感的一端接第一电容与第二电容的串接点，另一端接第四电容与第五电容串接点，第二电感一端接地，另一端接第三电容与第四电容串接点，RFX2401C芯片的ANT端接天线。

上述电力工程高空作业人员个体状态监测装置，所述监测单元还设置有USB通信接口，所述USB通信接口通过CH375芯片与单片机的PA和PB数据接口连接。

上述电力工程高空作业人员个体状态监测装置，所述监测单元还包括液晶显示器，所述液晶显示器接单片机的PC数据接口。

上述电力工程高空作业人员个体状态监测装置，所述监测单元的电路板及电池安装在高空作业人员的安全帽的一侧，体温传感器和液晶显示器安装在安全帽的帽檐下部，所述脉搏传感器采用耳夹式脉搏传感器。

本发明利用监测单元实时监测高空作业人员的脉搏波、脉率和体温，并通过ZigBee网络将监测数据发送到监控计算机，监控计算机通过对监测数据进行分析，判断作业人员是否异常。本发明实现了对电力工程高空作业人员的远程无线监测，使地面指挥人员能够准确判断作业人员的生理和心理状态，为及时采取防范措施，确保作业人员的人身安全创造了有利条件。

本装置还可对原始数据进行保存，供后续分析使用。本发明结构简单，价格低廉，具有广泛的应用前景。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详述。

图1为本发明的结构示意图；

图2为监测单元的电原理图；

图3为监控计算机的电原理图；

图4为监测单元的安装示意图。

图中各标号清单为：1、安全帽；2、监测单元的电路板及电池；U1、单片机；U2、cc2530无线模块；U3、RFX2401C芯片；U4、CH375芯片；U5、PL-2303HX通信协议转换芯片；LCD、液晶显示器；ZigBee-1、ZigBee发射模块；ZigBee-2、ZigBee接收模块；PC、计算机；USB、USB通信接口；PW、脉搏传感器；T、体温传感器；C1～C5、第一电容～第五电容；L1、第一电感；L2、第二电感。

具体实施方式

随着可穿戴传感器、无线网络和嵌入式计算技术的发展，小型连续健康监测设备已经得到了初步的应用，特别是新兴的人体传感器网络技术(BSN)，使得随身携带的诊疗设备变得更加实用和经济，如今,BSN主要用于医院,疗养院和一些特殊的训练中，在工程领域还没有应用，这里我们设计了一个基于ZigBee技术的电力工人穿戴式安全水平监测装置，旨在提高电力工人作业的安全与规范。

整个系统由若干个监测单元、ZigBee网络和监控计算机构成。每个监测单元由单片机控制，采用非接触式体温传感器和可穿戴式脉搏传感器监测工作人员的体温和脉搏波，单片机对脉搏波数据进行处理，得到脉率信息，并将体温和脉率值通过ZigBee网络发送给监控计算机，监控计算机对各单元的数据进行实时显示，并作进一步分析处理，如分析出心率变异性（脉搏波和心率波的峰峰值是一样的，只是脉搏波在相位上稍稍落后心率波，所以脉率可以用来代替心率计算心率变异性），从而给出状态判断。

当发现某个监测单元数据异常的时候，可以通过操作监控计算机，实现监控计算机和监测单元的点对点通信，该监测单元直接将脉搏波和体温信息发回监控计算机，使监控计算机获得更多监测对象的原始信息，有利于操作人员做出正确的判断。

监测单元设计

参看图2，单片机Atmega128L控制整个监测单元，单元通过脉搏传感器PW和体温传感器T采集脉搏波和体温数据，并将其和其他系统自身信息（如电池电量等）显示在LCD上，单片机处理脉搏波后获得脉率值，并将脉率值和体温值通过ZigBee模块发送出去。ZigBee发射模块主要由cc2530无线模块构成，为了增加传输距离，使用RFX2401C提高发送功率。脉波传感器PW采用型号为XD-58C的反射式光电脉搏传感器，体温传感器T采用型号为MLX90615ESG-DAA的医用红外体温传感器。

在监控计算机和监测单元的点对点通信模式中，监测单元发送信号前不对脉搏波进行处理，直接将采集值发回监控计算机。

无论是在网络模式或者点对点工作模式下，单片机都会将原始数据通过CH375芯片写到插入USB通信接口的优盘中。

整个监测单元采用锂电池供电，并且集成在安全帽上。

监控计算机的组成

参看图3，监控计算机主要由ZigBee接收模块和计算机PC组成，ZigBee接收模块接收各个监测单元发送的数据，并将数据传到计算机PC上，计算机PC根据监测的数据给出各个监测单元的状态。ZigBee接收模块与ZigBee发射模块的结构相同。PL-2303HX通信协议转换芯片U5将UART通信协议转换成USB通信，实现ZigBee接收模块和计算机PC的连接。

在点对点通信模式下，监控计算机只接收指定监测单元的数据，其它监测单元停发数据。

该系统实现了对电力工程高空作业人员的脉搏波、体温和脉率的远程无线监测，从而掌握作业人员的生理状态，对原始生理数据进行进一步分析，获取心率变异性数据等，从而评价作业人员的心理状态。系统不仅实现数据的监测，还可对原始数据进行保存，供后续分析使用。系统结构简单，可穿戴，价格低廉，有广泛应用前景。

Claims (3)

1.一种电力工程高空作业人员个体状态监测装置，其特征是，该装置包括由每个作业人员随身携带的监测单元和设置在地面上的监控计算机，所述监测单元包括单片机（U1）、脉搏传感器（PW）、体温传感器（T）和ZigBee发射模块（ZigBee-1），所述脉搏传感器（PW）接单片机（U1）的A/D输入端口，体温传感器（T）接单片机（U1）的TWI通信端口，所述ZigBee发射模块（ZigBee-1）接单片机（U1）的UART通信接口并通过ZigBee网络与监控计算机通信；所述单片机采用Atmega128L ；

所述监控计算机包括计算机（PC）、ZigBee接收模块（ZigBee-2）和PL-2303HX通信协议转换芯片（U5），所述ZigBee接收模块（ZigBee-2）通过ZigBee网络接收各监测单元发出的无线信号，并通过PL-2303HX通信协议转换芯片（U5）与计算机（PC）连接；

所述ZigBee接收模块（ZigBee-2）和ZigBee发射模块（ZigBee-1）结构相同，均包括cc2530无线模块（U2）、RFX2401C芯片（U3）、五个电容和两个电感，所述ZigBee发射模块（ZigBee-1）中cc2530无线模块（U2）的P1_2、P1_3端分别接RFX2401C芯片（U3）的TXEN和RXEN端，其TX、RX端分别接单片机（U1）的RX、TX端；

所述ZigBee接受模块（ZigBee-2）中cc2530无线模块的P1_2、P1_3端分别接RFX2401C芯片的TXEN和RXEN端，其TX、RX端分别接PL-2303HX通信协议转换芯片（U5）的RX、TX端；

所述cc2530无线模块的RF_N端依次经第一电容（C1）和第二电容（C2）接地，其RF_P端依次经第三电容（C3）、第四电容（C4）和第五电容（C5）接RFX2401C芯片的TXEN端；

第一电感（L1）的一端接第一电容（C1）与第二电容（C2）的串接点，另一端接第四电容（C4）与第五电容（C5）串接点，第二电感（L2）一端接地，另一端接第三电容（C3）与第四电容（C4）串接点，RFX2401C芯片（U3）的ANT端接天线；

所述监测单元的电路板及电池（2）安装在高空作业人员的安全帽（1）的一侧，体温传感器（T）和液晶显示器（LCD）安装在安全帽（1）的帽檐下部，所述脉搏传感器（PW）采用耳夹式脉搏传感器；

当发现某个监测单元数据异常的时候，可以通过操作监控计算机，实现监控计算机和监测单元的点对点通信。

2.根据权利要求1所述的电力工程高空作业人员个体状态监测装置，其特征是，所述监测单元还设置有USB通信接口（UBS），所述USB通信接口（UBS）通过CH375芯片（U4）与单片机（U1）的PA和PB数据接口连接。

3.根据权利要求2所述的电力工程高空作业人员个体状态监测装置，其特征是，所述监测单元还包括液晶显示器（LCD），所述液晶显示器（LCD）接单片机（U1）的PC数据接口。