CN105011453A - 一种多功能智能安全帽预警系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多功能智能安全帽系统及方法，包括安全帽、传感器模块、RFID标签模块、RFID阅读器、蓝牙传输模块、振动器、电源模块、手机客户端和项目部数据分析平台；传感器模块和振动器连接蓝牙传输模块，电源模块连接传感器模块、振动器、RFID标签模块和蓝牙传输模块；传感器模块包括脉搏传感器、体温传感器、加速度传感器和陀螺仪传感器，及时掌握人体生理状况，并通过蓝牙传输模块将信息传递至手机客户端进行处理后由项目部数据分析平台发出激活指令给振动器以进行防跌倒预警；通过设置有源RFID标签并在施工现场布置RFID阅读器，实现人员识别和定位的功能。本发明将多种功能集成于普通安全帽中，使用方便，预警准确，具有良好的市场前景。
Description
技术领域
本发明属于建筑工人安全防护装备领域，尤其是涉及一种多功能智能安全帽预警系统及方法。
背景技术
在建筑施工、工厂作业中广泛使用安全帽，安全帽可以在佩戴者受到坠落物打击、碰撞时有效减轻冲击力，减轻头部伤害。但是，目前市场流通的安全帽只有单一的保护头部功能，没有健康监测、跌倒预警、人员识别等功能。随着无线通信技术、无线传感技术及计算机技术的发展，基于生理参数监测等可穿戴设备也得到了快速发展。市场上健康检测仪等设备越来越趋向于体积微型化、价格平民化，在建筑施工安全防护装备领域应用也越来越广泛。但是，目前尚缺乏一种集成化、多功能化的安全防护装备。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种多功能智能安全帽预警系统及方法，使该安全帽既能够起到传统安全帽的安全防护作用，同时又具有实时监测人体脉搏信息、体温生理信息、人体加速度信息和人体角度信息，全方位及时保护施工工地的人员安全。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种多功能智能安全帽系统，包括安全帽、传感器模块、RFID标签模块、RFID阅读器、蓝牙传输模块、振动器、电源模块、手机客户端和项目部数据分析平台；所述传感器模块和振动器连接蓝牙传输模块，所述电源模块连接传感器模块、振动器、RFID标签模块和蓝牙传输模块；
所述安全帽包括帽衬、帽带和帽壳，所述帽衬位于帽壳内上部，所述帽带连接帽壳的两端；
所述传感器模块包括脉搏传感器、体温传感器、加速度传感器和陀螺仪传感器，分别用于采集佩戴者的脉搏信息、体温信息、加速度信息和角度信息；
所述RFID标签模块包括有源RFID标签，用于存储佩戴者个人信息并采集位置信息；
所述RFID阅读器用于读取RFID标签模块发出的个人信息和位置信息，并将信息传送至项目部数据分析平台，实现佩戴者的识别和定位；
所述蓝牙传输模块为蓝牙4.0芯片，负责将接收到的由传感器模块发出的信息无线传输至手机客户端；
所述振动器通过蓝牙传输模块接收手机客户端发送的激活指令后进行振动，对佩戴者发出预警提醒；
所述电源模块包括可充电锂电池及开关，用于给各个模块提供电源；
所述手机客户端用于接收、处理蓝牙传输模块传输的信息，并将处理后的信息发送至项目部数据分析平台，同时通过蓝牙传输模块向振动器发送激活命令；
所述项目部数据分析平台用于接收手机客户端传递的信息，作为数据的存储、查询单元，方便日后数据查询。
进一步的，所述传感器模块和振动器均位于帽带底部，紧贴佩戴者下巴位置处。
进一步的，所述电源模块和RFID标签模块均位于安全帽内侧顶部空隙处。
进一步的，所述蓝牙传输模块安装在安全帽内侧后方位置处。
进一步的，所述脉搏传感器采用KEYES型，所述体温传感器采用红外线温度传感器，所述加速度传感器采用BOSCH型，所述陀螺仪传感器采用INVENSEN型。
进一步的，所述有源RFID标签采用ZTX的2.4G有源远距离标签，所述RFID阅读器采用ZTX的中距离阅读器。
进一步的，所述蓝牙4.0芯片采用DA14580低功耗芯片；所述振动器采用STF微型振动马达；所述电源采用PN602025-200微型可充电锂电池；所述安全帽为普通建筑施工用安全帽。
一种多功能智能安全帽控制方法，包括如下步骤：
(1)在施工现场布置多个RFID阅读器，将人员的姓名、性别、工号个人信息输入至有源RFID标签，在安全帽中安装好传感器模块、RFID标签模块、蓝牙传输模块、振动器和电源模块；在手机客户端中输入脉搏信息、体温信息、加速度信息和角度信息的标准值区间；
(2)开启电源模块中的开关、手机客户端和项目部数据分析平台；
(3)当佩戴者进入施工现场后，RFID阅读器实时接收有源RFID标签发出的信息，并通过RFID阅读器自身的无线信息传输功能将信息传递至项目部数据分析平台，显示该佩戴者的个人信息和位置信息；
(4)脉搏传感器、体温传感器、加速度传感器、陀螺仪传感器对安全帽佩戴者进行实时监测，将采集到的脉搏信息、体温信息、加速度信息和角度信息通过蓝牙传输模块发送至手机客户端；
(5)手机客户端对收集到的信息与所述脉搏信息和体温信息的标准值区间对比分析，若超出标准值区间则为异常值，认定为危险情况，将处理结果发送至项目部数据分析平台，项目部数据分析平台显示异常值；同时，手机客户端对接收到的加速度信息和角度信息判断，若t+1时刻的加速度、角度数据比t时刻的加速度、角度数据大时，并且加速度、角度信息超过加速度信息和角度信息的标准值区间时，认定为危险情况；将危险情况下的各信息立即通过手机客户端发送至项目部数据分析平台，同时手机客户端通过蓝牙传输模块向振动器发出激活指令，使之发出高频振动，对人员提醒预警。
进一步的，步骤(1)中所述施工现场按照5米间距呈“三角式”布置多个RFID阅读器。
进一步的，步骤(1)中所述脉搏信息标准值区间为90-140次/min，所述体温信息标准值区间为36-37.4°，所述加速度信息标准值区间为4-6m/s2，所述角度信息的标准值区间为30-35°。
本发明的有益效果：
本发明所述的多功能智能安全帽预警系统及方法，通过将脉搏传感器、体温传感器、加速度传感器和陀螺仪传感器集成于传感器模块中，实时监测人体的脉搏信息、体温生理信息、加速度信息和角度信息，及时掌握人体生理状况，并通过蓝牙传输模块将信息传递至手机客户端进行处理后由项目部数据分析平台发出激活指令给振动器以进行防跌倒预警；通过设置有源RFID标签并在施工现场布置RFID阅读器，实现人员识别和定位的功能；此外，将传感器模块和振动器设置于安全帽帽带的底部，使其与颈部皮肤相接触更好的监测人体生理状况；为方便安全帽佩戴的舒适，将RFID标签模块、电源模块放置于安全帽内侧顶部空隙处。本发明将多种功能集成于普通安全帽中，使用方便，预警准确，具有良好的市场前景。
附图说明
图1为本发明所述多功能智能安全帽的左视图。
图2为本发明所述多功能智能安全帽的俯视图。
图3为本发明所述多功能智能安全帽的供电连接示意图。
图4为本发明所述多功能智能安全帽预警系统的结构示意图。
图5为本发明所述多功能智能安全帽预警方法流程图。
附图标记说明如下：
1-安全帽；2-传感器模块；3-振动器；4-帽带；5-蓝牙传输模块；6-帽衬；7-帽壳；8-电源模块；9-RFID标签模块。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
一种多功能智能安全帽系统，包括安全帽1、传感器模块2、RFID标签模块9、RFID阅读器、蓝牙传输模块5、振动器3、电源模块8、手机客户端和项目部数据分析平台；如图3所示，所述传感器模块2包括脉搏传感器、体温传感器、加速度传感器和陀螺仪传感器，所述传感器模块2和振动器3连接蓝牙传输模块5，所述电源模块6连接传感器模块2、振动器3、RFID标签模块9和蓝牙传输模块5；
如图1和图2所示，所述安全帽1为普通建筑施工用安全帽，包括帽衬6、帽带4和帽壳7，所述帽衬6位于帽壳7内上部，所述帽带4连接帽壳7的下部；所述传感器模块2和振动器3均位于帽带4底部，紧贴人体下巴位置处，这样可使传感器模块2、振动器3与颈部皮肤相接触，以及颈部的加速度、角度信息相对稳定，可准确收集颈动脉脉搏信息、体温信息、加速度信息、角度信息。加之在人体对此处触觉比较敏感，通过设置振动器2提醒，效果较为理想；所述电源模块8和RFID标签模块9均位于安全帽1内侧顶部空隙处，提高安全帽1佩戴的舒适度；所述蓝牙传输模块5安装在安全帽1内侧后方位置处。
如图4所示，所述传感器模块2中，所述脉搏传感器采用KEYES型，所述体温传感器采用红外线温度传感器，所述加速度传感器采用BOSCH型，所述陀螺仪传感器采用INVENSEN型；用于采集佩戴者的脉搏信息、体温信息、加速度信息和角度信息；
所述RFID标签模块9包括有源RFID标签，采用ZTX的2.4G有源远距离标签，其有效识别距离为0-5米，最大识别距离为8米，用于存储佩戴者个人信息并采集位置信息；
所述RFID阅读器为采用ZTX的中距离阅读器，用于读取RFID标签模块9发出的个人信息和位置信息，并将信息传送至项目部数据分析平台，实现佩戴者识别和定位；
所述蓝牙传输模块5为蓝牙4.0芯片，采用DA14580低功耗芯片，负责将收集到信息的无线传输至手机客户端；
所述振动器3采用STF微型振动马达，用于接收项目部数据分析平台发出的激活指令进行振动，对佩戴者发出预警提醒；
所述电源模块8包括可充电锂电池及开关，电源采用PN602025-200微型可充电锂电池，容量大、体积小、重量轻，满足实际佩戴过程中的舒适度要求，用于给各个模块提供电源；
所述手机客户端用于接收、处理传感器模块2采集到的信息，并将处理后的信息发送至项目部数据分析平台，以及通过蓝牙传输模块5发出激活指令给振动器3使之振动；
所述项目部数据分析平台用于接收手机客户端传递的信息，作为数据的最终存储单元，用于日后的信息查询。
如图5所示，一种多功能智能安全帽预警方法，包括如下步骤：
(1)在施工现场按照5米间距呈“三角式”布置多个中距离RFID阅读器，以实现全方位覆盖，确保施工现场的各个区域都能够监测到；RFID阅读器交叉识别的数量越多，对有源RFID标签的定位越精确；每个RFID阅读器都有自己的ID；通过布置的RFID阅读器还可以精确掌握人员进入及离开施工现场的时间，以计算相应的工时。将人员的姓名、性别、工号个人信息输入至有源RFID标签；当工人进入施工现场RFID阅读器识别范围时，RFID阅读器立即将自己的ID编号及有源RFID标签中的信息通过RFID阅读器自身的无线信息传输功能发送至项目部数据分析平台，项目部管理层可以整确掌握每个佩戴者的位置信息。
在安全帽1中安装好传感器模块2、RFID标签模块9、蓝牙传输模块5、振动器3和电源模块8；在手机客户端中输入脉搏信息、体温信息、加速度信息和角度信息的标准值区间；所述脉搏信息标准值区间为90-140次/min，所述体温信息标准值区间为36-37.4°，所述加速度信息标准值区间为4-6m/s2，所述角度信息的标准值区间为30-35°；
(2)开启电源模块8中的开关、手机客户端和项目部数据分析平台，脉搏传感器、体温传感器、加速度传感器、陀螺仪传感器和RFID标签均被激活；
(3)当佩戴者进入施工现场后，进入RFID阅读器识别范围；RFID阅读器实时读取RFID标签发出的信息，并通过RFID阅读器自身的无线信息传输功能将信息传递至项目部数据分析平台，显示该佩戴者的个人信息和位置信息；
(4)脉搏传感器、体温传感器、加速度传感器、陀螺仪传感器实时监测并采集安全帽佩戴者的脉搏信息、体温信息、加速度信息和角度信息，并通过蓝牙传输模块发送至手机客户端；
(5)手机客户端对接收到的脉搏信息和体温信息与步骤(1)中所述脉搏信息和体温信息的标准值区间对比分析，若超出标准值区间则为异常值，认定为危险情况，将处理结果发送至项目部数据分析平台，项目部数据分析平台显示异常值；同时，手机客户端对接收到的加速度信息和角度信息判断，若t+1时刻的加速度、角度数据比t时刻的加速度、角度数据大时，并且加速度、角度信息超过标准值参考区间时，即为有跌倒可能，认定为危险情况；将危险情况下的各信息立即发送至项目部数据分析平台。同时，配对手机通过蓝牙传输模块5向振动器3发出激活指令，使之发出高频振动，对佩戴者提醒预警。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种多功能智能安全帽系统，其特征在于，包括安全帽(1)、传感器模块(2)、RFID标签模块(9)、RFID阅读器、蓝牙传输模块(5)、振动器(3)、电源模块(8)、手机客户端和项目部数据分析平台；所述传感器模块(2)和振动器(3)连接蓝牙传输模块(5)，所述电源模块(8)连接传感器模块(2)、振动器(3)、RFID标签模块(9)和蓝牙传输模块(5)；
所述安全帽(1)包括帽衬(6)、帽带(4)和帽壳(7)，所述帽衬(6)位于帽壳(7)内上部，所述帽带(4)连接帽壳(7)的两端；
所述传感器模块(2)包括脉搏传感器、体温传感器、加速度传感器和陀螺仪传感器，分别用于采集佩戴者的脉搏信息、体温信息、加速度信息和角度信息；
所述RFID标签模块(9)包括有源RFID标签，用于存储佩戴者个人信息并采集位置信息；
所述RFID阅读器用于读取RFID标签模块(9)发出的个人信息和位置信息，并将信息传送至项目部数据分析平台，实现佩戴者的识别和定位；
所述蓝牙传输模块(5)为蓝牙4.0芯片，负责将接收到的由传感器模块(2)发出的信息无线传输至手机客户端；
所述振动器(3)通过蓝牙传输模块(5)接收手机客户端发送的激活指令后进行振动，对佩戴者发出预警提醒；
所述电源模块(8)包括可充电锂电池及开关，用于给各个模块提供电源；
所述手机客户端用于接收、处理蓝牙传输模块(5)传输的信息，并将处理后的信息发送至项目部数据分析平台，同时通过蓝牙传输模块(5)向振动器(3)发送激活命令；
所述项目部数据分析平台用于接收手机客户端传递的信息，作为数据的存储、查询单元，方便日后数据查询。
2.根据权利要求1所述的一种多功能智能安全帽系统，其特征在于，所述传感器模块(2)和振动器(3)均位于帽带(4)底部，紧贴佩戴者下巴位置处。
3.根据权利要求1所述的一种多功能智能安全帽系统，其特征在于，所述电源模块(8)和RFID标签模块(9)均位于安全帽(1)内侧顶部空隙处。
4.根据权利要求1所述的一种多功能智能安全帽系统，其特征在于，所述蓝牙传输模块(5)安装在安全帽(1)内侧后方位置处。
5.根据权利要求1所述的一种多功能智能安全帽系统，其特征在于，所述脉搏传感器采用KEYES型，所述体温传感器采用红外线温度传感器，所述加速度传感器采用BOSCH型，所述陀螺仪传感器采用INVENSEN型。
6.根据权利要求1所述的一种多功能智能安全帽系统，其特征在于，所述有源RFID标签采用ZTX的2.4G有源远距离标签，所述RFID阅读器采用ZTX的中距离阅读器。
7.根据权利要求1所述的一种多功能智能安全帽系统，其特征在于，所述蓝牙4.0芯片采用DA14580低功耗芯片；所述振动器(3)采用STF微型振动马达；所述电源采用PN602025-200微型可充电锂电池；所述安全帽(1)为普通建筑施工用安全帽。
8.一种多功能智能安全帽控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在施工现场布置多个RFID阅读器，将人员的姓名、性别、工号个人信息输入至有源RFID标签，在安全帽(1)中安装好传感器模块(2)、RFID标签模块(9)、蓝牙传输模块(5)、振动器(3)和电源模块(8)；在手机客户端中输入脉搏信息、体温信息、加速度信息和角度信息的标准值区间；
(2)开启电源模块(8)中的开关、手机客户端和项目部数据分析平台；
(3)当佩戴者进入施工现场后，RFID阅读器实时接收有源RFID标签发出的信息，并通过RFID阅读器自身的无线信息传输功能将信息传递至项目部数据分析平台，显示该佩戴者的个人信息和位置信息；
(4)脉搏传感器、体温传感器、加速度传感器、陀螺仪传感器对安全帽佩戴者进行实时监测，将采集到的脉搏信息、体温信息、加速度信息和角度信息通过蓝牙传输模块发送至手机客户端；
(5)手机客户端对收集到的信息与所述脉搏信息和体温信息的标准值区间对比分析，若超出标准值区间则为异常值，认定为危险情况，将处理结果发送至项目部数据分析平台，项目部数据分析平台显示异常值；同时，手机客户端对接收到的加速度信息和角度信息判断，若t+1时刻的加速度、角度数据比t时刻的加速度、角度数据大时，并且加速度、角度信息超过加速度信息和角度信息的标准值区间时，认定为危险情况；将危险情况下的各信息立即通过手机客户端发送至项目部数据分析平台，同时手机客户端通过蓝牙传输模块(5)向振动器(3)发出激活指令，使之发出高频振动，对人员提醒预警。
9.根据权利要求8所述的一种多功能智能安全帽控制方法，其特征在于，步骤(1)中所述施工现场按照5米间距呈“三角式”布置多个RFID阅读器。
10.根据权利要求8所述的一种多功能智能安全帽控制方法，其特征在于，步骤(1)中所述脉搏信息标准值区间为90-140次/min，所述体温信息标准值区间为36-37.4°，所述加速度信息标准值区间为4-6m/s2，所述角度信息的标准值区间为30-35°。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Application publication date: 20151104 |