CN105700424A - 一种装饰施工现场安全生产智能控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装饰施工现场安全生产智能控制器，包括一个通用的装饰施工现场安全生产智能监控平台，用户能通过Internet网络或WiFi实现远程装饰施工现场安全生产智能监控。本控制器屏蔽了复杂的底层技术，工作稳定可靠，成本低，使用灵活，操作简单，适应性强，能有效地兼容各种数据采集卡和外部监控设备，有效地实现装饰施工现场安全生产智能监控，实现装饰施工现场安全生产监控的数字化、智能化、系统化和网络化，具有良好的实用性和创新性。

Description

一种装饰施工现场安全生产智能控制器

所属技术领域

本发明涉及电子系统设计与仿真、智能监控、计算机网络、装饰装修施工等领域，尤其涉及无线传感技术、ZigBee协议、嵌入式集成控制系统等相关技术。

技术背景

装饰装修施工现场安全生产关系到每位工人的生命安全和身心健康，关系着企业的兴旺和发达。为了保障施工现场安全生产的顺利进行，必须建立健全安全生产管理责任制，做好工人入场教育和特殊工种培训，进入装饰装修施工现场必须佩戴合格的安全帽，施工现场严禁吸烟，高空作业需系好安全带，严禁攀登起重臂、绳索、脚手架、井架、龙门架和运料的吊笼和吊篮及吊装物上下；作业中严格执行安全技术交底、严禁触摸非本人操作的设备、电闸、闸门、开关，大型机械、塔吊、电梯安装严禁违章作业，施工现场的一切设备、安全设施、严禁随意拆除和移动。

要严格实施以上的安全措施，关键在于监控。目前我国的装饰施工现场安全监控主要靠人工，效率低，易留安全死角。随着传感器技术、通信技术和计算机技术的飞速发展，具有感知、数据处理、远程通信以及远程控制能力的传感器网络也开始应用于装饰装修施工现场安全生产智能监控中，并取得了一定的效果。

但是，这些网络传感器系统都需要专门开发，技术复杂，成本高，使用不够灵活，功能不够全面，不能实现远程监控，并且在恶劣的建筑施工环境中系统的稳定性差，不能长时间稳定工作，无法满足现代建筑施工现场安全生产智能监控的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有装饰装修施工现场安全生产智能控制器中存在的不足，提供一种便携、高效、智能的装饰装修施工现场安全生产智能监控控制器。本发明研究并设计了一个通用的装饰装修施工现场安全生产智能监控平台，用户能通过Internet网络或WiFi实现远程装饰装修施工现场安全生产智能监控。

本控制器设计时把服务器和数据文件合并编译，系统具有健壮性、兼容性和快速性，系统在GoAHeadWebServer的基础上，编写用户应用程序与文件缓冲区接口程序，重新编译生成新的服务器应用程序，系统速度快，占用内存小。具有良好的通用性，用户能够利用该系统快速地组建大型的建筑施工现场安全生产智能监控网络，远程采集建筑施工现场的声音、图像、温度、湿度、转速、位移、光照、压力和电磁波等信息，远程控制多路监控设备，并可以根据要求对I/O端口进行扩展，组成特定用途的建筑施工现场安全生产智能监控网络，实现建筑施工现场的安全监控、事故预警、信息采集、事故取证等功能。

本控制器屏蔽了复杂的底层技术，工作稳定可靠，成本低，使用灵活，操作简单，适应性强，能有效地兼容各种数据采集卡和外部监控设备，有效地实现建筑施工现场安全生产智能监控，实现建筑施工现场安全生产监控的数字化、智能化、系统化和网络化，具有良好的实用性和创新性。

本发明采用的技术方案是：

装饰装修施工现场安全生产智能监控系统控制器包括一套基于Arm芯片的嵌入式主控制板和若干ZigBee网络节点，ZigBee网络节点连接建筑施工现场的信息采集传感器和机电设备控制电路，包括控制器模块、无线通信模块、输入输出模块和ZigBee模块等。系统主机通过ZigBee模块与网络节点建立无线网络连接，采集装饰装修施工现场的环境信息；输入输出模块与控制器模块连接，由控制器模块根据控制指令下发相应的控制命令，控制建筑施工现场的各种安全监控设备，实现装饰装修施工现场的安全生产监控、事故预警、信息采集、事故取证等功能。

系统的外围控制电路包括报警器电路、环境监测传感模块、遥控器电路、通用传感器接口板、云摄像机及视频采集卡等。环境信息采集模块包括安全防护采集传感器、工人安全着装采集传感器、施工工艺流程采集传感器、安全事故隐患成分采集传感器等，用于监控施工现场的各种危险因素；ZigBee网络节点连接有红外安防检测电路，用于检测安全信息并上传到控制器模块。

系统主机模块由32位ARMRISC处理器LPC2210构成，安装在主控制板上，无线通信模块为GPRS模块或3G模块，GPRS模块通过SMS协议实现短信息收发，可以以短信息方式上传建筑施工现场采集到的环境信息。

ZigBee模块采用CC2430控制芯片构成，主机控制器板还包括电源接口，时钟电路、复位电路、存储器电路；同时还包括CF卡接口、LAN接口、Modem接口，PS/2接口，USB接口及LED液晶显示屏等，并可根据需要扩展。

本发明装饰装修施工现场安全生产智能监控系统控制器以高性能嵌入式微处理器为核心，通过无线通信技术、ZigBee技术、微控制技术等实现装饰装修施工现场安全生产、安全事故预防智能监控，能灵活地组成特定用途的装饰施工现场安全生产智能监控网络，屏蔽了复杂的底层技术，使用灵活，操作简单，适应性强，成本低，工作稳定可靠，能有效地实现装饰装修工地安全文明施工现场的安全监控、事故预警、信息采集、事故取证等功能，具有创新性及实用性。

附图说明：

图1是装饰装修施工现场安全生产智能监控系统控制器结构示意图。

图2是本发明装饰装修施工现场安全生产智能监控系统控制器的红外转发电路图。

图3是本发明装饰装修施工现场安全生产智能监控系统控制器的光照检测电路图。

图4是本发明装饰装修施工现场安全生产智能监控系统控制器的环境监测电路图。

图5是本发明装饰装修施工现场安全生产智能监控系统控制器的监控设备控制电路图。

图6是本发明装饰装修施工现场安全生产智能监控系统控制器的安全检测电路图。

图7是本发明装饰装修施工现场安全生产智能监控系统控制器的通用监控设备接口板电路图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述，但不应将此理解为本发明应用的范围仅限于以下的实例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

本发明的装饰装修施工现场安全生产智能监控系统控制器，包括嵌入式主控制板和ZigBee网络节点，ZigBee网络节点连接装饰装修施工现场的信息采集传感器和监控设备控制电路。嵌入式主控制板包括控制器模块、无线通信模块、输入输出模块和ZigBee模块，控制器模块通过ZigBee模块与网络节点建立无线网络连接。装饰装修施工现场信息采集传感器用于采集装饰施工现场的环境信息并传输到控制器模块中，输入输出模块与控制器模块连接，用于传输控制命令到装饰装修施工现场的监控设备，实现装饰装修施工现场的安全生产智能监控。

装饰施工现场监控设备控制电路包括灯光控制电路、机电设备控制电路、监控设备控制电路等；环境信息采集传感器包括温度采集传感器、湿度采集传感器、光照采集传感器等，用于保障现场施工人员的安全；ZigBee网络节点连接有红外安全检测电路，用于检测安防信息并上传到控制器模块。

ZigBee模块采用CC2430芯片构成，CC2430芯片内部集成增强型8051MCU内核、2.4GHz无线收发器、串行通信接口及I/O接口，该模块的串行通信接口1与ARM处理器的UARTO串口相连接实现数据通信，完成定制功能指令。主控制器板还集成有电源接口，时钟电路、复位电路、存储器电路、CF卡接口、LAN接口、Modem接口，PS/2接口，USB接口及LED液晶显示屏，方便升级和二次开发。

下面结合附图说明本发明：

图1是本发明装饰装修施工现场安全生产智能监控系统控制器结构示意图。以ARM控制器加外围电路构建嵌入式主控制板平台，实现系统的调度及控制；GPRS模块通过SMS协议实现短信息收发，接收或发送信息以实现远程无线监控；ZigBee模块构建装饰装修施工现场安全监控的短距离无线通信网络，实现传感器信息、云摄像机信号的接收及远程操控。

图2是本发明装饰装修施工现场安全生产智能监控系统控制器的红外转发电路图。这是一种基于嵌入式芯片的红外遥控转发电路，包括红外信号接收器、红外遥控发送器、接收模块CPU、发射无线网卡等部件，解决了装修施工现场监控设备的遥控问题。红外信号的传送采用调解转发式，先将红外载频信号调解成一组脉冲控制信号，再通过载频信号调制发射出去，因此本电路的抗干扰能力强。

图3是本发明装饰装修施工现场安全生产智能监控系统控制器的光照检测电路图。传感器电路中采用光电转换模块HA2003，调理电路将光照强度转换为0～2V的电压，量程在200～200000Lux之间。电路通过ADCO口与ZigBee节点的I/O(P0.4)连接，进行光照强度的采集，保障装饰施工现场的安全。

图4是本发明装饰装修施工现场安全生产智能监控系统控制器的环境监测电路图。电路的温、湿度采集元件选用DHT21集成模块，该芯片是一个总线数字温湿度传感器，含有已校准数字信号输出，包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，可以与与高性能单片机相连接。该传感器响应快、抗干扰能力强、性价比极高，每个DHT21传感器都在湿度校验箱中进行过精确校准，校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。传感器有单线制串行接口，具有超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，能够应用在环境苛刻的建筑施工现场中。

图5是本发明装饰装修施工现场安全生产智能监控系统控制器的监控设备控制电路图。监控设备控制电路设计多路输入、输出控制电路，使用ZigBee网络节点进行I/O连接，与单片机的P1.1、P1.4、P1.5、P1.6、P1.7引脚相连，采用继电器触点开关控制方式，可用于控制摄像机、传感器、电动机、水泵、阀门等各种监控设备或机电设备。

图6是本发明装饰装修施工现场安全生产智能监控系统控制器的安全检测电路图。该电路利用红外线实现装饰装修施工现场的安全监测，电路采用RE200B型被动式热释电红外传感器，以非接触形式检测装饰装施工现场施工人员的人体红外光波。由于此类型红外传感器直接检测距离小于1米，因此在其上方增加一个菲涅尔透镜聚焦，可使其检测距离达到8米左右。

为了实现传感器输出信号的滤波、放大、比较等功能，采用BIS0001芯片组成前置放大电路。BIS0001芯片内部有2级运算放大器和1个电压比较器，RE200B的S端连接BIS0001的1IN+引脚，作为第一级运放的输入端，检测信号从芯片VO引脚输出，当检测到红外光波时，芯片输出一个持续时间可调的电平信号。

图7装饰装修施工现场安全生产智能监控系统控制器通用监控设备接口板电路图。电路以高速、低功耗的SIM32F103C8为主控芯片，SIM32F103C8是ST公司的RISC内核32位ARM主控制器，工作频率达到72MHZ，通过紧耦合的嵌套矢量中断控制器，能够快速地响应中断事件，工作电压在2.0～3.6之间，能够实现耗电最优化。本电路中PA口和PB口组成接口板的I/O口，能够方便地实现多路外部监控设备的连接。

据此，本发明可以构建一个通用的装饰施工现场安全生产智能监控系统，通过Internet或WiFi实现远程监控、取证等，或者通过Web服务器对相关的外部监控设备、传感器进行控制。系统速度快，体积小，屏蔽了复杂的底层技术，工作稳定可靠，有良好的通用性和兼容性，具有良好的创新性及推广应用价值。

以上所述仅为本发明的一个实例，但并不限于此，凡在本发明的框架、原则之内所作的修改、替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.本发明克服了现有装饰装修施工现场安全生产智能监控系统控制器中存在的不足，提供一种便携、高效、智能的装饰施工现场安全生产智能监控控制器，研究并设计了一个通用的装饰施工现场安全生产智能监控平台，用户能通过Internet网络或WiFi实现远程装修装饰施工现场安全生产智能监控。

2.本控制器主机设计时把服务器和数据文件合并编译，系统具有健壮性、兼容性和快速性，系统在GoAHeadWebServer的基础上，编写用户应用程序与文件缓冲区接口程序，重新编译生成新的服务器应用程序，系统速度快，占用内存小。具有良好的通用性，用户能够利用该系统快速地组建大型的建筑施工现场安全生产智能监控网络，远程采集建筑施工现场的声音、图像、温度、湿度、转速、位移、光照、压力和电磁波等信息，远程控制多路监控设备，并可以根据要求对I/O端口进行扩展，组成特定用途的装饰施工现场安全生产智能监控网络，实现装饰施工现场的安全监控、事故预警、信息采集、事故取证等功能。

3.本控制器主机屏蔽了复杂的底层技术，工作稳定可靠，成本低，使用灵活，操作简单，适应性强，能有效地兼容各种数据采集卡和外部监控设备，有效地实现装饰施工现场安全生产智能监控，实现装饰施工现场安全生产监控的数字化、智能化、系统化和网络化。

4.本控制器主机包含一套基于Arm芯片的嵌入式主控制板和若干ZigBee网络节点，ZigBee网络节点连接装饰施工现场的信息采集传感器和机电设备控制电路，包括控制器模块、无线通信模块、输入输出模块和ZigBee模块等。

5.系统主机通过ZigBee模块与网络节点建立无线网络连接，采集装饰施工现场的环境信息；输入输出模块与控制器模块连接，由控制器模块根据控制指令下发相应的控制命令，控制建筑施工现场的各种安全监控设备，实现装饰施工现场的安全监控、事故预警、信息采集、事故取证等功能。

6.系统的外围控制电路包括报警器电路、环境监测传感模块、遥控器电路、通用传感器接口板、云摄像机及视频采集卡等，环境信息采集模块包括温度采集传感器、湿度采集传感器、光照采集传感器、气体成分采集传感器以及安全生产、事故预防、安全防护等，用于监控施工现场的各种危险因素；ZigBee网络节点连接有红外安防检测电路，用于检测安全信息并上传到控制器模块。

7.系统主机模块由32位ARMRISC处理器LPC2210构成，安装在主控制板上，无线通信模块为GPRS模块或3G模块，GPRS模块通过SMS协议实现短信息收发，可以以短信息方式上传装饰施工现场采集到的环境信息。

8.ZigBee模块采用CC2430控制芯片构成，主机控制器板还包括电源接口，时钟电路、复位电路、存储器电路；同时还包括CF卡接口、LAN接口、Modem接口，PS/2接口，USB接口及LED液晶显示屏等，并可根据需要扩展。