CN107025762A - 带电作业人员安全预警装置及预警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带电作业人员安全预警装置，包括电源模块、传感器模块、控制器模块、通信模块和报警模块；电源模块供电；传感器模块获取带电作业人员的数据信息并上传控制器模块；控制器模块根据数据信息进行安全预警，并通过报警模块进行报警，同时将所述预警装置的工作参数和信息通过通信模块对外发送或者通信模块接收外部设备对预警装置发送的控制信息并传送给控制器模块。本发明还跟公开了所述带电作业人员安全预警装置的预警方法，包括获取带电作业人员正常状态和带电作业时的生理信息数据；计算安全预警值；根据安全预警值预警。本发明能够在带电作业期间有效进行安全预警，指导劳动工作者的安全生产，保证带电作业环境中工人的生命安全。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种带电作业人员安全预警装置及预警方法。
背景技术
随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们生产和生活中必不可少的二次能源，在生产和生活中发挥了巨大的作用。因此，电能的安全可靠输送一直是电网系统的最核心任务之一。停电时间是衡量电网性能的重要指标之一，而为了最大限度的减少停电时间，保障电能的正常供应，电网的带电作业应运而生。
目前，我国电网带电作业时，带电作业工人都是身穿非常厚重的屏蔽服进行带电作业。工人身穿屏蔽服带电作业时由于代谢量增加，出汗量增加，屏蔽服内的温度和湿度都会发生改变，人体将产生一系列的生理反应：心率加快，核心温度升高，皮肤温度升高，汗液代谢量增大。这种状态易使工人们感到疲劳、乏力、意识模糊，很难集中精力认真工作，容易疏忽安全问题，从而增加工作现场事故发生的概率。严重时将导致热疾病的发生，甚至死亡。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种能够在带电作业期间有效进行安全预警的带电作业人员安全预警装置。
本发明的目的之二在于提供一种所述带电作业人员安全预警装置所采用的预警方法。
本发明提供的这种带电作业人员安全预警装置，包括电源模块、传感器模块、控制器模块、通信模块和报警模块；电源模块给所述带电作业人员安全预警装置供电；传感器模块用于获取带电作业人员的数据信息并上传至控制器模块；控制器模块用于根据上传的带电作业人员数据信息进行安全预警，并将预警信息通过报警模块进行报警，同时将所述带电作业人员安全预警装置的工作参数和预警信息通过通信模块对外进行发送；此外，通信模块还用于接收外部设备对所述带电作业人员安全预警装置发送的控制信息，并将接收的控制信息传送给控制器模块。
所述的电源模块包括电池、电量检测电路、稳压电路和电池保护电路；电池通过电池保护电路对外提供电池电源信号；电池电源信号通过稳压电路稳压后为所述带电作业人员安全预警装置供电；电量检测电路则与电池电源信号连接并检测电池电源信号的电压信息，并将检测到的电压信息上传控制器模块；稳压电路用于将电池输出的电信号进行稳压后再对外供电；电池保护电路用于对电池进行保护。
所述的传感器模块包括体表温湿度传感器、皮肤温度传感器和心率传感器；体表温湿度传感器用于测量带电作业人员的体表温度和湿度信息，并将检测到的信息上传控制器模块；皮肤温度传感器用于检测带电作业人员的皮肤温度，并将检测到的信息上传控制器模块；心率传感器用于检测带电作业人员的心率信息，并将检测到的信息上传控制器模块。
所述的控制器模块为由单片机或DSP构成的控制器电路。
所述的通信模块为3G无线通信模块、4G无线通信模块或WIFI无线通信模块。
所述的报警模块包括若干个报警指示灯、报警器和振动马达电路；所述报警指示灯、报警器和振动马达电路均与控制器模块连接，并接收控制器模块发出的驱动信号并报警。
本发明还提供了所述带电作业人员安全预警装置的预警方法，包括如下步骤：
S1.获取带电作业人员在正常状态下的生理信息数据，并实时获取带电作业人员在穿着屏蔽服进行带电作业时的生理信息数据；
S2.根据步骤S1得到的正常状态下和带电作业时的生理信息数据，实时计算带电作业人员在带电作业时的安全预警值；
S3.将步骤S2得到的安全预警值与事先设定的安全阈值进行比较，并在安全预警值超出安全阈值时进行报警，从而实现带电作业人员的安全预警。
步骤S1所述的获取正常状态下和带电作业时的生理信息数据，具体包括皮肤温度，心率值，体表温度和体表湿度；所述心率值为每10s采集一次。
步骤S2所述的实时计算带电作业人员在带电作业时的安全预警值，具体为采用如下步骤进行计算：
A.采用如下公式计算带单作业人员的RMSSD值：
式中X1,X2,…Xi,…,Xn为采集到的心率值；
B.采用如下公式计算带电作业人员的安全预警值SWI：
式中Tsi为实时采集到的带电作业人员在穿着屏蔽服进行带电作业时的皮肤温度，Ts0为带电作业人员在正常状态下的皮肤温度，HRi为实时采集到的带电作业人员在穿着屏蔽服进行带电作业时的心率值，HR0为实时采集到的带电作业人员在正常状态下的心率值，Ta为实时采集到的带电作业人员在穿着屏蔽服进行带电作业时的体表温度；RH为实时采集到的带电作业人员在穿着屏蔽服进行带电作业时的体表湿度。
步骤S3所述的实现带电作业人员的安全预警，具体为采用如下规则进行带电作业人员带电作业安全预警：
若SWI＞8或者RMSSD＞0.051，则认定为C3级报警状态，强制带电作业人员进行休息；
若7＜SWI≤8且RMSSD≤0.051，则认定为C2级报警状态，提醒带电作业人员应进行适当的休息；
若6＜SWI≤7且RMSSD≤0.051，则认定为C1级报警状态，提醒带电作业人员应合理调整工作时间；
若SWI≤6且RMSSD≤0.051，则认定为正常状态。
本发明提供的这种带电作业人员安全预警装置及预警方法，基于精确可靠的传感器及相应的电路获取人体各项体征参数，并提出一种预警指标并制定出合理的安全阈值来评价劳动者的即时状态，同时监测人体的心率变异性，能够在带电作业期间有效进行安全预警，指导劳动工作者的安全生产，保证带电作业环境中工人的生命安全。
附图说明
图1为本发明装置的功能模块图。
图2为本发明装置的心率传感器及其附属电路的电路原理图。
图3为本发明装置的振动马达电路的电路原理图。
图4为本发明装置的电源模块的电路原理图。
图5为本发明方法的方法流程图。
具体实施方式
如图1所示为本发明装置的功能模块图：本发明提供的这种带电作业人员安全预警装置，包括电源模块、传感器模块、控制器模块、通信模块和报警模块；电源模块给所述带电作业人员安全预警装置供电；传感器模块用于获取带电作业人员的数据信息并上传至控制器模块；控制器模块用于根据上传的带电作业人员数据信息进行安全预警，并将预警信息通过报警模块进行报警，同时将所述带电作业人员安全预警装置的工作参数和预警信息通过通信模块对外进行发送；此外，通信模块还用于接收外部设备对所述带电作业人员安全预警装置发送的控制信息，并将接收的控制信息传送给控制器模块。电源模块包括电池、电量检测电路、稳压电路和电池保护电路电池通过电池保护电路对外提供电池电源信号；电池电源信号通过稳压电路稳压后为所述带电作业人员安全预警装置供电；电量检测电路则与电池电源信号连接并检测电池电源信号的电压信息，并将检测到的电压信息上传控制器模块，稳压电路用于将电池输出的电信号进行稳压后再对外供电；电池保护电路用于对电池进行保护；传感器模块包括体表温湿度传感器、皮肤温度传感器和心率传感器；体表温湿度传感器用于测量带电作业人员的体表温度和湿度信息，并将检测到的信息上传控制器模块；皮肤温度传感器用于检测带电作业人员的皮肤温度，并将检测到的信息上传控制器模块；心率传感器用于检测带电作业人员的心率信息，并将检测到的信息上传控制器模块；控制器模块为由单片机或DSP构成的控制器电路；通信模块为3G无线通信模块、4G无线通信模块或WIFI无线通信模块；报警模块包括若干个报警指示灯、报警器和振动马达电路；所述报警指示灯、报警器和振动马达电路均与控制器模块连接，并接收控制器模块发出的驱动信号并报警。
如图2所示为本发明装置的心率传感器及其附属电路的电路原理图：心率传感器采用型号为BMD101的传感器芯片；芯片的2脚和3脚均通过保护二极管D1和D2连接模拟地信号AGND；芯片的4脚和5脚为发送和接收引脚，均与控制器模块连接；芯片的7脚直接普通地信号GND，芯片的8脚为电源引脚，直接与电源连接，同时也通过滤波电容C1接普通地信号。
如图3所示为本发明装置的振动马达电路的电路原理图：振动马达电路为报警模块的一部分，振动马达电路的驱动电路包括下拉电阻R15和驱动开关管Q1；驱动开关管Q1的控制端直接与控制器连接，同时也通过下拉电阻接地；当需要开启振动马达报警时，控制器将控制信号(图中MOTOR信号)置位高电平，此时开关管打开，振动马达通电运行，从而开启振动报警。下拉电阻R15为保证驱动开关管的控制端在没有控制信号时为低电平。
如图4所示为本发明装置的电源模块的电路原理图：电源模块包括电池、电量检测电路、稳压电路和电池保护电路；电量检测电路采用常用的电压采样电路进行电量检测，图中的电阻R2和R3为电压采样电阻，其采样电池的输出电压信号，采用电阻串联分压的方式进行电压采样检测，并将采样的信号输入控制器模块即可。芯片U5的型号为S-8211CCU-I6T1U，其为专用的电池保护芯片；芯片U6的型号为WNMD2162-8_TR，其为集成的开关管芯片；芯片U5的电源正引脚5脚通过上拉电阻R24连接电池的输出正极，U5的电源负引脚4脚则直接连接电池的输出负极，同时还与芯片U6的3脚连接；芯片U5的2脚连接芯片U6的2脚，芯片U6的5～8脚全部短接；在正常充电状态下，芯片U5的2脚、3脚都会输出高电平，此时芯片U6的1脚和3脚被短接到一起，系统的地与电池的负极相连，电池处于正常供电状态；一旦电池的电压过高、过低或系统电流过载时，芯片U5的2脚或者3脚就会输出低电平，那么电池的负极就与系统的地线断开，从而对电池实现了有效保护。此外，电池的输出正极还直接连接LDO芯片U2，其型号为TPS62260，电池输出正极连接芯片的5脚，芯片的6脚接地，芯片的4脚为使能引脚直接连接电源正极，芯片的3脚为反馈引脚，其通过采样电阻R9和R10对输出电压进行采样，并将采样信号输入芯片；芯片的2脚直接接地，芯片的1脚为输出引脚，通过电感L1、L2和电容C18滤波后输出稳定的2.8V电能。
如图5所示为本发明方法的方法流程图：本发明提供的这种所述带电作业人员安全预警装置的预警方法，包括如下步骤：
S1.获取带电作业人员在正常状态下的生理信息数据，并实时获取带电作业人员在穿着屏蔽服进行带电作业时的生理信息数据；具体包括皮肤温度，心率值，体表温度和体表湿度；所述心率值为每10s采集一次；
S2.根据步骤S1得到的正常状态下和带电作业时的生理信息数据，采用如下步骤实时计算带电作业人员在带电作业时的安全预警值：
A.采用如下公式计算带单作业人员的RMSSD值：
式中X1,X2,…Xi,…,Xn为采集到的心率值；
B.采用如下公式计算带电作业人员的安全预警值SWI：
式中Tsi为实时采集到的带电作业人员在穿着屏蔽服进行带电作业时的皮肤温度，Ts0为带电作业人员在正常状态下的皮肤温度，HRi为实时采集到的带电作业人员在穿着屏蔽服进行带电作业时的心率值，HR0为实时采集到的带电作业人员在正常状态下的心率值，Ta为实时采集到的带电作业人员在穿着屏蔽服进行带电作业时的体表温度；RH为实时采集到的带电作业人员在穿着屏蔽服进行带电作业时的体表湿度；
S3.将步骤S2得到的安全预警值与事先设定的安全阈值进行比较，并在安全预警值超出安全阈值时进行报警，从而实现带电作业人员的安全预警；具体为采用如下规则进行带电作业人员带电作业安全预警：
若SWI＞8或者RMSSD＞0.051，则认定为C3级报警状态，强制带电作业人员进行休息；
若7＜SWI≤8且RMSSD≤0.051，则认定为C2级报警状态，提醒带电作业人员应进行适当的休息；
若6＜SWI≤7且RMSSD≤0.051，则认定为C1级报警状态，提醒带电作业人员应合理调整工作时间；
若SWI≤6且RMSSD≤0.051，则认定为正常状态。
Claims (10)
1.一种带电作业人员安全预警装置，其特征在于包括电源模块、传感器模块、控制器模块、通信模块和报警模块；电源模块给所述带电作业人员安全预警装置供电；传感器模块用于获取带电作业人员的数据信息并上传至控制器模块；控制器模块用于根据上传的带电作业人员数据信息进行安全预警，并将预警信息通过报警模块进行报警，同时将所述带电作业人员安全预警装置的工作参数和预警信息通过通信模块对外进行发送；此外，通信模块还用于接收外部设备对所述带电作业人员安全预警装置发送的控制信息，并将接收的控制信息传送给控制器模块。
2.根据权利要求1所述的带电作业人员安全预警装置，其特征在于所述的控制器模块为由单片机或DSP构成的控制器电路。
3.根据权利要求1所述的带电作业人员安全预警装置，其特征在于所述的通信模块为3G无线通信模块、4G无线通信模块或WIFI无线通信模块。
4.根据权利要求1～3之一所述的带电作业人员安全预警装置，其特征在于所述的电源模块包括电池、电量检测电路、稳压电路和电池保护电路；电池通过电池保护电路对外提供电池电源信号；电池电源信号通过稳压电路稳压后为所述带电作业人员安全预警装置供电；电量检测电路则与电池电源信号连接并检测电池电源信号的电压信息，并将检测到的电压信息上传控制器模块；稳压电路用于将电池输出的电信号进行稳压后再对外供电；电池保护电路用于对电池进行保护。
5.根据权利要求1～3之一所述的带电作业人员安全预警装置，其特征在于所述的传感器模块包括体表温湿度传感器、皮肤温度传感器和心率传感器；体表温湿度传感器用于测量带电作业人员的体表温度和湿度信息，并将检测到的信息上传控制器模块；皮肤温度传感器用于检测带电作业人员的皮肤温度，并将检测到的信息上传控制器模块；心率传感器用于检测带电作业人员的心率信息，并将检测到的信息上传控制器模块。
6.根据权利要求1～3之一所述的带电作业人员安全预警装置，其特征在于所述的报警模块包括若干个报警指示灯、报警器和振动马达电路；所述报警指示灯、报警器和振动马达电路均与控制器模块连接，并接收控制器模块发出的驱动信号并报警。
7.一种权利要求1～6之一所述带电作业人员安全预警装置的预警方法，包括如下步骤：
S1.获取带电作业人员在正常状态下的生理信息数据，并实时获取带电作业人员在穿着屏蔽服进行带电作业时的生理信息数据；
S2.根据步骤S1得到的正常状态下和带电作业时的生理信息数据，实时计算带电作业人员在带电作业时的安全预警值；
S3.将步骤S2得到的安全预警值与事先设定的安全阈值进行比较，并在安全预警值超出安全阈值时进行报警，从而实现带电作业人员的安全预警。
8.根据权利要求7所述的预警方法，其特征在于步骤S1所述的获取正常状态下和带电作业时的生理信息数据，具体包括皮肤温度，心率值，体表温度和体表湿度；所述心率值为每10s采集一次。
9.根据权利要求8所述的预警方法，其特征在于步骤S2所述的实时计算带电作业人员在带电作业时的安全预警值，具体为采用如下步骤进行计算：
A.采用如下公式计算带单作业人员的RMSSD值：
式中X1,X2,…Xi,…,Xn为采集到的心率值；
B.采用如下公式计算带电作业人员的安全预警值SWI：
式中Tsi为实时采集到的带电作业人员在穿着屏蔽服进行带电作业时的皮肤温度，Ts0为带电作业人员在正常状态下的皮肤温度，HRi为实时采集到的带电作业人员在穿着屏蔽服进行带电作业时的心率值，HR0为实时采集到的带电作业人员在正常状态下的心率值，Ta为实时采集到的带电作业人员在穿着屏蔽服进行带电作业时的体表温度；RH为实时采集到的带电作业人员在穿着屏蔽服进行带电作业时的体表湿度。
10.根据权利要求9所述的预警方法，其特征在于步骤S3所述的实现带电作业人员的安全预警，具体为采用如下规则进行带电作业人员带电作业安全预警：
若SWI＞8或者RMSSD＞0.051，则认定为C3级报警状态，强制带电作业人员进行休息；
若7＜SWI≤8且RMSSD≤0.051，则认定为C2级报警状态，提醒带电作业人员应进行适当的休息；
若6＜SWI≤7且RMSSD≤0.051，则认定为C1级报警状态，提醒带电作业人员应合理调整工作时间；
若SWI≤6且RMSSD≤0.051，则认定为正常状态。
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