CN109619741A - 智能安全帽 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能安全帽，包括帽壳和安全气囊控制系统，所述安全气囊控制系统包括设置于所述帽壳内的气囊层(2)、碰撞传感器、电阻应变式传感器、气体发生器和微处理器，所述碰撞传感器的信号输出端与所述电阻应变式传感器的信号输入端连接，所述电阻应变式传感器的信号输出端与所述微处理器的信号输入端连接，所述微处理器的信号输出端连接至所述气体发生器，所述气体发生器产生的气体通入所述气囊层(2)。该智能安全帽利用安全气囊控制系统感知重物打击，并结合气囊层向外膨胀起到缓冲作用，与物体撞击的冲击力相抵抗，减缓了部分冲击，提高了安全帽的抵抗伤害能力，保护了佩戴者头部及颈部安全。

Description

智能安全帽

技术领域

本发明涉及一种智能安全帽。

背景技术

随着时代的发展，我国工程建设迅猛发展，取得了显著的成果。但由于施工建设是一个复杂的人机系统，施工人员分布范围广，重机械繁多，环境因素错综复杂，存在许多潜在不良因素对员工生命造成了威胁。据统计，工程建设最常见的五大事故为，物体打击，高处坠落，机械伤害，触电，坍塌，其中物体打击，高处坠落这两类事故发生最多，占总事故99％以上。究其原因，一是缺乏完善的安全管理机制，二是没有使用有效的防护工具。据不完全统计，我国各个行业每年安全帽的使用量在5000万只以上，其中大部分是采用普通安全帽，智能安全帽还未在工程行业中普及。安全帽作为建筑工程的主要防护工具，目前功能单一，防护能力低，在面对重物打击，高处坠落等伤害事故的发生，抵抗伤害能力弱，造成员工伤亡。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的问题，本发明的目的在于提供一种抵抗伤害能力强的智能安全帽。

为实现本发明目的，在此所提供智能安全帽包括帽壳和安全气囊控制系统，所述安全气囊控制系统包括设置于所述帽壳内的气囊层、碰撞传感器、电阻应变式传感器、气体发生器和微处理器，所述碰撞传感器的信号输出端与所述电阻应变式传感器的信号输入端连接，所述电阻应变式传感器的信号输出端与所述微处理器的信号输入端连接，所述微处理器的信号输出端连接至所述气体发生器，所述气体发生器产生的气体通入所述气囊层。

进一步的，所述安全气囊控制系统还包括防护传感器，所述防护传感器的信号输出端连接所述电阻应变式传感器的信号输入端。

进一步的，还包括报警模块。

进一步的，所述帽壳包括模盖层和内衬，所述气囊层设置于所述模盖层和所述内衬之间。帽壳设有三层，模盖层，既可抵挡轻微的物体碰撞，又可保护气囊层免受损伤，内衬为防冲击内衬层，减缓了冲击对人的伤害。

进一步的，还包括防护镜。保护了眼睛免受有害因素的损伤。

进一步的，还包括由头围带、后头戴、头托和头箍构成帽衬。

进一步的，还包括固定于所述头围带周边的帽带和设置于帽壳边缘的帽舌。通过帽舌有效地减轻了雨水对佩戴者的面部造成的影响。

进一步的，还包括设置于帽衬内与佩戴者额头接触处的汗带。能够有效地对佩戴者所产生的汗水进行吸收，保证了佩戴者的舒适度。

本发明的有益效果是：该智能安全帽利用安全气囊控制系统感知重物打击，并结合气囊层向外膨胀起到缓冲作用，与物体撞击的冲击力相抵抗，减缓了部分冲击，提高了安全帽的抵抗伤害能力，保护了佩戴者头部及颈部安全。

通过防护传感器的目的是防止碰撞传感器意外短路而造成防误膨开，因为在不设置碰撞防护传感器的情况下，当监测碰撞传感器时，如果不恰将其信号输出端子端路使点火器那电路接通，那么气囊就会引爆充气膨开。

利用报警模块可以在发生事故时实现报警，促使附近员工撤离，大大提高了人员的逃生率，同时受伤人员可通过报警模块向他人呼救，及时进行救援。

附图说明

图1为本发明所提供的安全帽的结构示意图；

图2为本发明所提供的安全帽的外形图；

图3为本发明所记载的声光预警电路的电路原理图；

图4为本发明所记载的报警模块的第二种实施方式的电路原理图；

图中：1-模盖层，2-气囊层，3-内衬，4-蓄电池，5-围边，6-头围带，7-后头戴，8-预警装置，9-开关，10-帽带，11-帽舌，12-汗带，13-防护镜，14头托，15-头箍。

具体实施方式

在此结合附图和具体实施例对本申请所要求保护的技术方案作进一步详细的说明。

如图1和图2所示，本发明提供的智能安全帽包括了帽壳和安全气囊控制系统，其中，帽壳可以为一层，也可以为两层或两层以上，在此本发明的帽壳包括了由外之内依次设置的模盖层1和用于吸收冲击的内衬3，其中模盖层1作为最外层，既可抵挡轻微的物体碰撞，又可以保护位于中间的气囊层2；帽壳的下端周边设有围边5。

其中，安全气囊控制系统包括贴靠于帽壳内壁设置的气囊层2、碰撞传感器、电阻应变式传感器、气体发生器和微处理器，气囊层2具体设置于模盖层1和内衬3之间，气囊层2和模盖层1及内衬3之间可以贴靠设置，但最好存在空隙，当发生剧烈碰撞时，能够有空间使气囊层2膨胀，保护佩戴者的头部。碰撞传感器的信号输出端与电阻应变式传感器的信号输入端连接，电阻应变式传感器的信号输出端与微处理器的信号输入端连接，微处理器的信号输出端连接至气体发生器，气体发生器产生的气体通入气囊层2使气囊层2膨胀。

碰撞传感器用于检测物体碰撞安全帽的碰撞强度信号，并输入电阻应变式传感器，电阻应变式传感器测量冲击力的大小，电阻应变式传感器由弹性敏感元件和电阻应变片组成，当弹性敏感元件受到被测量作用时,将产生位移、应力和应变,则粘贴在弹性敏感元件上的电阻应变片将应变转换成电阻的变化，故通过测量电阻应变片的电阻值变化,即可确定冲击力的大小；电阻应变式传感器将测量获得的冲击力大小输入微处理器，当冲力大小超过一定值时，微处理器输出控制信号加载于气体发生器使其产生气体并通过气囊层2使气囊层2膨胀保护佩戴者的头部。

本发明所记载的气体发生器的功能是使气囊在瞬间膨胀，通常在1/100s-1/20s之间使气体发生。可以采用固体推进剂式、高压储气式及混合式气体发生器三种型式。本申请在此采用混合式气体发生器，其综合利用了固体推进剂式和高压储气式两种气体发生器的工作特点，高压储气式发生器的盖板被破坏的同时，置于容器内的少量火药或推进剂立即燃烧产生气体，使混合气体的温度上升，从而可防止气体比容的下降。气体发生器有叠氮化钠NaN3或硝酸铵NHNO3等物质。当微处理器输出控制信号时，这些物质会迅速发生分解反应，产生大量气体并通过管道或直接将气体发生器的气体输出与气囊层2连通，使气体发生器产生的大量气体充满气囊。叠氮化钠分解产生氮气和固态钠。硝酸铵分解产生大量的一氧化二氮N2O气体和水蒸气，DBA峰值压力为190kPA左右PAB峰值压力为380kPA左右。

本发明所记载的碰撞传感器、电阻应变式传感器、气体发生器可以设置于帽壳上任何位置，如安装于模盖层1内壁上。

在此，所记载的气囊层2能够吸收冲力，可以采用任何一种材质制成，如用质量轻、强度高的尼龙布制成，为了防止漏气，气囊层2的内壁上涂覆有氯丁橡胶作涂层。

所记载的微处理器可以采用现有的任何一种能够存储计算机程序的单片机、MCU，如单片机AT89C52及其外围电路构成，程序员编写好计算程序调试完成后经程序烧写端口写入单片机进行存储，上电后即可运行。

为了防止碰撞传感器意外短路而造成防误膨开，本发明所提供的安全帽还包括防护传感器，防护传感器的信号输出端连接电阻应变式传感器的信号输入端。

为了能够在发生意外时及时进行报警，以便及时救助，本发明所提供的安全帽还包括报警模块8，该预警装置8可以是声光预警电路，其电路结构如图3所示，包括了语音芯片ISD2560、逻辑门芯片U8A4071B、逻辑门芯片U8B4071B、反相器DM74LS14、发光二极管D2、扬声器以及麦克风，语音芯片ISD2560的自动增益控制端分别通过电阻R7和电容C13接安全帽的绝缘外壳，附图3中的“外壳”字样表示安装帽的绝缘外壳，即安全帽的模盖层的内侧。语音芯片ISD2560的模拟信号的输入和输出端之间串联有电容C12和电阻R8，语音芯片ISD2560的P/R引脚和XCLK引脚之间连接有电解电容C9、电容C10和电容C11，电解电容C9、电容C10和电容C11三者并联连接，电路电源VCC加载于电解电容C9的正极；发光二极管D2和麦克风分别连接于语音芯片ISD2560的麦克风输入端和麦克风补偿端之间，逻辑门芯片U8A4071B的输出端、逻辑门芯片U8B4071B的输出端和反相器DM74LS14的输出端分别连接语音芯片ISD2560的信号输入端，扬声器连接语音芯片ISD2560的信号输出端。

语音芯片ISD2560中VCCA、VCCD为语音芯片的电源接入端；VSSD和VSSA接地线，由于芯片内部使用不同的模拟和数字地线，因此这两脚最好通过低阻抗通路接到外部绝缘部分；PD是芯片的节点部分，可使芯片停止工作状态进入节电状态；CE是片选，保证在低电平时也能进行语音操作；OVF是溢出标志表示芯片存储空间不足，也可以用于级连多个语音芯片来延长放音时间；SP+、SP-是扬声器输出端；XCLK是外部时钟，不用时应接地；A0～A8代表地址端。

其中，逻辑门表示电路的逻辑关系，执行电路的逻辑运算，逻辑门芯片U8A4071B与U8A4071B都是与门，逻辑门芯片U8A4071B与ISD2560语音芯片的PD部分相接，当PD输入端输入高电平(即逻辑2)代表正常工作，低电平(即逻辑1)代表停止工作状态，进入节电状态。逻辑门芯片U8B4071B与ISD2560语音芯片的CE部分相接,当CE输入端输入高电平(即逻辑5)代表正常工作，低电平(即逻辑4)代表低电平时的工作状态，进入省电状态。DM74LS14是非门，也称反相器，与最高位地址A8,A9相接，当A8、A9都是高电平时DM74LS14反相输出低电平，当A8、A9有一低电平时DM74LS14反相输出高电平。逻辑门都是通过控制高低平来掌握逻辑运算，因此都是加载的电平信号。

当出现重物跌漏砸到安全帽上时，声光预警电路中的发光二极光D2发光并通过扬声器发出报警声音，佩戴者也可以通过麦克风输入语音信号使发光二极光D2发光以及扬声器发出报警声音。

此外，本发明所记载的报警模块8的电路结构还可以如图4所示，包括了触发电路、振荡器，触发电路由电阻器R3、触发按钮S1和晶闸管VT组成；振荡器由时基集成电路IC、电阻器RI、R2、电容器CI、C2和扬声器BL组成。在未按动触发按钮S1时，晶闸管VT处于截止状态，振荡器不工作，扬声器BL不发声。当病人按动S1后，+9V电压经S2、R3和S1加至VT的门极上，使VT受触发而导通，振荡器通电工作，从IC的3脚输出频率为1kHz左右的振荡信号，驱动扬声器BL发出刺耳的高频报警声。

为了实现定位，本发明所记载的报警模块8还包括射频模块，在报警模块8中增设射频模块，既能提醒他人有伤害发生，进行呼救，又能自己报警，远程呼救，且既可定位又能打卡考勤。该射频模块包括设置于内衬3中的电子天线和读写器，电子标签由芯片及天线组成，附着在帽壳上标识目标对象，每个电子标签具有唯一的电子编码，存储着被识别安全帽的相关信息。

其中，读写器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当电子标签进入读写器天线的工作区时，电子标签天线产生足够的感应电流，电子标签获得能量被激活；电子标签将自身信息通过内置天线发送出去；读写器天线接收到从电子标签发送来的载波信号；读写器天线将载波信号传送到读写器；读写器对接收信号进行解调和解码，然后送到地面监控中心CMC。地面监控中心CMC任务可由一台多功能计算机并配有相应数据库管理软件完成，通过CMC可以定位佩戴者的具体位置，从而实现了定位。

此外，本发明所提供的还包括安装于安全帽前檐的防护镜13，该防护镜13可以是防尘眼镜、防冲击眼镜、防化学眼镜或防光辐射眼镜。

为了便于佩戴，该安全帽还包括由头围带6、后头戴7、头托14和头箍15构成帽衬。帽衬顶端与帽壳顶内面距离在25～50mm之间；帽衬与帽壳内每一侧面的水平距离在5～20mm之间。其中，头箍15上装有透气的棉质材质，吸汗透气，增强舒适性。

本发明所提供的安全帽还包括固定于头围带6周边的帽带10和设置于帽壳边缘的帽舌11，帽舌11为10～70mm。

此外，本发明所提供的安全帽还包括设置于帽衬内与佩戴者额头接触处的汗带12。

在此，安全帽的后部则装有蓄电池4，为这些装备提供能量。为了实现手动开启气囊层，在此在帽壳上还设置有开关9，开关9连接于微处理器信号输入端和电源之间，当开关9被按下时，高电平输入微处理器，微处理器此时输出信号使气体发生器产生气体使气囊层2膨胀。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的修改或等同替换，只要不脱离本发明的技术方案的精神和范围，均涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (9)

1.智能安全帽，其特征在于：该安全帽包括帽壳和安全气囊控制系统，所述安全气囊控制系统包括设置于所述帽壳内的气囊层(2)、传感器、气体发生器和微处理器，所述碰撞传感器的信号输出端与所述电阻应变式传感器的信号输入端连接，所述电阻应变式传感器的信号输出端碰撞传感器、电阻应变式与所述微处理器的信号输入端连接，所述微处理器的信号输出端连接至所述气体发生器，所述气体发生器产生的气体通入所述气囊层(2)。

2.根据权利要求1所述的智能安全帽，其特征在于：所述安全气囊控制系统还包括防护传感器，所述防护传感器的信号输出端连接所述电阻应变式传感器的信号输入端。

3.根据权利要求1所述的智能安全帽，其特征在于：还包括报警模块(8)。

4.根据权利要求1所述的智能安全帽，其特征在于：所述帽壳包括模盖层(1)和内衬(3)，所述气囊层(2)设置于所述模盖层(1)和所述内衬(3)之间。

5.根据权利要求1所述的智能安全帽，其特征在于：还包括防护镜(13)。

6.根据权利要求1所述的智能安全帽，其特征在于：还包括由头围带(6)、后头戴(7)、头托(14)和头箍(15)构成帽衬。

7.根据权利要求6所述的智能安全帽，其特征在于：还包括固定于所述头围带(6)周边的帽带(10)和设置于帽壳边缘的帽舌(11)。

8.根据权利要求6所述的智能安全帽，其特征在于：还包括设置于帽衬内与佩戴者额头接触处的汗带(12)。

9.根据权利要求1所述的智能安全帽，其特征在于：还包括设置于帽壳内与佩戴者额头接触处的汗带(12)。