CN110237452A - 一种具有定位和呼救功能的安全带控制盒和一种智能安全带 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有定位和呼救功能的安全带控制盒和一种智能安全带，属于建筑施工技术领域，包括核心处理器、电池和充电管理电路、无线数据通信电路、GPS定位与呼救信号传送电路、安全带卡扣状态检测电路和挂钩检测电路、以及声音报警电路，核心处理器用于采集安装于安全带上的压电传感器参数，根据数据分析识别人员穿戴情况，在有人穿戴的情况下，采集安全带卡扣和安全绳挂钩的状态，并将状态按照协议格式以消息的形式通过无线数据通信电路发送给云端服务器；电池和充电管理电路用于实现内部供电电压输出，分别为核心处理器及各电路提供稳压供电。本发明通过对安全带使用的监控，为现场施工人员的安全生产和操作提供数据监督和有效管理。
Description
技术领域
本发明涉及建筑施工技术领域，具体地说是一种具有定位和呼救功能的安全带控制盒和一种智能安全带。
背景技术
目前建筑施工行业尤其是登高作业的施工过程，屡次发生因为没有正确使用安全带而导致的危机施工人员的安全事故的情况，建筑施工(或其他需要佩戴安全带的作业场景)过程，对于登高作业人员使用安全带的要求，大部分停留在人工互相监督的阶段，通过管理人员现场人工检查，确定安全带的正确使用；人工检查相互监督并不能准确判断安全带时刻正确佩戴，以及卡扣是否锁紧到位，给施工人员的高空施工带来安全隐患。
目前为数不多的智能安全带监测装置大多采用机械监测装置，体积大，耗电量高，不具备无线数据云端通信的功能，同时，一键呼救产品不能与智能安全带监控装置集成在一起，导致安全带佩戴状态监控仅仅停留在本地监控，即便事故发生，也不能将位置信息实时共享给监控平台，导致救援无从开展，浪费了宝贵的救援时间。
发明内容
本发明的技术任务是针对以上不足之处，提供一种具有定位和呼救功能的安全带控制盒和一种智能安全带，判断使用人员是否正确佩戴，并将实时的位置信息发送给监控后台，为现场施工人员的安全生产和操作提供数据监督和有效管理。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种具有定位和呼救功能的安全带控制盒，包括核心处理器、电池和充电管理电路、无线数据通信电路、GPS定位与呼救信号传送电路、安全带卡扣状态检测电路和挂钩检测电路、以及声音报警电路，
核心处理器用于采集安装于安全带上的压电传感器参数，根据数据分析识别人员穿戴情况，在有人穿戴的情况下，采集安全带卡扣和安全绳挂钩的状态，并将状态按照协议格式以消息的形式通过无线数据通信电路发送给云端服务器；
电池和充电管理电路用于实现内部供电电压输出，分别为核心处理器及各电路提供稳压供电；
GPS定位与呼救信号传送电路按照设定的时间间隔，将位置信息以经纬度的形式上传至远端服务器。
通过传感技术，识别是否有人佩戴安全带，对佩戴安全带的人员进行安全带状态识别；识别到人员穿戴安全带后，进行安全带卡扣锁紧状态判断，并将扣紧状态字通过无线通信数据链路上传云端服务器；进行安全带的安全绳挂钩状态采集，判断挂钩状态是否挂好，并将挂钩状态信息通过无线通信数据链路上传云端服务器；间隔一定的时间采集一次安全带佩戴人员的位置信息，并将信息通过无线通信数据链路上传云端服务器。
声音报警电路连接有蜂鸣器，并与安全带卡扣状态检测电路和挂钩检测电路相连。当安全带卡扣与挂钩松脱时，蜂鸣器鸣响，对施工人员进行预警。
优选的，采用ARM芯片作为核心处理器，采用低功耗STM32L073CZ型ARM芯片可以大大降低设备运行过程和待机状态下的功耗。核心处理器配置有系统时钟；配合系统时钟，核心处理器按照设定的时序及采集周期采集安全带上的压电传感器参数，根据数据分析识别人员穿戴情况，在有人穿戴的情况下，按照设定的采集周期采集安全带卡扣和安全绳挂钩的状态。
优选的，该安全带控制盒设置有一键呼救，核心处理器采集一键呼救按键状态，生成呼救信息状态字，与安全带卡扣和安全绳挂钩状态一起打包组帧发送给云端服务器。当发生危险或危及施工人员安全的事故时，按下一键呼救按键，可以通知项目管理人员，第一时间组织营救工作。
优选的，设定采集安全带卡扣和安全绳挂钩状态的采集周期为5s。
进一步的，核心处理器采集电池电量，根据低电量阈值进行电量报警，提示充电。
优选的，所述电池和充电管理电路配置有可关断电压变换电路芯片及可关断电源转换芯片。通过DC/DC电源变化，实现内部5V和3.3V供电电压输出，分别为GPR、GPS和ARM芯片提供稳压供电，同时由于配置了可关断电源转换芯片，可在通信间歇关断负载供电电源，降低设备整体功耗，实现低功耗电源管理。
优选的，无线数据通信电路为GPRS数据通信电路，可采用A9G作为GPRS数据传输与通信模块，通过同步串行接口，实现数据与核心处理器的TTL交互，采用第二代GPRS数据通信协议，实现数据收发。
进一步的，所述GPS定位与呼救信号传送电路采用A9G通信模组，内部集成GPRS和GPS功能模块，按照60S时间间隔,将位置信息以经纬度的形式上传至远端服务器，实现位置信息共享与实时显示。
以ARM为构架，按照小型化、低功耗、设计思路，通过传感技术，采集安全带卡扣与挂钩状态信息，异常情况下，根据状态信息产生预警信息，鸣响蜂鸣器，进行预警。通过GPRS无线传输，将安全带佩戴人员的位置信息与安全带状态信息，发送给云端服务器，实现安全带状态实时监控。
本发明还要求保护一种智能安全带，该安全带安装有上述的安全带控制盒、安全带卡扣和安全绳挂钩，安全带上布置有压电薄膜式传感器，核心处理器采集压电薄膜式传感器参数，有人穿戴时，通过压电效应给核心处理器发送信息，实现有人穿戴的状态识别；在有人穿戴的情况下，核心处理器采集安全带卡扣和安全绳挂钩的状态，并将状态按照协议格式以消息的形式通过无线数据通信电路发送给云端服务器。
优选的，所述压电薄膜式传感器位于安全带的肩部。
在安全带的肩部布置压电薄膜式传感器，有人穿戴安全带时，通过压电效应给核心处理器发送信息，实现有人穿戴的状态识别；利用数字信号实现卡扣与挂钩状态检测：通过数字电路，以数字信号的形式，表征安全带卡扣与挂钩状态，实现精准判断，实时监测避免误判。
该安全带的设计将数字信息化以及物联网技术引入建筑行业，将智能化的具有定位和呼救功能的安全带监控设备，应用在现代建筑施工工地，使目前的建筑施工现场具有智能化数字化的新特点，并将数字化设备与智能化设备投入到建筑行业，这在中国建筑行业的发展史上就有特殊的意义。
本发明的一种具有定位和呼救功能的安全带控制盒和一种智能安全带与现有技术相比，具有以下有益效果：
该安全带采用数字电路的数字信号检测，并实时检测卡扣与挂钩的状态，随时将发生的事故隐患进行预警，同时定位和呼救功能可以第一时间组织救援队伍展开营救，或者现场指导施工。目前大多数安全带检测装置并没有定位系统和呼救系统，造成事故发生的时候不容易发现第一现场，浪费宝贵的救援时间，本发明不但可以防患于未然，大大降低危险发生的隐患，并可以在意外发生时第一时间产生呼救，增加了救援成功率，在目前建筑行业或任何需要登高作业的相关从业人员，都可以佩戴，提高高空作业的安全性，方便管理。
附图说明
图1是本发明安全带控制盒的原理框图；
图2是实施例中的核心处理器原理图；
图3是实施例中电池和充电管理单元电路图；
图4是实施例中A9G模块响应GPS与GPRS电路示意图；
图5是实施例中卡扣识别与蜂鸣器的电路图；
图6是实施例中安全带控制盒的电路板；
图7是实施例中安全带控制盒的外形结构图a；
图8是实施例中安全带控制盒的外形结构图b；
图9是实施例中安全带控制盒的安装结构示意图；
图10是实施例中安全带监控平台显示图a；
图11是实施例中安全带监控平台显示图b。
图中，1、安全带控制盒，2、安装卡带，3、铆钉，4、开机按键，5、状态指示灯。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
一种具有定位和呼救功能的安全带控制盒，包括核心处理器、电池和充电管理电路、无线数据通信电路、GPS定位与呼救信号传送电路、安全带卡扣状态检测电路和挂钩检测电路、以及声音报警电路。
核心处理器用于采集安装于安全带上的压电传感器参数，根据数据分析识别人员穿戴情况，在有人穿戴的情况下，采集安全带卡扣和安全绳挂钩的状态，并将状态按照协议格式以消息的形式通过无线数据通信电路发送给云端服务器。
电池和充电管理电路用于实现内部供电电压输出，分别为核心处理器及各电路提供稳压供电。为方便设备安装于携带，采用3.7V锂电池供电，并配置有低功耗可关断电压变换电路芯片，通过DC/DC电源变化，实现内部5V和3.3V供电电压输出，分别为GPRS、GPS和ARM芯片提供稳压供电，同时由于配置了可以关断的电源转换芯片，可以在通信间歇关断负载供电电源，降低设备整体功耗，实现低功耗电源管理。
GPS定位与呼救信号传送电路按照设定的时间间隔，将位置信息以经纬度的形式上传至远端服务器。
无线数据通信电路采用A9G作为GPRS数据传输与通信模块，通过同步串行接口，实现数据与ARM处理器的TTL交互，采用第二代GPRS数据通信协议，实现数据收发；
GPS定位与呼救信息传送电路采用A9G通信模组，内部集成了GPRS和GPS功能模块，按照60s时间间隔，将位置信息以经纬度的形式上行远端服务器，实现位置信息共享与实时显示。
声音报警电路连接有蜂鸣器，并与安全带卡扣状态检测电路和挂钩检测电路相连。当安全带卡扣与挂钩松脱时，蜂鸣器鸣响，对施工人员进行预警。
该安全带控制盒设置有一键呼救，核心处理器采集一键呼救按键状态，生成呼救信息状态字，与安全带卡扣和安全绳挂钩状态一起打包组帧发送给云端服务器。当发生危险或危及施工人员安全的事故时，按下一键呼救按键，可以通知项目管理人员，第一时间组织营救工作。
采用低功耗STM32L073CZ型ARM芯片作为核心处理器，可以大大降低设备运行过程和待机状态下的功耗。一方面配合系统时钟，按照一定的时序以及采集周期，采集人安装于安全带肩部的压电传感器参数，根据数据分析，识别人员穿戴情况，在有人穿戴的情况下，按照5s的采集周期，采集安全带卡扣和安全绳挂钩的状态，并将状态字按照协议格式，以消息的形式通过2G通信链路发送给云端服务器；同时根据一键呼救按键状态，生成呼救信息状态字，与安全带卡扣与挂钩状态一起打包组帧发送给云服务器。采集电池电量，并根据低电量阈值，进行电量报警，提示充电。
设备采用8MHz的外接晶振作为震荡电路，为系统提供时钟，保证ARM处理器可以在正常的时钟周期完成相应的任务调度。
通过传感技术，识别是否有人佩戴安全带，对佩戴安全带的人员进行安全带状态识别；识别到人员穿戴安全带后，进行安全带卡扣锁紧状态判断，并将扣紧状态字通过第二代GPRS无线通信数据链路上传云端服务器；进行安全带的安全绳挂钩状态采集，判断挂钩状态是否挂好，并将挂钩状态信息通过第二代GPRS无线通信数据链路上传云端服务器；间隔一定的时间采集一次安全带佩戴人员的位置信息，并将信息通过第二代GPRS无线通信数据链路上传云端服务器；当发生危险或危及施工人员安全的事故的时候，按下一键呼救按键，可以通知项目管理人员第一时间组织营救。
该安全带控制盒以ARM为构架，按照小型化、低功耗、设计思路，通过传感技术，采集安全带卡扣与挂钩状态信息，异常情况下，根据状态信息产生预警信息，鸣响蜂鸣器，进行预警。通过GPRS无线传输，将安全带佩戴人员的位置信息与安全带状态信息，发送给云端服务器，实现安全带状态实时监控。采用3.7V锂电池供电，可以进行反复充电，便于携带和管理。
一种具有定位和呼救功能的智能安全带，该安全带安装有上述的安全带控制盒、安全带卡扣和安全绳挂钩，安全带的肩部布置有压电薄膜式传感器，核心处理器采集压电薄膜式传感器参数，有人穿戴时，通过压电效应给核心处理器发送信息，实现有人穿戴的状态识别；在有人穿戴的情况下，核心处理器采集安全带卡扣和安全绳挂钩的状态，并将状态按照协议格式以消息的形式通过无线数据通信电路发送给云端服务器。
如图7、图8所示，安全带控制盒1采用铝合金外壳，在外壳1背面由4个铆钉3将控制盒的安装卡带2进行固定，安全带可以穿过所述安装卡2带，实现控制盒1的固定，这样佩戴简单轻便，方便拆卸。
控制盒采用3.7V锂电池提供电源，通过micro USB接口进行充电，位于设备顶部的上面板上配置有若干状态指示灯5，表征设备运行状态与通信状态以及电量指示等，控制盒对外采用15芯航空插头进行对外部传感器的有线连接，简单操作，并可以保证防水。
设备顶端设置有开机按键4，可以长按开机键进行设备开机，通过运行指示灯监视设备运行状态，当安全带卡扣或者挂钩发生脱开时，蜂鸣器鸣响，进行预警，同时监控平台通过显示页面，可以提示发生安全带卡扣与挂钩脱开故障的施工人员位置及详细信息。
在安全带的肩部布置压电薄膜式传感器，有人穿戴安全带时，通过压电效应给核心处理器发送信息，实现有人穿戴的状态识别；利用数字信号实现卡扣与挂钩状态检测：通过数字电路，以数字信号的形式，表征安全带卡扣与挂钩状态，实现精准判断，实时监测避免误判。
如图10、图11所示，利用无线数据传输与GPS定位系统，可以将安全带的状态信息以及佩戴人员的位置信息第一时间发送给监控平台，使监控人员不必亲临现场，就可以根据信息实时监控施工人员的安全带佩戴情况，并对异常使用情况进行监督与制止，大大减少了，因为人为操作，导致安全带佩戴错误引发的安全事故，为建筑施工的安全生产提供数据化保证。
通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本发明。但是应当理解，本发明并不限于上述的具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。
除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。
Claims (10)
1.一种具有定位和呼救功能的安全带控制盒，其特征在于包括核心处理器、电池和充电管理电路、无线数据通信电路、GPS定位与呼救信号传送电路、安全带卡扣状态检测电路和挂钩检测电路、以及声音报警电路，
核心处理器用于采集安装于安全带上的压电传感器参数，根据数据分析识别人员穿戴情况，在有人穿戴的情况下，采集安全带卡扣和安全绳挂钩的状态，并将状态按照协议格式以消息的形式通过无线数据通信电路发送给云端服务器；
电池和充电管理电路用于实现内部供电电压输出，分别为核心处理器及各电路提供稳压供电；
GPS定位与呼救信号传送电路按照设定的时间间隔，将位置信息上传至远端服务器。
2.根据权利要求1所述的一种具有定位和呼救功能的安全带控制盒，其特征在于采用ARM芯片作为核心处理器，核心处理器配置有系统时钟；核心处理器按照设定的时序及采集周期采集安全带上的压电传感器参数，并按照设定的采集周期采集安全带卡扣和安全绳挂钩的状态。
3.根据权利要求2所述的一种具有定位和呼救功能的安全带控制盒，其特征在于设置有一键呼救，核心处理器采集一键呼救按键状态，生成呼救信息状态字，与安全带卡扣和安全绳挂钩状态一起打包组帧发送给云端服务器。
4.根据权利要求2所述的一种具有定位和呼救功能的安全带控制盒，其特征在于设定采集安全带卡扣和安全绳挂钩状态的采集周期为5s。
5.根据权利要求2所述的一种具有定位和呼救功能的安全带控制盒，其特征在于核心处理器采集电池电量，根据低电量阈值进行电量报警，提示充电。
6.根据权利要求1所述的一种具有定位和呼救功能的安全带控制盒，其特征在于所述电池和充电管理电路配置有可断开的电源转换芯片。
7.根据权利要求1或2所述的一种具有定位和呼救功能的安全带控制盒，其特征在于无线数据通信电路为GPRS数据通信电路，通过同步串行接口，实现数据与核心处理器的TTL交互。
8.根据权利要求7所述的一种具有定位和呼救功能的安全带控制盒，其特征在于所述GPS定位与呼救信号传送电路采用A9G通信模组，内部集成GPRS和GPS功能模块。
9.一种智能安全带，其特征在于该安全带安装有权利要求1-8任一项所述的安全带控制盒、安全带卡扣和安全绳挂钩，安全带上布置有压电薄膜式传感器，核心处理器采集压电薄膜式传感器参数，有人穿戴时，通过压电效应给核心处理器发送信息，实现有人穿戴的状态识别；在有人穿戴的情况下，核心处理器采集安全带卡扣和安全绳挂钩的状态，并将状态按照协议格式以消息的形式通过无线数据通信电路发送给云端服务器。
10.根据权利要求9所述的一种智能安全带，其特征在于所述压电薄膜式传感器位于安全带的肩部。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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