CN110742347A - 一种基于树莓派的智能安全帽及其管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了安全防控技术领域的一种基于树莓派的智能安全帽及其管理系统，旨在解决现有技术中的智能安全帽所采集到的数据无法实时传输到监控中心，无法实时监控和指导通信工程施工或抢修作业，不利于确保施工安全和施工质量的技术问题。所述智能安全帽包括安全帽本体，所述安全帽本体内置有树莓派，所述树莓派电性连接有图像视频模块、语音通讯模块、环境监测模块、位置定位模块中的至少任一项；所述图像视频模块包括设于安全帽本体顶端或／和前端的摄像头；所述语音通讯模块包括设于安全帽本体侧端的耳麦。所述管理系统包括基于树莓派的智能安全帽、与所述智能安全帽通信连接的监控中心、与所述监控中心通信连接的监控终端。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于树莓派的智能安全帽及其管理系统，属于安全防控技术领域。
背景技术
安全帽是通信工程施工中必备的安全防护工具，能够避免头部受到坠落物的伤害，在铁塔登高以及管道施工过程中，还能起到缓冲防护的作用。传统安全帽由于只具有保护头部的简单功能，因而在通信工程施工、通信巡线和通信工程安装及抢修等复杂场景下，无法为佩戴者提供及时有效的帮助和指导，也不便于实施管理。有的安全帽虽然增加了音频、视频数据采集设备，但其功能实现较少且不可置换和拓展，所采集到的数据存储于SD卡中，无法实时传输到监控中心或后台服务中心，无法实时监控和指导通信工程施工或抢修作业，不利于确保施工安全和施工质量。另外，由于无法对使用者身份进行智能识别，给数据管理带来了一定困难。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于树莓派的智能安全帽及其管理系统，以解决现有技术中的智能安全帽所采集到的数据无法实时传输到监控中心，无法实时监控和指导通信工程施工或抢修作业，不利于确保施工安全和施工质量的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种基于树莓派的智能安全帽，包括安全帽本体，所述安全帽本体内置有树莓派，所述树莓派电性连接有图像视频模块、语音通讯模块、环境监测模块、位置定位模块中的至少任一项；所述图像视频模块包括设于安全帽本体顶端或／和前端的摄像头；所述语音通讯模块包括设于安全帽本体侧端的耳麦。
优选地，还包括设于安全帽本体侧端的环境监测模块支架，所述环境监测模块包括设于所述环境监测模块支架上的温湿度传感器或／和有毒气体检测传感器。
优选地，耳麦或／和环境监测模块支架通过转轴与安全帽本体活动连接。
优选地，所述树莓派还电性连接有安全报警模块，树莓派根据环境监测模块获取的环境信息对安全报警模块实施控制，所述安全报警模块包括震动马达、蜂鸣器、告警指示灯中的至少任一项。
优选地，设于安全帽本体顶端的摄像头为360°旋转摄像头。
优选地，所述树莓派还电性连接有生命特征传感器、加速度传感器、身份识别传感器、电源模块中的至少任一项。
优选地，还包括设于安全帽本体顶端或／和前端的照明探灯，所述照明探灯与电源模块电性连接。
为达到上述目的，本发明还提供了一种基于树莓派的智能安全帽管理系统，包括基于树莓派的智能安全帽、与所述智能安全帽通信连接的监控中心、与所述监控中心通信连接的监控终端。
优选地，智能安全帽与监控中心之间或／和监控中心与监控终端之间为无线通信连接，所述无线通信连接包括WiFi、GSM、蓝牙中的至少任一项。
优选地，所述监控中心包括OneNET物联网平台，所述监控终端包括手机APP。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：本发明智能安全帽利用树莓派连接图像视频模块、语音通讯模块、环境监测模块、位置定位模块、安全报警模块、电源模块、生命特征传感器、加速度传感器、身份识别传感器等功能部件，由树莓派对各功能部件采集的数据进行处理、存储，并实时传输至监控中心，树莓派具有体积小、重量轻、数据传输速率高、功能可拓展等诸多优点。本发明管理系统利用监控中心实时接收存储由树莓派传输的数据，利用手机APP从监控中心下载数据，并通过图形化的方式将数据表示出来。后台管理人员根据图形化数据，能够准确辨别安全帽佩戴者的身份，实时获取施工现场图像、空气、佩戴者生命体征等数据信息，监控和指导佩戴者进行通信工程施工或抢修作业，紧急情况下第一时间组织施救，以利于确保施工安全和施工质量。
附图说明
图1是本发明智能安全帽实施例的仰视图；
图2是本发明智能安全帽实施例的俯视图；
图3是本发明管理系统的原理结构示意图。
图中：1、安全帽本体；2、树莓派；3、摄像头；4、照明探灯；5、耳麦；6、环境监测模块支架；7、转轴；8、线槽；9、充电口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明描述中使用的术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”指的是附图中的方向，术语“内”、“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
本发明具体实施方式提供了一种基于树莓派的智能安全帽，如图1和图2所示，分别是本发明智能安全帽实施例的仰视图和俯视图，所述智能安全帽包括安全帽本体1，安全帽本体1内置有树莓派2，所述树莓派2即Raspberry Pi，是只有信用卡大小的微型电脑。本实施例所采用树莓派2的配置如下：
• CPU：Broadcom BCM2837B0四核A53（ARMv8）64位@ 1.4GHz；
• GPU：Broadcom Videocore-IV；
• 内存：1GB LPDDR2 SDRAM；
• 网络：千兆以太网（通过USB2.0通道，最大吞吐量 300Mbps），2.4GHz和5GHz 双频Wi-Fi，支持802.11b / g / n / ac；
• 蓝牙：蓝牙4.2，低功耗蓝牙（BLE）；
• 存储：Micro-SD；
• GPIO：40引脚GPIO双排插针；
• 其他接口：HDMI，3.5mm模拟音频视频插孔，4x USB 2.0，以太网，摄像机串行接口（CSI），显示器串行接口（DSI）；
• 尺寸：82毫米x 56毫米x 19.5毫米，50克。
所述树莓派2电性连接有图像视频模块、语音通讯模块、环境监测模块、位置定位模块、安全报警模块、电源模块、生命特征传感器、加速度传感器、身份识别传感器，所述电源模块电性连接有照明探灯4。安全帽本体1内设有可布设电气连接线路的线槽8，对电气线路起到固定和保护作用。
所述图像视频模块为设于安全帽本体1顶端的摄像头3，所述摄像头3为360°旋转摄像头，80W像素，其开启命令为“sudo mplayer tv:// ”。后台管理人员通过监控中心，能够实时获取由摄像头3拍摄的施工现场视频图像信息。
所述语音通讯模块为设于安全帽本体1右侧端的耳麦5，所述耳麦5通过转轴7与安全帽本体1转动连接，既符合日常使用习惯，也便于收纳存放。佩戴者通过耳麦5能够与后台管理人员进行即时语音通信，后台管理人员根据摄像头3拍摄的施工现场视频图像信息，监控和指导佩戴者进行通信工程施工或抢修作业，以利于确保施工安全和施工质量。
所述环境监测模块包括DHT11温湿度传感器和MQ-3有毒气体检测传感器，该两个传感器安装于环境监测模块支架6上，环境监测模块支架6通过转轴7与安全帽本体1左侧端转动连接，便于收纳存放；
所述DHT11温湿度传感器的温度测量范围为0～50度，温度测量误差为±2度，湿度测量范围为20%～95%，湿度测量误差为±5%，其开启命令为“sudo python cpdht11.py”；
所述MQ-3有毒气体检测传感器的检测浓度为10～1000ppm一氧化碳、100～10000ppm燃气，其开启命令为“sudo python mq-9”；
后台管理人员通过监控中心，能够实时获取由DHT11温湿度传感器和MQ-3有毒气体检测传感器监测的施工现场空气状况，对佩戴者适时进行语音提醒和操作提示。
所述位置定位模块为内置于安全帽本体1内的GPS定位模块，灵敏度为默认1HZ数据传输，其开启命令为“cgps -s”。监控中心通过GPS定位模块能实时获取佩戴者的位置信息。
所述安全报警模块为内置于安全帽本体1内的震动马达、蜂鸣器、告警指示灯中的一种或多种，本实施例中，采用蜂鸣器和振动马达，其开启命令为“sudo python beep.py”。树莓派2根据前述DHT11温湿度传感器和MQ-3有毒气体检测传感器监测获取的施工现场空气状况对安全报警模块实施控制，当空气温湿度或／和空气有毒气体浓度达到预设阈值时，蜂鸣器和振动马达启动，起到警示佩戴者的作用。
所述电源模块内置于安全帽本体1内，包括充电电池、与充电电池电性连接的电源管理线路、与电源管理线路电性连接的充电口9。充电口9设于安全帽本体1后端下缘，外接交流电源经此充电口9和电源管理线路对充电电池进行充电。充电电池通过电源管理线路对树莓派2及其连接电气设备进行供电。
所述照明探灯4、生命特征传感器、加速度传感器、身份识别传感器为选配部件。其中，照明探灯4设于安全帽本体1前端，可由电源模块内置的充电电池对其供电，起到辅助照明的作用。所述生命特征传感器内置于安全帽本体1内，用于监测获取佩戴者的血压、体温、心跳等生命体征信息；所述加速度传感器内置于安全帽本体1内，用于监测获取佩戴者头部的加速度信号，从而获取佩戴者是否发生坠落、撞击等异常情况。后台管理人员通过监控中心，能够实时获取由生命特征传感器和加速度传感器采集的佩戴者生命体征和加速度信息，以利于快速作出反应、快速实施救援。所述身份识别传感器为设于安全帽本体1帽檐内的指纹识别模块，监控中心通过指纹识别模块能够快速获取佩戴者的身份信息。
本发明具体实施方式还提供了一种基于树莓派的智能安全帽管理系统，包括前述基于树莓派的智能安全帽、与所述智能安全帽无线通信连接的监控中心、与所述监控中心无线通信连接的监控终端。本实施例中，所述监控中心即OneNET物联网平台，所述监控终端即手机APP。智能安全帽与监控中心之间、监控中心与监控终端之间的无线连接方式可采用WiFi、GSM、蓝牙中的一项或多项。
更具体地，如图3所示，是本发明管理系统的原理结构示意图，DHT11温湿度传感器通过其DATA口与树莓派2的GPIO17口相连接，树莓派2将采集到的温湿度数据保存在本地，通过无线网络将该数据上传到OneNet平台上，手机APP再将OnetNet平台上的数据下载下来，通过图形化的方式将数据表示出来。
MQ-3有毒气体检测传感器通过其DOUT口与树莓派2的GPIO23口相连接，树莓派2将采集到的气体数据保存在本地，通过无线网络将该数据上传到OneNet平台上，手机APP再将OnetNet平台上的数据下载下来，通过图形化的方式将数据表示出来。
GPS定位模块通过其USB串口与树莓派2的USB串口相连接，树莓派2将采集到的经纬度、海拔高度等数据保存在本地，通过无线网络将该数据上传到OneNet平台上，手机APP再将OnetNet平台上的数据下载下来，通过图形化的方式将数据表示出来。
语音视频单元通过其USB串口与树莓派2的USB串口相连接，树莓派2将采集到的语音数据和视频图像通过无线网络上传到OneNet平台上，手机APP再将OnetNet平台上的数据下载下来，通过手机显示出来；所述语音视频单元，即前述图像视频模块和语音通讯模块。
蜂鸣器通过其DATA口与树莓派2的GPIO18口相连接，振动马达通过其DOUT口与树莓派2的GPIO27口相连接。DHT11温湿度传感器和MQ-2有毒气体检测传感器将采集到的空气数据发送给树莓派2，树莓派2对采集到的空气数据进行分析，若其中有一项或者两项达到了预设的告警阈值，树莓派2向蜂鸣器和振动马达发出告警信号，蜂鸣器和振动马达开始工作，提醒佩戴者及时逃离施工现场，后台操作人员也可语音通知佩戴者迅速离开。
本发明智能安全帽利用树莓派2连接图像视频模块、语音通讯模块、环境监测模块、位置定位模块、安全报警模块、电源模块、生命特征传感器、加速度传感器、身份识别传感器等功能部件，由树莓派2对各功能部件采集的数据进行处理、存储，并实时传输至监控中心，树莓派2具有体积小、重量轻、数据传输速率高、功能可拓展等诸多优点。本发明管理系统利用监控中心实时接收存储由树莓派2传输的数据，利用手机APP从监控中心下载数据，并通过图形化的方式将数据表示出来。后台管理人员根据图形化数据，能够准确辨别安全帽佩戴者的身份，实时获取施工现场图像、空气、佩戴者生命体征等数据信息，监控和指导佩戴者进行通信工程施工或抢修作业，紧急情况下第一时间组织施救，以利于确保施工安全和施工质量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于树莓派的智能安全帽，其特征是，包括安全帽本体（1），所述安全帽本体（1）内置有树莓派（2），所述树莓派（2）电性连接有图像视频模块、语音通讯模块、环境监测模块、位置定位模块中的至少任一项；所述图像视频模块包括设于安全帽本体（1）顶端或／和前端的摄像头（3）；所述语音通讯模块包括设于安全帽本体（1）侧端的耳麦（5）。
2.根据权利要求1所述的基于树莓派的智能安全帽，其特征是，还包括设于安全帽本体（1）侧端的环境监测模块支架（6），所述环境监测模块包括设于所述环境监测模块支架（6）上的温湿度传感器或／和有毒气体检测传感器。
3.根据权利要求2所述的基于树莓派的智能安全帽，其特征是，耳麦（5）或／和环境监测模块支架（6）通过转轴（7）与安全帽本体（1）活动连接。
4.根据权利要求1所述的基于树莓派的智能安全帽，其特征是，所述树莓派（2）还电性连接有安全报警模块，树莓派（2）根据环境监测模块获取的环境信息对安全报警模块实施控制，所述安全报警模块包括震动马达、蜂鸣器、告警指示灯中的至少任一项。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的基于树莓派的智能安全帽，其特征是，设于安全帽本体（1）顶端的摄像头（3）为360°旋转摄像头。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的基于树莓派的智能安全帽，其特征是，所述树莓派（2）还电性连接有生命特征传感器、加速度传感器、身份识别传感器、电源模块中的至少任一项。
7.根据权利要求6所述的基于树莓派的智能安全帽，其特征是，还包括设于安全帽本体（1）顶端或／和前端的照明探灯（4），所述照明探灯（4）与电源模块电性连接。
8.一种基于树莓派的智能安全帽管理系统，其特征是，包括基于树莓派的智能安全帽、与所述智能安全帽通信连接的监控中心、与所述监控中心通信连接的监控终端。
9.根据权利要求8所述的基于树莓派的智能安全帽管理系统，其特征是，智能安全帽与监控中心之间或／和监控中心与监控终端之间为无线通信连接，所述无线通信连接包括WiFi、GSM、蓝牙中的至少任一项。
10.根据权利要求8所述的基于树莓派的智能安全帽管理系统，其特征是，所述监控中心包括OneNET物联网平台，所述监控终端包括手机APP。
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