CN113826983A - 一种用于监测施工人员正确佩戴安全帽的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于监测施工人员正确佩戴安全帽的装置，包括安全帽本体、检测装置以及监控终端；检测装置包括壳体，壳体内部设有PCBA电路板，PCBA电路板上安装有电源模块、MCU模块、红外传感器、六轴传感器、语音播报模块和第一通信模块；电源模块分别与MCU模块、红外传感器、六轴传感器、语音播报模块以及第一通信模块电连接；MCU模块的分别与红外传感器和六轴传感器电连接，MCU模块的与第一通信模块电连接，第一通信模块分别与语音播报模块和监控终端电连接。本发明通过红外传感器的测距功能和六轴传感器的运动状态测量功能，以检测是否规范佩戴安全帽，进而减少报警误触发事件的发生；通过第一通信模块和监控终端实现远程监控。

Description

一种用于监测施工人员正确佩戴安全帽的装置

技术领域

本发明属于头戴设备技术领域，具体涉及一种用于监测施工人员正确佩戴安全帽的装置。

背景技术

在施工过程中，安全帽是保障施工人员人身安全的重要保障，然而，由于部分施工人员不严格执行佩戴安全帽的规定，导致建筑施工的安全隐患始终存在。因此，在施工过程中对于人员是否规范佩戴安全帽的监控显得尤为重要。

现有技术中，通常是在安全帽中设置红外传感器来检测是否佩戴了安全帽，然后将信息发送给远端的监控终端。然而，仅通过红外传感器进行检测的方式存在以下缺陷：一是该方式很容易造成误触发，即只要红外传感器检测到反射回来的红外信号，就会向远端发送已佩戴安全帽的信息，但实际上，通过手部遮挡红外传感器也能够触发安全帽已佩戴的信息发送，使得部分施工人员利用技术漏洞，规避安全帽佩戴的智能检测；二是该方式只能将是否佩戴安全帽的提示信息上传至远端的监控终端，但无法提示施工人员本人是否已正确佩戴安全帽，导致安全帽佩戴不规范的现象十分普遍。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于监测施工人员正确佩戴安全帽的装置，用于解决现有技术中存在的至少一个问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种用于监测施工人员正确佩戴安全帽的装置，包括安全帽本体、设置在所述安全帽本体上的检测装置以及与所述检测装置通信连接的监控终端；

所述检测装置包括壳体，所述壳体安装在所述安全帽本体前侧内壁，所述壳体内部设有PCBA电路板，所述PCBA电路板上安装有电源模块、MCU模块、红外传感器、六轴传感器、语音播报模块和第一通信模块；

所述电源模块分别与所述MCU模块、所述红外传感器、所述六轴传感器、所述语音播报模块以及所述第一通信模块电连接；

所述MCU模块的输入端分别与所述红外传感器的输出端和所述六轴传感器的输出端电连接，所述MCU模块的输出端与所述第一通信模块的输入端电连接，所述第一通信模块的输出端分别与所述语音播报模块的输入端和所述监控终端的输入端电连接。

在一种可能的设计中，所述壳体面向人体头部的一侧设有透光孔，所述红外传感器发射的红外信号可从所述透光孔中穿出。

在一种可能的设计中，当所述红外传感器接收的红外信号达到第一信号阈值，且所述六轴传感器采集的角度数据达到角度阈值，所述MCU模块将佩戴合格的信息通过所述第一通信模块分别发送至所述监控终端和所述语音播报模块。

在一种可能的设计中，当所述红外传感器接收的红外信号小于所述第一信号阈值，所述MCU模块将未佩戴的信息经所述第一通信模块分别发送至所述监控终端和所述语音播报模块。

在一种可能的设计中，所述电源模块采用聚合物锂电池电源。

在一种可能的设计中，所述监控终端包括中央控制器、报警模块、第二通信模块和显示模块，所述中央控制器分别与所述报警模块、所述第二通信模块和所述显示模块电连接，所述第二通信模块与所述第一通信模块通信连接。

在一种可能的设计中，所述第一通信模块和所述第二通信模块均为GSM通信模块或蓝牙通信模块。

在一种可能的设计中，所述检测装置还包括温度传感器，所述温度传感器分别与所述电源模块和所述MCU模块电连接。

有益效果：

本发明通过在安全帽本体上同时设置红外传感器和六轴传感器，利用红外传感器的测距功能检测是否佩戴安全帽，并通过六轴传感器的运动状态测量功能检测是否按照规范佩戴安全帽以及是否发生安全帽跌落事件，以减少报警误触发事件的发生；此外，在成功佩戴安全帽时和摘下安全帽时通过语音播报模块进行报警提示，并通过第一通信模块将安全帽佩戴信息发送至远程的监控终端，实现远程监控。其中，本发明采用的检测装置一体封装，结构简单，检测效率高，功耗较低，提高了装置的使用寿命。

附图说明

图1为本实例中用于监测施工人员正确佩戴安全帽的装置的结构框图；

图2为本实例中检测装置的结构示意图；

图3为本实例中安装了检测装置的安全帽本体的结构示意图；

图4为本实例中MCU模块的电路原理结构图；

图5为本实例中红外传感器的电路原理结构图；

图6为本实施例中六轴传感器的电路原理结构图；

图7为本实施例中第一通信模块的电路原理结构图；

图8为本实施例中语音播报模块的电路原理结构图。

其中，1-安全帽本体；2-检测装置；3-监控终端；4-壳体；5-电源模块；6-MCU模块；7-红外传感器；8-六轴传感器；9-语音播报模块；10-第一通信模块；11-透光孔；12-中央控制器；13-报警模块；14-第二通信模块；15-显示模块；16-温度传感器。

具体实施方式

为使本说明书实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1-8所示，本实施例提供一种用于监测施工人员正确佩戴安全帽的装置，包括安全帽本体1、设置在所述安全帽本体1上的检测装置2以及与所述检测装置2通信连接的监控终端3；所述检测装置2包括壳体4，所述壳体4安装在所述安全帽本体1前侧内壁，所述壳体4内部设有PCBA(Printed Circuit Board Assembly，印刷电路板)电路板，所述PCBA电路板上安装有电源模块5、MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)模块、红外传感器7、六轴传感器8、语音播报模块9和第一通信模块10；所述电源模块5分别与所述MCU模块6、所述红外传感器7、所述六轴传感器8、所述语音播报模块9以及所述第一通信模块10电连接；所述MCU模块6的输入端分别与所述红外传感器7的输出端和所述六轴传感器8的输出端电连接，所述MCU模块6的输出端与所述第一通信模块10的输入端电连接，所述第一通信模块10的输出端分别与所述语音播报模块9的输入端和所述监控终端3的输入端电连接。

其中，所述红外传感器7包括红外信号发射二极管和红外信号接收二极管，通过红外信号发射二极管发射特定频率的红外信号，并通过红外信号接收二极管接收该特定频率的红外信号反射的信号，即利用红外信号遇到障碍物距离的不同信号反射强度，对障碍物的距离进行测量。优选的，在所述壳体4面向人体头部的一侧设有透光孔11，所述红外传感器7发射的红外信号可从所述透光孔11穿出。

其中，所述六轴传感器8是指三轴陀螺仪和加速计的合称，可基于不同运动状态的感应信息，并利用内嵌的算法程序，判断出当前安全帽处于怎样的运动状态，从而实现对安全帽的放置方位进行识别。

优选的，所述MCU模块6可采用内核为ARM Cortex M0的处理器，基于高性能ArmCortex-M0+32位RISC(Reduced Instruction Set Computer，精简指令集)内核。该MCU集成了存储器保护单元、高速嵌入式存储器、DMA(直接存储器访问)、广泛的系统功能、增强型I/O(输入输入串口)以及外围设备。这些器件提供标准通信接口、一个具有多达19个通道的12位ADC(汇编指令)、一个低功耗RTC(Real_Time Clock)，时钟芯片)、一个高级控制PWM(Pulse width modulation，脉冲宽度调制)定时器、五个通用16-位定时器、两个基本的两个看门狗定时器和一个SysTick定时器。该MCU允许在-40至85℃的环境温度范围内运行，并且能够在2.0V至3.6V的电源电压下运行，进一步提升了所述检测装置2的续航能力；其中，通过MCU的VBAT直接运行电池输入给RTC和备份寄存器供电，保证设备数据的安全性和稳定性。

在一种可能的设计中，当所述红外传感器7接收的红外信号达到第一信号阈值，且所述六轴传感器8采集的角度数据达到角度阈值，所述MCU模块6将已佩戴的信息通过所述第一通信模块10分别发送至所述监控终端3和所述语音播报模块9。其中，所述第一信号阈值是指人体头部正常佩戴安全帽时，所述红外信号被头部作为障碍物反射回信号接收二极管所述接收到的信号强度值。

在一种可能的设计中，当所述红外传感器7接收的红外信号小于所述第一信号阈值，所述MCU模块6将未佩戴的信息经所述第一通信模块10分别发送至所述监控终端3和所述语音播报模块9。

在一种可能的设计中，为了为检测装置2提供可持续的电源，所述电源模块5采用聚合物锂电池电源，其中，所述聚合物锂电池电源具有比能量高、小型化、超薄化、轻量化和安全性高等多种优势。基于这样的优势，锂聚合物电池是可制成任何形状与容量的电池，进而满足本实施例检测装置2的供电需求；并且它采用铝塑包装，内部出现问题可立即通过外包装表现出来，即便存在安全隐患，也不会爆炸，只会鼓胀。在聚合物电池中，电解质起着隔膜和电解液的双重功能：一方面像隔膜一样隔离开正负极材料，使电池内部不发生自放电及短路，另一方面又像电解液一样在正负极之间传导锂离子。聚合物电解质不仅具有良好的导电性，而且还具备高分子材料所特有的质量轻、弹性好、易成膜等特性，也满足了化学电源质量轻、安全、高效和环保的需求。

在一种可能的设计中，所述监控终端3包括中央控制器12、报警模块13、第二通信模块14和显示模块15，所述中央控制器12分别与所述报警模块13、所述第二通信模块14和所述显示模块15电连接，所述第二通信模块14与所述第一通信模块10通信连接。其中，当所述第一通信模块10将安全帽佩戴信息通过所述第二通信模块14发送至所述中央控制器12后，若存在佩戴不合格等异常信息，可以通过报警模块13进行报警，以提醒监控人员注意，优选的，还可以通过所述显示模块15对各个施工现场的施工人员是否规范佩戴安全帽的情况进行可视化展示，实现远程监控。

在一种可能的设计中，所述第一通信模块10和所述第二通信模块14为GSM(GlobalSystem For Mobile Communications，全球移动通讯系统)通信模块或蓝牙通信模块。

在一种可能的设计中，所述检测装置2还包括温度传感器16，所述温度传感器16分别与所述电源模块5和所述MCU模块6电连接，从而可以进一步确定红外传感器7发射的红外信号所遇到的障碍物是人体头部。

其中，本实施例的监测施工人员正确佩戴安全帽的装置具体的工作原理如下：

首先，红外传感器7通过发射二极管发出红外信号，红外信号经过透光孔11穿出，当施工人员在佩戴或者摘掉安全帽时，红外传感器7通过透光孔11将红外信号发射器发射出去和将反射回来的红外信号接收。

其中，当检测装置2佩戴在人体头部时，红外信号发射管发射出特定的红外信号，此时该红外信号被人体头部阻挡发生反射，反射回来的红外信号被接收二极管接收，可据此判断检测装置2前方存在有障碍物或者佩戴于人体头部，然后根据反射光的强弱判断障碍物的距离是否达到设置的距离阈值，当障碍物的距离与正常佩戴时人体头部与红外传感器7之间的距离基本一致时，可认为安全帽佩戴在人体头部；并且此时六轴传感器8判断出安全帽的佩戴条件符合触发戴帽报警的条件，即检测装置2的水平面处于相对平衡状态，达到了触发戴帽报警的前置条件，则可通过所述语音播报模块9进行报警提示。

然后，MCU模块6接收到红外传感器7和六轴传感器8传输过来的信息，并且MCU模块6处理上述信息后，若得到“安全帽正常佩戴于人体头部”的结论，则将该信息传输给GSM通信模块，GSM通信模块迅速将“已佩戴合格”的报警信号传送到监控终端3，同时GSM通信模块将“已佩戴”的语音信息通过语音播报模块9进行播放。

其中，当安全帽从人体头部摘下时，红外传感器7前方的障碍物被清除，反射回来的红外信号变弱，从而计算出障碍物的距离超出设定的阈值，因为摘帽报警并不需要判断检测装置2摆放的状态，则MCU模块6接收到红外传感器7传输的信息后，对信息进行处理可以得出“安全帽未佩戴于人的头部”的结论，将该结论信息传输给GSM通信模块，GSM通信模块迅速将“未佩戴”的报警信号传送到监控终端3，同时GSM通信模块将“未佩戴”的语音信息通过语音播报模块9进行播放。

其中，经过实证表明，本实施例整个安全帽佩戴的检测过程可以在3s内完成，检测效率非常高。

基于上述公开的内容，本实施例在安全帽本体1上同时设置红外传感器7和六轴传感器8，利用红外传感器7的测距功能检测是否佩戴安全帽，并通过六轴传感器8的运动状态测量功能检测是否按照规范佩戴安全帽以及是否发生安全帽跌落事件，以减少报警误触发事件的发生；此外，在成功佩戴安全帽时和摘下安全帽时通过语音播报模块9进行报警提示，并通过第一通信模块10将安全帽佩戴信息发送至远程的监控终端3，实现远程监控。其中，本实施例采用的检测装置2一体封装，结构简单，检测效率高，功耗较低，提高了装置的使用寿命，

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于监测施工人员正确佩戴安全帽的装置，其特征在于，包括安全帽本体(1)、设置在所述安全帽本体(1)上的检测装置(2)以及与所述检测装置(2)通信连接的监控终端(3)；

所述检测装置(2)包括壳体(4)，所述壳体(4)安装在所述安全帽本体(1)前侧内壁，所述壳体(4)内部设有PCBA电路板，所述PCBA电路板上安装有电源模块(5)、MCU模块(6)、红外传感器(7)、六轴传感器(8)、语音播报模块(9)和第一通信模块(10)；

所述电源模块(5)分别与所述MCU模块(6)、所述红外传感器(7)、所述六轴传感器(8)、所述语音播报模块(9)以及所述第一通信模块(10)电连接；

所述MCU模块(6)的输入端分别与所述红外传感器(7)的输出端和所述六轴传感器(8)的输出端电连接，所述MCU模块(6)的输出端与所述第一通信模块(10)的输入端电连接，所述第一通信模块(10)的输出端分别与所述语音播报模块(9)的输入端和所述监控终端(3)的输入端电连接。

2.根据权利要求1所述的用于监测施工人员正确佩戴安全帽的装置，其特征在于，所述壳体(4)面向人体头部的一侧设有透光孔(11)，所述红外传感器(7)发射的红外信号从所述透光孔(11)中穿出。

3.根据权利要求1所述的用于监测施工人员正确佩戴安全帽的装置，其特征在于，当所述红外传感器(7)接收的红外信号达到第一信号阈值，且所述六轴传感器(8)采集的角度数据达到角度阈值，所述MCU模块(6)将佩戴合格的信息通过所述第一通信模块(10)分别发送至所述监控终端(3)和所述语音播报模块(9)。

4.根据权利要求3所述的用于监测施工人员正确佩戴安全帽的装置，其特征在于，当所述红外传感器(7)接收的红外信号小于所述第一信号阈值，所述MCU模块(6)将未佩戴的信息经所述第一通信模块(10)分别发送至所述监控终端(3)和所述语音播报模块(9)。

5.根据权利要求1所述的用于监测施工人员正确佩戴安全帽的装置，其特征在于，所述电源模块(5)采用聚合物锂电池电源。

6.根据权利要求1所述的用于监测施工人员正确佩戴安全帽的装置，其特征在于，所述监控终端(3)包括中央控制器(12)、报警模块(13)、第二通信模块(14)和显示模块(15)，所述中央控制器(12)分别与所述报警模块(13)、所述第二通信模块(14)和所述显示模块(15)电连接，所述第二通信模块(14)与所述第一通信模块(10)通信连接。

7.根据权利要求6所述的用于监测施工人员正确佩戴安全帽的装置，其特征在于，所述第一通信模块(10)和所述第二通信模块(14)均为GSM通信模块或蓝牙通信模块。

8.根据权利要求1所述的用于监测施工人员正确佩戴安全帽的装置，其特征在于，所述检测装置(2)还包括温度传感器(16)，所述温度传感器(16)分别与所述电源模块(5)和所述MCU模块(6)电连接。

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