CN210043319U - 一种用于多电压等级近电报警的多功能手环 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电力安全防护技术领域，公开了一种用于多电压等级近电报警的多功能手环，包括手环腕带、手环外壳、控制系统和人机交互面板；控制系统中集成了控制器、电池电源模块、场强测量模块、运动测量模块、报警模块、人机交互模块和蓝牙模块。本实用新型可适用于220V、10kV、35kV、110kV、220kV电压等级环境中，当佩戴人员误入带电区和接近带电体时，手环能及时发出声光震动的报警信号，提醒作业人员注意危险，同时，本实用新型可以通过电场分析来判别电压等级和诊断输电线故障的功能；此外，本实用新型还具有时钟功能、运动健康功能，其轻巧便携、功能丰富，能够满足不同情况下的多种需要。

Description

一种用于多电压等级近电报警的多功能手环

技术领域

本实用新型属于电力安全防护技术领域，涉及一种用于多电压等级近电报警的多功能手环。

背景技术

电力系统的施工现场，各种高压带电体对作业人员带来了人身威胁，在这种环境下，安全事故时有发生，电力安全防护和近电报警装置旨在保护作业人员免于电力现场的安全伤害。目前市面上已有的近电报警装置主要有四类缺陷：第一，适用电压等级单一；第二，多电压等级的报警装置档位调节不便操作，降低了装置的可靠性；第三，只具备近电报警的单一功能；第四，作业人员容易忘记携带且携带不便。

针对这些问题，本实用新型拟做成多电压等级的功能丰富的腕式近电报警器，这种思想来源于市面上轻巧便携的智能手环，作为当今最流行的可穿戴设备，智能手环能够实现计步、卡路里计算等运动健康功能并将数据通过无线通信方式上传到手机端进行观测和分析，本实用新型兼备智能手环的运动健康功能和无线数据上传功能，使用者还可以通过蓝牙上传数据借助手机这一强大的工具来分析电场进而判断电压等级或者诊断输电线故障情况，这样一机多用的效果既能使设备集约化又能提高用户体验度。

实用新型内容

为了解决上述问题，本段名提供一种用于多电压等级近电报警的多功能手环，能够在电力施工现场中保护作业人员免于现场安全伤害，通过报警模块及时发出预警信息提醒作业人员现场存在的安全隐患。本实用新型可大大提高设备的便携性和防护的可靠性。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：

一种用于多电压等级近电报警的多功能手环，主要由手环腕带20、手环外壳10、控制系统110和人机交互面板组成；所述的多功能手环不仅具有在多电压等级高压环境中对使用者进行近电报警防护、判断电压等级功能和输电线故障诊断功能，同时还具有时钟功能、运动和健康功能。

所述的手环外壳10嵌在手环腕带20内；所述的手环外壳10，其上部设有人机交互面板，中部设有控制系统110和感应天线170，底部设有电池150和震动马达160。

所述的人机交互面板，包括液晶屏120、声光信息单元130和按键单元140；所述的声光信息单元130包括贴片蜂鸣器、蜂鸣器上方的透声孔阵列131和指示彩灯132，所述的按键单元140包括开关按钮141和功能按键142；其中，所述的液晶屏120、蜂鸣器和指示彩灯132分别与控制系统110中对应的驱动电路连接，所述的开关按钮141与所述的电池150连接，所述的功能按键142与控制系统110中的控制器连接。

所述的控制系统110，包括控制器、电池电源模块、场强测量模块、运动测量模块、报警模块、人机交互模块和蓝牙模块；

所述的控制器，与电池电源模块、场强测量模块、运动测量模块、报警模块、人机交互模块和蓝牙模块相连接，负责数据处理和运算并协调其他各模块工作，实现手环的各个功能；

所述的电池电源模块，包括电池150、电池管理器和稳压器，为整个系统提供稳定的电源；电池150通过稳压器进行电压转换，电池管理器对电池150的电量进行检测和充放电过程的电能管理；

所述的场强测量模块，包括感应天线170、运算放大器、多路开关和二阶滤波器，感应天线170感应电场信号，电场信号经过多路开关和运算放大器组成的增益可控放大电路，通过三位地址线确定八种放大倍数，再通过二阶滤波电路对放大后的电场信号进行降噪处理；

所述的运动测量模块，包括基于微机电技术的运动处理组件及其驱动电路，使所述的多功能手环具有时钟和运动健康功能；

所述的报警模块，包括蜂鸣器、震动马达160和指示彩灯132的驱动电路，当检测到人体越过安全防护距离，报警模块发出声光震动的警告信号；

所述的人机交互模块包括开关按钮141、功能按键142和液晶屏120的驱动电路；所述的液晶屏120显示图形化表征的场强信息、时间信息和运动健康信息；根据现场环境，通过功能按键142选择电压等级，开关按钮141控制电路的通导，从而确定不同电压等级对应的信号放大倍数，并将信息显示在液晶屏120上；

所述的蓝牙模块包括支持蓝牙4.2标准协议的双模蓝牙模组及其驱动电路，用于连接手机端，将检测到的电场信息和运动信息传送到手机端APP，并通过手机端APP的图形化显示进行场强分析进而判断电压等级和诊断输电线故障情况。

工作时，使用者通过人机交互面板选择工作环境的电压等级，如果使用者不明确环境的电压等级，需要判断电压等级选项；判断电压等级时，使用者从远处沿分析路径向输电线方向行走过程中，运动测量模块每检测到一个步伐，场强测量模块采集一次电场强度信息，并通过蓝牙模块将电场强度数据上传到手机端，手机端用于显示所测得的电场强度变化曲线和各电压等级下分析路径上的曲线簇；通过电场强度变化曲线与各电压等级下分析路径上的曲线簇进行对比，使用者判断出电压等级。

确定电压等级后，各个模块开始协同工作；控制器根据所选择的电压等级输出电平信号以选择多路开关的导通路径，同时确定对应电压等级的信号放大倍数；控制器通过场强测量模块采集电场信号数据，数据经控制器处理后，通过液晶屏120图形化显示出电场强度，并对液晶屏120显示的电场强度与所选择的电压等级对应的报警阈值进行比较；若电场强度大于报警值，说明使用者越过安全距离，则报警模块进行报警提示，直至使用者退离至安全区域，若电场强度小于报警值，则返回继续采集和处理数据，如此循环，直到按键退出。

与判断电压等级同理，输电线发生缺相故障时，通过采集到的分析路径上的电场强度变化曲线与各电压等级下分析路径上的曲线簇的对比，直接判断出故障类型。

所述的用于多电压等级近电报警的多功能手环，其近电报警功能适用于220V、10kV、35kV、110kV和220kV五种电压等级的电场环境中，对应的报警距离为：220V的报警距离为0.8m-1.2m，10kV的报警距离为1.0m-1.6m，35kV的报警距离为1.5m-2.5m，110kV的报警距离为2.5m-4.0m，220kV的报警距离为4.5m-6.0m。

所述的液晶屏120为OLED。

所述的电池150为锂电池。

本实用新型的有益效果：本实用新型可适用于220V、10kV、35kV、110kV、220kV五个电压等级环境中，当使用者误入带电区和接近带电体时，手环能及时发出声光震动的报警信号，提醒作业人员注意危险；同时，本实用新型可以通过电场分析来判别电压等级和诊断输电线故障的功能；此外，本实用新型还具有时钟功能、运动健康功能，其轻巧便携、功能丰富，能够满足不同情况下的多种需要，杜绝了作业人员不便或者忘记携带近电报警器的问题。本实用新型更适应恶劣的环境，不易发生损坏，提高了电力防护的可靠性。

附图说明

图1是本实用新型的总体系统框图；

图2是本实用新型的结构示意图(剖面)；

图3是本实用新型的人机交互面板示意图；

图4是本实用新型场强信号调理电路的电路原理图；

图5是本实用新型近电报警的实现流程框图。

图中：10手环外壳；20手环腕带；110控制系统；120液晶屏；130声光信息单元；131透声孔阵列；132指示彩灯；140按键单元；141开关按钮；142功能按键；150电池；160震动马达；170感应天线；R1～R13电阻；D1整流二极管；C1～C2电容；U1A～U2A运算放大器；S1多路开关。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，一种用于多电压等级近电报警的多功能手环的系统框图，本实用新型的系统整体包括两个终端和七个功能模块；两个终端分别是手环主体和手机端，七个功能模块分别是控制器、电池电源模块、场强测量模块、运动测量模块、报警模块、人机交互模块和蓝牙模块。

所述的控制器包括单片机最小系统及各接口电路，是本多功能手环的核心单元，负责数据处理和运算并协调其他各模块工作，实现手环的各个功能。

所述的电池电源模块是为手环系统电路正常工作提供稳定的电源，电池150使用小体积的锂电池配合低压差线性稳压器进行电压转换，使用电池管理器对电池150电量进行检测和充放电过程中的电能管理。

所述的场强测量模块用于获取工频电场信号并进行调理后送至控制器ADC采集端口，电场信号的获取使用控制系统110上连接的感应天线170，微弱的感应电流信号经过多路开关和运算放大器组成的增益可控放大电路，通过三位地址线来确定八种放大倍数，通过这种动态调节增益的方式来提高电场强度检测范围，从而应用于不同的电压等级环境中，使用二阶滤波电路对放大后的信号进行降噪处理，提高了系统测量精度。

所述的运动测量模块包括基于微机电技术的运动处理组件及其驱动电路，这是实现运动健康功能、电压等级判别功能和输电线故障诊断功能的硬件基础，通过此模块可实现计步，进而测量距离和计算卡路里消耗。

所述的报警模块包括蜂鸣器、震动马达160和指示彩灯132的驱动电路，在电力现场中，当系统检测到人体越过了安全防护距离便控制报警模块发出声光震动的警告信号，提醒使用人员前方危险，迅速返回。

所述的人机交互模块包括液晶屏120、开关按钮141和功能按键142的驱动电路，其中，所述的液晶屏120与控制系统110中的驱动电路连接，主要的显示内容是图形化表征的场强信息、时间信息和运动健康信息，所述的开关按钮141与所述的电池150连接，所述的功能按键142有四个，与控制系统110中控制器连接，一个用作切换选项，一个用于确认选择，一个用于返回上层，一个用于连接手机。

所述的蓝牙模块包括支持蓝牙4.2标准协议的双模蓝牙模组及其驱动电路，用于连接手机端，将检测到的电场信息和运动信息传送到手机端的管理平台APP。其一，手机端用户可以对佩戴本手环的作业人员进行安全监护；其二，可以通过手机端APP进行场强分析进而判断电压等级和诊断输电线故障情况。

如图2所示，一种用于多电压等级近电报警的多功能手环的结构示意图(剖面)，主要由手环腕带20、手机外壳10、控制系统110、感应天线170、电池150、震动马达160和人机交互面板组成。所述的手环外壳10嵌套在手环腕带20里面，手环腕带20材质柔软、可调松紧且佩戴舒适，手环外壳10上部嵌入人机交互面板，中部放入控制系统110和感应天线170，底部仓放的是锂电池150和震动马达160。

如图3所示，一种用于多电压等级近电报警的多功能手环的人机交互面板示意图，所述的人机交互面板包括液晶屏120、贴片蜂鸣器及上方的透声孔阵列131、提示彩灯132、开关按钮141和功能按键142；其中，所述的液晶屏120、蜂鸣器、提示彩灯132分别与控制系统110上其对应的驱动电路连接，所述的开关按钮141与所述的电池150连接，所述的功能按键142与控制系统110上控制器连接。

如图4所示，一种用于多电压等级近电报警的多功能手环的场强信号调理电路的电路原理图，当感应天线170感应到电场信号时，感应天线170中的感应电流经过电阻R1转换成电压信号，并经过整流二极管D1半波整流成脉动的直流信号，送至电阻R2～R9、运算放大器U1A与多路开关S1所组成的可变增益放大器，再经过电阻R10～R13、电容C1～C2和运算放大器U2A所组成的二阶滤波电路进行降噪后，送至控制器的ADC采集端。

如图5所示，一种用于多电压等级近电报警的多功能手环的近电报警的实现流程框图，本实用新型的手环近电报警功能的初始界面应该是工作环境电压等级的选择，如果不能明确则需要选择判断电压等级选项先进行电压等级的判别，根据选定后的电压等级，控制器通过输出电平信号来选择多路开关的导通路径，相应也就确定了对应电压等级的信号放大倍数。控制器通过场强测量模块的信号电压，并将采集数据经过滤波处理取平均，得到稳定的数值后通过液晶屏120图形化显示出对应数值的电场强度，并与该电压等级对应的报警阈值进行比较。若大于报警值，说明使用者越过安全距离，则联动报警模块进行提示，直至使用者退离至安全区域，若小于报警值则返回继续采集处理数据，如此循环，直到按键退出。

其中，通过电场分析判断电压等级和进行输电线故障诊断的实现过程如下：

以垂直于输电线方向为场强分析路径，使用者从远处沿场强分析路径向输电线方向行走，手环中的运动测量模块每检测到一个步伐便通过蓝牙模块向手机端发送此时测得的电场强度，行走过程中得到一条场强变化曲线；该方向上，输电线正常工作情况下，场强以中间线位置为对称点呈双驼峰形状分布，场强在两侧输电线附近达到最大值，不同电压等级下，场强最大值以及同一高度处场强变化情况差异大，因此，运动测量模块计步将运动信息转变为位置信息，通过手机端图形化界面比较场强检测曲线与各电压等级下的电场分布规律来确定。同理，几种输电线缺相故障发生时，分析路径上场强变化规律也有较好的区分度，通过分析路径上的场强分布曲线亦可直观判断出故障类型。对于输电线发生缺相故障的六种情况，中间线缺相故障时，分析路径上的场强曲线也呈双驼峰形状，但是较正常运行情况下的波峰更高，波谷更低；其余五种缺相故障情况下，分析路径上场强曲线都呈单峰分布，但是曲线形状各有差异且区分度好，通过曲线可直观判断出缺相故障类型。所以本实用新型的手环配合手机端可完成电压等级判断和输电线缺相故障诊断的功能。

在本实用新型的具体实施中，所述的一种用于多电压等级近电报警的多功能手环对不同电压等级的报警距离分别为：220V的报警距离为0.8m-1.2m，10kV的报警距离为1.0m-1.6m，35kV的报警距离为1.5m-2.5m，110kV的报警距离为2.5m-4.0m，220kV的报警距离为4.5m-6.0m。

Claims (3)

1.一种用于多电压等级近电报警的多功能手环，其特征在于，所述的多功能手环主要由手环腕带(20)、手环外壳(10)、控制系统(110)和人机交互面板组成；所述的多功能手环不仅具有在多电压等级高压环境中对使用者进行近电报警防护、判断电压等级功能和输电线故障诊断功能，同时还具有时钟功能、运动和健康功能；

所述的手环外壳(10)嵌在手环腕带(20)内；所述的手环外壳(10)，其上部设有人机交互面板，中部设有控制系统(110)和感应天线(170)，底部设有电池(150)和震动马达(160)；

所述的人机交互面板，包括液晶屏(120)、声光信息单元(130)和按键单元(140)；所述的声光信息单元(130)包括贴片蜂鸣器、蜂鸣器上方的透声孔阵列(131)和指示彩灯(132)，所述的按键单元(140)包括开关按钮(141)和功能按键(142)；其中，所述的液晶屏(120)、蜂鸣器和指示彩灯(132)分别与控制系统(110)中对应的驱动电路连接，所述的开关按钮(141)与所述的电池(150)连接，所述的功能按键(142)与控制系统(110)中的控制器连接；

所述的控制系统(110)，包括控制器、电池电源模块、场强测量模块、运动测量模块、报警模块、人机交互模块和蓝牙模块；

所述的控制器，与电池电源模块、场强测量模块、运动测量模块、报警模块、人机交互模块和蓝牙模块相连接，负责数据处理和运算并协调其他各模块工作，实现手环的各个功能；

所述的电池电源模块，包括电池(150)、电池管理器和稳压器，为整个系统提供稳定的电源；电池(150)通过稳压器进行电压转换，电池管理器对电池(150)的电量进行检测和充放电过程的电能管理；

所述的场强测量模块，包括感应天线(170)、运算放大器、多路开关和二阶滤波器，感应天线(170)感应电场信号，电场信号经过多路开关和运算放大器组成的增益可控放大电路，通过三位地址线确定八种放大倍数，再通过二阶滤波电路对放大后的电场信号进行降噪处理；

所述的运动测量模块，包括基于微机电技术的运动处理组件及其驱动电路，使所述的多功能手环具有时钟和运动健康功能；

所述的报警模块，包括蜂鸣器、震动马达(160)和指示彩灯(132)的驱动电路，当检测到人体越过安全防护距离，报警模块发出声光震动的警告信号；

所述的人机交互模块包括开关按钮(141)、功能按键(142)和液晶屏(120)的驱动电路；所述的液晶屏(120)显示图形化表征的场强信息、时间信息和运动健康信息；根据现场环境，通过功能按键(142)选择电压等级，开关按钮(141)控制电路的通导，从而确定不同电压等级对应的信号放大倍数，并将信息显示在液晶屏(120)上；

所述的蓝牙模块包括支持蓝牙4.2标准协议的双模蓝牙模组及其驱动电路，用于连接手机端，将检测到的电场信息和运动信息传送到手机端APP，并通过手机端APP的图形化显示进行场强分析进而判断电压等级和诊断输电线故障情况；

工作时，使用者通过人机交互面板选择工作环境的电压等级，如果使用者不明确环境的电压等级，需要判断电压等级选项；判断电压等级时，使用者从远处沿分析路径向输电线方向行走过程中，运动测量模块每检测到一个步伐，场强测量模块采集一次电场强度信息，并通过蓝牙模块将电场强度数据上传到手机端，手机端用于显示所测得的电场强度变化曲线和各电压等级下分析路径上的曲线簇；通过电场强度变化曲线与各电压等级下分析路径上的曲线簇进行对比，使用者判断出电压等级；

确定电压等级后，各个模块开始协同工作；控制器根据所选择的电压等级输出电平信号以选择多路开关的导通路径，同时确定对应电压等级的信号放大倍数；控制器通过场强测量模块采集电场信号数据，数据经控制器处理后，通过液晶屏(120)图形化显示出电场强度，并对液晶屏(120)显示的电场强度与所选择的电压等级对应的报警阈值进行比较；若电场强度大于报警值，说明使用者越过安全距离，则报警模块进行报警提示，直至使用者退离至安全区域，若电场强度小于报警值，则返回继续采集和处理数据，如此循环，直到按键退出；

与判断电压等级同理，输电线发生缺相故障时，通过采集到的分析路径上的电场强度变化曲线与各电压等级下分析路径上的曲线簇的对比，直接判断出故障类型。

2.根据权利要求1所述的一种用于多电压等级近电报警的多功能手环，其特征在于，所述的多功能手环，近电报警功能适用于220V、10kV、35kV、110kV和220kV五种电压等级的电场环境中，对应的报警距离为：220V的报警距离为0.8m-1.2m，10kV的报警距离为1.0m-1.6m，35kV的报警距离为1.5m-2.5m，110kV的报警距离为2.5m-4.0m，220kV的报警距离为4.5m-6.0m。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于多电压等级近电报警的多功能手环，其特征在于，所述的液晶屏(120)为OLED；所述的电池(150)为锂电池。

Images