CN215298435U - 一种用于高空作业的报警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及安全技术领域，特别提供一种用于高空作业的报警系统，提高了高空作业报警的有效性。本实用新型提供的用于高空作业的报警系统，包括可穿戴设备，设置在所述可穿戴设备上的检测装置，以及与所述检测装置无线通讯连接的报警装置。本实用新型在可穿戴设备上设置加速度传感器，利用加速度传感器的检测是否发生坠落，在发生坠落时实现告警。并将报警装置设置从可穿戴设备上转移到地面工作人员附近，检测装置和报警装置之间利用自组网的无线通讯传递报警信息，使得报警信号的覆盖范围从作业人员附近转移到了地面工作人员附近，提高了地面人员接收报警信号的有效性，从而提高了救援的有效性，保证了高空作业的安全性。

Description

一种用于高空作业的报警系统

技术领域

本实用新型涉及安全技术领域，特别提供一种用于高空作业的报警系统。

背景技术

进入21世纪以来，我国基础设施建设力度不断加大，而在大力发展基础设施的同时，建筑、电力、楼宇清洁等行业有了越来越多的高空作业需求，根据国家相关标准，高空作业就是坠落高度基准面在2米及以上，有可能会坠落的高处进行的作业。高空作业的需求越来越多的高空作业人员，高空作业人员的安全也越来越引发各界的关注。其中，高空作业人员发生坠落时获得及时救助是高空作业的一个重要安全保障。

高空作业人员发生坠落时，如果规范使用了安全防护装备，则坠落发生后人员被悬挂于半空，但由于冲击力导致人员失去知觉、或无法自主恢复正常状态。如果未规范使用安全防护装备，则坠落至下方建筑结构上，根据跌落高度以及下方的净空环境不通，最终伤害程度不同。在这两种坠落事故类型中，如果施救不及时则很可能导致人身伤亡的恶性后果。

为了避免这种施救不及时造成的后果，就需要在高空人员发生坠落时提高报警信号的有效性。

实用新型内容

为了提高了高空作业报警的有效性，本实用新型提出了一种用于高空作业的报警系统。

一方面，本实用新型提供的用于高空作业的报警系统，包括可穿戴设备，设置在所述可穿戴设备上的检测装置，以及与所述检测装置无线通讯连接的报警装置，所述检测装置包括：第一处理单元、加速度传感器、第一蓄电池供电单元和第一无线通讯单元，其中：

所述加速度传感器、所述第一无线通讯单元和所述第一蓄电池供电单元分别连接所述第一处理单元，所述第一处理单元根据所述加速度传感器的检测信息确定所述可穿戴设备发生坠落时通过所述第一无线通讯单元发送告警信息；

所述报警装置包括：第二处理单元、第二告警单元、供电单元和第二无线通讯单元，其中，所述第二告警单元、所述第二供电单元和第二无线通讯单元分别连接所述第二处理单元，所述第二无线通讯单元和所述第一无线通讯单元之间通过无线通讯连接，所述第二无线通讯单元接收所述告警信息并转发给所述第二处理单元，所述第二处理单元根据所述告警信息控制所述第二告警单元告警。

另一方面，本实用新型提供的报警系统中，所述加速度传感器通过第一IO端口和第一串口分别通信连接所述第一处理单元，所述加速度传感器在所述可穿戴设备处于静止状态时通过所述第一IO端口输出指示所述第一处理单元休眠的休眠中断，在所述可穿戴设备由静止状态转为运动状态时通过所述第一IO端口输出唤醒所述第一处理单元的唤醒中断；以及

所述加速度传感器在所述可穿戴设备的失重时间达到设定时间阈值时通过所述第一 IO端口输出坠落中断，在所述可穿戴设备发生撞击时通过所述第一IO端口输出撞击的中断信号，所述第一处理单元收到中断信号时通过所述第一串口从所述加速度传感器获得所述检测信息，所述检测信息包括中断信号的事件类型和发生时间。

再一方面，本实用新型提供的报警系统中，所述检测装置还包括高度传感器，所述高度传感器分别通过第二IO端口和第二串口通信连接所述第一处理单元，所述第一处理单元通过所述第二IO端口输出控制所述高度传感器工作状态的中断信号，并通过所述第二串口获得所述高度传感器的高度检测信息，以及将所述高度检测信息包含在所述告警信息中发送，所述高度传感器工作状态包括上电状态和掉电状态。

第四方面，本实用新型提供的报警系统中，所述第一无线通讯单元和所述第二无线通讯单元之间通过罗拉LoRa通讯连接，所述第一无线通讯单元通过第三IO端口和第三串口分别通信连接所述第一处理单元，所述第一处理单元通过所述第三IO端口输出控制所述第一无线通讯单元工作状态的中断信号，通过所述第三串口发送所述告警信息，所述第一无线通讯单元工作状态包括无线工作状态和掉电状态。

第五方面，本实用新型提供的报警系统中，所述检测装置还包括人机交互单元，连接第一处理单元，所述人机交互单元接收报警中止信号并发送所述第一处理单元，所述第一处理单元将所述报警中止信号通过所述第一无线通讯单元转发给所述第二无线通讯单元；所述第二无线通讯单元将所述报警中止信号转发给所述第二处理单元，所述第二处理单元根据所述报警中止信号控制所述第二告警单元停止告警。

第六方面，本实用新型提供的报警系统中，所述可穿戴设备包括至少两个，所述第二无线通讯单元无线连接每一个可穿戴设备的第一无线通讯单元，所述第二处理单元从每个可穿戴设备分别接收到报警中止信号时控制所述第二告警单元停止告警。

第七方面，本实用新型提供的报警系统中，所述检测装置还包括第一告警单元，连接所述第一处理单元，所述第一处理单元确定所述可穿戴设备发生坠落时控制所述第一告警单元告警。

第八方面，本实用新型提供的报警系统中，所述第二供电单元包括：第二蓄电池供电单元；和/或，将外部交流电转换为所述报警装置工作所需的直流电的交直流转换单元。

第九方面，本实用新型提供的报警系统中，所述报警装置还包括以太网通讯单元，所述第二处理单元确定所述可穿戴设备发生坠落时，还通过所述以太网通讯单元向远程控制系统发送所述告警信息。

本实用新型的提供的高空作业的报警系统，在可穿戴设备上设置加速度传感器，利用加速度传感器的检测是否发生坠落，在发生坠落时实现告警。并将报警装置设置从可穿戴设备上转移到地面工作人员附近，检测装置和报警装置之间利用自组网的无线通讯传递报警信息，无需借助外部网络即可实时传递所述坠落信息，这样不仅可以检测到是否发生坠落，并且使得报警信号的覆盖范围从作业人员附近转移到了地面工作人员附近，提高了地面人员接收报警信号的有效性，从而提高了救援的有效性，保证了高空作业的安全性。进一步的，还在可穿戴设备上设置了高度传感器，利用高度传感器的高度检测信息快速定位事故现场，进一步提高了救援效率。

附图说明：

图1为本实用新型提供的高空作业报警系统在一个高空作业的具体应用场景的使用示意图；

图2为设置了本实用新型提供的检测装置的安全带示意图；

图3本实用新型提供的一种用于高空作业的报警系统的原理框图；

图4本实用新型提供的另一种用于高空作业的报警系统的原理框图。

具体实施方式：

相关技术中，高空人员发生坠落时，可以自己通过手机采用电话或短信的方式报警，这种报警方式完全依赖于手机的通信网络。然而在高空作业领域，存在很多封闭、没有手机信号的工作环境，例如塔筒，井下等。在这种手机完全没有信号的情况下，即使高空作业人员能够主动求救，也无法通过手机信号与外借通讯。基于此，可以在高空作业人员的可穿戴设备上集成设置跌倒检测功能的智能装置和报警单元，当跌倒检测功能的智能装置在检测到高空人员发生坠落时，触发报警单元报警。报警单元的具体方式例如声光报警，可穿戴设备例如高空人员使用的安全带等设备。

但是通过在可穿戴设备上集成具有跌倒检测功能的含智能装置和报警单元的方案，也存在一些问题。高空作业中常见的一种事故是坠落事故，相关技术中的智能装置仅仅实现到了跌倒检测，并不具备坠落检测功能。并且可穿戴设备是电池供电，受电池电流、电压等因素的影响，电池驱动的声光报警设备发出的声音相对较小，并且高空作业工况下，很多情况是高空作业人员独自前往的，附近并没有可协助的其他人员，这样的话，将报警单元集成在可穿戴设备上的技术方案，造成报警信号的覆盖范围内无法有效传递给救援人员的问题。

基于此，本实用新型的发明人考虑到上述两个问题，对高空作业的报警系统进行了改进。其一在可穿戴设备上设置加速度传感器，利用加速度传感器的检测是否发生坠落，在发生坠落时实现告警。其二将报警装置设置从可穿戴设备上转移到地面工作人员附近，检测装置和报警装置之间利用自组网的无线通讯传递报警信息，无需借助外部网络即可实时传递所述坠落信息，物联网技术融合了通信、大数据等高新技术在Bluetooth、Zigbee、LoRa 等无线通信技术领域取得了极大进步，并且已逐渐在很多行业推广应用，本实用新型在检测装置和报警装置之间可以利用LoRa(罗拉)等无线通信技术。这样就使得报警信号的覆盖范围从作业人员附近转移到了地面工作人员附近，提高了地面人员接收报警信号的有效性。进一步的，还在可穿戴设备上设置了高度传感器，利用高度传感器的高度检测信息快速定位事故现场，进一步提高了救援效率。

参见图1所示，图1为本实用新型提供的高空作业报警系统在高空作业中的一个具体应用场景示意图，图中示意出了高空作业人员11从作业位置所在的初始工作高度a处发生坠落并到达坠落中止高度b处的场景。高空作业人员11在作业位置作业，并利用可穿戴设备连接到防护装备12上，可穿戴设备上设置有检测装置13，检测装置13上安装有智能处理单元和加速度传感器。当坠落事故发生时，例如，高空作业人员11从初始工作高度a 处发生坠落并到达坠落中止高度b处，坠落过程中，加速度传感器的检测信号根据坠落状态发生变化，并根据加速度信号的变化输出相应的中断信号以触发智能处理单元，智能处理单元被触发后，根据加速度传感器的检测信息确认坠落发生时发出告警信息，告警信息通过无线传输到报警装置14，报警装置14安装在地面人员的工作位置附近，报警装置14 被告警信号触发发出告警时，这样就大幅度提高了地面工作人员接收到告警信息的有效性，从而可以快速进行救援。进一步，在检测装置13上还可以设置高度传感器，有效检测高空工作人员的实时高度，包括坠落初始高度a和坠落中止高度b的高度信息，高度a和高度b之间的高度差即坠落高度ΔH，利用实时高度信息可以对高空作业人员所处位置进行准确定位，进一步提高了救援效率。防护装备12例如安全索，高空作业人员11利用可穿戴设备和防护装备12固定连接，可穿戴设备例如图2所示的安全带，安全带上设置有检测组装置13。结合图1所示，本实用新型中的坠落指高空作业人员或者装备从初始工作高度非自主地掉落至另一坠落终止高度的过程，且初始工作高度的海拔高度值大于坠落终止高度的海拔高度值。

更进一步，由于报警装置14是设置在地面的，因此报警装置14的供电可以采用地面的市电交流电供电，保证了报警装置14的供电可靠性。而且，还可以在可穿戴设备上设置报警单元进行同步报警，进一步扩大了报警范围。以上两点改进均可以进一步提高坠落事故报警的有效性。

下面以具体实施例并结合附图对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行清楚、完整地描述，所应理解的是，以下仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

如图3所示，本实用新型提供的一种用于高空作业的报警系统的原理框图，主要包括可穿戴设备(图中未示出)，还包括设置在可穿戴设备上的检测装置31，以及与检测装置无线通讯连接的报警装置32，其中，检测装置31包括：第一处理单元311、加速度传感器312、第一蓄电池供电单元313和第一无线通讯单元314，其中：

加速度传感器312、高度传感器315和第一无线通讯单元314和第一蓄电池供电单元 313分别连接第一处理单元311，第一处理单元311根据加速度传感器312的检测信息确定可穿戴设备发生坠落时并通过第一无线通讯单元314发送告警信息；

报警装置32包括：第二处理单元321、第二告警单元322、第二供电单元323和第二无线通讯单元324，其中，第二告警单元322、第二供电单元323和第二无线通讯单元324 分别连接第二处理单元321，第二无线通讯单元324和第一无线通讯单元314之间通过无线通讯连接，例如可以利用LoRa等无线通信技术通讯连接，第二无线通讯单元324接收告警信息并转发给第二处理单元321，第二处理单元321根据告警信息控制第二告警单元 322告警。由于可穿戴设备要随高空作业人员移动，因此可穿戴设备上的检测装置31，采用蓄电池供电，即第一蓄电池供电单元313供电，第一蓄电池供电单元313需要将蓄电池的直流电转换为各个单元所需的工作电压，图中示例性连接到第一处理单元，如果需要直接向其他单元供电，也还需要连接其他单元。

考虑到加速度传感器312带有超阈值监测功能，根据设定的速度阈值以及持续时间，可以确定可穿戴设备是静止状态或者从静止状态转为运动状态，一旦检测到加速度超阈值状态，可通过自带的输入输出IO端口输出数字量中断信号，以通知第一处理单元311。这样第一处理单元311无需持续读取加速度传感器312的检测信息，从而降低系统整体功耗。加速度传感器312可以选用低功耗的3轴加速度计，带有基于运动状态的智能电源管理，从而以极低的功耗进行阈值监测。因此，在一个实施例中，加速度传感器312通过第一输入输出IO端口连接第一处理单元311，加速度传感器312在可穿戴设备处于静止状态时通过第一IO端口输出休眠中断，休眠中断指示第一处理单元311休眠，例如可以采用休眠中断控制第一处理单元311的电源开关断电，在可穿戴设备由静止状态转为运动状态时通过第一IO端口输出唤醒中断，唤醒中断用于唤醒第一处理单元311，例如可以采用唤醒中断控制第一处理单元311的电源开关闭合，第一处理单元311上电进入工作状态。

在一种具体实施例中，可穿戴设备的各个状态，都可以被加速度传感器312根据不同的设定阈值检测到并发出中断信号，例如加速度传感器312在自由落体时的检测值为零，而可穿戴设备在发生坠落时包括失重过程和撞击事件，失重过程中加速度的检测值变小并趋近零，因此根据坠落过程中的加速度检测值变化，加速度传感器312可以根据设定的加速度检测值的设定阈值确定可穿戴设备处于失重状态，并当失重状态持续时间阈值时发出坠落中断，根据对应撞击时的加速度阈值检测到发生撞击并发出撞击中断。除了坠落中断和撞击中断，加速度传感器312还可以在可穿戴设备保持静止状态到一定时间阈值时发出静止中断，在可穿戴设备从静止到运动时发出唤醒中断。加速度传感器312还可以保存为检测信息，包括每个中断对应的事件类型和时间等检测信息。根据针对各个中断设定的阈值，加速度传感器312通过IO端口向第一处理单元311输出不同的中断信号。中断信号包括休眠中断、唤醒中断和撞击中断等，第一处理单元311接收到中断信号时，获取检测信息，然后坠落中断和撞击中断的事件类型和时间，就可以判定是否发生坠落并决定是否触发告警单元。在这个实施例中，第一处理单元311和加速度传感器312之间还可以串口通信，在每次接收到中断信号时，通过串口通信以读取加速度传感器312的检测信息。

加速度传感器312还通过第一串口通信连接第一处理单元311，加速度传感器312在可穿戴设备的加速度超过接近自由落体的加速度阈值时通过第一IO端口输出坠落中断，在可穿戴设备的加速度超出撞击加速度阈值时判定发生撞击，则通过第一IO端口输出撞击中断，第一处理单元311根据坠落中断或者撞击中断，通过第一串口从加速度传感器312 获得检测信息，检测信息包括中断信号的事件类型和发生时间，第一处理单元311根据坠落中断和撞击中断的先后顺序以及间隔时间，可以判定是否发生坠落。

仍参见图3所示，在一个具体实施例中，检测装置还包括高度传感器315，高度传感器315分别通过第二IO端口和第二串口通信连接第一处理单元311，第一处理单元311通过第二IO端口输出控制高度传感器315工作状态的中断信号，并通过第二串口获得高度传感器315的高度检测信息，以及将检测信息和高度检测信息包含在告警信息中发送高度传感器315工作状态包括上电状态和掉电状态。为了进一步减少损耗，当第一处理单元311 被唤醒后向高度传感器315输出转为上电状态的中断信号，控制高度传感器315得电，高度传感器315上电并开始工作，当第一处理单元311休眠时向高度传感器315输出掉电的中断信号，控制高度传感器315失电，高度传感器315进入休眠状态，以减少电能损耗。这一过程可以也利用中断信号控制电源开关来实现。

在一个具体实施例中，为了进一步减少损耗，对于第一无线通讯单元314，第一无线通讯单元314通过第三IO端口和第三串口分别通信连接第一处理单元311，第一处理单元311通过第三IO端口输出控制第一无线通讯单元314工作状态的中断信号，通过第三串口发送告警信息，第一无线通讯单元324工作状态包括无线工作状态和掉电状态。IO端口用于以低功耗且快速的方式进行交互，串口通讯用于传递较大信息量的数字信号。

因此，本实用新型实施例中，检测装置上的无线通讯单元采用低功耗无线串口方案，具有点对点通讯、广播通讯功能，并且可通过IO口进行电源管理，在无需通讯时降低整体功耗，此外，无线通讯单元具有以下两种状态：无线工作状态、掉电状态。这样当设置有检测装置的可穿戴设备未发生坠落时，第一处理单元311控制第一无线通讯单元314处于掉电状态，不耗费电量，而当发生坠落后，控制第一无线通讯单元314切换至无线工作状态。

如图4所示，在一个具体实施例中，为方便高空工作人员控制，及时消除误报警或者在需要时及时中止报警，检测装置还包括人机交互单元316，连接第一处理单元311，人机交互单元316接收高空作业人员或者救援人员操作的报警中止信号并发送给第一处理单元311，第一处理单元311将报警中止信号通过第一无线通讯单元314转发给第二无线通讯单元324；第二无线通讯单元324将报警中止信号转发给第二处理单元321，第二处理单元 321根据报警中止信号控制第二告警单元322停止告警。

每个可穿戴设备都对应唯一一个识别号，检测装置在进行告警时，告警信息中可以携带该识别号，每个可穿戴设备可以利用识别号进行区别。考虑到高空作业人员可能有多个，多人同时发生坠落时，只要其中一个人未得到救援，报警装置就需要一直保持报警状态，因此当多人协同作业时，根据发出告警的可穿戴设备的识别号，只要有其中一个人触发了报警，报警装置即触发告警，当所有触发了告警的可穿戴设备都关闭报警并发出报警中止信号时，报警装置才可以停止告警。因此，多人作业情况下，多个可穿戴设备加入高空作业时，报警装置就需要和每个可穿戴设备无线通信并根据所有可穿戴设备的状态进行告警控制。即：在高空作业中，当高空作业人员超过两人时，使用到的可穿戴设备也包括至少两个，第二无线通讯单元324无线连接每一个可穿戴设备的第一无线通讯单元314，第二处理单元321通过第二无线通讯单元324分别从每个可穿戴设备接收到报警中止信号时控制第二告警单元322停止告警。

仍如图4所示，如果进一步需要在作业位置本地报警，可穿戴设备上也可以设置报警单元。则再一个具体实施例如图4所示，检测装置31还可以包括第一告警单元317，第一告警单元317连接第一处理单元311，第一处理单元311确定可穿戴设备发生坠落，通过第一无线通讯单元314发出告警信息的同时，也可以及时触发第一告警单元317在作业区域内告警。

对于报警装置32，可以采用蓄电池供电，也可以采用市电供电，如果采用蓄电池供电，则第二供电单元可以是蓄电池供电单元。当采用外部交流电供电时，第二供电单元可以是交直流转换单元3231，交直流转换单元3231用于将外部市电的交流电转换为报警装置工作所需的直流电的。报警装置32也可以同时采用蓄电池供电和市电供电的两种方式。当报警装置32采用市电供电时，报警装置32上的无线通讯单元可以始终处于无线工作状态。

仍如图4所示的另一个具体实施例中，报警装置32还包括以太网通讯单元325，第二处理单元321确定可穿戴设备发生坠落时，还通过以太网通讯单元325向远程控制系统发送包含告警信息的坠落数据包。这样，当报警装置32启动报警告知附近地面工作人员进行救援的同时，还可以通过以太网通讯单元325向系统外部传递告警信息。

本实用新型提供的上述报警系统中，加速度传感器312可以采用3轴加速度计，可穿戴设备可以是安全帽、安全背心或者安全带等设备。3轴加速度计带有基于运动状态的智能电源管理功能，从而以极低的功耗进行阈值监测。并且一旦检测到超阈值状态，可通过自带的IO端口输出数字量中断信号，以通知第一处理单元311。这样第一处理单元311无需持续的实时读取加速度传感器312的检测信号，从而降低系统整体功耗，加速度的检测信号包括x/y/z加速度值信号。优选地，第一处理单元监测加速度传感器312根据设定的阈值发出的超阈值中断，根据超阈值中断的中断事件发生的时间组合分析判断出可穿戴设备是否发生坠落；一旦判定为坠落事件后，第一处理单元311通过高度传感器315读取坠落发生高度，并将包含含智能装置的安全带唯一识别号和实时高度的坠落数据包通过无线通讯单元发送至报警装置32。坠落发生后，用户可通过操作人机交互单元316控制无线通讯单元报警中止信号，用户包括高空作业人员或着救援人员。

上述实施例中，报警装置32中的第二无线通讯单元324一直处于无线工作状态，第二处理单元321持续读取第二无线通讯单元324接收的告警信息，一旦发生坠落就立即启动第二告警单元322以告知附近人员，并可以同时通过以太网通讯单元325向系统外部传递坠落信息。当再次接收到来自同一可穿戴设备的报警中止信号后，第二处理单元321控制关闭第二告警单元322，并停止向系统外部发送坠落信息。第一告警单元317和第二告警单元322均可以采用声光报警装置。

检测装置31和报警装置32上，还可以进一步设置电源指示灯、低电量指示灯、工作指示灯，以及电量指示灯等，在检测装置的人机交互单元316上，还设置有各个人机交互按钮，例如电源开关、告警中止按钮等。工作指示灯可以用不同的颜色指示可穿戴设备的状态，例如检测装置中，第一处理单元311与人机交互指示灯接口建立连接，人机交互指示灯接口用于第一处理单元311控制位于上壳体上的低电量指示灯及工作指示灯，当第一处理单元311处于被加速度传感器312的唤醒中断唤醒后，第一处理单元311控制工作指示灯以1hz(赫兹)的频率闪烁绿色，以表示可穿戴设备当前处于工作状态并且未发生坠落，当第一处理单元311判断可穿戴设备当前处于坠落状态时，第一处理单元311控制工作指示灯闪烁红色。低电量指示灯用于低电量示警，当第一处理单元311判断可穿戴设备当前电量低时，第一处理单元311控制低电量指示灯亮起。

本实用新型实施例提供的报警系统中，利用加速度传感器312的检测信息判断是否发生坠落，具体判断方法有多种，为本领域技术所熟知，这里不再一一详细描述，下面仅以以个一具体示例举例进行说明，并不限定本实用新型的保护范围。

通过分析大量的高空作业过程中3轴加速度传感器x/y/z轴加速度数据发现，所有坠落事件均以失重为起点，以撞击为终点，并且还包括以下5个特征：特征1，坠落过程中x/y/z轴加速度均小于0.2g；特征2，有阻止的坠落过程中失重最小持续时间为300毫秒左右；特征3，撞击过程中x/y/z轴其中一轴的加速度超过2g；特征4，在没有发生坠落的情况下，x/y/z轴加速度也偶尔会产生失重信号，但最大持续时间不会超过300毫秒；特征5，在人员静止状态下，x/y/z轴加速度的向量和趋近于1g；特征5，当自由落体距离超过2米时，3轴加速度传感器x/y/z轴加速度均小于0.2g的持续时间大于600毫秒。

根据以上数据经验，在本实施例中，对3轴加速度传感器312设置以下超阈值事件中断：

中断1：用于当检测到x/y/z轴加速度均小于0.2g并持续小于该值300毫秒时，向第一处理单元311发出中断1，即坠落中断，该阈值是根据前述特征1和特征2确定的，表明可穿戴设备已经接近失重状态且已持续300毫秒，因此中断1用于指示可穿戴设备是否刚刚经历了一个长度300毫秒的失重事件；

中断2：当检测到x/y/z轴中任意一轴的加速度超过2g时，向第一处理单元311发出中断2，即撞击中断，根据前述特征3，该中断2用于指示发生撞击；

中断3:利用3轴加速度传感器自身的静止状态监测功能，当3轴加速度传感器判定当前用户处于静止状态并持续超过5分钟时，发出中断3，即休眠中断，该功能仅在第一处理单元311处于工作状态中启用，用于向第一处理单元311发送休眠使能；5分钟也仅仅是个示例，可以适当缩短或者延长。

中断4:利用3轴加速度传感器自身的运动状态监测功能，当发现用户从静止状态变为运动状态时，发出中断4，即唤醒中断，该功能仅在第一处理单元311休眠状态中启用。

检测装置上电后的初始化过程中，第一处理单元311对3轴加速度传感器312设定中断1、中断2、中断3、中断4的阈值。相应地，第一处理单元311在自身内存空间中，设置一个事件堆栈，用于存储以上四种中断类型及发生的时间，事件堆栈长度至少为2，即，至少能够存储最近两次的中断类型及发生时间。事件堆栈采用先进先出的存储原则，即，事件堆栈存储的事件数量到达上限后，再有新的中断事件产生后，第一处理单元311将当前存储在事件堆栈中，最早发生的事件删除，以存储最新发生的中断事件类型、时间。

第一处理单元311在正常工作状态下收到3轴加速度传感器发出的任何一个中断信号时，读取3轴加速度传感器的超阈值事件的类型、发生时间，事件类型即中断1、中断2、中断3、中断4。并进一步做如下判断：

当发生中断1或中断2后，第一处理单元311将读取事件类型、时间并存入一个前述事件堆栈。

事件堆栈的控制示例1

每当事件堆栈内容更新后，第一处理单元311将最近发生的两次中断事件进行比对：

1)当中断1发生后的500毫秒内，再次发生了中断1，即作业人员在至多800毫秒内，经历了600毫秒以上的失重事件，符合前述特征5，自由落体高度超过2米的坠落情况，因此判定进入报警状态。

2)当中断1发生后的500毫秒内，发生了中断2，即作业人员在经历了300毫秒以上失重状态后的500毫秒内，发生了坠落阻止信号事件，符合前述特征2及特征3所述的有阻止的坠落事件，因此判定进入报警状态。

3)当中断1发生后的500毫秒内，未再次发生中断1或中断2，则判定作业人员未发生坠落事件，不进入报警状态。

4)其他堆栈中的事件组合亦不被认为是发生坠落，不进入报警状态。

事件堆栈的控制示例2

当发生中断1后，第一处理单元311进入一个时间长度500毫秒的警戒状态，在这个警戒状态中，第一处理单元311持续读取3轴加速度传感器312的x/y/z轴加速度数据，同时监测是否再次发生中断1或中断2。在这500毫秒的警戒状态中，存在以下四种可能出现的情况：情况1，如果第一处理单元311再次收到3轴加速度传感器发出的中断1信号，则第一处理单元311将判定进入坠落报警状态；情况2，如果第一处理单元311收到3轴加速度传感器发出的中断2信号，则第一处理单元311将判定进入坠落报警状态；情况3，第一处理单元311通过持续读取到的x/y/z轴加速度数据，根据前述特征5判定使用者已恢复稳定状态，则立即结束当前警戒状态，同时清空事件堆栈；情况4，未出现以上情况1、情况2、情况3所述的情况，直至500毫秒到时，第一处理单元311结束当前警戒状态，并清空事件堆栈。

根据前述情况1出现的情况，第一处理单元311连续读取到两个中断1，依据前序中断1设定阈值计算，设备已连续经历了600毫秒的失重状态，依据自由落体高度公式 h＝1/2gt²可知，此时坠落距离约为1.74米，所以此时应立即判定为坠落发生。

依据前述情况2出现的情况，第一处理单元311先读取到了一个中断1，随后在500毫秒内读取到了中断2，发生这种特征的坠落是由于在高空作业时，高空作业人员常常佩戴有坠落阻止装置，如安全带，连接绳等。高空作业人员发生坠落时，首先会经历一个短暂的失重过程，随后坠落阻止装置开始受力，并阻止了坠落的继续发生，在阻止装置受力时，3轴加速度传感器会接收到中断2。

前述的示例中各个数值，例如500毫秒、600毫秒等仅仅是个示例，本领域工作人员可以根据经验进行一定的调整。

当发生中断3后，第一处理单元311控制自身进入休眠状态，此功能在坠落状态无效；

当发生中断4后，第一处理单元311控制自身进入工作状态，此功能仅在自身处于休眠状态时有效。

检测装置31与报警装置32之间的无线通讯单元采用低功耗无线串口方案，具有点对点通讯、广播通讯功能，并且检测装置31可通过IO端口进行电源管理，在无需通讯时降低整体功耗。

进入坠落报警状态后，第一处理单元311通过IO端口启动高度传感器315并通过串口读取高度传感器315检测到的坠落发生时的高度，并将包含可穿戴设备唯一识别号、实时高度的坠落数据包，作为告警信息通过第一无线通讯单元314发送至报警装置的第二无线通讯单元324；坠落发生后，高空作业人员或救援人员可通过操作检测装置的人机交互单元316发出报警中止信号。

告警信息包含可穿戴设备的唯一识别号、高度信息，也可以包括第一处理单元311的超阈值状态堆栈信息中所存储的最近两次超阈值事件信息，第一处理单元311判定发生坠落事件后，分别通过和高度传感器315、无线通讯单元之间的IO端口，控制高度传感器315、第一无线通讯单元314上电，通过高度传感器315读取实时高度，然后将这些信息封装为坠落数据包发送至报警装置。

在一些实施例中，当报警装置接收到坠落数据包时，立即启动所报警单元，以警示附近人员。

另外，如果是多人同时工作的场景，报警装置在接收到坠落数据包并触发报警单元报警后，还将进一步分析、存储报警信息，以确保当多个可穿戴设备同时发生坠落后，当且仅当全部处于报警状态的含智能装置的安全带发来报警中止信号后，报警装置方可解除自身报警状态。

报警装置的第二处理单元321也可以建立一个报警设备信息堆栈，当报警装置接收到一个报警信号后，首先从报警信号中分析出当前报警信号的可穿戴设备唯一识别号，随后报警装置在报警设备信息堆栈中查询此设备唯一识别号是否存在，若存在则使用当前报警信号中的信息替换现有报警设备信息堆栈中该设备的状态信息，若存在则在堆栈中新建一个存储区，并将当前报警信号中的信息存储到该设备存储区。

当报警装置接受到一个报警中止信号后，首先从报警信号中分析出当前报警信号的可穿戴设备唯一识别号，随后报警装置在报警设备信息堆栈中查询此设备唯一识别号是否存在，若存在则将此设备对应的设备存储区从报警设备堆栈中删除，若不存在则忽略此报警中止信号；

每当收到一个报警信号或报警中止信号后，报警装置通过第二处理单元321判断报警设备信息堆栈：当堆栈为空且声光报警装置处于开启状态时，第二处理单元321控制关闭第二告警单元322；当堆栈非空且声光报警装置处于关闭状态时，第二处理单元321控制开启声光报警装置；当堆栈非空且声光报警装置处于开启状态，或堆栈为空且声光报警装置处于关闭状态时，第二处理单元321不对第二告警单元322进行操作。

在一些实施例中还包括报警装置转发报警信息的功能，具体为：报警装置将接收到的坠落数据包转发至以太网通讯单元325，通过以太网通讯单元325发送给外部系统。

另外，工作人员还可以手动将处于报警状态的检测装置切换回正常状态的方法，发出告警中止的信号，例如长按人机交互按键3秒，报警状态取消。

以上仅为本实用新型的优选实施方式，但本实用新型保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本实用新型公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于高空作业的报警系统，包括可穿戴设备，其特征在于，还包括设置在所述可穿戴设备上的检测装置，以及与所述检测装置无线通讯连接的报警装置，所述检测装置包括：第一处理单元、加速度传感器、第一蓄电池供电单元和第一无线通讯单元，其中：

所述加速度传感器、所述第一无线通讯单元和所述第一蓄电池供电单元分别连接所述第一处理单元，所述第一处理单元根据所述加速度传感器的检测信息确定所述可穿戴设备发生坠落时通过所述第一无线通讯单元发送告警信息；

所述报警装置包括：第二处理单元、第二告警单元、第二供电单元和第二无线通讯单元，其中，所述第二告警单元、所述第二供电单元和第二无线通讯单元分别连接所述第二处理单元，所述第二无线通讯单元和所述第一无线通讯单元之间通过无线通讯连接，所述第二无线通讯单元接收所述告警信息并转发给所述第二处理单元，所述第二处理单元根据所述告警信息控制所述第二告警单元告警。

2.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于，所述加速度传感器通过第一IO端口和第一串口分别通信连接所述第一处理单元，所述加速度传感器在所述可穿戴设备处于静止状态时通过所述第一IO端口输出指示所述第一处理单元休眠的休眠中断，在所述可穿戴设备由静止状态转为运动状态时通过所述第一IO端口输出唤醒所述第一处理单元的唤醒中断；以及

所述加速度传感器在所述可穿戴设备的失重时间达到设定时间阈值时通过所述第一IO端口输出坠落中断，在所述可穿戴设备发生撞击时通过所述第一IO端口输出撞击的中断信号，所述第一处理单元收到中断信号时通过所述第一串口从所述加速度传感器获得所述检测信息，所述检测信息包括中断信号的事件类型和发生时间。

3.如权利要求2所述的报警系统，其特征在于，所述检测装置还包括高度传感器，所述高度传感器分别通过第二IO端口和第二串口通信连接所述第一处理单元，所述第一处理单元通过所述第二IO端口输出控制所述高度传感器工作状态的中断信号，并通过所述第二串口获得所述高度传感器的高度检测信息，以及将所述高度检测信息包含在所述告警信息中发送，所述高度传感器工作状态包括上电状态和掉电状态。

4.如权利要求2所述的报警系统，其特征在于，所述第一无线通讯单元和所述第二无线通讯单元之间通过罗拉LoRa通讯连接，所述第一无线通讯单元通过第三IO端口和第三串口分别通信连接所述第一处理单元，所述第一处理单元通过所述第三IO端口输出控制所述第一无线通讯单元工作状态的中断信号，通过所述第三串口发送所述告警信息，所述第一无线通讯单元工作状态包括无线工作状态和掉电状态。

5.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于，所述检测装置还包括人机交互单元，连接第一处理单元，所述人机交互单元接收报警中止信号并发送所述第一处理单元，所述第一处理单元将所述报警中止信号通过所述第一无线通讯单元转发给所述第二无线通讯单元；所述第二无线通讯单元将所述报警中止信号转发给所述第二处理单元，所述第二处理单元根据所述报警中止信号控制所述第二告警单元停止告警。

6.如权利要求5所述的报警系统，其特征在于，所述可穿戴设备包括至少两个，所述第二无线通讯单元无线连接每一个可穿戴设备的第一无线通讯单元，所述第二处理单元从每个可穿戴设备分别接收到报警中止信号时控制所述第二告警单元停止告警。

7.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于，所述检测装置还包括第一告警单元，连接所述第一处理单元，所述第一处理单元确定所述可穿戴设备发生坠落时控制所述第一告警单元告警。

8.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于，所述第二供电单元包括：第二蓄电池供电单元；和/或，将外部交流电转换为所述报警装置工作所需的直流电的交直流转换单元。

9.如权利要求1所述的报警系统，其特征在于，所述加速度传感器包括3轴加速度计，和/或，所述可穿戴设备包括安全带。

10.如权利要求1～9任一项所述的报警系统，其特征在于，所述报警装置还包括以太网通讯单元，所述第二处理单元确定所述可穿戴设备发生坠落时，还通过所述以太网通讯单元向远程控制系统发送所述告警信息。

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