CN217113483U - 一种用于施工现场的人员安全预警模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种用于施工现场的人员安全预警模块，属于用于施工现场的人员安全预警模块技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种用于施工现场的人员安全预警模块硬件结构的改进；解决上述技术问题采用的技术方案为：包括人员随身佩戴的预警模块，所述预警模块包括主控单元、UWB测距单元、振动传感器、预警单元、电源模块、锂电池、充电接口，所述UWB测距单元通过发射和接收电磁波与设置在施工现场作业车辆上的UWB测距通讯终端进行通讯，通过双边双向测距方法根据收发电磁波的时间计算人车之间的距离，并将该距离信息发送至主控单元，所述主控单元对人车之间的距离进行安全距离判断，对小于安全距离的人员和车辆进行预警；本实用新型应用于施工现场。

Description

一种用于施工现场的人员安全预警模块

技术领域

本实用新型一种用于施工现场的人员安全预警模块，属于用于施工现场的人员安全预警模块技术领域。

背景技术

随着经济快速发展，各种大型基建工程建设日益繁荣。各种工程车应用的项目建设也在全国大力推进，如基建、隧道、煤矿等施工环境，加之具有施工设备大型化、施工人员密集化、施工环境艰苦恶劣、工种危险系数高、工艺复杂等特点，一旦发生安全事故，往往会造成重大的生命和财产损失。日常生产过程中人员穿插作业频繁，稍有不慎就会发生人员与车辆的交叉作业，造成人员伤亡。针对这一安全隐患，需要提出一种人员安全预警模块，能够对施工现场的人员与车辆交叉作业进行预警。

实用新型内容

本实用新型为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种用于施工现场的人员安全预警模块硬件结构的改进。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种用于施工现场的人员安全预警模块，包括人员随身佩戴的预警模块，所述预警模块具体设置在预警工牌内部，所述预警工牌包括工牌本体，所述工牌本体上设置有扬声器孔、警示灯，所述工牌本体的一侧设置有充电接口，通过充电接口给预警模块进行充电，所述主控单元还通过导线与扬声器相连，所述扬声器设置在对应扬声器孔的下方；

所述预警模块包括主控单元、UWB测距单元、振动传感器、预警单元、电源模块、锂电池、充电接口，所述主控单元通过导线分别与UWB测距单元、振动传感器、预警单元、充电接口相连，所述主控单元的电源端通过导线与电源模块的输出端相连，所述电源模块的输入端通过导线与锂电池相连；

所述UWB测距单元通过发射和接收电磁波与设置在施工现场作业车辆上的UWB测距通讯终端进行通讯，通过双边双向测距方法根据收发电磁波的时间计算人车之间的距离，并将该距离信息发送至主控单元，所述主控单元对人车之间的距离进行安全距离判断，对小于安全距离的人员和车辆进行预警。

所述UWB测距单元包括UWB测距模块、UWB收发模块、UWB天线，所述UWB测距模块通过导线与UWB收发模块相连，所述UWB收发模块与UWB天线双向电连接；

所述UWB 收发模块接收 UWB天线发送的 UWB信号，UWB 信号经过 UWB测距模块通过双边双向测距方法计算后得到人车之间的距离信息，并将该距离信息发送至主控单元。

所述预警模块内置RFID，实现人员在施工现场的一卡通功能，其中一卡通功能包括门禁卡、部门卡、考勤卡、饭卡。

所述预警单元包括蜂鸣器、报警指示灯、语音提示模块。

所述UWB测距单元具体采用型号为SKU611，所述UWB测距单元内置加速度传感器，所述UWB测距单元的主控芯片包括UWB测距芯片DW1000和蓝牙主控芯片NRF52840；

所述主控单元具体采用型号为STM32F105的控制芯片；

所述振动传感器具体采用型号为CLA-3微型全向振动传感器。

本实用新型相对于现有技术具备的有益效果为：本实用新型采用厘米级超高精度的无线电定位技术超宽带UWB作为测定距离的通讯介质，能够快速准确的测定施工现场人员与各施工车辆或危险物品之间的距离，设定安全作业距离，低于安全距离时给人员进行报警提示，通过精准测距预警设置，有效判别生产车辆与人员之间的安全距离，避免了造成人车交叉作业可能产生的事故，提高了安全生产效率及人员作业安全。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型用作工牌型的结构示意图；

图3为本实用新型用作手环型的结构示意图；

图4为本实用新型用作安全帽型的结构示意图；

图5为本实用新型使用的一种实施例的结构示意图；

图6为本实用新型的主控单元的电路原理图；

图7为本实用新型的UWB测距单元的测距芯片的电路原理图；

图8为本实用新型的USB接口电路原理图；

图中：1为预警模块、2为警示喇叭、3为警示灯、10为工牌本体、11为扬声器孔、12为警示灯、13为充电接口、20为预警手环、21为预警盘、22为腕带、23为USB充电接口、24为报警指示灯、25为声音放大器孔、30为安全帽、31为壳体。

具体实施方式

如图1至图8所示，本实用新型一种用于施工现场的人员安全预警模块，包括人员随身佩戴的预警模块，所述预警模块包括主控单元、UWB测距单元、振动传感器、预警单元、电源模块、锂电池、充电接口，所述主控单元通过导线分别与UWB测距单元、振动传感器、预警单元、充电接口相连，所述主控单元的电源端通过导线与电源模块的输出端相连，所述电源模块的输入端通过导线与锂电池相连；

所述UWB测距单元通过发射和接收电磁波与设置在施工现场作业车辆上的UWB测距通讯终端进行通讯，通过双边双向测距方法根据收发电磁波的时间计算人车之间的距离，并将该距离信息发送至主控单元，所述主控单元对人车之间的距离进行安全距离判断，对小于安全距离的人员和车辆进行预警。

所述UWB测距单元包括UWB测距模块、UWB收发模块、UWB天线，所述UWB测距模块通过导线与UWB收发模块相连，所述UWB收发模块与UWB天线双向电连接；

所述UWB 收发模块接收 UWB天线发送的 UWB信号，UWB 信号经过 UWB测距模块通过双边双向测距方法计算后得到人车之间的距离信息，并将该距离信息发送至主控单元。

所述预警模块内置RFID，实现人员在施工现场的一卡通功能，其中一卡通功能包括门禁卡、部门卡、考勤卡、饭卡。

所述预警单元包括蜂鸣器、报警指示灯、语音提示模块。

所述预警模块可以具体设置在预警工牌内部，所述预警工牌包括工牌本体10，所述工牌本体10上设置有扬声器孔11、警示灯12，所述工牌本体10的一侧设置有充电接口13，通过充电接口13给预警模块进行充电，所述主控单元还通过导线与扬声器相连，所述扬声器设置在对应扬声器孔11的下方。

所述预警模块还可以具体设置在预警手环20内部，所述预警手环20包括腕带22和设置在腕带上的预警盘21，所述预警盘21的正面设置有声音放大器孔24，所述预警盘21的一侧设置有USB充电接口23，所述预警盘21的另一侧设置有报警指示灯25。

所述预警模块还可以具体设置在安全帽30上，所述预警模块固定封装在壳体31内，所述壳体31底部设置有安装座，所述壳体31通过安装座固定在安全帽30上，所述壳体31上设置有与预警模块的充电接口对应的开孔。

所述UWB测距单元具体采用型号为SKU611，所述UWB测距单元内置加速度传感器，所述UWB测距单元的主控芯片包括UWB测距芯片DW1000和蓝牙主控芯片NRF52840；

所述主控单元具体采用型号为STM32F105的控制芯片；

所述振动传感器具体采用型号为CLA-3微型全向振动传感器。

本实用新型通过在预警模块内设置UWB测距单元，通过双边双向测距法，测得同时佩戴该预警模块的人员与作业车辆之间的距离，从而实现有效的安全预警，本实用新型采用双边双向测距法进行两者之间距离测算的具体过程如下：双边双向测距是单边双向测距的一种扩展测距方法，记录了两个往返的时间戳，最后得到飞行时间，虽然增加了响应的时间，但会降低测距误差。而响应时间可以通过频率来调节。双边双向测距分为两次测距，设备A主动发起第一次测距消息，设备B响应，当设备A收到数据之后，再返回数据，最终可以得到四个时间差，通过四个时间差得到两个设备A和B之间的距离。

本实用新型的人员预警模块由于为了符合施工现场的情况，可以设置成不同的外形进行实际使用，如图2-4所示的，可以将预警模块内置入工牌内部，既可以作为员工的一卡通，也可以实现与车辆上的预警模块的通信，实现距离的测量；还可以设置为手环型的，作为人员安全预警设备佩戴在不是施工现场的原有的工作人员身上，让外来的人员在施工现场也能实现安全预警；还可以将预警模块集成到一密封的壳体内部，预留充电接口和安装孔，将其安装在安全帽上，具体为了方便使用，可以将其固定在安全帽的后侧，既不影响其作为安全帽本身的使用，也不影响其佩戴，作为安全帽型的预警产品，不仅方便佩戴，也便于预警产品的维修和维护。

本实用新型具体采用了UWB高精度测距原理，在施工现场不需要预设基站的基础上，只需要在施工人员身上佩戴带有本实用新型预警模块的产品，与设置在作业车辆上的UWB测距通讯终端进行通讯，实时获取人员与车辆之间的距离，通过主控单元判断该距离值是否处于安全范围之内，当人员与车辆之间的距离小于安全值时，主控模块触发振动传感器进行振动报警，同时触发预警单元进行语音提示或蜂鸣器警示或指示灯闪烁进行报警，而对于预警单元具体采用的报警方式，可以通过不同预警产品进行不同的单一设置或组合设置，确保能够及时的使人员感知到该预警信号，采取措施，避免人车交叉作业。

本实用新型用于与人员佩戴的预警模块进行通信的车载预警装置包括安装在车辆上的警示灯3、警示喇叭2和安装在车顶和车尾的预警模块1，使用时将预警模块1、警示灯3和警示喇叭2分别安装在施工现场的不同作业车辆上，将预警模块放置在不同形式的产品上，佩戴在工作人员身上，设定车辆与人员之间安全作业距离为5米，如图5所示为其中的一种实施例，预警模块1安装在安全帽上，人员佩戴该安全帽30进行作业，安全帽上预警模块的UWB测距天线在不依赖外网的情况下，自动发射频率为3.7GHz ~ 7GHz的电磁波探测自主探测人员周围的作业车辆。当两者之间相对距离小于预警设置值5米时，自动报警提示，此时主控单元会输出高电平触发振动传感器振动或蜂鸣器报警、语音模块语音提示，给作业人员实时提醒，最大限度地降低人与车交叉作业事故发生。

本实用新型为了满足施工现场的复杂环境，给作业人员提供较高精度的警示信息，采用厘米级超高精度UWB技术，通过精准测距预警设置，有效帮助生产车辆与作业人员之间控制合理的安全距离。本实用新型采用的UWB测距单元支持每秒200次测距；最多同时收取最近距离的40个标签进行告警。本实用新型预警模块的指标参数如下表1所示：

表1 预警模块的指标参数。

本实用新型的UWB测距模块具体采用芯片为DW1000，主控单元采用STM32F105RC，通过DW1000芯片作为收发器计算电磁波在两个设备之间往返传输的时间差，并将该时间差发送至主控单元，主控单元通过双边双向测距法，根据两个设备两次传输的四个时间差，对两个设备之间的距离进行计算，并将计算结果与预设的安全值进行判断，当判断的结果大于该安全值时，说明两者处于安全的作业距离，设备不发出报警信息，当判断结果小于该安全值时，主控单元通过输出高电平触发振动传感器振动同时预警单元发出不同的预警措施，可以让作业人员及时获知当前周围环境存在的作业，避免交叉作业。

关于本实用新型具体结构需要说明的是，本实用新型采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本实用新型提出的技术问题，本实用新型中出现的部件、模块、具体元器件的型号、连接方式除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的已公开专利、已公开的期刊论文、或公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种用于施工现场的人员安全预警模块，其特征在于：包括人员随身佩戴的预警模块，

所述预警模块具体设置在预警工牌内部，所述预警工牌包括工牌本体，所述工牌本体上设置有扬声器孔、警示灯，所述工牌本体的一侧设置有充电接口，通过充电接口给预警模块进行充电；

所述预警模块包括主控单元、UWB测距单元、振动传感器、预警单元、电源模块、锂电池、充电接口，所述主控单元通过导线分别与UWB测距单元、振动传感器、预警单元、充电接口相连，所述主控单元的电源端通过导线与电源模块的输出端相连，所述电源模块的输入端通过导线与锂电池相连，所述主控单元还通过导线与扬声器相连，所述扬声器设置在对应扬声器孔的下方；

所述UWB测距单元通过发射和接收电磁波与设置在施工现场作业车辆上的UWB测距通讯终端进行通讯，通过双边双向测距方法根据收发电磁波的时间计算人车之间的距离，并将该距离信息发送至主控单元，所述主控单元对人车之间的距离进行安全距离判断，对小于安全距离的人员和车辆进行预警。

2.根据权利要求1所述的一种用于施工现场的人员安全预警模块，其特征在于：所述UWB测距单元包括UWB测距模块、UWB收发模块、UWB天线，所述UWB测距模块通过导线与UWB收发模块相连，所述UWB收发模块与UWB天线双向电连接；

所述UWB 收发模块接收 UWB天线发送的 UWB信号，UWB 信号经过 UWB测距模块通过双边双向测距方法计算后得到人车之间的距离信息，并将该距离信息发送至主控单元。

3.根据权利要求1所述的一种用于施工现场的人员安全预警模块，其特征在于：所述预警模块内置RFID，实现人员在施工现场的一卡通功能，其中一卡通功能包括门禁卡、部门卡、考勤卡、饭卡。

4.根据权利要求1所述的一种用于施工现场的人员安全预警模块，其特征在于：所述预警单元包括蜂鸣器、报警指示灯、语音提示模块。

5.根据权利要求1所述的一种用于施工现场的人员安全预警模块，其特征在于：所述UWB测距单元具体采用型号为SKU611，所述UWB测距单元内置加速度传感器，所述UWB测距单元的主控芯片包括UWB测距芯片DW1000和蓝牙主控芯片NRF52840；

所述主控单元具体采用型号为STM32F105的控制芯片；

所述振动传感器具体采用型号为CLA-3微型全向振动传感器。

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