電力工程高空作業人員個體狀態監測裝置製造方法

2023-05-20 16:31:11 1

電力工程高空作業人員個體狀態監測裝置製造方法
【專利摘要】一種電力工程高空作業人員個體狀態監測裝置，它包括由每個作業人員隨身攜帶的監測單元和設置在地面上的監控計算機，所述監測單元包括單片機、脈搏傳感器、體溫傳感器和ZigBee發射模塊，所述脈搏傳感器接單片機的A/D輸入埠，體溫傳感器接單片機的TWI通信埠，所述ZigBee發射模塊接單片機的UART通信接口並通過ZigBee網絡與監控計算機通信。本發明實現了對電力工程高空作業人員的遠程無線監測，使地面指揮人員能夠準確判斷作業人員的生理和心理狀態，為及時採取防範措施，確保作業人員的人身安全創造了有利條件。本發明結構簡單，價格低廉，具有廣泛的應用前景。
【專利說明】電力工程高空作業人員個體狀態監測裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於監測電力工程高空作業人員生理和心理狀態的裝置，屬於監測【技術領域】。
【背景技術】
[0002]通常情況下，電力工人需要定期進行登塔和走線作業，檢查導線與杆塔之間的絕緣和杆塔的螺栓連接等。輸電線路一般都建在野外，塔上環境非常惡劣，而且導線離地高度達幾十米甚至超過一百米，儘管工人們都經過了相應的訓練，他們中的一些人仍然還會出現不適應、緊張、呼吸困難甚至頭暈的危險情況，如果繼續工作，可能會釀成重大事故，因此地面上的指揮人員應對高空作業人員的個體狀態進行監測，一旦發現異常現象及時採取相應措施，徹底消除事故隱患。由於目前還沒有專用的監測裝置，指揮人員只能通過觀察作業人員的動作來判斷其狀態，但由於作業人員登塔後與地面距離較大，指揮人員很難準確判斷其生理和心理狀態，因此無法確保作業人員的安全。

【發明內容】

[0003]本發明的目的在於針對現有技術之弊端，提供一種電力工程高空作業人員個體狀態監測裝置，使地面指揮人員能夠準確判斷登塔作業人員的生理和心理狀態，確保作業人員的人身安全。
[0004]本發明所述問題是以下述技術方案實現的: 一種電力工程高空作業人員個體狀態監測裝置，構成中包括由每個作業人員隨身攜帶的監測單元和設置在地面上的監控計算機，所述監測單元包括單片機、脈搏傳感器、體溫傳感器和ZigBee發射模塊等，所述脈搏傳感器接單片機的A/D輸入埠，所述體溫傳感器接單片機的TWI通信埠，所述ZigBee發射模塊接單片機的UART通信接口並通過ZigBee網絡與監控計算機通信。
[0005]上述電力工程高空作業人員個體狀態監測裝置，所述監控計算機包括計算機、ZigBee接收模塊和PL-2303HX通信協議轉換晶片，所述ZigBee接收模塊通過ZigBee網絡接收各監測單元發出的無線信號，並通過PL-2303HX通信協議轉換晶片與計算機連接。
[0006]上述電力工程高空作業人員個體狀態監測裝置，所述ZigBee接收模塊和ZigBee發射模塊結構相同，均包括cc2530無線模塊、RFX2401C晶片、五個電容和兩個電感，所述cc2530無線模塊的Pl_2、Pl_3端分別接RFX2401C晶片的TXEN和RXEN端，其TX、RX端分別接單片機或PL-2303HX通信協議轉換晶片的RX、TX端，cc2530無線模塊的RF_P端依次經第一電容和第二電容接地，其RF_N端依次經第三電容、第四電容和第五電容接RFX2401C晶片的TXEN端，第一電感的一端接第一電容與第二電容的串接點，另一端接第四電容與第五電容串接點，第二電感一端接地，另一端接第三電容與第四電容串接點，RFX2401C晶片的ANT端接天線。
[0007]上述電力工程高空作業人員個體狀態監測裝置，所述監測單元還設置有USB通信接口，所述USB通信接口通過CH375晶片與單片機的PA和PB數據接口連接。
[0008]上述電力工程高空作業人員個體狀態監測裝置，所述監測單元還包括液晶顯示器，所述液晶顯示器接單片機的PC數據接口。
[0009]上述電力工程高空作業人員個體狀態監測裝置，所述監測單元的電路板及電池安裝在高空作業人員的安全帽的一側，體溫傳感器和液晶顯示器安裝在安全帽的帽簷下部，所述脈搏傳感器採用耳夾式脈搏傳感器。
[0010]本發明利用監測單元實時監測高空作業人員的脈搏波、脈率和體溫，並通過ZigBee網絡將監測數據發送到監控計算機，監控計算機通過對監測數據進行分析，判斷作業人員是否異常。本發明實現了對電力工程高空作業人員的遠程無線監測，使地面指揮人員能夠準確判斷作業人員的生理和心理狀態，為及時採取防範措施，確保作業人員的人身安全創造了有利條件。
[0011]本裝置還可對原始數據進行保存，供後續分析使用。本發明結構簡單，價格低廉，具有廣泛的應用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]下面結合附圖對本發明作進一步詳述。
[0013]圖1為本發明的結構示意圖；
圖2為監測單元的電原理圖；
圖3為監控計算機的電原理圖；
圖4為監測單元的安裝示意圖。
[0014]圖中各標號清單為:1、安全帽；2、監測單元的電路板及電池；U1、單片機；U2、cc2530無線模塊；U3、RFX2401C晶片；U4、CH375晶片；U5、PL-2303HX通信協議轉換晶片；LCD、液晶顯示器；ZigBee-U ZigBee發射模塊；ZigBee-2、ZigBee接收模塊；PC、計算機；USB、USB通信接口 ；PW、脈搏傳感器；T、體溫傳感器；C1~C5、第一電容~第五電容；L1、第一電感；L2、第二電感。
【具體實施方式】
[0015]隨著可穿戴傳感器、無線網絡和嵌入式計算技術的發展，小型連續健康監測設備已經得到了初步的應用，特別是新興的人體傳感器網絡技術(BSN)，使得隨身攜帶的診療設備變得更加實用和經濟，如今，BSN主要用於醫院，療養院和一些特殊的訓練中，在工程領域還沒有應用，這裡我們設計了一個基於ZigBee技術的電力工人穿戴式安全水平監測裝置，旨在提高電力工人作業的安全與規範。
[0016]整個系統由若干個監測單元、ZigBee網絡和監控計算機構成。每個監測單元由單片機控制，採用非接觸式體溫傳感器和可穿戴式脈搏傳感器監測工作人員的體溫和脈搏波，單片機對脈搏波數據進行處理，得到脈率信息，並將體溫和脈率值通過ZigBee網絡發送給監控計算機，監控計算機對各單元的數據進行實時顯示，並作進一步分析處理，如分析出心率變異性(脈搏波和心率波的峰峰值是一樣的，只是脈搏波在相位上稍稍落後心率波，所以脈率可以用來代替心率計算心率變異性)，從而給出狀態判斷。
[0017]當發現某個監測單元數據異常的時候，可以通過操作監控計算機，實現監控計算機和監測單元的點對點通信，該監測單元直接將脈搏波和體溫信息發回監控計算機，使監控計算機獲得更多監測對象的原始信息，有利於操作人員做出正確的判斷。
[0018]監測單元設計
參看圖2,單片機Atmegal28L控制整個監測單元,單元通過脈搏傳感器PW和體溫傳感器T採集脈搏波和體溫數據，並將其和其他系統自身信息(如電池電量等)顯示在IXD上，單片機處理脈搏波後獲得脈率值，並將脈率值和體溫值通過ZigBee模塊發送出去。ZigBee發射模塊主要由cc2530無線模塊構成，為了增加傳輸距離，使用RFX2401C提高發送功率。脈波傳感器PW採用型號為XD-58C的反射式光電脈搏傳感器，體溫傳感器T採用型號為MLX90615ESG-DAA的醫用紅外體溫傳感器。
[0019]在監控計算機和監測單元的點對點通信模式中，監測單元發送信號前不對脈搏波進行處理，直接將採集值發回監控計算機。
[0020]無論是在網絡模式或者點對點工作模式下，單片機都會將原始數據通過CH375晶片寫到插入USB通信接口的優盤中。
[0021 ] 整個監測單元採用鋰電池供電，並且集成在安全帽上。
[0022]監控計算機的組成
參看圖3,監控計算機主要由ZigBee接收模塊和計算機PC組成,ZigBee接收模塊接收各個監測單元發送的數據，並將數據傳到計算機PC上，計算機PC根據監測的數據給出各個監測單元的狀態。ZigBee接收模塊與ZigBee發射模塊的結構相同。PL-2303HX通信協議轉換晶片U5將UART通信 協議轉換成USB通信，實現ZigBee接收模塊和計算機PC的連接。
[0023]在點對點通信模式下，監控計算機只接收指定監測單元的數據，其它監測單元停發數據。
[0024]該系統實現了對電力工程高空作業人員的脈搏波、體溫和脈率的遠程無線監測，從而掌握作業人員的生理狀態，對原始生理數據進行進一步分析，獲取心率變異性數據等，從而評價作業人員的心理狀態。系統不僅實現數據的監測，還可對原始數據進行保存，供後續分析使用。系統結構簡單，可穿戴，價格低廉，有廣泛應用前景。
【權利要求】
1.一種電力工程高空作業人員個體狀態監測裝置，其特徵是，該裝置包括由每個作業人員隨身攜帶的監測單元和設置在地面上的監控計算機，所述監測單元包括單片機(U1)、脈波傳感器(PW)、體溫傳感器(T)和ZigBee發射模塊(ZigBee-Ι)，所述脈搏傳感器(PW)接單片機(Ul)的A/D輸入埠，體溫傳感器(T)接單片機(Ul)的TWI通信埠，所述ZigBee發射模塊(ZigBee-1)接單片機(Ul)的UART通信接口並通過ZigBee網絡與監控計算機通?目。
2.根據權利要求1所述的電力工程高空作業人員個體狀態監測裝置，其特徵是，所述監控計算機包括計算機(PC)、ZigBee接收模塊(ZigBee-2)和PL-2303HX通信協議轉換晶片(U5)，所述ZigBee接收模塊(ZigBee-2)通過ZigBee網絡接收各監測單元發出的無線信號，並通過PL-2303HX通信協議轉換晶片(U5)與計算機(PC)連接。
3.根據權利要求1或2所述的電力工程高空作業人員個體狀態監測裝置，其特徵是，所述ZigBee接收模塊(ZigBee-2)和ZigBee發射模塊(ZigBee-Ι)結構相同，均包括cc2530無線模塊(U2)、RFX2401C晶片(U3)、五個電容和兩個電感，所述cc2530無線模塊(U2)的P1_2、P1_3端分別接RFX2401C晶片(U3)的TXEN和RXEN端，其TX、RX端分別接單片機(Ul)或PL-2303HX通信協議轉換晶片(U5)的RX、TX端，cc2530無線模塊(U2)的RF_P端依次經第一電容(Cl)和第二電容(C2 )接地，其RF_N端依次經第三電容(C3 )、第四電容(C4)和第五電容(C5)接RFX2401C晶片(U3)的TXEN端，第一電感(LI)的一端接第一電容(Cl)與第二電容(C2)的串接點，另一端接第四電容(C4)與第五電容(C5)串接點，第二電感(L2) —端接地，另一端接第三電容(C3)與第四電容(C4)串接點，RFX2401C晶片(U3)的ANT端接天線。
4.根據權利要求3所述的電力工程高空作業人員個體狀態監測裝置，其特徵是，所述監測單元還設置有USB通信接口(UBS)，所述USB通信接口(UBS)通過CH375晶片(U4)與單片機(Ul)的PA和PB數據接口連接。
5.根據權利要求4所述的電力工程高空作業人員個體狀態監測裝置，其特徵是，所述監測單元還包括液晶顯示器(IXD)，所述液晶顯示器(IXD)接單片機(Ul)的PC數據接口。
6.根據權利要求5所述的電力工程高空作業人員個體狀態監測裝置，其特徵是，所述監測單元的電路板及電池(2)安裝在高空作業人員的安全帽(I)的一側，體溫傳感器(T)和液晶顯示器(LCD)安裝在安全帽(I)的帽簷下部，所述脈搏傳感器(PW)採用耳夾式脈搏傳感器。
【文檔編號】A61B5/16GK104013394SQ201410283533
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月24日 優先權日:2014年6月24日
【發明者】王璋奇, 黃增浩, 王建 申請人:華北電力大學（保定）