電力工程高空作業(yè)人員個(gè)體狀態(tài)監(jiān)測裝置制造方法
【專利摘要】一種電力工程高空作業(yè)人員個(gè)體狀態(tài)監(jiān)測裝置，它包括由每個(gè)作業(yè)人員隨身攜帶的監(jiān)測單元和設(shè)置在地面上的監(jiān)控計(jì)算機(jī)，所述監(jiān)測單元包括單片機(jī)、脈搏傳感器、體溫傳感器和ZigBee發(fā)射模塊，所述脈搏傳感器接單片機(jī)的A/D輸入端口，體溫傳感器接單片機(jī)的TWI通信端口，所述ZigBee發(fā)射模塊接單片機(jī)的UART通信接口并通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控計(jì)算機(jī)通信。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力工程高空作業(yè)人員的遠(yuǎn)程無線監(jiān)測，使地面指揮人員能夠準(zhǔn)確判斷作業(yè)人員的生理和心理狀態(tài)，為及時(shí)采取防范措施，確保作業(yè)人員的人身安全創(chuàng)造了有利條件。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說明】電力工程高空作業(yè)人員個(gè)體狀態(tài)監(jiān)測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)測電力工程高空作業(yè)人員生理和心理狀態(tài)的裝置，屬于監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]通常情況下，電力工人需要定期進(jìn)行登塔和走線作業(yè)，檢查導(dǎo)線與桿塔之間的絕緣和桿塔的螺栓連接等。輸電線路一般都建在野外，塔上環(huán)境非常惡劣，而且導(dǎo)線離地高度達(dá)幾十米甚至超過一百米，盡管工人們都經(jīng)過了相應(yīng)的訓(xùn)練，他們中的一些人仍然還會(huì)出現(xiàn)不適應(yīng)、緊張、呼吸困難甚至頭暈的危險(xiǎn)情況，如果繼續(xù)工作，可能會(huì)釀成重大事故，因此地面上的指揮人員應(yīng)對(duì)高空作業(yè)人員的個(gè)體狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象及時(shí)采取相應(yīng)措施，徹底消除事故隱患。由于目前還沒有專用的監(jiān)測裝置，指揮人員只能通過觀察作業(yè)人員的動(dòng)作來判斷其狀態(tài)，但由于作業(yè)人員登塔后與地面距離較大，指揮人員很難準(zhǔn)確判斷其生理和心理狀態(tài)，因此無法確保作業(yè)人員的安全。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)之弊端，提供一種電力工程高空作業(yè)人員個(gè)體狀態(tài)監(jiān)測裝置，使地面指揮人員能夠準(zhǔn)確判斷登塔作業(yè)人員的生理和心理狀態(tài)，確保作業(yè)人員的人身安全。
[0004]本發(fā)明所述問題是以下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的: 一種電力工程高空作業(yè)人員個(gè)體狀態(tài)監(jiān)測裝置，構(gòu)成中包括由每個(gè)作業(yè)人員隨身攜帶的監(jiān)測單元和設(shè)置在地面上的監(jiān)控計(jì)算機(jī)，所述監(jiān)測單元包括單片機(jī)、脈搏傳感器、體溫傳感器和ZigBee發(fā)射模塊等，所述脈搏傳感器接單片機(jī)的A/D輸入端口，所述體溫傳感器接單片機(jī)的TWI通信端口，所述ZigBee發(fā)射模塊接單片機(jī)的UART通信接口并通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控計(jì)算機(jī)通信。
[0005]上述電力工程高空作業(yè)人員個(gè)體狀態(tài)監(jiān)測裝置，所述監(jiān)控計(jì)算機(jī)包括計(jì)算機(jī)、ZigBee接收模塊和PL-2303HX通信協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片，所述ZigBee接收模塊通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)接收各監(jiān)測單元發(fā)出的無線信號(hào)，并通過PL-2303HX通信協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片與計(jì)算機(jī)連接。
[0006]上述電力工程高空作業(yè)人員個(gè)體狀態(tài)監(jiān)測裝置，所述ZigBee接收模塊和ZigBee發(fā)射模塊結(jié)構(gòu)相同，均包括cc2530無線模塊、RFX2401C芯片、五個(gè)電容和兩個(gè)電感，所述cc2530無線模塊的Pl_2、Pl_3端分別接RFX2401C芯片的TXEN和RXEN端，其TX、RX端分別接單片機(jī)或PL-2303HX通信協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片的RX、TX端，cc2530無線模塊的RF_P端依次經(jīng)第一電容和第二電容接地，其RF_N端依次經(jīng)第三電容、第四電容和第五電容接RFX2401C芯片的TXEN端，第一電感的一端接第一電容與第二電容的串接點(diǎn)，另一端接第四電容與第五電容串接點(diǎn)，第二電感一端接地，另一端接第三電容與第四電容串接點(diǎn)，RFX2401C芯片的ANT端接天線。
[0007]上述電力工程高空作業(yè)人員個(gè)體狀態(tài)監(jiān)測裝置，所述監(jiān)測單元還設(shè)置有USB通信接口，所述USB通信接口通過CH375芯片與單片機(jī)的PA和PB數(shù)據(jù)接口連接。
[0008]上述電力工程高空作業(yè)人員個(gè)體狀態(tài)監(jiān)測裝置，所述監(jiān)測單元還包括液晶顯示器，所述液晶顯示器接單片機(jī)的PC數(shù)據(jù)接口。
[0009]上述電力工程高空作業(yè)人員個(gè)體狀態(tài)監(jiān)測裝置，所述監(jiān)測單元的電路板及電池安裝在高空作業(yè)人員的安全帽的一側(cè)，體溫傳感器和液晶顯示器安裝在安全帽的帽檐下部，所述脈搏傳感器采用耳夾式脈搏傳感器。
[0010]本發(fā)明利用監(jiān)測單元實(shí)時(shí)監(jiān)測高空作業(yè)人員的脈搏波、脈率和體溫，并通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控計(jì)算機(jī)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷作業(yè)人員是否異常。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力工程高空作業(yè)人員的遠(yuǎn)程無線監(jiān)測，使地面指揮人員能夠準(zhǔn)確判斷作業(yè)人員的生理和心理狀態(tài)，為及時(shí)采取防范措施，確保作業(yè)人員的人身安全創(chuàng)造了有利條件。
[0011]本裝置還可對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，供后續(xù)分析使用。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
[0013]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為監(jiān)測單元的電原理圖；
圖3為監(jiān)控計(jì)算機(jī)的電原理圖；
圖4為監(jiān)測單元的安裝示意圖。
[0014]圖中各標(biāo)號(hào)清單為:1、安全帽；2、監(jiān)測單元的電路板及電池；U1、單片機(jī)；U2、cc2530無線模塊；U3、RFX2401C芯片；U4、CH375芯片；U5、PL-2303HX通信協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片；LCD、液晶顯示器；ZigBee-U ZigBee發(fā)射模塊；ZigBee-2、ZigBee接收模塊；PC、計(jì)算機(jī)；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(shí)施方式】
[0015]隨著可穿戴傳感器、無線網(wǎng)絡(luò)和嵌入式計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，小型連續(xù)健康監(jiān)測設(shè)備已經(jīng)得到了初步的應(yīng)用，特別是新興的人體傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(BSN)，使得隨身攜帶的診療設(shè)備變得更加實(shí)用和經(jīng)濟(jì)，如今，BSN主要用于醫(yī)院，療養(yǎng)院和一些特殊的訓(xùn)練中，在工程領(lǐng)域還沒有應(yīng)用，這里我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)基于ZigBee技術(shù)的電力工人穿戴式安全水平監(jiān)測裝置，旨在提高電力工人作業(yè)的安全與規(guī)范。
[0016]整個(gè)系統(tǒng)由若干個(gè)監(jiān)測單元、ZigBee網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控計(jì)算機(jī)構(gòu)成。每個(gè)監(jiān)測單元由單片機(jī)控制，采用非接觸式體溫傳感器和可穿戴式脈搏傳感器監(jiān)測工作人員的體溫和脈搏波，單片機(jī)對(duì)脈搏波數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到脈率信息，并將體溫和脈率值通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給監(jiān)控計(jì)算機(jī)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)對(duì)各單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并作進(jìn)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后心率波，所以脈率可以用來代替心率計(jì)算心率變異性)，從而給出狀態(tài)判斷。
[0017]當(dāng)發(fā)現(xiàn)某個(gè)監(jiān)測單元數(shù)據(jù)異常的時(shí)候，可以通過操作監(jiān)控計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控計(jì)算機(jī)和監(jiān)測單元的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，該監(jiān)測單元直接將脈搏波和體溫信息發(fā)回監(jiān)控計(jì)算機(jī)，使監(jiān)控計(jì)算機(jī)獲得更多監(jiān)測對(duì)象的原始信息，有利于操作人員做出正確的判斷。
[0018]監(jiān)測單元設(shè)計(jì)
參看圖2,單片機(jī)Atmegal28L控制整個(gè)監(jiān)測單元,單元通過脈搏傳感器PW和體溫傳感器T采集脈搏波和體溫?cái)?shù)據(jù)，并將其和其他系統(tǒng)自身信息(如電池電量等)顯示在IXD上，單片機(jī)處理脈搏波后獲得脈率值，并將脈率值和體溫值通過ZigBee模塊發(fā)送出去。ZigBee發(fā)射模塊主要由cc2530無線模塊構(gòu)成，為了增加傳輸距離，使用RFX2401C提高發(fā)送功率。脈波傳感器PW采用型號(hào)為XD-58C的反射式光電脈搏傳感器，體溫傳感器T采用型號(hào)為MLX90615ESG-DAA的醫(yī)用紅外體溫傳感器。
[0019]在監(jiān)控計(jì)算機(jī)和監(jiān)測單元的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模式中，監(jiān)測單元發(fā)送信號(hào)前不對(duì)脈搏波進(jìn)行處理，直接將采集值發(fā)回監(jiān)控計(jì)算機(jī)。
[0020]無論是在網(wǎng)絡(luò)模式或者點(diǎn)對(duì)點(diǎn)工作模式下，單片機(jī)都會(huì)將原始數(shù)據(jù)通過CH375芯片寫到插入U(xiǎn)SB通信接口的優(yōu)盤中。
[0021 ] 整個(gè)監(jiān)測單元采用鋰電池供電，并且集成在安全帽上。
[0022]監(jiān)控計(jì)算機(jī)的組成
參看圖3,監(jiān)控計(jì)算機(jī)主要由ZigBee接收模塊和計(jì)算機(jī)PC組成,ZigBee接收模塊接收各個(gè)監(jiān)測單元發(fā)送的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳到計(jì)算機(jī)PC上，計(jì)算機(jī)PC根據(jù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)給出各個(gè)監(jiān)測單元的狀態(tài)。ZigBee接收模塊與ZigBee發(fā)射模塊的結(jié)構(gòu)相同。PL-2303HX通信協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片U5將UART通信 協(xié)議轉(zhuǎn)換成USB通信，實(shí)現(xiàn)ZigBee接收模塊和計(jì)算機(jī)PC的連接。
[0023]在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模式下，監(jiān)控計(jì)算機(jī)只接收指定監(jiān)測單元的數(shù)據(jù)，其它監(jiān)測單元停發(fā)數(shù)據(jù)。
[0024]該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力工程高空作業(yè)人員的脈搏波、體溫和脈率的遠(yuǎn)程無線監(jiān)測，從而掌握作業(yè)人員的生理狀態(tài)，對(duì)原始生理數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析，獲取心率變異性數(shù)據(jù)等，從而評(píng)價(jià)作業(yè)人員的心理狀態(tài)。系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的監(jiān)測，還可對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，供后續(xù)分析使用。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可穿戴，價(jià)格低廉，有廣泛應(yīng)用前景。
【權(quán)利要求】
1.一種電力工程高空作業(yè)人員個(gè)體狀態(tài)監(jiān)測裝置，其特征是，該裝置包括由每個(gè)作業(yè)人員隨身攜帶的監(jiān)測單元和設(shè)置在地面上的監(jiān)控計(jì)算機(jī)，所述監(jiān)測單元包括單片機(jī)(U1)、脈波傳感器(PW)、體溫傳感器(T)和ZigBee發(fā)射模塊(ZigBee-Ι)，所述脈搏傳感器(PW)接單片機(jī)(Ul)的A/D輸入端口，體溫傳感器(T)接單片機(jī)(Ul)的TWI通信端口，所述ZigBee發(fā)射模塊(ZigBee-1)接單片機(jī)(Ul)的UART通信接口并通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控計(jì)算機(jī)通?目。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力工程高空作業(yè)人員個(gè)體狀態(tài)監(jiān)測裝置，其特征是，所述監(jiān)控計(jì)算機(jī)包括計(jì)算機(jī)(PC)、ZigBee接收模塊(ZigBee-2)和PL-2303HX通信協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片(U5)，所述ZigBee接收模塊(ZigBee-2)通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)接收各監(jiān)測單元發(fā)出的無線信號(hào)，并通過PL-2303HX通信協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片(U5)與計(jì)算機(jī)(PC)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電力工程高空作業(yè)人員個(gè)體狀態(tài)監(jiān)測裝置，其特征是，所述ZigBee接收模塊(ZigBee-2)和ZigBee發(fā)射模塊(ZigBee-Ι)結(jié)構(gòu)相同，均包括cc2530無線模塊(U2)、RFX2401C芯片(U3)、五個(gè)電容和兩個(gè)電感，所述cc2530無線模塊(U2)的P1_2、P1_3端分別接RFX2401C芯片(U3)的TXEN和RXEN端，其TX、RX端分別接單片機(jī)(Ul)或PL-2303HX通信協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片(U5)的RX、TX端，cc2530無線模塊(U2)的RF_P端依次經(jīng)第一電容(Cl)和第二電容(C2 )接地，其RF_N端依次經(jīng)第三電容(C3 )、第四電容(C4)和第五電容(C5)接RFX2401C芯片(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(diǎn)，另一端接第四電容(C4)與第五電容(C5)串接點(diǎn)，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(diǎn)，RFX2401C芯片(U3)的ANT端接天線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電力工程高空作業(yè)人員個(gè)體狀態(tài)監(jiān)測裝置，其特征是，所述監(jiān)測單元還設(shè)置有USB通信接口(UBS)，所述USB通信接口(UBS)通過CH375芯片(U4)與單片機(jī)(Ul)的PA和PB數(shù)據(jù)接口連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電力工程高空作業(yè)人員個(gè)體狀態(tài)監(jiān)測裝置，其特征是，所述監(jiān)測單元還包括液晶顯示器(IXD)，所述液晶顯示器(IXD)接單片機(jī)(Ul)的PC數(shù)據(jù)接口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電力工程高空作業(yè)人員個(gè)體狀態(tài)監(jiān)測裝置，其特征是，所述監(jiān)測單元的電路板及電池(2)安裝在高空作業(yè)人員的安全帽(I)的一側(cè)，體溫傳感器(T)和液晶顯示器(LCD)安裝在安全帽(I)的帽檐下部，所述脈搏傳感器(PW)采用耳夾式脈搏傳感器。
【文檔編號(hào)】A61B5/16GK104013394SQ201410283533
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】王璋奇, 黃增浩, 王建 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)（保定）