焊接作業(yè)無線監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】焊接作業(yè)無線監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)?201410650747.1、申請(qǐng)日:2014.11.17、名稱“基于多傳感器信息融合的船舶焊接人員遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)”的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及涉及一種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是一種基于多傳感器信息融合的船舶焊接人員遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]船舶修造行業(yè)屬于勞動(dòng)力和技術(shù)密集型行業(yè)，在船體建造中，焊接工時(shí)約占船體建造總工時(shí)的30%?40%，焊接成本占船體建造總成本的30%?50%。船舶焊接工作量很大，萬噸級(jí)油船對(duì)接焊縫在20KM左右；十萬噸級(jí)油船，對(duì)接焊縫在50KM左右;此外，萬噸級(jí)集裝箱船、散裝貨船、汽車運(yùn)輸船等大型船舶，對(duì)接焊縫在長(zhǎng)達(dá)30KM左右。
[0004]我國(guó)船舶修造焊接多以人工焊接為主，2012年北京大學(xué)等機(jī)構(gòu)學(xué)者(徐巖，宮曼漫，王姣等.電焊紫外輻射對(duì)工人危害及防護(hù)措施現(xiàn)況調(diào)查[J].北京大學(xué)學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版)，2012，44(3):448-453)就電焊紫外輻射對(duì)作業(yè)人員的危害進(jìn)行了調(diào)研。究共獲得有效問卷828份，其中電焊工721人，輔工107人。面部皮膚損傷的癥狀及體征發(fā)生率從高到低依次是灼熱刺痛(48.7%)、皮膚癢(39%)、色素沉著(31.9%)、皮膚潮紅(25.4%)、感覺遲鈍麻木(12%)、斑疹丘疹(10.1%)、疣狀贅生物(3.7%)。被調(diào)查的工人中，90%的人在過去一年內(nèi)發(fā)生過電光性眼炎，眼部損傷的癥狀按發(fā)生率從高到低依次是眼部疼痛(61.5%)、畏光流淚(61.4%)、視物模糊(50.2%)、燒灼感(35.9%、異物感(32%)、眼睛抽搐(12.2%)。對(duì)438名工人眼部體檢發(fā)現(xiàn)晶狀體混濁的發(fā)生率為15.8%，眼底病變的發(fā)生率為2.5%。
[0005]焊接弧光引發(fā)的焊工電光性眼炎被列為是塵肺病之外的第二大職業(yè)病，不佩戴防護(hù)面罩的危險(xiǎn)度是佩戴防護(hù)面罩的1.8倍，且在在多人同時(shí)進(jìn)行焊接作業(yè)的場(chǎng)合，不從事焊接作業(yè)的人員，同樣容易受到周邊弧光輻射的傷害。在船舶修造企業(yè)頻繁出現(xiàn)焊接時(shí)不帶護(hù)目鏡或焊接面罩的行為，弧光、飛濺引起視覺損傷，皮膚組織傷害甚至皮膚癌，嚴(yán)重影響了身體健康及工作效率。對(duì)于這種違反焊接作業(yè)安全管理規(guī)范、防護(hù)意識(shí)淡泊的行為必須進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)和管理，杜絕由此引起的健康傷害。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)合理，及時(shí)準(zhǔn)確判斷從業(yè)人員是否使用焊手持面罩或護(hù)目鏡、是否佩戴安全帽、是否跌倒的基于多傳感器信息融合的船舶焊接人員遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
一種基于多傳感器信息融合的船舶焊接人員遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，其特征是:包括焊接人員安全帽、集成有單片機(jī)內(nèi)核的Zgibee片上系統(tǒng)、光敏傳感器及光敏傳感器接口電路、反射式紅外光電傳感器及反射式紅外光電傳感器接口電路、三軸加速度傳感器、反射片、第一遮光板、第二遮光板護(hù)目鏡、手持式面罩、Zigbee模塊;其中集成有單片機(jī)內(nèi)核的Zigbee片上系統(tǒng)、光敏傳感器及光敏傳感器接口電路、反射式紅外光電傳感器及反射式紅外光電傳感器接口電路、第一遮光板、三軸加速度傳感器均安裝在焊接人員安全帽上;集成有單片機(jī)內(nèi)核Zigbee片上系統(tǒng)、光敏傳感器接口電路、反射式紅外光電傳感器接口電路、三軸加速度傳感器均安裝在焊接人員安全帽內(nèi)；光敏傳感器、反射式紅外光電傳感器、第一遮光板固定安裝在焊接人員安全帽外表面；當(dāng)焊接人員戴上安全帽后，光敏傳感器應(yīng)位于正前方，能夠感測(cè)焊接人員前方的外界光強(qiáng)；當(dāng)焊接人員戴上安全帽、戴上護(hù)目鏡后，反射式紅外光電傳感器位于正前方，發(fā)射管指向護(hù)目鏡;第一遮光板固定安裝在反射式紅外光電傳感器前方，長(zhǎng)度長(zhǎng)于反射式紅外光電傳感器，確保焊接人員前方的光源不會(huì)干擾紅外光電傳感器;如焊接人員佩戴護(hù)目鏡作為防護(hù)用具，護(hù)目鏡上表面與紅外光電傳感器相對(duì)處，貼上反射片，第二遮光板固定安裝在反射片前方，確保焊接人員前方的光源不會(huì)經(jīng)反射片反射到紅外光電傳感器;在艙室門口放置有Zigbee通訊模塊，負(fù)責(zé)將安全帽中Zigbee片上系統(tǒng)傳遞的信息，通過無線網(wǎng)絡(luò)輸出至監(jiān)控室。
[0008]Zigbee片上系統(tǒng)采用CC2530型號(hào)的芯片，內(nèi)含有51內(nèi)核的單片機(jī)。
[0009]焊接開始及安全帽佩戴檢測(cè)過程:
Zigbee片上系統(tǒng)內(nèi)的單片機(jī)收到光敏傳感器信號(hào)，確認(rèn)焊接開始。單片機(jī)確認(rèn)焊接開始后，首檢測(cè)焊接人員是否佩戴安全帽。確認(rèn)方法如下:每個(gè)焊接人員佩戴固定的安全帽，單片機(jī)中固化有該人員的身份信息；，且該安全帽內(nèi)部有三軸加速度傳感器;如果該人員沒有戴安全帽，則安全帽位置信息、姿態(tài)信息不會(huì)改變;如果該人員佩戴了安全帽，則作業(yè)中，人體頭部的姿態(tài)變化會(huì)引起傳感器有信息輸出，由于采用三軸加速度傳感器，頭部抖動(dòng)會(huì)引起傳感器輸出；由于焊接作業(yè)人員不可能完全靜止，因此當(dāng)人員佩戴上安全帽后，三軸加速度傳感器輸出的信息是不斷變化的；因此可采用單片機(jī)實(shí)時(shí)采集三軸加速度傳感器信號(hào)，如果發(fā)現(xiàn)一段時(shí)間內(nèi)三軸加速度傳感器三通道信息均未變化，則可認(rèn)為對(duì)應(yīng)的焊接人員未佩戴安全帽；
單片機(jī)在確認(rèn)焊接開始后，采集三軸加速度傳感器信息;三軸加速度傳感器可輸X、Y、Z三路模擬量或者數(shù)字量信號(hào)，如輸出模擬量信號(hào)，則送入芯片自帶的A/D 口，如輸出數(shù)字量信號(hào)可直接連接至單片機(jī);單片機(jī)每隔一段時(shí)間采集一次三軸加速傳感器三通道數(shù)據(jù)。單片機(jī)通過軟件設(shè)置計(jì)數(shù)器，計(jì)算單片機(jī)采集三軸加速度傳感器數(shù)據(jù)的次數(shù)，如果達(dá)到設(shè)定次數(shù)三路數(shù)據(jù)均未改變，則可認(rèn)為對(duì)應(yīng)的焊接人員未佩戴安全帽；單片機(jī)通過zigbee網(wǎng)絡(luò)發(fā)出該人員身份信息、表征該人員未佩戴安全帽的字符信息，進(jìn)行遠(yuǎn)程報(bào)警，并由監(jiān)控室進(jìn)行記錄和管理;如果發(fā)現(xiàn)三軸加速度傳感器任意一通道數(shù)據(jù)變化率超過人工設(shè)定的閾值，則可判定人員可能摔倒，則同樣通過zigbee進(jìn)行報(bào)警、記錄和管理；
此在每個(gè)艙室出入口，安裝了Zigbee通訊模塊，作為中繼節(jié)點(diǎn)，安全帽中的Zigbee片上系統(tǒng)的單片機(jī)將報(bào)警信息傳輸給艙室出入口的Zigbee通訊模塊，由該通訊模塊將信號(hào)逐層上傳，直至總監(jiān)控室。
[0010]手持面罩或護(hù)目鏡檢測(cè)過程:
在焊接中，焊工采用手持面罩或者佩戴護(hù)目鏡來進(jìn)行弧光防護(hù)；
在確認(rèn)焊接人員佩戴了安全帽后，單片機(jī)軟件延時(shí)，單片機(jī)軟件延時(shí)后，再讀取光敏傳感器信息，如果光敏傳感器不再感受到弧光，則說明焊接人員已經(jīng)拿起來面罩，阻擋了孤光傳輸?shù)焦饷魝鞲衅鳎?br> 如果單片機(jī)延時(shí)后，光敏傳感器任能夠感受弧光，可能存在兩種情況:一是焊接人員沒有用手持式面罩，但是使用了護(hù)目鏡;二是焊接人員既沒有使用手持面罩，也沒有使用護(hù)目鏡；因此下一步，進(jìn)行護(hù)目鏡檢測(cè);安全帽上安裝的反射式紅外光電傳感器發(fā)射管指向焊接人員鼻梁處，在鼻梁上方的護(hù)目鏡表面，貼上反射片，如果焊接人員佩戴了護(hù)目鏡，則反射式紅外電傳感器接收管能夠接收到反射的紅外光；如果焊接人員未佩戴護(hù)目鏡，則反射式紅外光電傳感器接收管接收不到足夠的光強(qiáng);為了避免弧光干擾，在反射式紅外光電傳感器、反射片處，均固定安裝擋光板;單片機(jī)通過調(diào)制方式驅(qū)動(dòng)反射式紅外光電傳感器發(fā)射管；，紅外接收管經(jīng)過接口電路連接到單片機(jī)，單片機(jī)通過軟件檢測(cè)頻率為f的反射信號(hào)，從而增加了系統(tǒng)抗干擾能力；
當(dāng)單片機(jī)持續(xù)檢測(cè)到光敏傳感器響應(yīng)，卻沒有檢測(cè)到反射式紅外傳感器響應(yīng)，則可判定焊接人員既為使用手持面罩，也未使用護(hù)目鏡，則安全帽中的Zigbee片上系統(tǒng)的單片機(jī)將焊接人員身份、報(bào)警信息傳輸給艙室出入口的Zigbee通訊模塊，由該通訊模塊將信號(hào)逐層上傳，直至總監(jiān)控室，實(shí)現(xiàn)記錄和管理。
[0011]本發(fā)明針對(duì)手持面罩、護(hù)目鏡兩種焊接保護(hù)用品，采用了新型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過多傳感器綜合檢測(cè)，判斷從業(yè)人員是否使用焊手持面罩或護(hù)目鏡、是否佩戴安全帽、是否跌倒，如發(fā)現(xiàn)焊接人員未按規(guī)定使用焊手持面罩或護(hù)目鏡、未佩戴安全帽，則將該人員對(duì)應(yīng)的身份代碼(如工號(hào))及違規(guī)作業(yè)信息發(fā)送至監(jiān)控室，進(jìn)行報(bào)警，并供安全監(jiān)測(cè)人員記錄和管理。
[0012]本發(fā)明所述的基于多傳感器信息融合的船舶修造焊接人員遠(yuǎn)程安全監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的有益效果主要表現(xiàn)在:
通用性強(qiáng)。針對(duì)船舶修造焊接中最常用的安全帽、手持式面罩、護(hù)目鏡使用進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可有效監(jiān)測(cè)焊接人員作業(yè)時(shí)，不戴安全帽、不使用焊接面罩或者不佩戴護(hù)目鏡的違規(guī)操作現(xiàn)象。且能夠監(jiān)測(cè)焊接人員跌倒?fàn)顟B(tài)。
[0013]成本低、功能強(qiáng)。采用廉價(jià)的光電傳感器。采用Zigbee組網(wǎng)方式，實(shí)現(xiàn)信息遠(yuǎn)傳。采用帶有單片機(jī)內(nèi)核的Zigbee片上系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息處理。具有高性價(jià)比。
[0014]智能化能度高。采用紅外光電傳感器、光敏傳感器、三軸加速度傳感器多傳感器進(jìn)行檢測(cè)，通過對(duì)多傳感器信息的綜合分析，得到焊接人員焊接過程中安全防護(hù)用具佩戴情況。
【附圖說明】
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0016]圖1是本發(fā)明所述的船舶修造焊接人員遠(yuǎn)程安全監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)框圖；
圖2是本發(fā)明所述的船舶修造焊接人員遠(yuǎn)程安全監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)程序流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0018]—種基于多傳感器信息融合的船舶焊接人員遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，它主要由以下幾部分組成(參照?qǐng)D1):焊接人員安全帽l、Zgibee片上系統(tǒng)(集成有單片機(jī)內(nèi)核)2、光敏傳感器3及光敏傳感器接口電路4、反射式紅外光電傳感器5及反射式紅外光電傳感器接口電路6、三軸加速度傳感器7、反射片8、第一遮光板9、第二遮光板10、護(hù)目鏡11、手持式面罩12、Zigbee模塊U13Zigbee片上系統(tǒng)(集成有單片機(jī)內(nèi)核)、光敏傳感器及光敏傳感器接口電路、反射式紅外光電傳感器及反射式紅外光電傳感器接口電路、第一遮光板9、三軸加速度傳感器均安裝在焊接人員安全帽