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基于NB-IOT技术的具有瓦斯监测功能的安全帽

2021-02-07 16:28:09

基于NB-IOT技术的具有瓦斯监测功能的安全帽

  技术领域

  本实用新型属于电子信息技术和安全帽技术领域,具体涉及一种基于NB-IOT技术的具有瓦斯监测功能的安全帽。

  背景技术

  近年来我国工业、房地产产业发展迅速,工人的安全问题受到了更多的重视。大多数施工公司给工作人员配置的是普通安全帽,当工人发生安全事故时,施工公司不能及时了解工人所在位置和伤势情况,很容易错过抢救期,对工人的生命构成极大威胁。另外,施工公司日常监管工作难度大,很难实时掌握每一个工人的工作地点和当前工作情况。

  此外,工作人员佩戴安全帽后,其头部无法进行有效散热,尤其在炎热的夏天或者其他高温工作环境下,工作人员容易发生中暑。

  实用新型内容

  本实用新型的目的在于克服现有技术的不足,提供一种基于NB-IOT技术的具有瓦斯监测功能的安全帽,该安全帽采用NB-IOT无线通讯方式,能够同时完成对工作人员佩戴安全帽情况、工作人员实时位置信息、工作环境瓦斯气体浓度、工作环境温湿度的监测,保障工作人员人身安全和提高企业监管效率;并且,该安全帽还能够有效对佩戴者的头部进行散热降温。

  本实用新型是通过以下技术方案实现的:

  一种基于NB-IOT技术的具有瓦斯监测功能的安全帽,包括帽体,帽体包括外层帽壳和内层帽衬,外层帽壳和内层帽衬之间留有空间;

  在外层帽壳和内层帽衬之间的空间内设置有主控电路板、电池和风扇;

  在外层帽壳上设置有进风口和出风口,在外层帽壳的进风口处的外壁上设置有用于安装第一防尘罩的第一凹槽,该第一凹槽中安装第一防尘罩;在外层帽壳的出风口处的外壁上设置有用于安装第二防尘罩的第二凹槽,该第二凹槽中安装第二防尘罩;在内层帽衬上开设有透气通孔,透气通孔的数量为多个,通过这些透气通孔使人头部进行透气;

  所述风扇固定安装在出风口内侧的外层帽壳内壁上;

  在所述的内层帽衬上设置有佩戴情况监测传感器;

  所述主控电路板上包括有MCU、定位授时模块、NB-IOT收发模块、瓦斯气体监测模块、报警模块、以及电源管理模块;所述定位授时模块、NB-IOT收发模块、佩戴情况监测传感器、瓦斯气体监测模块、报警模块和风扇均与MCU连接。

  在上述技术方案中,所述主控电路板通过螺栓固定安装在外层帽壳内壁上,所述电池也固定在外层帽壳内壁上。优选为,所述主控电路板位于外层帽壳顶部中间位置,所述电池位于主控电路板一侧。

  在上述技术方案中,所述MCU型号为STM32L431RCT6。

  在上述技术方案中,所述佩戴情况监测传感器采用限位开关,限位开关的触发探头向下露出在内层帽衬,该限位开关与STM32L431RCT6的其中一个I/O引脚连接。

  在上述技术方案中,所述定位授时模块采用AT6558,其通过UART接口与STM32L431RCT6连接;所述NB-IOT收发模块采用SN12,其通过UART接口与STM32L431RCT6连接。

  在上述技术方案中,所述瓦斯气体监测模块采用MJC4瓦斯气体传感器,其通过I2C与STM32L431RCT6连接。

  在上述技术方案中,所述的报警模块采用蜂鸣器或者语音播报模块。

  在上述技术方案中,主控电路板上还设置有蓝牙模块,所述蓝牙模块采用ATK-HC05,其通过UART接口与STM32L431RCT6连接通信。

  在上述技术方案中,主控电路板上还设置有温湿度检测模块,所述温湿度检测模块采用DHT11,DHT11通过I2C接口与STM32L431RCT6连接通信。

  在上述技术方案中,安全帽的外层帽壳上还设置有一报警按键,该报警按键与STM32L431RCT6的I/O引脚的连接,当工作人员遇到危险,能够通过按下该报警按键向监控终端发送主动呼救信号。

  本实用新型的优点和有益效果为:

  本实用新型的安全帽采用NB-IOT无线通讯方式,能够同时完成对工作人员佩戴安全帽情况、工作人员实时位置信息、工作环境瓦斯气体浓度、工作环境温湿度的监测,保障工作人员人身安全和提高企业监管效率;并且,该安全帽还能够有效对佩戴者的头部进行散热降温。

  本安全帽采用内置式风扇,与现有的外置式风扇相比,可以使安全帽外壳更加整洁,现有的外部风扇是将风扇固定在安全帽外壳上,其只是对工作人员的面部进行吹风,无法对佩戴者的头顶进行散热,本安全帽则是在内层帽衬上开设有多个透气通孔,这些透气通孔与安全帽的夹层空间相连通,在夹层内置风扇的作用下,可以使人头部的热量进入夹层空间并经过风扇排出,进行有效降温;此外,由于风扇可以保证帽体内的夹层空间与外部环境处于良好的空气连通状态,所以夹层内的瓦斯气体传感器能够实时准确的检测工人所处环境的瓦斯气体情况。

  本安全帽具有双重定位功能,在井下的特定环境中,如果定位授时模块无法有效定位,此时可利用蓝牙进行井下定位:位于井下的蓝牙发射器与安全帽中的蓝牙模块通信,利用RSSI值测算距离,从而实现井下定位。

  安全帽的外层帽壳上设置有报警按键,当工作人员遇到危险,能够通过按下该报警按键向监控终端发送主动呼救信号。

  附图说明

  图1是本实用新型实施例一的安全帽的结构示意图。

  图2是本实用新型实施例一的安全帽的电控系统图。

  图3是本实用新型实施例二的安全帽的电控系统图。

  图4是本实用新型实施例三的安全帽的电控系统图。

  图5是本实用新型实施例四的安全帽的电控系统图。

  图6是本实用新型实施例五的安全帽的电控系统图。

  对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,可以根据以上附图获得其他的相关附图。

  具体实施方式

  为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案,下面结合具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案。

  实施例一

  参见附图,一种基于NB-IOT技术的具有瓦斯监测功能的安全帽,包括帽体,帽体包括外层帽壳1和内层帽衬2,所述内层帽衬的底部通过螺丝3与外层帽壳固定连接,外层帽壳和内层帽衬之间留有空间。

  在外层帽壳和内层帽衬之间的空间内设置有主控电路板4、电池5和风扇6,进一步的说,所述主控电路板4通过螺栓7固定安装在外层帽壳内壁上,所述电池5也固定在外层帽壳内壁上,优选为,所述主控电路板4位于外层帽壳顶部中间位置,所述电池5位于主控电路板一侧。

  在外层帽壳上设置有进风口1-1和出风口1-2,进风口和出风口对称设置在外层帽壳的前后两侧或者左右两侧,在外层帽壳的进风口处的外壁上设置有用于安装第一防尘罩的第一凹槽1-11,该第一凹槽1-11中安装第一防尘罩,通过第一防尘罩对进气进行过滤,防止灰尘进入外层帽壳和内层帽衬之间的空间;在外层帽壳的出风口处的外壁上设置有用于安装第二防尘罩的第二凹槽1-21,该第二凹槽1-21中安装第二防尘罩,通过第二防尘罩防止灰尘进入外层帽壳和内层帽衬之间的空间;在内层帽衬上开设有透气通孔2-1,透气通孔的数量为多个,通过这些透气通孔使人头部进行透气。

  所述风扇6固定安装在出风口内侧的外层帽壳内壁上。

  在所述的内层帽衬上设置有佩戴情况监测传感器8。

  所述主控电路板4上包括有MCU、定位授时模块、NB-IOT收发模块、瓦斯气体监测模块、报警模块、以及电源管理模块。

  所述MCU型号为STM32L431RCT6,其可支持2个I2C接口、3个UART接口、3个SPI接口。

  所述佩戴情况监测传感器8采用限位开关,限位开关的触发探头向下露出在内层帽衬,以使人佩戴安全帽后能够触发该限位开关;该限位开关与STM32L431RCT6的其中一个I/O引脚连接,根据该I/O引脚的状态判断是否有人佩戴安全帽。

  所述定位授时模块采用AT6558,其通过UART接口与STM32L431RCT6进行通信,AT6558内置FLASH,TTL电平输出,9600波特率,1HZ输出,按照NMEA0183的协议输出数据。AT6558支持北斗GPS双模定位,能够同时接收六个卫星导航系统的GNSS信号,并且实现联合定位、导航与授时。

  所述NB-IOT收发模块采用SN12,其通过UART接口与STM32L431RCT6进行通信,STM32L431RCT6将AT6558提供的位置和授时信息进行整理并通过UART向SN12发送数据。SN12收到以上数据后再通过NB-IOT基站传送至云平台,其通信采用UDP网络协议,工作频段可采用Band 5电信850MHz或采用Band 8移动、联通900MHz。

  所述风扇6采用易鑫科技的型号为GB0535AFV1-8的微型涡轮风扇,其尺寸小巧(35*35*10mm),3.3V供电。该风扇与STM32L431RCT6的其中一个I/O引脚连接,通过该I/O引脚的电平高低控制风扇是否启动。

  所述瓦斯气体监测模块采用MJC4瓦斯气体传感器,其通过I2C与STM32L431RCT6连接,由于风扇可以保证帽体内的夹层空间与外部环境处于良好的空气连通状态,所以夹层内的瓦斯气体传感器能够实时准确的检测工人所处环境的瓦斯气体情况,所检测到的瓦斯气体数据由STM32L431RCT6通过I2C对寄存器进行读取。

  所述报警模块可以采用蜂鸣器,蜂鸣器直接与STM32L431RCT6的其中一个I/O引脚连接。当STM32L431RCT6判定瓦斯气体气体浓度高于设定的安全阈值时,STM32L431RCT6驱动蜂鸣器发出蜂鸣警报。

  所述电源管理模块采用AMS1117-3.3V稳压芯模块,其电压输入端连接电池,输出端输出稳定的3.3V电压为STM32L431RCT6、AT6558、NB-IOT收发模块SN12、以及风扇和蜂鸣器供电。

  工作时,使用者佩戴安全帽后,系统开始工作,STM32L431RCT6控制风扇启动,由于内层帽衬上开设有多个透气通孔,这些透气通孔与安全帽的夹层空间相连通,所以在风扇的作用下,可以使人头部的热量进入夹层空间并经过风扇排出,进行有效降温;此外,STM32L431RCT6将AT6558提供的位置和授时信息进行整理并通过UART向SN12发送数据,SN12收到以上数据后再通过NB-IOT基站传送至云平台,从而完成对工作人员实时位置信息的监测;此外,STM32L431RCT6通过瓦斯气体监测模块实时监测环境中瓦斯气体的浓度,当STM32L431RCT6判定瓦斯气体气体浓度高于设定的安全阈值时,STM32L431RCT6驱动蜂鸣器发出蜂鸣警报。

  实施例二

  本实施例与实施例一的不同之处在于,参见附图3,所述的报警模块还可以采用语音播报模块,其型号采用VS1053B,VS1053B通过SPI与STM32L431RCT6连接。将预先录制好的多种语音提示和预警提醒的音频文件存入存储单元,当需要语音播报时,将音频源文件传输至VS1053B进行解码,驱动扬声器发出声音,进行语音提示或者语音警报。

  实施例三

  参见附图4,在实施例一的基础上,进一步的,主控电路板上还设置有蓝牙模块,所述蓝牙模块采用ATK-HC05,其通过UART接口与STM32L431RCT6连接通信,进行蓝牙透传。在井下的特定环境中,定位授时模块可能无法有效定位,此时可利用蓝牙进行井下定位:位于井下的蓝牙发射器与安全帽中的蓝牙模块通信,利用RSSI值测算距离,从而实现井下定位。

  实施例四

  参见附图5,在实施例三的基础上,进一步的,主控电路板上还设置有温湿度检测模块,所述温湿度检测模块采用DHT11,DHT11通过I2C接口与STM32L431RCT6连接通信,实现对工作环境的温湿度情况的检测。检测的温湿度数据会通过NB-IOT收发模块发送出去。

  实施例五

  参见附图6,在实施例四的基础上,进一步的,安全帽的外层帽壳上还设置有一报警按键,该报警按键与STM32L431RCT6的I/O引脚的连接,当工作人员遇到危险,能够通过按下该报警按键向监控终端发送主动呼救信号。

  以上对本实用新型做了示例性的描述,应该说明的是,在不脱离本实用新型的核心的情况下,任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本实用新型的保护范围。

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