[发明专利]一种适用于坑道作业人员的智能腰带

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于坑道作业人员的智能腰带，属于坑道作业技术领域。

背景技术

目前，坑道作业是一项较有危险性的工作，也是矿业、农业及军事等领域不可或缺的工作内容。由于坑道空间常处于密闭或准密闭状态，如果换气设备或通风措施不完善，易于形成缺氧环境。当人员进入坑道空间中，会出现头晕、乏力的现象，进而导致昏迷、休克。而如果出现意外施救不及时，通常会造成十分严重的后果。近年来在我国发生了多起在矿井、菜窖或巷道等坑道空间内由于氧气缺乏、非氧气体过量沉积造成的伤亡事故。坑道环境复杂且照明难以完全保证，作业人员如果意外跌倒也容易造成事故的发生。此外恶劣的环境温湿度条件也会对作业人员造成伤害。为了降低类似事故的发生，可引入可穿戴式智能设备为在这类环境中工作的劳动者提供安全保护。设备必须满足使用者在工作中的佩戴舒适性，且要架构简单、易于维护、可靠性高。另外考虑到相关行业的特点，需要采用无线技术作为数据传输的主要方式；设备的成本也要控制在合理范围之内。

腰带易于坑道作业人员穿着，将其加以智能化有望满足坑道作业告警监测的需要。但是在系统实现中需要平衡舒适性、可靠性及性价比等多方面因素。可编程片上系统(PSoC)是Cypress公司推出的可以由用户自由定制的单芯片微系统架构。其在一个芯片上集成了丰富的功能资源，供用户根据自己的需要进行利用。利用PSoC技术方案，不仅可以节约系统体积、降低能耗、节省成本和缩短研发周期，也具有设计灵活、升级扩充方便等优点。如果利用其作为核心处理部分实现智能腰带，可较大程度上降低系统体积与重量、提高佩戴舒适性。PSoC丰富的接口与灵活的自定义引脚功能有助于连接多种传感器对环境参数进行监测。其优良的能耗特性与开发灵活性对系统的工作周期与维护也起到了较好的支撑。近年来基于ZigBee的无线传感器网络技术发展为无线数据传输提供了成熟的解决方案。ZigBee技术的主要优点为低能耗、组网简单、成本低廉、安全可靠性高、网络容纳节点数量多及可扩展性好。现今ZigBee技术已经在多个领域都得到了应用。将PSoC与ZigBee技术相结合应用于智能腰带中，可以在较低的成本空间中实现对坑道环境数据的采集、处理与传输。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种为坑道作业人员提供缺氧告警、跌倒检测、体温检测、工作环境温湿度监测、告警数据无线传输功能的智能腰带及其使用方法。

为了解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是提供一种适用于坑道作业人员的智能腰带，其特征在于：由腰带本体与固定在腰带本体上的智能监测模块组成；智能监测模块由PSoC控制板、ZigBee模块、供电模块、温湿度传感器、氧气传感器、陀螺仪、蜂鸣器与LED安置在一皮带头壳体内构成，压力传感器从PSoC控制板上通过RJ45或RJ11接口外接引线引出，供作业人员放置在鞋垫下面检测压力；接触式体温监测传感器也从PSoC控制板上通过RJ45或RJ11接口外接引线引出，供作业人员根据其习惯放置在身体皮肤表面；

PSoC控制板与ZigBee模块、供电模块、温湿度传感器、氧气传感器、陀螺仪、蜂鸣器及LED连接，皮带头壳体上还设有终止告警信息的发送及关断蜂鸣器的轻触按键。

优选地，所述皮带头壳体具有IP66防水级别。

为了解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是提供一种适用于坑道作业人员的智能腰带的使用方法，其特征在于：该方法有以下3个步骤组成：

步骤1：使用前配置

每条智能腰带在使用前都被赋予唯一的一个节点ID号，该节点ID号与ZigBee模块的节点号对应，在智能监测模块上安放一个RFID射频标签，将节点ID号与ZigBee模块配置信息通过读卡器写入该RFID射频标签中便于管理；

步骤2：系统启动

当智能腰带上电启动后，先对供电电压进行监测，以便对智能监测模块供电情况进行评估；如果电压过低，则利用LED及蜂鸣器发出告警信号提醒腰带佩戴的作业人员更换电池；如供电无问题，则开始采集环境参数。

步骤3：环境参数、跌倒、体温、供电监测及告警

(A)环境参数监测及告警