劉芷岐 宋珊 滕靜 任柯宇

摘 要：由于目前建筑施工過程的管理較為粗放，安全防護(hù)措施過于落后，與其相伴隨的安全事故不斷，造成了嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，為遏制其逐年上升的趨勢(shì)，減少給國(guó)家及成千上萬(wàn)個(gè)家庭帶來(lái)巨大的生命和財(cái)產(chǎn)損失。結(jié)合無(wú)線電的思想，基于現(xiàn)有專利技術(shù)，提出了智能保障系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型。使用該模型設(shè)計(jì)智能保障系統(tǒng)將有助于降低事故發(fā)生概率，提高施工作業(yè)安全管理水平。

關(guān)鍵詞：專利技術(shù)；智能識(shí)別；無(wú)線電應(yīng)用；嵌入式系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TU文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3198（2012）01-0262-02

1 研究概述

1.1 系統(tǒng)定義

“安筑”安全施工智能保障系統(tǒng)（以下均簡(jiǎn)稱“安筑”），是在現(xiàn)有自主無(wú)線電報(bào)警專利技術(shù)上進(jìn)行的二次研發(fā)，是集一個(gè)無(wú)線發(fā)射、人體感應(yīng)、實(shí)時(shí)監(jiān)控、定位于一體的嵌入式中央控制軟件系統(tǒng)。

1.2 系統(tǒng)組成

“安筑”主要有三個(gè)部分組成，分別為安裝在施工樓層的“立體金屬感應(yīng)網(wǎng)”（下稱“感應(yīng)網(wǎng)”），戴在每個(gè)施工人員手腕上的“單工報(bào)警器”（下稱“單報(bào)器”），設(shè)立于控制室的嵌入式“中央控制系統(tǒng)”（下稱“中控”）以及相關(guān)硬件和軟件。

1.3 系統(tǒng)各部分功能簡(jiǎn)述

“安筑”是為防止高空墜落、意外觸電兩大施工事故的發(fā)生而建立的。

（1）“立體金屬感應(yīng)網(wǎng)”?！案袘?yīng)網(wǎng)”是相對(duì)于“單報(bào)器”的服務(wù)端，是為施工者所屬位置提供相對(duì)參考系，同時(shí)為“中控”提供施工者所處位置信息。以使施工者實(shí)時(shí)掌握自身位置，以避免因疏忽而造成高空墜落；同時(shí)使“中控”操作者實(shí)時(shí)掌握施工者的位置信息，使得突發(fā)高空墜落后，能夠及時(shí)采取救援措施；此外，“感應(yīng)網(wǎng)”所為“中控”提供的位置信息是為在施工者意外觸電時(shí)，“中控”能自動(dòng)及時(shí)的切斷施工者所在位置的電源，最大程度保全施工者生命安全。

（2）“單工報(bào)警器”?！皢螆?bào)器”是相對(duì)于“感應(yīng)網(wǎng)”的客戶端，是虛擬感應(yīng)網(wǎng)絡(luò)圖中移動(dòng)的位點(diǎn)，實(shí)時(shí)與“感應(yīng)網(wǎng)”進(jìn)行著數(shù)據(jù)交互，將施工者位置信息實(shí)時(shí)反饋給施工者，當(dāng)接近危險(xiǎn)位置時(shí)發(fā)出報(bào)警音并震動(dòng)，提醒施工者格外注意；同時(shí)“單報(bào)器”實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)施工者體表電流，當(dāng)施工者發(fā)生意外觸電，“單報(bào)器”會(huì)向“感應(yīng)網(wǎng)”發(fā)出求救信號(hào)，使“中控”能夠及時(shí)切斷觸電位置的電源，挽救施工者生命。

（3）“中央控制系統(tǒng)”?！爸锌亍笔钦麄€(gè)系統(tǒng)的控制中樞，完成對(duì)施工者的位置確認(rèn)，及時(shí)處理觸電事故、對(duì)高空作業(yè)的施工者提供實(shí)時(shí)提醒。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 專利技術(shù)簡(jiǎn)述

現(xiàn)有專利是一款多対一距離報(bào)警裝置，由一個(gè)服務(wù)端和多個(gè)客戶端組成，當(dāng)各個(gè)客戶端與服務(wù)端間的距離值超過設(shè)定值，則服務(wù)端發(fā)出報(bào)警。下面簡(jiǎn)述功能原理，詳細(xì)原理見專利書（專利授權(quán)公告號(hào)：CN201514688U）。

服務(wù)端和客戶端分別由無(wú)線電接受器和無(wú)線電發(fā)射器組成。

（1）客戶端模塊。該模塊是無(wú)線電發(fā)射模塊，原理圖見圖1所示。它由四個(gè)相同原理相同的無(wú)線電發(fā)射模塊構(gòu)成四個(gè)客戶終端，無(wú)線電發(fā)射模塊由一組輕觸按鈕開關(guān)、電源G和無(wú)線電發(fā)射模塊A（PT2272-M4/2BBS-LM型號(hào)集成電路）通過電路連接組成，其作用為在正常情況下保持與服務(wù)端的長(zhǎng)時(shí)正常無(wú)線電通訊，顯示客戶端在預(yù)設(shè)監(jiān)控范圍內(nèi)。

圖1 客戶端模塊原理圖（2）服務(wù)端模塊。該模塊是無(wú)線電接收模塊，原理圖見圖2所示。它由A5、A5、G5和一些外圍元件通過電路連接構(gòu)成，其中A5為PT2272-M4/2BBS-LM型號(hào)的集成電路、A6為NE555型號(hào)集成電路、G5為12V的直流電源；本模塊的作用為在正常情況下保持與客戶端的長(zhǎng)時(shí)正常通訊，顯示客戶端在預(yù)設(shè)監(jiān)控范圍內(nèi)，當(dāng)客戶端離開預(yù)設(shè)距離超過設(shè)定距離值是，接收器便發(fā)出報(bào)警聲。

“單報(bào)器”由五個(gè)部分組成，分別是空心杯振動(dòng)馬達(dá)（YDF1027H）、智能電子熔斷體（MAX810L）、不銹鋼金屬感應(yīng)片、交互式微處理芯片（PT2272-M4，2BBS-LM，NE555集成）、報(bào)警器（GD-R5B）。

施工者佩戴“單報(bào)器”，在正常情況下（電壓小于12V時(shí)），“單報(bào)器”通過交互式芯片，與感應(yīng)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，傳遞施工者所在位置實(shí)時(shí)信息，當(dāng)施工者所處位置超過預(yù)設(shè)安全值，則“單報(bào)器”通過振動(dòng)和聲音報(bào)警向佩戴者發(fā)出警告，提醒使用者注意；當(dāng)非正常情況下（有大于36V/10mA高壓/電流瞬時(shí)通過人體時(shí)），智能電子熔斷體熔斷，失去與交互式芯片的連接，此時(shí)交互式芯片向感應(yīng)網(wǎng)發(fā)出經(jīng)過特殊編碼的危險(xiǎn)求救信號(hào)，以使中控能

夠立刻切斷此處電源。原理圖見圖4、圖5。

“感應(yīng)網(wǎng)”是由眾多個(gè)由內(nèi)置交互式微處理芯片（PT2272-M4，2BBS-LM，NE555集成）的發(fā)射/接收單元組成的一張?zhí)摂M的由無(wú)線電信號(hào)交織成的網(wǎng)絡(luò)。見圖6，圖中的各個(gè)黑點(diǎn)即為上述發(fā)射/接收單元，裝置間相互發(fā)射與接收數(shù)據(jù)，且與但工報(bào)警器進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，一方面為實(shí)時(shí)確認(rèn)施工者的位置提供支持并且將位置信息傳給中央控制系統(tǒng)，如“面ABCDEFG”為施工作業(yè)平面，則該層8個(gè)感應(yīng)單元與其上面一層感應(yīng)單元協(xié)同交互，以確定施工者位置。另一方面，感應(yīng)網(wǎng)還負(fù)責(zé)將接收到的危險(xiǎn)觸電信號(hào)發(fā)自中央控制系統(tǒng)，以使中央控制系統(tǒng)能及時(shí)作出相應(yīng)反應(yīng)。工作原理見圖6、圖7。

中央控制系統(tǒng)是由一個(gè)內(nèi)置嵌入式芯片ARM -SA-110并裝有LINUX操作系統(tǒng)的主機(jī)，及一臺(tái)wince數(shù)據(jù)采集器組成的監(jiān)控臺(tái)。

由wince數(shù)據(jù)采集器接收發(fā)自感應(yīng)網(wǎng)的信號(hào)，并將其通過電線實(shí)時(shí)傳送給嵌入式主機(jī)，嵌入式主機(jī)還與PLC配電箱相連，根據(jù)信號(hào)決定切斷某區(qū)域供電，并且根據(jù)wince提供的施工者位置信息，通過OPENGL三維建模實(shí)時(shí)反應(yīng)在顯示屏上。詳見圖8。

該模型設(shè)計(jì)智能保障系統(tǒng)將有助于降低事故發(fā)生概率，為遏制其逐年上升的趨勢(shì)，減少給國(guó)家及成千上萬(wàn)個(gè)家庭帶來(lái)巨大的生命和財(cái)產(chǎn)損失提供可能，將會(huì)有效規(guī)范施工管理程序，提高施工作業(yè)安全管理水平。

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