院冬珠 郭磊 王宏

摘 要：該防墜空安全帶以STC12C5A60SA單片機(jī)為核心，采用zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)連接，具有抗干擾能力強(qiáng)、自身低復(fù)雜度、低能耗、低價(jià)格等特點(diǎn)。該產(chǎn)品的STC12C5A60SA單片機(jī)完成數(shù)據(jù)采集、處理，并通過(guò)Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳輸?shù)街骺厥?，并?bào)警。主控室根據(jù)報(bào)警信號(hào)可以迅速找到被困人員，節(jié)約了搜救時(shí)間。

關(guān)鍵詞：STC12C5A60SA單片機(jī)；Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

1 引言

該產(chǎn)品通過(guò)重力加速度傳感器對(duì)人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)實(shí)時(shí)采集并分析，當(dāng)檢測(cè)到人為自由落體狀態(tài)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電磁裝置，控制多條保護(hù)繩發(fā)散彈出，在建筑工地等復(fù)雜的場(chǎng)合，保護(hù)繩極易掛在施工架上，可有效避免墜空事故發(fā)生。

2 研究?jī)?nèi)容及工作原理

研究的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面（1）采用定制的特殊彈簧作為動(dòng)力，通過(guò)單片機(jī)控制系統(tǒng)釋放出安全繩與磁性鉤子。（2）通過(guò)Zigbee網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將單片機(jī)發(fā)出的信號(hào)傳送到主控室，然后工作人員根據(jù)報(bào)警信號(hào)找到被困人員。（3）傳感器方面使用了重力加速度傳感器，實(shí)時(shí)反映人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，響應(yīng)速度快，實(shí)用性強(qiáng)，可靠性高。在安全帶控制器方面本系統(tǒng)以STC12C5A60S2 單片機(jī)為核心，采用精密型六軸傳感器MPU6050，RF24L01檢測(cè)到墜落狀態(tài)后啟動(dòng)彈射裝置彈出保護(hù)繩。在特殊電源模塊方面采用具有太陽(yáng)能電池最大功率點(diǎn)跟蹤功能的 5A多類(lèi)型電池充電管理集成電路CN3722 的充電。在恒壓充電模式，輸出很小的功率，也能對(duì)電池充電。在智能反應(yīng)控制系統(tǒng)方面，在眾多的51系列單片機(jī)中，要算國(guó)內(nèi)STC 公司的1T增強(qiáng)系列更具有競(jìng)爭(zhēng)力，這種單片機(jī)對(duì)開(kāi)發(fā)設(shè)備的要求很低，開(kāi)發(fā)時(shí)間也大大縮短。寫(xiě)入單片機(jī)內(nèi)的程序還可以進(jìn)行加密，這又很好地保護(hù)了你的勞動(dòng)成果。當(dāng)工人墜落時(shí)，墜落時(shí)間超過(guò)0.5秒時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)判斷并彈出安全繩以勾住腳手架實(shí)現(xiàn)救生功能。在多軸加速度計(jì)模塊上采用重力傳感器是根據(jù)壓電效應(yīng)的原理來(lái)工作的。由于加速度產(chǎn)生某個(gè)介質(zhì)產(chǎn)生變形，通過(guò)測(cè)量其變形量并用相關(guān)電路轉(zhuǎn)化成電壓輸出。

3救生繩彈出與組網(wǎng)互救部分

系統(tǒng)采用STC12C5A60S2為主控制器，通過(guò)重力加速度傳感器檢測(cè)到人為自由落體狀態(tài)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電磁裝置彈出保護(hù)繩，在建筑工地等復(fù)雜的場(chǎng)合，保護(hù)繩極易掛在施工架上，可效避免墜空事故發(fā)生。當(dāng)裝置響應(yīng)后通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸NRF24L01傳輸?shù)街骺厥?，啟?dòng)報(bào)警，主控室根據(jù)安全帶編號(hào)找到被困人員。

（1）救生繩彈出

采用定制的特殊彈簧作為動(dòng)力，通過(guò)單片機(jī)控制系統(tǒng)釋放出安全繩與磁性鉤子。

（2）組網(wǎng)互救

Zigbee是部署無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的新技術(shù)。它是一種短距離、低速率無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是一種介于無(wú)線(xiàn)標(biāo)記技術(shù)和BlueTooth之間的技術(shù)提案。Zigbee一詞源自蜜蜂群在發(fā)現(xiàn)花粉位置時(shí)，通過(guò)跳ZigZag形舞蹈來(lái)告知同伴，達(dá)到交換信息的目的。借此稱(chēng)呼一種專(zhuān)注于低功耗、低成本、低復(fù)雜度、低速率的近程無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。

該系統(tǒng)通過(guò)Zigbee網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將單片機(jī)發(fā)出的信號(hào)傳送到主控室，然后工作人員根據(jù)報(bào)警信號(hào)找到被困人員。

（3）監(jiān)控控制器

當(dāng)裝置響應(yīng)后通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸NRF24L01傳輸?shù)街骺厥?，啟?dòng)報(bào)警，主控室根據(jù)安全帶編號(hào)找到被困人員，可有效的減少搜救時(shí)間。

4系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以STC12C5A60S2 單片機(jī)為核心，采用精密型三軸傳感器629A61，將信息傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中，在通信方面采用Zigbee技術(shù)，Zigbee是低功耗、低成本、低復(fù)雜度、低速率的近程無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。方便組網(wǎng)，空曠地帶通信距離可達(dá)200m。單片機(jī)通過(guò)采集信息后將數(shù)據(jù)傳送到主控室，然后工作人員根據(jù)信息找到被困人員，減少了搜救時(shí)間，硬件總體框圖如圖1所示：

4.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

主函數(shù)開(kāi)始先進(jìn)行各模塊初始化，之后通過(guò)加速度檢測(cè)，判斷墜落時(shí)間是否超過(guò)0.5S，如果超過(guò)0.5S則彈出救生繩同時(shí)通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳送給主控室；同時(shí)向附近工友發(fā)出求救信號(hào)，然后主控室根據(jù)報(bào)警信號(hào)搜救被困人員。

5實(shí)驗(yàn)結(jié)果

如下圖為我們所制作的實(shí)物圖，5個(gè)磁性鉤子均衡分布，當(dāng)檢測(cè)到人為自由落體狀態(tài)時(shí)，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)彈射裝置，控制多條保護(hù)繩發(fā)散出，可以從各個(gè)方向勾住腳手架。

參考文獻(xiàn)：

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