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        具有自檢及定位的智能安全帽系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

        2020-05-09 06:34:36尹宇肖肖澳琪武鑫宇徐澤遠(yuǎn)牛懊輝山西大學(xué)山西太原030013
        化工管理 2020年12期
        關(guān)鍵詞:信息

        尹宇肖 肖澳琪 武鑫宇 徐澤遠(yuǎn) 牛懊輝(山西大學(xué),山西 太原030013)

        1 研究背景

        由于現(xiàn)代工業(yè)不斷向智能化發(fā)展,促使高能化商品進(jìn)入人們的視線,但基于工業(yè)使用的安全帽的研究及生產(chǎn)應(yīng)用還未普及。傳統(tǒng)的安全帽只是用于保護(hù)頭部,并且也存在質(zhì)量問題,完全滿足不了佩戴者的安全需求。據(jù)調(diào)查,工業(yè)生產(chǎn)對安全系數(shù)要求迅速提高,使智能安全帽及由其衍生的生產(chǎn)管理系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用前景。

        由于“北斗+”服務(wù)以產(chǎn)業(yè)化方向快速發(fā)展。該服務(wù)具有精準(zhǔn)定位和授時(shí)且性能穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)。在北斗衛(wèi)星定位技術(shù)的基礎(chǔ)之上,設(shè)計(jì)和開發(fā)智能安全帽系統(tǒng),為的是改善工人的管理性能。

        1.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

        該產(chǎn)品以“自檢+監(jiān)管”為設(shè)計(jì)理念,通過北斗定位技術(shù),器構(gòu)成是由發(fā)送終端、接收機(jī)監(jiān)控終端兩大部分。

        與基礎(chǔ)文化課相比,中等職業(yè)學(xué)校的專業(yè)課教學(xué)更接近于未來的實(shí)際情況。如果能通過情景模擬的方式進(jìn)行教學(xué),將教學(xué)內(nèi)容從“現(xiàn)實(shí)生活”中剔除,就更符合專業(yè)教學(xué)要求。因此,現(xiàn)階段,教師改變導(dǎo)游專業(yè)人才培養(yǎng)的傳統(tǒng)教學(xué)理念,圍繞實(shí)際需要編訂教學(xué)內(nèi)容開展教學(xué),以實(shí)踐需要來整合知識(shí),實(shí)現(xiàn)時(shí)間與理論的統(tǒng)一。

        安全帽上電后即進(jìn)入工作狀態(tài),發(fā)送硬件終端完成對位置信息的采集和處理,并在NRF24L01無線模塊的寄存器中緩存,最終以無線的方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇邮諜C(jī)監(jiān)控終端。若施工人員有意外事故,可及時(shí)發(fā)送求救信號(hào),將位置信息發(fā)送到接收機(jī)。管理員在接收機(jī)監(jiān)控終端可查看施工人員地理位置并及時(shí)采取營救措施。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示:

        圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖

        1.2 發(fā)送終端設(shè)計(jì)

        可以控制系統(tǒng)供電,用于連接運(yùn)維檢修人員帽子上佩戴的干電池,給系統(tǒng)供電。本項(xiàng)目應(yīng)用電壓轉(zhuǎn)換模塊,輸出5V 或3.3V,給主控芯片供電。

        圖2 發(fā)送終端

        2 主控芯片設(shè)計(jì)

        吸附法是一種使用范圍廣泛的方法,一般采用金屬螯合劑作為吸附材料,金屬螯合劑中含有氨基、羧基、羥基等官能團(tuán)可與金屬離子進(jìn)行絡(luò)合反應(yīng)形成螯合物。用于中藥材中的吸附材料主要有大孔樹脂、γ‐巰丙基鍵合硅膠、殼聚糖、聚乙烯發(fā)泡棉等。

        該芯片通過SPI 與外部MCU 通信,最大的SPI 速度可以達(dá)到10Mhz,這里NRF24L01模塊使用的是SPI1,開機(jī)時(shí)系統(tǒng)先檢測NRF24L01 模塊是否存在,在檢測到NRF24L01模塊之后,立馬進(jìn)入發(fā)送模式,然后主控芯片接收北斗模塊的信息,對其進(jìn)行解碼,然后選取經(jīng)緯度等信息發(fā)送至無線模塊發(fā)送存儲(chǔ)器,我選用通道1 發(fā)送,并設(shè)置通道0 自動(dòng)應(yīng)答,確保數(shù)據(jù)可靠傳輸,最終于無線的方式發(fā)送給接收機(jī)終端。發(fā)送硬件終端數(shù)據(jù)傳輸流程圖和接收機(jī)數(shù)據(jù)接收軟件流程圖分別如圖3 和圖4所示。

        2.1 NRF24L01無線模塊

        甘蔗損失測定是收集測定區(qū)內(nèi)落地、蔗稍、割茬蔗莖等損失蔗莖質(zhì)量與包括損失蔗經(jīng)的全部蔗莖質(zhì)量進(jìn)行對比。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示,因收獲的甘蔗切段較短,在20~23cm之間,損失碎蔗率為5.09%,瀑蔗率為6.59%,總損失率為11.68%。

        圖3 方位信息發(fā)送流程圖

        圖4 位置數(shù)據(jù)接收流程圖

        2.2 電源模塊

        發(fā)送終端以STM32 主控板、無線模塊、供電模塊以及北斗模塊集成在安全帽中。首先通過信號(hào)采集,然后經(jīng)CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算處理,最終發(fā)給NRF24L01模塊。發(fā)送終端如圖2所示。

        2.3 ATK-S1216F8-BD GPS/北斗模塊

        ATK-S1216F8-BD GPS/北斗模塊使用NMEA-0183 協(xié)議發(fā)送GPS/北斗定位數(shù)據(jù),并可以人為進(jìn)行配置。BDS方位信息解算程序設(shè)計(jì)如圖5 所示,首先檢查BDS 數(shù)據(jù)幀的完整性,若完整,則接收BDS數(shù)據(jù)幀,然后統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)幀內(nèi)逗號(hào)個(gè)數(shù),同時(shí)判別數(shù)據(jù)類型。由于數(shù)據(jù)幀以逗號(hào)對各段數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分,所以不同的逗號(hào)個(gè)數(shù)代表數(shù)據(jù)的差異性。根據(jù)各自數(shù)據(jù)的特點(diǎn),對數(shù)據(jù)實(shí)施分離和緩存。

        主控芯片是通過STM32F407微處理器進(jìn)行控制外設(shè),其特點(diǎn)有計(jì)算處理數(shù)據(jù)的速率快,功能多樣化,還可進(jìn)行擴(kuò)展接口。

        圖5 BDS位置信息解碼

        3 接收機(jī)監(jiān)控終端設(shè)計(jì)

        在這里分時(shí)復(fù)用SPI2接口,是因?yàn)镹RF24L01 模塊和我們的STM32開發(fā)板上的FLASH 同用一個(gè)SPI 接口。實(shí)物連接如圖6所示:

        圖6 NRF24L01模塊連接圖

        4 產(chǎn)品性能檢查

        根據(jù)要求將各自功能模塊集成后,接收信息如圖7所示,我們在室外環(huán)境下,對安全帽和接收終端測試進(jìn)行了測試。首先,佩戴者頭戴安全帽,測試佩戴成功后是否有提示音。

        2.3.1 注意紅色文獻(xiàn)的甄別和取舍。個(gè)別在地方革命歷史上有突出影響與成就,值得后世進(jìn)行專題研究的地方人士,可根據(jù)其與地方紅色政權(quán)的關(guān)聯(lián)度,將其全部著作、手稿、日記、書信,以及他人對其生平、著作進(jìn)行專題研究的成果,都作為紅色文獻(xiàn)處理。

        在接收端的測試過程中,進(jìn)行了大量的重復(fù)性試驗(yàn)。經(jīng)測試,接收端可以實(shí)時(shí)的顯示施工人員的具體方位。顯示結(jié)果如圖7所示。此外,通過安全帽上設(shè)置的一個(gè)求救功能按鍵,發(fā)送過來的求救信號(hào),使得接收機(jī)TFT顯示屏顯示“help”紅色標(biāo)志,并且蜂鳴器發(fā)出響聲。

        圖7 接收端TFT屏幕界面

        5 結(jié)語

        經(jīng)測試結(jié)果表明,發(fā)送硬件終端工作穩(wěn)定,接收機(jī)監(jiān)控終端能實(shí)時(shí)反映定位信息,達(dá)到預(yù)期效果。我們的產(chǎn)品將在一線生產(chǎn)安全領(lǐng)域發(fā)揮切實(shí)可行的預(yù)研基礎(chǔ)和工程實(shí)踐的重要意義。

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