郭雷崗 盧 珊 熊玉佳 羅 鑫

（1.鄭州電力高等?？茖W(xué)校，河南 鄭州450000；2.國網(wǎng)河南省電力公司伊川縣供電公司，河南 洛陽471000）

0 引言

隨著智能化的普及以及物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展，萬物聯(lián)網(wǎng)逐漸成為產(chǎn)品制造的一個重要趨勢[1]。在電力行業(yè)，物體打擊和工作人員的不規(guī)范操作而引起的觸電是引起事故的主要因素[2]。因此，為了減少工人工作過程中的意外傷害，并且加強對工人的監(jiān)管。設(shè)計一種具有安全防護、監(jiān)視監(jiān)控、通訊交流等功能的智能安全帽尤為重要。

由于傳統(tǒng)安全帽的作用僅僅是為了防止物體打擊，無法對工作人員的工作行為進行監(jiān)管，功能性較弱。并且現(xiàn)有的一些智能安全帽接收和發(fā)送信號的能力弱，在一些偏遠(yuǎn)地帶使用時，會出現(xiàn)視頻信息回傳受阻的現(xiàn)象。因此，傳統(tǒng)安全帽以及現(xiàn)有的智能安全帽難以滿足電力行業(yè)的需求。

為解決上述背景技術(shù)中提出的問題，一些學(xué)者做出了積極的研究。黃抒藝[3]等人設(shè)計了一種具有智能預(yù)警功能的安全帽，可以有效減少電力工作人員的一些不安全行為。尹宇肖[4]等人基于北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)，設(shè)計了一種可以精準(zhǔn)定位以及報警求救的安全帽?？慃怺5]等人針對煤礦井下作業(yè)場景而設(shè)計了一種集人員定位、信息采集以及聲光報警等功能的智能安全帽。因此，本文基于移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計了一種應(yīng)用于電力行業(yè)的智能安全帽。該智能安全帽可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、人員定位、實時語音通信、信息數(shù)據(jù)傳輸、電量預(yù)警等功能。

1 電力安全帽的組成部分及原理

基于移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力安全帽作為電力行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺的一種集防護、通訊、監(jiān)控、定位、照明功能于一體的智能終端設(shè)備，主要由安全帽本體、加強凸起筋、電量指示燈、LED照明燈、監(jiān)控攝像頭、伸縮式增強天線、受話器和揚聲器、按鍵以及電路板等裝置組成。該安全帽的核心部分為電路板，主要由通訊模塊、定位模塊等模塊組成，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、人員定位、實時語音通信、信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋１疚脑O(shè)計的智能電力安全帽如圖1所示。

圖1 智能電力安全帽

2 電力安全帽各部分設(shè)計及功能

電力安全帽本體主要由帽殼、帽襯、下顎帶組成。安全帽頂部有加強凸起筋，可以增強安全帽的抗沖擊能力，防止電力工作人員受到傷害。

安全帽本體上的LED照明燈可以用于在夜間照明使用。由四個LED燈珠組成的電量顯示燈用于顯示鋰電池中剩余的電量，LED燈珠分別顯示紅黃藍三種顏色，紅色表示缺電，藍色表示電量充足，黃色表示警示。通過LED燈珠的顏色以及點亮的數(shù)量可以將電量的多少進行表達，非常實用。而通過將中間的兩個操作按鍵設(shè)計成較大的六棱柱，可以方便電力工作人員通過手摸識別各個操作按鍵的位置。

伸縮式增強天線主要由收整筒體、導(dǎo)向孔、定向滑槽、滑塊、防滑墊、滑移手柄、安裝座以及天線本體構(gòu)成，如圖1所示。天線本體為彈性材料制成的螺旋形結(jié)構(gòu)，通過安裝座和定向滑槽里的滑塊固定在一起?；瑝K上還裝有滑移手柄，在信號不好時，電力工作人員可以推動滑移手柄，將天線本體伸出，最終起到增強信號的功能。除此之外，導(dǎo)向孔與滑塊之間還設(shè)有防滑墊，并且防滑墊與導(dǎo)向孔之間有0.3～0.5 mm的過盈量。當(dāng)天線被伸出后，防滑墊可以確保滑塊不會在定向滑槽里隨便滑動，從而保證了天線本體的穩(wěn)定。

電路板主要由通訊模塊、定位模塊、微處理器以及充放電控制器四個模塊組成。通訊模塊可以安裝SIM卡與外部的無線網(wǎng)絡(luò)進行連接，通過監(jiān)控攝像頭實時的監(jiān)控電力工作人員施工的畫面。與此同時，通訊模塊還可以控制受話器和揚聲器，實現(xiàn)電力工人和后臺管理員的遠(yuǎn)程實時對講，便于實時任務(wù)的傳達給作業(yè)現(xiàn)場的工作人員。定位模塊可以對工作人員的位置進行定位，并實時回傳電力工作人員的位置信息。充放電控制器的功能是給系統(tǒng)供電，維持整個裝置正常工作。電路板總體設(shè)計如圖2所示。

圖2 電路板總體設(shè)計圖

3 智能控制與顯示系統(tǒng)的設(shè)計

智能安全帽采集以及反饋的信息需要通過智能控制與顯示系統(tǒng)來實現(xiàn)可視化。智能控制與顯示系統(tǒng)的屏幕上會顯示作業(yè)場所中電力工人的工作情況，便于后臺管理員對工人進行監(jiān)督。當(dāng)電力工作人員出現(xiàn)不規(guī)范操作后，管理員會通過通信系統(tǒng)和工人進行交流，對其做出相應(yīng)的警示。智能控制與顯示系統(tǒng)還會顯示作業(yè)場所工人的數(shù)量、工人工作時長、現(xiàn)場環(huán)境狀況，方便管理員了解工作現(xiàn)場的具體情況。

4 與現(xiàn)有技術(shù)的比較

通過和現(xiàn)有的智能安全帽進行比較，可以發(fā)現(xiàn)本文設(shè)計的智能安全帽有以下優(yōu)點：

該智能安全帽中增加了伸縮式增強天線的設(shè)置，可以起到增強信號的功能，便于電力工作人員在一些信號不好的偏遠(yuǎn)地帶使用；將電量信息通過LED燈珠的顏色以及點亮的數(shù)量進行顯示，方便電力工作人員直觀的了解電量的多少；操作按鍵設(shè)計成較大的六棱柱，可以方便電力工作人員通過單手觸摸識別各個操作按鍵的位置；可以插入SIM卡同后臺管理人員實現(xiàn)信息交互。智能安全帽采集到的視頻資料、位置信息可以通過移動互聯(lián)網(wǎng)傳送到智能控制與顯示系統(tǒng)，后臺管理人員根據(jù)這些信息對電力工人的進行監(jiān)督和指導(dǎo)。有利于保障電力工人的生命安全，維護設(shè)備正常工作運行。

5 結(jié)語

目前，電力行業(yè)一直存在對工人監(jiān)管不到位、人員傷亡事故頻發(fā)的難題。為了解決這一難題，本文基于移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)以及人體工程學(xué)原理，對普通安全帽進行二次開發(fā)，設(shè)計了一種具備遠(yuǎn)程監(jiān)控、人員定位、實時語音通信、信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ艿碾娏Π踩薄Ｔ撾娏Π踩辈粌H能滿足電力行業(yè)對加強電力工人監(jiān)管的需求，其同樣具備佩戴舒適、輕便耐用、抗擊打能力強的特點，在電力行業(yè)具有較好的應(yīng)用前景。