[發(fā)明專利]基于多傳感器信息融合的船舶焊接人員遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410650747.1
• 申請(qǐng)日: 2014-11-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104392582A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 華亮;顧菊平;王勝鋒;唐子峻;張新松;程天宇;季霆;張晴;沈慶;念路兵;蔣凌;華俊豪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南通大學(xué)
• 主分類號(hào): G08B21/02
• 分類號(hào): G08B21/02
• 代理公司: 南通市永通專利事務(wù)所 32100
• 代理人: 葛雷

1.一種基于多傳感器信息融合的船舶焊接人員遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，其特征是：包括焊接人員安全帽、集成有單片機(jī)內(nèi)核的Zgibee片上系統(tǒng)、光敏傳感器及接口電路、反射式紅外光電傳感器及接口電路、三軸加速度傳感器、反射片、第一遮光板、第二遮光板護(hù)目鏡、手持式面罩、Zigbee模塊；其中集成有單片機(jī)內(nèi)核的Zigbee片上系統(tǒng)、光敏傳感器及接口電路、反射式紅外光電傳感器及接口電路、第一遮光板、三軸加速度傳感器均安裝在焊接人員安全帽上；集成有單片機(jī)內(nèi)核Zigbee片上系統(tǒng)、光敏傳感器接口電路、反射式紅外光電傳感器接口電路、三軸加速度傳感器均安裝在焊接人員安全帽內(nèi)；光敏傳感器、反射式紅外光電傳感器、第一遮光板固定安裝在焊接人員安全帽外表面；當(dāng)焊接人員戴上安全帽后，光敏傳感器應(yīng)位于正前方，能夠感測(cè)焊接人員前方的外界光強(qiáng)；當(dāng)焊接人員戴上安全帽、戴上護(hù)目鏡后，反射式紅外光電傳感器位于正前方，發(fā)射管指向護(hù)目鏡；第一遮光板固定安裝在反射式紅外光電傳感器前方，長(zhǎng)度長(zhǎng)于反射式紅外光電傳感器，確保焊接人員前方的光源不會(huì)干擾紅外光電傳感器；如焊接人員佩戴護(hù)目鏡作為防護(hù)用具，護(hù)目鏡上表面與紅外光電傳感器相對(duì)處，貼上反射片，第二遮光板固定安裝在反射片前方，確保焊接人員前方的光源不會(huì)經(jīng)反射片反射到紅外光電傳感器；在艙室門口放置有Zigbee通訊模塊，負(fù)責(zé)將安全帽中Zigbee片上系統(tǒng)傳遞的信息，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)輸出至監(jiān)控室。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多傳感器信息融合的船舶焊接人員遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，其特征是：Zigbee片上系統(tǒng)采用CC2530型號(hào)的芯片，內(nèi)含有51內(nèi)核的單片機(jī)。

3.?根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于多傳感器信息融合的船舶焊接人員遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，其特征是：焊接開(kāi)始及安全帽佩戴檢測(cè)過(guò)程：

Zigbee片上系統(tǒng)內(nèi)的單片機(jī)收到光敏傳感器信號(hào)，確認(rèn)焊接開(kāi)始。單片機(jī)確認(rèn)焊接開(kāi)始后，首檢測(cè)焊接人員是否佩戴安全帽。確認(rèn)方法如下：每個(gè)焊接人員佩戴固定的安全帽，單片機(jī)中固化有該人員的身份信息；，且該安全帽內(nèi)部有三軸加速度傳感器；如果該人員沒(méi)有戴安全帽，則安全帽位置信息、姿態(tài)信息不會(huì)改變；如果該人員佩戴了安全帽，則作業(yè)中，人體頭部的姿態(tài)變化會(huì)引起傳感器有信息輸出，由于采用三軸加速度傳感器，頭部抖動(dòng)會(huì)引起傳感器輸出；由于焊接作業(yè)人員不可能完全靜止，因此當(dāng)人員佩戴上安全帽后，三軸加速度傳感器輸出的信息是不斷變化的；因此可采用單片機(jī)實(shí)時(shí)采集三軸加速度傳感器信號(hào)，如果發(fā)現(xiàn)一段時(shí)間內(nèi)三軸加速度傳感器三通道信息均未變化，則可認(rèn)為對(duì)應(yīng)的焊接人員未佩戴安全帽；

單片機(jī)在確認(rèn)焊接開(kāi)始后，采集三軸加速度傳感器信息；三軸加速度傳感器可輸X、Y、Z三路模擬量或者數(shù)字量信號(hào)，如輸出模擬量信號(hào)，則送入芯片自帶的A/D口，如輸出數(shù)字量信號(hào)可直接連接至單片機(jī)；單片機(jī)每隔一段時(shí)間采集一次三軸加速傳感器三通道數(shù)據(jù)。單片機(jī)通過(guò)軟件設(shè)置計(jì)數(shù)器，計(jì)算單片機(jī)采集三軸加速度傳感器數(shù)據(jù)的次數(shù)，如果達(dá)到設(shè)定次數(shù)三路數(shù)據(jù)均未改變，則可認(rèn)為對(duì)應(yīng)的焊接人員未佩戴安全帽；單片機(jī)通過(guò)zigbee網(wǎng)絡(luò)發(fā)出該人員身份信息、表征該人員未佩戴安全帽的字符信息，進(jìn)行遠(yuǎn)程報(bào)警，并由監(jiān)控室進(jìn)行記錄和管理；如果發(fā)現(xiàn)三軸加速度傳感器任意一通道數(shù)據(jù)變化率超過(guò)人工設(shè)定的閾值，則可判定人員可能摔倒，則同樣通過(guò)zigbee進(jìn)行報(bào)警、記錄和管理；

此在每個(gè)艙室出入口，安裝了Zigbee通訊模塊，作為中繼節(jié)點(diǎn)，安全帽中的Zigbee片上系統(tǒng)的單片機(jī)將報(bào)警信息傳輸給艙室出入口的Zigbee通訊模塊，由該通訊模塊將信號(hào)逐層上傳，直至總監(jiān)控室。

4.?根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于多傳感器信息融合的船舶焊接人員遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，其特征是：手持面罩或護(hù)目鏡檢測(cè)過(guò)程：

在焊接中，焊工采用手持面罩或者佩戴護(hù)目鏡來(lái)進(jìn)行弧光防護(hù)；

在確認(rèn)焊接人員佩戴了安全帽后，單片機(jī)軟件延時(shí)，單片機(jī)軟件延時(shí)后，再讀取光敏傳感器信息，如果光敏傳感器不再感受到弧光，則說(shuō)明焊接人員已經(jīng)拿起來(lái)面罩，阻擋了孤光傳輸?shù)焦饷魝鞲衅鳎?/p>

如果單片機(jī)延時(shí)后，光敏傳感器任能夠感受弧光，可能存在兩種情況：一是焊接人員沒(méi)有用手持式面罩，但是使用了護(hù)目鏡；二是焊接人員既沒(méi)有使用手持面罩，也沒(méi)有使用護(hù)目鏡；因此下一步，進(jìn)行護(hù)目鏡檢測(cè)；安全帽上安裝的反射式紅外光電傳感器發(fā)射管指向焊接人員鼻梁處，在鼻梁上方的護(hù)目鏡表面，貼上反射片，如果焊接人員佩戴了護(hù)目鏡，則反射式紅外電傳感器接收管能夠接收到反射的紅外光；如果焊接人員未佩戴護(hù)目鏡，則反射式紅外光電傳感器接收管接收不到足夠的光強(qiáng)；為了避免弧光干擾，在反射式紅外光電傳感器、反射片處，均固定安裝擋光板；單片機(jī)通過(guò)調(diào)制方式驅(qū)動(dòng)反射式紅外光電傳感器發(fā)射管；，紅外接收管經(jīng)過(guò)接口電路連接到單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)軟件檢測(cè)頻率為f的反射信號(hào)，從而增加了系統(tǒng)抗干擾能力；

當(dāng)單片機(jī)持續(xù)檢測(cè)到光敏傳感器響應(yīng)，卻沒(méi)有檢測(cè)到反射式紅外傳感器響應(yīng)，則可判定焊接人員既為使用手持面罩，也未使用護(hù)目鏡，則安全帽中的Zigbee片上系統(tǒng)的單片機(jī)將焊接人員身份；、報(bào)警信息傳輸給艙室出入口的Zigbee通訊模塊，由該通訊模塊將信號(hào)逐層上傳，直至總監(jiān)控室，實(shí)現(xiàn)記錄和管理。