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，安全防護措施過于落后，與其相伴隨的安全事故不斷，造成了嚴重的人員傷亡和經(jīng)濟損失，為遏制其逐年上升的趨勢，減少給國家及成千上萬個家庭帶來巨大的生命和財產(chǎn)損失。結合無線電的思想，基于現(xiàn)有專利技術，提出了智能保障系統(tǒng)的結構模型。使用該模型設計智能保障系統(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。

關鍵詞：專利技術；智能識別；無線電應用；嵌入式系統(tǒng)

中圖分類號：TU文獻標識碼：A文章編號：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)（以下均簡稱“安筑”），是在現(xiàn)有自主無線電報警專利技術上進行的二次研發(fā)，是集一個無線發(fā)射、人體感應、實時監(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”主要有三個部分組成，分別為安裝在施工樓層的“立體金屬感應網(wǎng)”（下稱“感應網(wǎng)”），戴在每個施工人員手腕上的“單工報警器”（下稱“單報器”），設立于控制室的嵌入式“中央控制系統(tǒng)”（下稱“中控”）以及相關硬件和軟件。

1.3 系統(tǒng)各部分功能簡述

“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）“立體金屬感應網(wǎng)”?！案袘W(wǎng)”是相對于“單報器”的服務端，是為施工者所屬位置提供相對參考系，同時為“中控”提供施工者所處位置信息。以使施工者實時掌握自身位置，以避免因疏忽而造成高空墜落；同時使“中控”操作者實時掌握施工者的位置信息，使得突發(fā)高空墜落后，能夠及時采取救援措施；此外，“感應網(wǎng)”所為“中控”提供的位置信息是為在施工者意外觸電時，“中控”能自動及時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）“單工報警器”?！皢螆笃鳌笔窍鄬τ凇案袘W(wǎng)”的客戶端，是虛擬感應網(wǎng)絡圖中移動的位點，實時與“感應網(wǎng)”進行著數(shù)據(jù)交互，將施工者位置信息實時反饋給施工者，當接近危險位置時發(fā)出報警音并震動，提醒施工者格外注意；同時“單報器”實時監(jiān)測施工者體表電流，當施工者發(fā)生意外觸電，“單報器”會向“感應網(wǎng)”發(fā)出求救信號，使“中控”能夠及時切斷觸電位置的電源，挽救施工者生命。

（3）“中央控制系統(tǒng)”。“中控”是整個系統(tǒng)的控制中樞，完成對施工者的位置確認，及時處理觸電事故、對高空作業(yè)的施工者提供實時提醒。

2 系統(tǒng)設計

2.1 專利技術簡述

現(xiàn)有專利是一款多対一距離報警裝置，由一個服務端和多個客戶端組成，當各個客戶端與服務端間的距離值超過設定值，則服務端發(fā)出報警。下面簡述功能原理，詳細原理見專利書（專利授權公告號：CN201514688U）。

服務端和客戶端分別由無線電接受器和無線電發(fā)射器組成。

（1）客戶端模塊。該模塊是無線電發(fā)射模塊，原理圖見圖1所示。它由四個相同原理相同的無線電發(fā)射模塊構成四個客戶終端，無線電發(fā)射模塊由一組輕觸按鈕開關、電源G和無線電發(fā)射模塊A（PT2272-M4/2BBS-LM型號集成電路）通過電路連接組成，其作用為在正常情況下保持與服務端的長時正常無線電通訊，顯示客戶端在預設監(jiān)控范圍內。

圖1 客戶端模塊原理圖（2）服務端模塊。該模塊是無線電接收模塊，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成，其中A5為PT2272-M4/2BBS-LM型號的集成電路、A6為NE555型號集成電路、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時正常通訊，顯示客戶端在預設監(jiān)控范圍內，當客戶端離開預設距離超過設定距離值是，接收器便發(fā)出報警聲。

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

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

夠立刻切斷此處電源。原理圖見圖4、圖5。

“感應網(wǎng)”是由眾多個由內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的由無線電信號交織成的網(wǎng)絡。見圖6，圖中的各個黑點即為上述發(fā)射/接收單元，裝置間相互發(fā)射與接收數(shù)據(jù)，且與但工報警器進行實時數(shù)據(jù)傳輸，一方面為實時確認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個感應單元與其上面一層感應單元協(xié)同交互，以確定施工者位置。另一方面，感應網(wǎng)還負責將接收到的危險觸電信號發(fā)自中央控制系統(tǒng)，以使中央控制系統(tǒng)能及時作出相應反應。工作原理見圖6、圖7。

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

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

該模型設計智能保障系統(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，減少給國家及成千上萬個家庭帶來巨大的生命和財產(chǎn)損失提供可能，將會有效規(guī)范施工管理程序，提高施工作業(yè)安全管理水平。

參考文獻

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