具有自检及定位的智能安全帽系统的设计

2020-05-09尹宇肖肖澳琪武鑫宇徐泽远牛懊辉山西大学山西太原030013

化工管理 2020年12期

尹宇肖肖澳琪武鑫宇徐泽远牛懊辉(山西大学，山西太原030013）

1 研究背景

由于现代工业不断向智能化发展，促使高能化商品进入人们的视线，但基于工业使用的安全帽的研究及生产应用还未普及。传统的安全帽只是用于保护头部，并且也存在质量问题，完全满足不了佩戴者的安全需求。据调查，工业生产对安全系数要求迅速提高，使智能安全帽及由其衍生的生产管理系统有着广泛的应用前景。

由于“北斗＋”服务以产业化方向快速发展。该服务具有精准定位和授时且性能稳定可靠的特点。在北斗卫星定位技术的基础之上，设计和开发智能安全帽系统，为的是改善工人的管理性能。

1.1 产品设计

该产品以“自检＋监管”为设计理念，通过北斗定位技术，器构成是由发送终端、接收机监控终端两大部分。

与基础文化课相比，中等职业学校的专业课教学更接近于未来的实际情况。如果能通过情景模拟的方式进行教学，将教学内容从“现实生活”中剔除，就更符合专业教学要求。因此，现阶段，教师改变导游专业人才培养的传统教学理念，围绕实际需要编订教学内容开展教学，以实践需要来整合知识，实现时间与理论的统一。

安全帽上电后即进入工作状态，发送硬件终端完成对位置信息的采集和处理，并在NRF24L01无线模块的寄存器中缓存，最终以无线的方式将数据传输到接收机监控终端。若施工人员有意外事故，可及时发送求救信号，将位置信息发送到接收机。管理员在接收机监控终端可查看施工人员地理位置并及时采取营救措施。系统总体结构设计如图1所示：

图1 系统总体设计图

1.2 发送终端设计

可以控制系统供电，用于连接运维检修人员帽子上佩戴的干电池，给系统供电。本项目应用电压转换模块，输出5V 或3.3V，给主控芯片供电。

图2 发送终端

2 主控芯片设计

吸附法是一种使用范围广泛的方法，一般采用金属螯合剂作为吸附材料，金属螯合剂中含有氨基、羧基、羟基等官能团可与金属离子进行络合反应形成螯合物。用于中药材中的吸附材料主要有大孔树脂、γ‐巯丙基键合硅胶、壳聚糖、聚乙烯发泡棉等。

该芯片通过SPI 与外部MCU 通信，最大的SPI 速度可以达到10Mhz，这里NRF24L01模块使用的是SPI1，开机时系统先检测NRF24L01 模块是否存在，在检测到NRF24L01模块之后，立马进入发送模式，然后主控芯片接收北斗模块的信息，对其进行解码，然后选取经纬度等信息发送至无线模块发送存储器，我选用通道1 发送，并设置通道0 自动应答，确保数据可靠传输，最终于无线的方式发送给接收机终端。发送硬件终端数据传输流程图和接收机数据接收软件流程图分别如图3 和图4所示。

2.1 NRF24L01无线模块

甘蔗损失测定是收集测定区内落地、蔗稍、割茬蔗茎等损失蔗茎质量与包括损失蔗经的全部蔗茎质量进行对比。试验结果如表1所示，因收获的甘蔗切段较短，在20～23cm之间，损失碎蔗率为5.09%，瀑蔗率为6.59%，总损失率为11.68%。

图3 方位信息发送流程图

图4 位置数据接收流程图

2.2 电源模块

发送终端以STM32 主控板、无线模块、供电模块以及北斗模块集成在安全帽中。首先通过信号采集，然后经CPU进行数据运算处理，最终发给NRF24L01模块。发送终端如图2所示。

2.3 ATK-S1216F8-BD GPS/北斗模块

ATK-S1216F8-BD GPS/北斗模块使用NMEA-0183 协议发送GPS/北斗定位数据，并可以人为进行配置。BDS方位信息解算程序设计如图5 所示，首先检查BDS 数据帧的完整性，若完整，则接收BDS数据帧，然后统计数据帧内逗号个数，同时判别数据类型。由于数据帧以逗号对各段数据进行划分，所以不同的逗号个数代表数据的差异性。根据各自数据的特点，对数据实施分离和缓存。

主控芯片是通过STM32F407微处理器进行控制外设，其特点有计算处理数据的速率快，功能多样化，还可进行扩展接口。