CN110248317A - 一种矿用智能安全背心及井下多级应急预警处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及井下安全防护装备领域,一种矿用智能安全背心,包括主控制器;电源模块,其与主控制器电连接并对主控制器供电;陀螺仪模块,与主控制器信号连接,陀螺仪模块用于检测矿用智能安全背心使用者的身体姿态变化速度;气体传感器,与主控制器信号连接,气体传感器用于检测矿用智能安全背心使用者所在环境的有害气体含量;气囊驱动电路,与主控制器信号连接,气囊驱动电路在主控制器发出驱动信号时打开对应位置的气囊;无线模块,与主控制器信号连接,无线模块用于向外部发送矿用智能安全背心使用者当前位置的环境数据以及背心工作的状态信息,本背心可主动对井下人员提供防护。本发明还提出了安全背心多级应急预警处理方法。
Description
技术领域
本发明涉及井下安全防护装备领域,特别是一种煤矿井下使用的安全背心,以及此种安全背心对应的应急处理方法。
背景技术
现有技术中,如已公开的专利(CN105192939A),公开了穿戴式安全气囊绝缘服,主要包括上衣、裤子和气体产生装置。裤子上设有连体绝缘鞋,所述上衣与裤子上设有气囊,所述气囊和所述气体产生装置之间设有气管。气囊分别设置在所述上衣的袖口处、所述上衣的手肘处、所述裤子的膝盖处、所述裤子的裤脚口处和所述鞋子的鞋底处。在上衣和/或裤子上设置气体产生装置。气体产生装置所产生的气体在中心气室储存并对气囊集中供气,对气囊充气,对人体有悬浮和保护效果。帽子上设有安全帽。设置安全帽,减轻坠落时对头部的伤害。本发明具有下述优点,使用方便,通用性好,安全性好。舒适性好。此技术方案仅涉及气囊的位置,并未针对井下环境进行优化。
如已公开的专利(CNl09008009A),其公开一种可穿戴式防摔气囊,包括由多个小气囊组成的气囊主体,所述气囊主体外侧设置有进气口,所述进气口上设置有微型风机,所述气囊主体内部设置有主气管,所述主气管一端与进气口连接,所述主气管通过多个分气管与小气囊连接,所述气囊主体内侧设置有若干肌电运动传感器,所述气囊主体上设置有控制芯片,所述控制芯片分别与微型风机、肌电运动传感器连接;本可穿戴式防摔气囊可以做到普通衣服一样,使用者只需穿上一件衣服,就不怕摔倒的时候对人体造成严重的伤害;在摔倒过程中,智能分析判断出哪个部位需要保护,从而只需要相应部位的气囊充气即可,同时也可以根据跌倒的情况去判断是否需要全方位的充气保护。该穿戴设备仅通过传感器测量人体姿态,在出现危险时开启气囊。
当煤矿发生矿难时,尤其是发生塌方事故时,矿工受到碰撞及跌落物的威胁,在受到强烈的冲击后,常规的防护将起不到大的作用,尤其是身体的重要部位基本都暴露在危险之中,个人防护设备的好坏是矿工是否可以存活下去等到救援人员的关键,现阶段矿用装备是常用的一种防护设备,但是缺乏智能化的功能,尤其是缺少像汽车安全气囊那样在危险到来之前就可以弹开气囊进行防护的功能,无法有效形成保护,在发生井下紧急情况时,缺乏关键危险数据预判能力,没有应急处理机制,无法根据当前环境主动性的采取防护措施,更不能在矿难发生后,可以主动向外发出救援信号引导救援人员,为了解决上述问题,迫切需要研究一种更为完备的矿工防护设备,可以预测危险的到来,并能根据外部环境数据以及自身情况进行对应等级的主动预警防护措施。
发明内容
为解决上述问题,本发明提出一种矿用智能安全背心,该装备可在井下人员遇到危险是实现自动保护并发出应急信号,解决缺乏主动防护措施且智能化程度低的问题。本发明还提出一种应用该装备使用的井下多级应急预警处理方法。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
在第一个技术方案中,一种矿用智能安全背心,包括背心本体、若干气囊、数据处理终端,所述气囊分别对应设置在头部、颈部、胸部和背部;
所述数据处理终端包括:
主控制器;
电源模块,其与主控制器电连接并对主控制器供电;
陀螺仪模块,其与主控制器信号连接,所述陀螺仪模块用于检测矿用智能安全背心使用者的身体姿态变化速度;
气体传感器,其与主控制器信号连接,所述气体传感器用于检测矿用智能安全背心使用者所在环境的有害气体含量;
气囊驱动电路,其与主控制器信号连接,所述气囊驱动电路在主控制器发出驱动信号时打开对应位置的气囊;
无线模块,其与主控制器信号连接,所述无线模块用于向外部发送矿用智能安全背心使用者当前位置的环境数据以及背心工作的状态信息。
在第一个技术方案中,作为优选的,所述无线模块为2.4G无线模块。
在第一个技术方案中,作为优选的,所述矿用智能安全背心还包括生化感应模块,其与主控制器信号连接,生化感应模块用于矿用智能安全背心使用者在应及时发出求救信号。
在第二个技术方案中,井下多级应急预警处理方法,使用第一个技术方案中提出的矿用智能安全背心,包括如下步骤
步骤1、启动气体传感器、陀螺仪模块和无线模块,对应获取矿用智能安全背心使用者周围环境中井下气体组成数据、矿用智能安全背心使用者的身体姿态变化速度数据、以及获取附近无线节点数据;
步骤2、通过步骤1中的井下气体组成数据、姿态变化速度数据、无线节点数据与预设定义的数据比较,符合对应条件时,启动对应等级的气囊驱动电路,开启头部、颈部、胸部和/或背部位置的气囊。
在第二个技术方案中,作为优选的,在步骤2中,
当A-a<0、C-c<0、(A-a)(B-b)(C-c)<0、D>0时,主控制器向气囊驱动电路发送待机指令;
当A-a>0、C-c<0、(A-a)(B-b)(C-c)>0、D>0时,主控制器向气囊驱动电路发送指令,并对应开启胸部气囊;
当A-a>0、C-c>0、(A-a)(B-b)(C-c)<0、D>0时,主控制器向气囊驱动电路发送指令,并对应开启胸部和颈部位置的气囊;
当A-a>0、C-c>0、(A-a)(B-b)(C-c)<0、D<0时,主控制器向气囊驱动电路发送指令,并对应开启胸部、颈部、头部和背部位置的气囊;
其中A为气体传感器检测到的环境气体数据,a为环境气体危险数据预设值,B为智能安全背心使用者的身体姿态变化速度数据’b为身体姿态变化速度数据危险数据预设值,C-c为无线模块判断附近是否存在无线节点,D为无线模块判断是否获取到预警数据。
在第二个技术方案中,作为优选的,所述井下多级应急预警处理方法还包括步骤3,判断智能安全背心使用者的身体姿态变化速度数据B和身体姿态变化速度数据危险数据预设值b的差值,当B-b<0时,启动生化感应模块,发送求救信号。
使用本发明的有益效果是:
矿用智能安全背心由背心本体和数据处理终端组成,背心本体置放了气囊,气囊的目的是当发生突发情况时可以在对应的位置弹开气囊保护矿工,本背心可通过使用者的情况,主动实施不同的应急预案,实现不同等级的防护措施。
附图说明
图1为本发明矿用智能安全背心模块信号连接示意图。
图2为本发明井下多级应急预警处理方法流程图。
图3为本发明矿用智能安全背心结构示意图。
图4为本发明矿用智能安全背心控制电路原理图。
1-颈部气囊,2-头部气囊,3-背部气囊,4-胸部气囊。
具体实施方式
为使本技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚明了,下面结合具体实施方式,对本技术方案进一步详细说明。应该理解,这些描述只是示例性的,而不是要限制本技术方案的范围。
实施例1
如图1、图3所示,本实施例提出一种矿用智能安全背心,包括背心本体、若干气囊、数据处理终端,所述气囊分别对应设置在头部、颈部、胸部和背部;
所述数据处理终端包括:主控制器;电源模块,其与主控制器电连接并对主控制器供电;陀螺仪模块,其与主控制器信号连接,所述陀螺仪模块用于检测矿用智能安全背心使用者的身体姿态变化速度;气体传感器,其与主控制器信号连接,所述气体传感器用于检测矿用智能安全背心使用者所在环境的有害气体含量;气囊驱动电路,其与主控制器信号连接,所述气囊驱动电路在主控制器发出驱动信号时打开对应位置的气囊;无线模块,其与主控制器信号连接,所述无线模块用于向外部发送矿用智能安全背心使用者当前位置的环境数据以及背心工作的状态信息。所述无线模块为2.4G无线模块。所述矿用智能安全背心还包括生化感应模块,其与主控制器信号连接,生化感应模块用于矿用智能安全背心使用者在应及时发出求救信号。
如图4所示,气囊驱动电路芯片选用MC33781,配合MC33784传感器接口芯片,依据并联的拓扑结构,将传感器并入***通信总线。MC33781通过SPI端口与主控制器通信。MC33784芯片具有3路数字I/O和2路10位的A/D转换端口。MMA2201D为加速度传感器。该芯片可测互为90°的两个坐标轴的加速度,可用在测量前置碰撞和侧面碰撞过程中的加速度,并可以用来确定碰撞的角度。
实施例2
井下多级应急预警处理方法,使用实施例1中提出的矿用智能安全背心,包括如下步骤
步骤1、启动气体传感器、陀螺仪模块和无线模块,对应获取矿用智能安全背心使用者周围环境中井下气体组成数据、矿用智能安全背心使用者的身体姿态变化速度数据、以及获取附近无线节点数据;
步骤2、通过步骤1中的井下气体组成数据、姿态变化速度数据、无线节点数据与预设定义的数据比较,符合对应条件时,启动对应等级的气囊驱动电路,开启头部气囊2、颈部气囊1、胸部气囊4和/或背部气囊3。
在步骤2中,当A-a<0、C-c<0、(A-a)(B-b)(C-c)<0、D>0时,主控制器向气囊驱动电路发送待机指令,确认应急等级为I;
当A-a>0、C-c<0、(A-a)(B-b)(C-c)>0、D>0时,主控制器向气囊驱动电路发送指令,并对应开启胸部气囊4,确认应急等级为II;
当A-a>0、C-c>0、(A-a)(B-b)(C-c)<0、D>0时,主控制器向气囊驱动电路发送指令,并对应开启胸部气囊4和颈部气囊1,确认应急等级为III;
当A-a>0、C-c>0、(A-a)(B-b)(C-c)<0、D<0时,主控制器向气囊驱动电路发送指令,并对应开启胸部气囊4、颈部气囊1、头部气囊2和背部气囊3,确认应急等级为IV;
其中A为气体传感器检测到的环境气体数据,a为环境气体危险数据预设值,B为智能安全背心使用者的身体姿态变化速度数据,b为身体姿态变化速度数据危险数据预设值,C-c为无线模块判断附近是否存在无线节点,D为无线模块判断是否获取到预警数据。
应急等级I-应急等级IV由数字低到数字高,应急等级增加。应急等级I最低,应急等级IV最高。
所述井下多级应急预警处理方法还包括步骤3,判断智能安全背心使用者的身体姿态变化速度数据B和身体姿态变化速度数据危险数据预设值b的差值,当B-b<0时,启动生化感应模块,发送求救信号。
具体的,矿用智能安全背心由背心本体和数据处理终端组成,背心本体置放了气囊,气囊的目的是当发生突发情况时可以在对应的位置弹开气囊保护矿工;数据处理终端由气体传感器模块、气囊驱动电路、陀螺仪模块、生化感应模块、主控制器、电源模块、无线模块组成,
其中气体传感器模块的功能主要是采集当前的环境数据,主要包括一氧化碳和瓦斯,采集到数据后传输给主控制器,由主控制器判断当前环境的危险等级,
陀螺仪模块用来检测矿工的身体姿态,将角度姿态数据发送给主控制器,如果身体姿态短时间倾斜严重说明矿工已经受到了冲击,生化感应模块的功能是在矿工倒地后发送求救信号,便于救援人员搜寻,
电源模块为整个***功能,无线模块用于与后台进行数据传输,后台服务器可以根据大数据分析,主动发送预判危险信号给数据处理终端,
数据处理终端的主控制器从气体传感器模块、后台服务器、陀螺仪模块获取到的数据综合预判,并通过气囊驱动电路驱动背心本体的气囊,对应的气囊弹开,完成对矿工的防护。其应急预警方法如图2所示。
气囊打开是需要多数据联合判断的,不能单靠某一类数据是否超标就直接驱动安全背心里的气囊,这样很容易造成误操作。在判断某类数据是否超标时,本专利采用差值运算,如A-a<0、C-c<0,就是利用差值运算,将现场的气体环境数据A与预设值a进行差值运算,预设值是阈值,当A小于a时,说明没有超过阈值,另外,设置了不同的应急等级,由这个应急等级来判读打开对应气囊,而对应等级的判断,就需要多数据联合判断,这个时候,由多个数据差值的乘积结果来判断A、B、C三个数据在同一时间内,有几个数据超过预设值的,由此得出应急等级,而数据D是单独的数据,代表无线信号强度是否满足通信条件,D大于0说明满足,小于0说明不满足,作为辅助判断,D数据只分大于0或者小于0。
以上内容仅为本发明的较佳实施例,对于本领域的普通技术人员,依据本技术内容的思想,在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化,只要这些变化未脱离本发明的构思,均属于本专利的保护范围。
Claims (6)
1.一种矿用智能安全背心,其特征在于:包括背心本体、若干气囊和数据处理终端,所述气囊分别对应设置在头部、颈部、胸部和背部;
所述数据处理终端包括:
主控制器;
电源模块,其与主控制器电连接并对主控制器供电;
陀螺仪模块,其与主控制器信号连接,所述陀螺仪模块用于检测矿用智能安全背心使用者的身体姿态变化速度;
气体传感器,其与主控制器信号连接,所述气体传感器用于检测矿用智能安全背心使用者所在环境的有害气体含量;
气囊驱动电路,其与主控制器信号连接,所述气囊驱动电路在主控制器发出驱动信号时打开对应位置的气囊;
无线模块,其与主控制器信号连接,所述无线模块用于向外部发送矿用智能安全背心使用者当前位置的环境数据以及背心工作的状态信息。
2.根据权利要求1所述的矿用智能安全背心,其特征在于:所述无线模块为2.4G无线模块。
3.根据权利要求1所述的矿用智能安全背心,其特征在于:所述矿用智能安全背心还包括生化感应模块,其与主控制器信号连接,生化感应模块用于矿用智能安全背心使用者在应及时发出求救信号。
4.井下多级应急预警处理方法,使用如权利要求3所述的矿用智能安全背心,其特征在于:包括如下步骤
步骤1、启动气体传感器、陀螺仪模块和无线模块,对应获取矿用智能安全背心使用者周围环境中井下气体组成数据、矿用智能安全背心使用者的身体姿态变化速度数据、以及获取附近无线节点数据;
步骤2、通过步骤1中的井下气体组成数据、姿态变化速度数据、无线节点数据与预设定义的数据比较,符合对应条件时,启动对应等级的气囊驱动电路,开启头部、颈部、胸部和/或背部位置的气囊。
5.根据权利要求4所述的井下多级应急预警处理方法,其特征在于:
在步骤2中,
当A-a<0、C-c<0、(A-a)(B-b)(C-c)<0、D>0时,主控制器向气囊驱动电路发送待机指令;
当A-a>0、C-c<0、(A-a)(B-b)(C-c)>0、D>0时,主控制器向气囊驱动电路发送指令,并对应开启胸部气囊;
当A-a>0、C-c>0、(A-a)(B-b)(C-c)<0、D>0时,主控制器向气囊驱动电路发送指令,并对应开启胸部气囊和颈部气囊;
当A-a>0、C-c>0、(A-a)(B-b)(C-c)<0、D<0时,主控制器向气囊驱动电路发送指令,并对应开启胸部气囊、颈部气囊、头部气囊和背部气囊;
其中A为气体传感器检测到的环境气体数据,a为环境气体危险数据预设值,B为智能安全背心使用者的身体姿态变化速度数据,b为身体姿态变化速度数据危险数据预设值,C-c为无线模块判断附近是否存在无线节点,D为无线模块判断是否获取到预警数据。
6.根据权利要求4所述的井下多级应急预警处理方法,其特征在于:所述井下多级应急预警处理方法还包括步骤3,判断智能安全背心使用者的身体姿态变化速度数据B和身体姿态变化速度数据危险数据预设值b的差值,当B-b<0时,启动生化感应模块,发送求救信号。
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PB01 | Publication | ||
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