基于施工现场信息系统穿戴近电感知设备的制作方法

1.本发明涉及电路施工技术领域，具体为基于施工现场信息系统穿戴近电感知设备。


背景技术：

2.目前架空电路分布广泛，工作运行环境较复杂，作业人员时常是目测确定安全距离，这样就存在诸多隐患，可能造成触电伤亡事件。虽然市场上已经有许多防触电的报警设备，但这些近电感知报警设备仍存在许多不足，如功能简单、准确度低及不能计算带电物体距离等，这就要求一种新型近电感知设备来满足工作现场的任务需求，基建施工作业存在技修大改、配农网带电作业现场，偶尔会发生施工人员因走错间隔误入带电区域或因操作不当误碰带点部位造成触电伤亡的事故。
3.市面上现有基于施工机械近电感知装置和报警手环，施工机械近电感知装置所选核心模块比较大、功耗比较高，不适合穿戴式近电感知设备使用；报警手环分析算法和外形结构不足，且仅能在临近带电体时发出报警，并不能实时显示带电体的实际距离。
4.如公开号为cn113796614a的中国专利公开一种携带可拆卸式近电报警装置的多功能安全帽，属于电力系统安全防护技术领域。本装置包括安全帽本体和近电报警装置；近电报警装置以可拆卸的方式设置在安全帽本体的帽檐上方；近电报警装置包括壳体和设置在壳体内的近电感应模块、声光振动报警模块、通信模块、存储模块以及电源模块；近电感应模块包括近电感应器和电场强度感应器，声光振动报警模块包括扬声器、led灯带、振动片，通信模块与近电感应模块相接，存储模块用于存储数据，电源模块用于供电；壳体上的开孔均设置防水措施。本发明解决了现有带近电检测装置的安全帽不方便拆卸和维护、容易受汗水污染或在清洗过程中遭水浸，且功能较为单一的问题。
5.如公开号为cn205624666u的中国专利公开一种近电报警安全帽，安全帽壳体，拉链，近电预警器装置，防寒套，拉头锁，太阳能电池板和帽沿，所述的拉链设置在帽沿下部的一周；所述的近电预警器装置设置在安全帽壳体前后两侧；所述的拉头锁设置在拉链最左端；所述的近电预警器装置包括转轴，近电报警器，粘接层，固定板，透声孔，电源输送端口，搭扣和近电报警器外壳，所述的转轴将近电报警器外壳连接在安全帽壳体上；所述的透声孔设置在近电报警器外壳的里侧；所述的搭扣固定在近电报警器外壳的里侧的上下两端。本实用新型通过太阳能电池板，有利于节能环保，减少耗能，使其功能更加完善；粘贴层，拉链，防寒套的设置，使得使用方便灵活，增强防护功能，更加方便使用。
6.又如公开号为cn113080561b的中国专利公开一种近电感应声光报警安全帽，包括：安全帽主体，其顶部设置有内外通透的固定孔；以及，近电预警器，其包括安装于所述固定孔内的警示单元以及固定于所述安全帽主体内侧壁上的主控单元；所述主控单元包括控制模块以及与所述控制模块进行连接的感应探测模块；所述感应探测模块能够实时获取监测信号，并将所述监测信号发送至所述控制模块；当所述控制模块判定来自所述感应探测模块的监测信号达到预设阈值时，所述控制模块控制所述警示单元作出相应的响应动作。
本发明将近电感应功能与安全帽相结合并增加声光预警提示方式，当作业人员近电时，扬声器能够以声音提示作业人员存在触电风险，同时，发光二极管还能够有效提醒随同人员。
7.综上所述，现有施工现场的近电感知设备存在诸多弊端，总结如下：
8.①
首先功能简单、准确度低及不能计算带电物体距离，基建施工作业存在技修大改、配农网带电作业现场，偶尔会发生施工人员因走错间隔误入带电区域或因操作不当误碰带点部位造成触电伤亡的事故；
9.②
现有基于施工机械近电感知装置和报警手环，施工机械近电感知装置所选核心模块比较大、功耗比较高，不适合穿戴式近电感知设备使用；
10.③
报警手环分析算法和外形结构不足，且仅能在临近带电体时发出报警，并不能实时显示带电体的实际距离；
11.④
在施工过程中，若施工人员违规将近电感知装置摘下或是下方固定卡扣未按规定搭好而导致意外脱落的话，也并没有一个很好的措施去提醒施工人员注意安全别违规操作。


技术实现要素：

12.针对现有技术的不足，本发明提供了基于施工现场信息系统穿戴近电感知设备，以解决上述问题。
13.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现。
14.基于施工现场信息系统穿戴近电感知设备,包括安全帽主体和近电告警器，所述安全帽主体的内部设置有内衬体、绝缘圈、公扣、母扣，所述近电告警器安置于内衬体的内部一侧，且近电告警器另一侧设置有档位切换按钮，所述近电告警器的下部从上之下依次设置有复位键、电压等级指示灯和烧录键，所述公扣上设有触碰传感器，所述母扣上设有限位凸台，所述绝缘圈内设有微动开关，所述触碰传感器、微动开关、近电告警器三者依次电连接，所述触碰传感器与微动开关两者依靠近电告警器供电，触碰传感器上的触点在公扣与母扣扣接时被限位凸台挤压，且微动开关按下，此时为接通电路，所述触碰传感器的线路是从绝缘圈内部铺设的，触碰传感器的线路需要经过微动开关才可到达近电告警器，意味着安全措施方面实现双重保险，当施工人员带上近电感知设备后打开近电告警器，绝缘圈贴合施工人员头部处的微动开关穿戴时自动按下，且再扣上公扣、母扣后触碰传感器上的触点在公扣与母扣扣接时被限位凸台挤压，此时整条电路为接通状态，两个信号传输至mcu处后可正常工作；
15.但若出现公扣与母扣松开，此时触碰传感器上的触点未被挤压，但微动开关仍被按下，说明施工人员虽带着近电感知设备但未扣上公扣与母扣，mcu仅收到一个信号，蜂鸣器随即便发出声响提醒施工人员扣上公扣与母扣规范施工；
16.若触碰传感器上的触点未被挤压的同时，微动开关也没有按下，此时意味着施工人员在施工过程中已经摘掉头盔，mcu没有收到信号，蜂鸣器随即便发出声响提醒施工人员规范施工；
17.还有当公扣与母扣扣接但微动开关没有按下，此时触碰传感器的信号并不能传导至mcu处，仅有微动开关断绝了公扣母扣的线路信号，因此这种情况蜂鸣器也会发出声响提醒施工人员规范施工。
18.除近电告警器被关闭，上述情况均会对施工人员规范工作作出警示，线路都在绝缘圈内部布置的目的，第一绝缘圈为橡胶材质不仅绝缘而且还可起到防滑的作用，第二绝缘圈将线路包裹在内部，不仅起到保护的作用，还隔绝了线路与人体直接接触漏电的风险，因为线路在平时拖拽的过程中很有可能会造成线向外侧裸露的现象，人体与之直接接触非常危险。
19.优选的，所述内衬体外侧尺寸与安全帽主体内侧尺寸相吻合，且近电告警器的外侧贴合于内衬体内侧。
20.优选的，所述近电告警器包括近电告警传感器、电源模块、rf i d、flash存储器、a/d模块、温湿度模块、蜂鸣器、wi f i模块和mcu，所述近电告警传感器的输出端连接有mcu，且mcu的输入端还连接有rf i d、a/d模块、温湿度模块、wi f i模块和电源模块，所述mcu的输出端连接有flash存储器和蜂鸣器。
21.优选的，所述rf i d、a/d模块、温湿度模块和wi f i模块与mcu之间为并联连接。
22.优选的，所述flash存储器和蜂鸣器与mcu之间为并联连接，且flash存储器和蜂鸣器的输入端均连接有电源模块。
23.优选的，所述rf i d用于对工作人员进行唯一i d号编号，i d号存储于eeprom中。
24.优选的，所述flash存储器用于存储配电网现场作业工作人员的电场信息，信息数据保存于flash存储器中。
25.优选的，所述温度模块用于采集作业人员周边环境信息，且蜂鸣器与mcu相连接用来进行光声报警。
26.优选的，所述a/d模块用于将模拟信号转换为数字信号并进行存储，且wi f i模块用于将告警信息传递给远方主站进行显示。
27.优选的，所述优化近电感知设备的调节电阻具体步骤如下：
28.a、根据本文配电网近电告警器的设计目标，确定适应度函数f，a、根据本文配电网近电告警器的设计目标，确定适应度函数f，根据适应度结果来判断控制搜索方向；
29.b、确定编码对象，近电告警器内部的调节电阻的阻值r进行编码及对应的解码方案，便于处理遗传算法；
30.c、将每一个r作为个体，确定有限个个体作为初始种群；
31.d、将每一个体解码为r并保存；
32.e、得到的个体适应度值满足设计要求，则退出程序的循环并输出得到当前个体解码后的r；不满足设计要求时，则基于该适应度值继续进行操作计算，通过选择亲本产生新的种群，返回步骤d继续进行步骤e。
33.相比于现有技术而言，本发明公开了基于施工现场信息系统穿戴近电感知设备，包括安全帽主体和近电告警器，
34.①
当施工人员临近带电体时，可以实时显示施工人员临近带电体的实际距离，当安全距离越限时发出报警提醒，有效避免施工人员临近带电体作业时发生触电风险；
35.②
近电报警器低压具有验电功能可以在非接触到导线的情况下，用来检测交流110v以上的火线有没有电，或用于电缆和低压电线断接点的检测，或用于检查盗窃电用户墙体内导线的走向，使用者可以通过调节电压等级档位，来切换灵敏度；
36.③
本设备也具备物联网功能，可以将临近电场强大小、距导线距离、人员位置等信息显示到施工现场信息系统界面上，从而可通过远程监控网络，保证项目部也能随时掌握工程施工人员动态，做到临近电施工安全管控和预警；
37.④
触碰传感器的线路需要经过微动开关才可到达近电告警器，意味着安全措施方面实现双重保险，两者之间的任意组合是在本近电感知设备中的特殊应用模式，施工人员常见的几种违规操作类型都囊括其中，并且两者通过线路上排列方式的改变简单方便，不论是从电路维修还是内部的算法而言都提供了便利；
38.⑤
线路都在绝缘圈内部布置的目的，第一绝缘圈为橡胶材质不仅绝缘而且还可起到防滑的作用，第二绝缘圈将线路包裹在内部，不仅起到保护的作用，还隔绝了线路与人体直接接触漏电的风险，因为线路在平时拖拽的过程中很有可能会造成线向外侧裸露的现象，人体与之直接接触非常危险。
附图说明
39.图1为本发明基于施工现场信息系统穿戴近电感知设备的整体内部结构示意图；
40.图2为本发明基于施工现场信息系统穿戴近电感知设备的整体外部结构示意图；
41.图3为本发明基于施工现场信息系统穿戴近电感知设备的近电告警器优化工作思路流程示意图；
42.图4为本发明基于施工现场信息系统穿戴近电感知设备的近电告警器结构示意图；
43.图5为本发明基于施工现场信息系统穿戴近电感知设备的任务调度结构示意图；
44.图6为本发明基于施工现场信息系统穿戴近电感知设备的低功耗策略程序流程示意图；
45.图7本发明基于施工现场信息系统穿戴近电感知设备的公扣、母扣示意图。
具体实施方式
46.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
47.基于施工现场信息系统穿戴近电感知设备，包括安全帽主体1和近电告警器3，所述安全帽主体1的内部设置有内衬体2、绝缘圈8、公扣11、母扣12，所述近电告警器3安置于内衬体2的内部一侧，且近电告警器3另一侧设置有档位切换按钮4，所述近电告警器3的下部从上之下依次设置有复位键5、电压等级指示灯6和烧录键7，所述公扣11上设有触碰传感器111，所述母扣12上设有限位凸台121，所述绝缘圈8内设有微动开关,所述触碰传感器、微动开关、近电告警器三者依次电连接，所述触碰传感器111与微动开关两者依靠近电告警器3供电，触碰传感器111上的触点在公扣11与母扣12扣接时被限位凸台121挤压，且微动开关按下，此时为接通电路，所述触碰传感器的线路是从绝缘圈8内部铺设的，触碰传感器111的线路需要经过微动开关才可到达近电告警器3，意味着安全措施方面实现双重保险，当施工人员带上近电感知设备后打开近电告警器3，绝缘圈8贴合施工人员头部处的微动开关穿戴时自动按下，且再扣上公扣11、母扣12后触碰传感器111上的触点在公扣11与母扣12扣接时被限位凸台挤压，此时整条电路为接通状态，两个信号传输至mcu处后可正常工作；
48.但若出现公扣11与母扣12松开，此时触碰传感器111上的触点未被挤压，但微动开关仍被按下，说明施工人员虽带着近电感知设备但未扣上公扣11与母扣12，mcu仅收到一个信号，蜂鸣器随即便发出声响提醒施工人员扣上公扣与母扣规范施工；
49.若触碰传感器111上的触点未被挤压的同时，微动开关也没有按下，此时意味着施工人员在施工过程中已经摘掉头盔，mcu没有收到信号，蜂鸣器随即便发出声响提醒施工人员规范施工；
50.还有当公扣11与母扣12扣接但微动开关没有按下，此时触碰传感器111的信号并不能传导至mcu处，仅有微动开关断绝了公扣11、母扣12的线路信号，因此这种情况蜂鸣器也会发出声响提醒施工人员规范施工。
51.除近电告警器3被关闭，上述情况均会对施工人员规范工作作出警示，线路都在绝缘圈8内部布置的目的，第一绝缘圈8为橡胶材质不仅绝缘而且还可起到防滑的作用，第二绝缘圈8将线路包裹在内部，不仅起到保护的作用，还隔绝了线路与人体直接接触漏电的风险，因为线路在平时拖拽的过程中很有可能会造成线向外侧裸露的现象，人体与之直接接触非常危险。
52.内衬体2外侧尺寸与安全帽主体1内侧尺寸相吻合，且近电告警器3的外侧贴合于内衬体2内侧，当施工人员临近带电体时，可以实时显示施工人员临近带电体的实际距离，当安全距离越限时发出报警提醒，有效避免施工人员临近带电体作业时发生触电风险。近电报警器3低压具有验电功能可以在非接触到导线的情况下，用来检测交流110v以上的火线有没有电，或用于电缆和低压电线断接点的检测，或用于检查盗窃电用户墙体内导线的走向，使用者可以通过调节电压等级档位，来切换灵敏度，本设备也具备物联网功能，可以将临近电场强大小、距导线距离、人员位置等信息显示到施工现场信息系统界面上，从而可通过远程监控网络，保证项目部也能随时掌握工程施工人员动态，做到临近电施工安全管控和预警；
53.请参阅图3，优化近电感知设备的调节电阻具体步骤如下：
54.a、根据本文配电网近电告警器3的设计目标，确定适应度函数f，a、根据本文配电网近电告警器3的设计目标，确定适应度函数f，根据适应度结果来判断控制搜索方向；
55.b、确定编码对象，近电告警器3内部的调节电阻的阻值r进行编码及对应的解码方案，便于处理遗传算法；
56.c、将每一个r作为个体，确定有限个个体作为初始种群；
57.d、将每一个体解码为r并保存；
58.e、得到的个体适应度值满足设计要求，则退出程序的循环并输出得到当前个体解码后的r；不满足设计要求时，则基于该适应度值继续进行操作计算，通过选择亲本产生新的种群，返回步骤d继续进行步骤e；
59.以典型配电网10kv电压等级工作安全要求为例，要求近电告警传感器在一定的距离对电场非常灵敏且测量稳定，根据计算发现调节电阻11在285kω到400kω之间时对10kv电压比较灵敏，将每组近电告警传感器1的调节电阻11作为一个个体，并将[285，400]作归一化与二进制处理，确定一定数量个体作为遗传算法的初始种群。
[0060]
请参阅图4，近电告警器3包括近电告警传感器、电源模块、rf i d、flash存储器、
a/d模块、温湿度模块、蜂鸣器、wi f i模块和mcu，近电告警传感器的输出端连接有mcu，且mcu的输入端还连接有rf i d、a/d模块、温湿度模块、wi f i模块和电源模块，mcu的输出端连接有flash存储器和蜂鸣器，近电告警传感器与mcu相连接，由于mcu供电的通用性，传感器的电源选择3.3v供电模式。电源模块给近电告警器的各模块供电，rfid可以实现对工作人员的编号，具有唯一i d号，该i d号存储于eeprom中，在配置时，把id号和安装地理位置信息对应起来，保存于数据库中。flash存储器可以用来存储配电网现场作业工作人员的电场信息，即使遇到断电情况，所有数据保存在flash存储器中不受任何影响，提升可靠性。a/d模块将模拟信号转换为数字信号并进行存储。温度模块采集作业人员周边环境信息。蜂鸣器与mcu相连接用来进行光声报警，发出声音与振动报警提醒工作人员，从而有效保护工作人员的安全。wi fi模块将告警信息传递给远方主站进行显示，方便远方管理配网现场安全生产；
[0061]
请参阅图5，低功耗策略采用timeout超时算法作为设计基础，timeout超时算法采用mon itor线程来管理所有request的t imeout；启动一个mon itor thread，是一个wh i l e true运行；每个请求创建之前都先注册到mon itor，比如什么时候过期和对应的request句柄，完成后注销。运行的mon itor，定时读取注册的request信息，发现有数据过期时间到了，直接拿到request引用，执行强制关闭；手动设置t imeout时长，一个command运行超出这个时间，就认为是t imeout，然后将hystr ix command标识为t imeout，同时执行fa l l back降级逻辑；defau lt＝》execut iont imeout i nm i l l i seconds:1000＝1second默认是1000，也就是1000毫秒；为了尽可能的达到使系统在空闲中处于低功耗模式的目的，图5中的t1、t2、t3、t4为系统的时钟节拍，id l e1、id l e2、id l e3、id l e4为其任务调度之间的空闲状态，taska、taskb、taskc、taskd为四个周期性任务。在id l e1运行期间，系统进入低功耗模式，此时会产生一次时钟节拍中断t1将系统唤醒，此时的策略需要让t1延迟产生，设置在任务b到来的时刻。同时为了不影响时间事件的发生，关闭时钟节拍之后，需要另启用一个定时器，来对关闭时钟节拍的时间进行记录，并在时钟节拍开启后对其时间进行补偿；i d l e2运行期间无时钟节拍对其进行唤醒，并且空闲时间大于临界时间，可以满足timeout算法进入低功耗状态的要求，因此可以正常进入低功耗模式；在i d l e3运行期间，虽然没有时钟节拍的中断，但其空闲时间小于t imeout算法的临界阙值时间，此时进入低功耗状态反而会增大能量损耗，因此在策略中需要对空闲时间进行判定；id l e4运行期间的状态与i d l e1的运行状态相类似，在策略中同样需要对其时钟节拍进行处理；
[0062]
请参阅图6，当系统空闲时间到来的时候，需要关闭系统时钟节拍中断，记录当前时刻的时间，同时进入临界区等待调用。之后根据系统阙值时间，对于是否进入低功耗模式进行判断，不能进入低功耗模式时，重新开启时钟节拍并退出临界区，而如果可以进入低功耗模式的话，又要分两种情况进行处理。如果在低功耗模式的执行期间，没有时钟节拍中断产生的的话，只需要正常将系统进行唤醒，同时退出临界等待区，重新开启系统时钟节拍中断。而当在低功耗模式的执行期间，有时钟节拍中断产生的话，则需要对于时间进行补偿，通过xnexttaskunb l ocktime-xtickcount这两个时间记录值的差值来获取实际处于低功耗模式中的时间，在硬件方面选择t i近电感知芯片，同时设计满足i p66防护等级的外壳，有效过滤干扰信号，提高装置在施工环境下使用的稳定性和耐久性
[0063]
综上，该基于施工现场信息系统穿戴近电感知设备，使用时，当作业人员佩戴近电报警功能安全帽而误入带电区域到一定的距离，近电报感应器能发出连续的报警音响，提醒作业人员注意有带电体的危险性存在，作业人员在听到报警声响时，会迅速远离该高压带电区域，直到近电报警器3停止报警声响，可以防止由于错觉和失误造成的触电伤亡事故，也可以在非接触到导线的情况下，用来检测交流110v以上的火线有没有电，或用于电缆和低压电线断接点的检测，或用于检查盗窃电用户墙体内导线的走向，通过电源模块给近电告警器的各模块供电，rfid可以实现对工作人员的编号，具有唯一id号，该i d号存储于eeprom中，在配置时，把id号和安装地理位置信息对应起来，保存于数据库中。flash存储器可以用来存储配电网现场作业工作人员的电场信息，即使遇到断电情况，所有数据保存在flash存储器中不受任何影响，提升可靠性。a/d模块将模拟信号转换为数字信号并进行存储。温度模块采集作业人员周边环境信息。蜂鸣器与mcu相连接用来进行光声报警，发出声音与振动报警提醒工作人员，从而有效保护工作人员的安全。
[0064]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
[0065]
需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
[0066]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。