专利名称：智能防触电安全帽的制作方法
技术领域：
本实用新型是带有验电功能的防触电安全帽。属于电力系统领域安保产品。
背景技术：
在电力生产领域安全是头等重要，特别是操作人员的人身安全。变电站内进行设备检修或技改施工，都是带电操作的。在高压带电体附近工作存在场强击穿放电引发触电事故发生危险。现有的防触电安全帽，有红外式和电场式。红外式如中国实用新型专利“200920287692. 7红外线安全帽系统”，该装置包括红外线发射装置和红外线接收装置，红外线发射装置安装在带电设备的周围，红外线接收装置安装在安全帽上。当带有红外线接收装置安全帽的工作人员进入带电区就会产生告警，提示工作人员，防止触电。红外线信号发射和接收均采用单片机芯片控制，给现场的使用带来方便，提高了现场工作人员的工作安全系数。但是这种红外线安全帽系统的问题是需要事先安置红外线发射装置安装在带电设备的周围，比较复杂。电场式如中国实用新型专利“ 200920106706.0智能便携式声光近电报警器”， 智能便携式声光近电报警器，其包括一天线单元(5)、一电池(2)、一蜂鸣器(4)以及与上述元件均电性相连且位于内侧的电路板(3)，其中电路板(3)包括有一 CPU。采用本实用新型，报警器为自动开关机状态，在离开电场时会自动关机，通过天线单元对工频交流电的感应而同时给于声音和视觉上的警示信息，并且长期在强电场中工作以警戒状态给予工作人员必要的安全警示，确保工作人员安全，且报警准确度高，低功耗、单片机控制智能化、体积小、随身携带(可夹在胸口、领口，也可安装在安全帽上。但是这种智能便携式声光近电报警器不能指出危害电场的方向。
发明内容本实用新型的目的是提供一种带验电功能的安全工作帽，该安全帽的佩戴者能实时了解头部周围确定方向的电场强弱，根据设定，一旦与带电体小于安全距离，安全帽会发出报警、提示信号。本实用新型的技术方案是智能防触电安全帽，它包括安全帽、探测器、电池、蜂鸣器以及与上述元件均电性相连且位于帽内的电路板，其中电路板包括有一 CPU，其特征在于整个安全帽为一个复合探头，在安全帽的内侧有一层金属薄膜，构成探头的一面极板， 在安全帽的外侧的不同方位分布若干个圆型小金属极板，由内侧的层金属薄膜与安全帽的外侧的若干圆型小金属极板构成了若干个平行板型传感探头，这些分布在不同方位的电场传感探头，对其法线方向的电场强度最敏感，用于探测各个方向场强；电路板上的信号调理电路将场强转换为电压信号，电压信号接入信息采集和处理模块；以MSP430F149 (带14路A/D)单片机为核心组成信息采集和处理模块；蜂鸣器与MSP430F149 (带14路A/D)单片机输出端电连接，用不同声音或语音对应不同方位平行板型传感探头；采用Zigbee芯片CC2430无线数据传输模块与后台安全员手持系统或上位机通
fn ° 由于采用平行板型传感探头，这些分布在不同方位的电场传感探头，对其法线方向的电场强度最敏感，又由于安全帽的内侧是一层金属薄膜，它可以屏蔽左方向的电场对右方向传感探头的影响，就是在帽体处隔断不同方向电场，提高电场传感探头对其法线方向电场的探测灵敏度；内侧金属薄膜还可以同时起到对电路板的屏蔽保护作用。本实用新型前端感应探头采用平行板型传感探头，MSP430F149单片机为核心组成信息采集模块完成信息处理、显示、报警；采用zigbee芯片CC2430无线数据传输模块，与后台安全员手持系统或上位机通信。本实用新型的有益效果是1.使安全帽具有了电场感应定向功能，可告知佩戴者头部周围特定方向的电场强弱。可根据设定，当电场强超过一定值时，安全帽会发出报警、提示信号。2.采用zigbee芯片CC2430无线数据传输模块，可以将安全帽感应到的场强信息，发送到后台安全员手持系统或上位机通信。可以构成无线电场感应网。具有电场强弱定向的报警优点，结构简单实用，性能可靠。
图1是本实用新型装置结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步说明。1.前端感应探头部分整个安全帽为一个复合探头，在安全帽的内侧有一层金属薄膜，构成探头的一面极板，在安全帽的外侧的不同方位分布若干个圆型小金属极板，由内侧的层金属薄膜与安全帽的外侧的若干圆型小金属极板构成了若干个平行板型传感探头，这些分布在不同方位的电场传感探头，对其法线方向的电场强度最敏感，用于探测各个方向场强； 传感器是电场与电压转换的器件，传感探头将感应到的电场以电压形式输出，经衰减、整流、滤波电路后送信息采集模块，本实用新型采用平行板型传感探头。两个平行金属极板，当板间存在电场时，两板电压=E是电场强度，d是两板间的距离，是E与平板法线的夹角。电场一定时改变可调节两板极上的电压。极板的面积可调节信号能量。平行板型传感探头对法线方向的电场强度E最敏感。即有一定的方向性。所以在本项目，采用了平行板型传感探头，安全帽内侧电极可用薄铝纸，同时可看作屏蔽层。由于采用平行板型传感探头，这些分布在不同方位的电场传感探头，对其法线方向的电场强度最敏感，又由于安全帽的内侧是一层金属薄膜，它可以屏蔽左方向的电场对右方向传感探头的影响，就是在帽体处隔断不同方向电场，提高电场传感探头对其法线方向电场的探测灵敏度；内侧金属薄膜还可以同时起到对电路板的屏蔽保护作用。信号处理中的前置放大电路是典型的电场检测电路，运算放大器选择的是LM324，采用单电源、同相输入方式，利用二极管的单方向导 电特性完成整流。LM324系列器件是带有真差动输入的四运算放大器，可采用单电源，工作电压可在 3伏到32伏的范围，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一，许多应用场合中不需外部偏置元件。信号送MSP430F149单片机A/D转换前采用π型电源滤波电路进行滤波，从而得到更精确的结果。在实际情况中，电场源的强度变化范围较大对应电压值的幅度也很大，因此要进行一定量衰减使其在0—2. 5ν。2.信息采集和处理模块完成信息采集、处理、报警和数据发送功能。信息采集和处理模块选择MSP430F149单片机为核心，该模块不用扩展就能接收 14路信号，完成A/D转换。数字化处理后，将各路数据送无线数据传输模块并控制其完成发送。无线数据传输模块采用zigbee芯片CC2430无线数据传输模块CC2430是符合 2.4G ΙΕΕΕ802. 15. 4标准的射频收发器.利用此芯片开发的无线通信设备支持数据传输率高达250 kbit/s可以实现多点对多点的快速组网。其特点超低电流消耗(RX 19. 7mA, TX: 17. 4mA)高接收灵敏度(-99 dBm)；抗邻频道干扰能力强(39 dB)；内部集成有VC0、LNA、PA以及电源整流器采用低电压供电(2.1 3.6V)；输出功率编程可控；IEEE802. 15.4 M A C层硬件可支持自动帧格式生成、同步插入与检测、16bit CRC校验、电源检测、完全自动MAC层安全保护(CTR，CBC — MAC，CCM)；与控制微处理器的接口配置容易(4总线SPI接口)；信息采集和处理模块的电路对探头、前置放大电路输出的信号进行数字化即A/ D转换，在MSP430F149片内模拟开关的作用下不需任何扩展就可实现八路模拟信号的采集转换基本满足本系统的多点探测的要求；同时用I/O 口经软件模拟实现SPI接口，驱动 CC2430完成采样数据的发送。同时可驱动安全帽上的蜂鸣器发出不同的声音或语音报警产品的显示、报警有两个实现途径一.直接本地报警当场强超过设定值时，直接驱动安全帽上的蜂鸣器报警。二.通过接收模块显示、报警接收模块同样采用MSP430F149单片机，作为芯片CC2430控制器，完成无线数据接收。驱动液晶屏和报警器。
权利要求1.智能防触电安全帽，它包括安全帽、探测器、电池、蜂鸣器以及与上述元件均电性相连且位于帽内的电路板，其中电路板包括有一 CPU，整个安全帽为一个复合探头，在安全帽的内侧有一层金属薄膜，构成探头的一面极板，在安全帽的外侧的不同方位分布若干个圆型小金属极板，由内侧的层金属薄膜与安全帽的外侧的若干圆型小金属极板构成了若干个平行板型传感探头，这些分布在不同方位的电场传感探头，对其法线方向的电场强度最敏感，用于探测各个方向场强；电路板上的信号调理电路将场强转换为电压信号，电压信号接入信息采集和处理模块；以MSP430F149单片机为核心组成信息采集和处理模块； 蜂鸣器与MSP430F149单片机输出端电连接，用不同声音或语音对应不同方位平行板型传感探头；采用zigbee芯片CC2430无线数据传输模块与后台安全员手持系统或上位机通信。
专利摘要智能防触电安全帽，它包括安全帽、探测器、电池、蜂鸣器以及与上述元件均电性相连且位于帽内的电路板，其中电路板包括有一CPU，整个安全帽为一个复合探头，在安全帽的内侧有一层金属薄膜，构成探头的一面极板，在安全帽的外侧的不同方位分布若干个圆型小金属极板，由内侧的层金属薄膜与安全帽的外侧的若干圆型小金属极板构成了若干个平行板型传感探头，这些分布在不同方位的电场传感探头，对其法线方向的电场强度最敏感，用于探测各个方向场强。具有电场强弱定向的报警优点，结构简单实用，性能可靠。
文档编号A42B3/04GK202211209SQ201120304118
公开日2012年5月9日 申请日期2011年8月19日 优先权日2011年8月19日
发明者常迪, 徐天奇 申请人:江汉大学