一种可穿戴式石化安全监测头盔的制作方法

本实用新型属于可穿戴技术领域，具体涉及一种可穿戴式石化安全监测头盔。

背景技术：

随着电力电子技术的、计算机技术和自动控制技术的迅速发展，为我国石油化工检测技术带来了革命性的变化。由于各种石油化工作业环境都需要保证作业人员的安全，故石油化工作业人员安全问题一直以来都是一个不可忽视的重点，而对作业人员安全问题来说现场实时信息是至关重要的。为增加准确检测的可靠性和智能性，因此把电力电子技术和微机控制技术有机地结合起来，实现装置的可靠检测性。

目前随着计算机技术的迅速发展，各国在化工安全方面与计算机的关联越来越密切，从而出现了许多保护化工作业人员的产品，但现在许多安全头盔都只是对头部起到一种保护作用，除此之外，作业人员能从头盔得到的信息少之又少，本头盔不仅可以对作业人员的头部起到保护作用，也可以提供现场各类对作业人员起到至关重要的实时信息，当处于危险环境时头盔还能进行警报，还能建立与外界的通讯并得到外界的辅助，使作业人员能够更好地进行作业同时得到更安全的保障。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种可穿戴式石化安全监测头盔，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种可穿戴式石化安全监测头盔，核心控制板和总电源模块，所述总电源模块的输出端与核心控制板的输入端电性连接，所述核心控制板的三个输入端输入的信号与温度传感器、烟雾传感器和CO浓度传感器的输出端输出的信号电性连接，所述核心控制板的另外两个输入端输入的信号与摄像头模块和GPS模块的输出端输出的信号电性连接，所述核心控制板的三个输出端分别与LCD液晶显示模块、GSM通讯模块和蓝牙模块的输入端电性连接，所述GSM通讯模块的输出端与手机的输入端信号连接，所述蓝牙模块的输出端与手机的输入端信号连接，所述GSM通讯模块的输入端与电源模块的输出端电性连接。

优选的，所述LCD液晶显示模块为2.8寸TFT-LCD液晶显示模块。

优选的，所述TFT-LCD液晶显示模块包括MCU主电路、采样电路和显示电路。

优选的，所述核心控制板为STEM32的cortexm3芯片控制板。

本实用新型的技术效果和优点：该可穿戴式石化安全监测头盔，通过设计各种传感器采集现场信息，再由单片机进行决策，最后在2.8寸TFT--LCD液晶在前段显示出来，能够检测被测环境的有毒气体浓度，温度和作业人员海拔高度，经纬度，移动速度和实时时间并通过蓝牙把信息发送给外界手机接收，且能通过摄像头对环境进行记录与监控，必要时可通过控制板与外界进行通话；各个参数都能直观的在LCD液晶显示屏上显示并可以进行现场决策在危险时候提醒作业人员。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的核心控制板电路原理示意图；

图3为本实用新型的CO浓度传感器电路原理图；

图4为本实用新型的烟雾传感器电路原理图；

图5为本实用新型的软件流程图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供了如图1所示的一种可穿戴式石化安全监测头盔，核心控制板和总电源模块，所述总电源模块的输出端与核心控制板的输入端电性连接，所述核心控制板的三个输入端输入的信号与温度传感器、烟雾传感器和CO浓度传感器的输出端输出的信号电性连接，温度传感器：能够探测现场周围环境的温度信息，所述核心控制板的另外两个输入端输入的信号与摄像头模块和GPS模块的输出端输出的信号电性连接，所述核心控制板的三个输出端分别与LCD液晶显示模块、GSM通讯模块和蓝牙模块的输入端电性连接，所述GSM通讯模块的输出端与手机的输入端信号连接，所述蓝牙模块的输出端与手机的输入端信号连接，所述GSM通讯模块的输入端与电源模块的输出端电性连接，

进一步地，所述LCD液晶显示模块为2.8寸TFT-LCD液晶显示模块。

进一步地，所述TFT-LCD液晶显示模块包括MCU主电路、采样电路和显示电路。

进一步地，所述核心控制板为STEM32的cortexm3芯片控制板。

各个模块的工作原理或者功能如下：

芯片控制板的电路原理图如图2所示：基于STM32的cortex m3芯片控制板。由STM32最小系统模块，TFT-LCD液晶显示模块组成，能够进行现场决策和显示及危险时刻的警报。

CO浓度传感器电路原理图如图3所示：CO浓度传感器能够探测现场围环境的CO浓度信息。

主要芯片：LM393、MQ-7气体感应探头。

产品特性：1、具有信号输出指示灯指示；

2、双路信号输出（模拟量输出及 TTL电平输出）；

3、TTL输出有效信号为低电平；（输出低电平时信号灯亮，可接单片

8、带安装孔，方便固定安装；

9、探头可以插拔设计，方便试验；

4、模拟量输出随浓度增加而增加，浓度越高电压越高；

5、对甲醛具有很高的灵敏度和选择性；

6、具有长期的使用寿命和可靠的稳定性；

7、快速的响应恢复特性。

用于家庭、环境的一氧化碳等有害气体探测装置，适宜于一氧化碳气体的探测 ，一氧化碳气体敏感元件测试浓度范围：一氧化碳：1-1000ppm。

烟雾传感器电路原理图如图4所示：烟雾传感器：能够探测现场周围环境的烟雾浓度信息。

尺寸：32mm X22mm X27mm长X宽X高

主要芯片：LM393、ZYMQ-2气体传感器

工作电压：直流5伏

特点：

具有信号输出指示；

双路信号输出（模拟量输出及TTL电平输出）；

TTL输出有效信号为低电平。（当输出低电平时信号灯亮，可直接接单片机）；

模拟量输出0~5V电压，浓度越高电压越高；

对液化气，天然气，城市煤气有较好的灵敏度；

具有长期的使用寿命和可靠的稳定性，快速的响应恢复特性。

蓝牙模块：用其将现场信息发送给外界，蓝牙模块采用AN1408 ATK-HC05 蓝牙串口模块，ATK-HC05 模块是ALIENTEK 生成的一款高性能主从一体蓝牙串口模块，可以同各种带蓝牙功能的电脑、蓝牙主机、手机、PDA、PSP 等智能终端配对，该模块支持非常宽的波特率范围： 4800~1382400，并且模块兼容 5V 或 3.3V 单片机系统，可以很方便与您的产品进行连接。使用非常灵活、方便。

GPS模块：对作业人员的定位和提供海拔，经纬度，速度和时间的信息。

GPS模块采用的ATK-NEO-6M-V23是一款高性能 GPS 定位模块。该模块特点包括：

1）模块采用 U-BLOX NEO-6M 模组，体积小巧，性能优异。

2）模块自带陶瓷天线及 MAXIM 公司 20.5dB 高增益 LNA 芯片，搜索能力强。

3）模块可通过串口进行各种参数设置，并可保存在 EEPROM，使用方便。

4）模块自带 IPX 接口，可以连接各种有源天线，适应能力强。

5）模块兼容 3.3V/5V 电平，方便连接各种单片机系统。

6）模块自带可充电后备电池，可以掉电保持星历数据。

ATK-NEO-6M GPS 模块同外部设备的通信接口采用 UART（串口）方式，输出的 GPS定位数据采用 NMEA-0183 协议（默认），控制协议为 UBX 协议。

摄像头模块：用于对现场信息的采集，可通过摄像头让外界工作人员对现场有更直观的了解，可以再通过外部工作人员在外决策然后帮助现场作业人员进行作业。

本摄像头模块采用MD 81摄像头，其具有以下特点：

1.点对点近程监控功能：如果现场作业人员距离外界距离低于30米，外界手机或者电脑可以通过摄像头自己发出的WIFI信号直接搜索连接摄像机，查看实时视频图像；

2.网络远程监控功能：如果现场作业人员距离外界距离高于30米时，外界可通过手机或电脑通过互联网网络就查看现场实时视频；

3.直录监控录像模式：如果作业环境不允许外界直接对现场环境进行实时监控，这时可以直接将内存卡插入摄像机，摄像头可以实时将现场情况记录在SD卡里，方便作业后进行查看。

4.所述电源模块包括一个输出8.1V的电池和一个输出7.4的电池分别给核心控制板（标准输入电压：5V）和GSM通讯模块（输入电压要求范围：5~24V）提供电压。（注释：给额定电压为5V的核心控制板接入8.1V的原因是CO浓度传感器，烟雾浓度传感器，温度传感器，GPS模块和蓝牙模块会对输入电压进行分压，所以把输入电压增加至8.1V用以保证核心控制板能后有足够的电压进行正常工作。）。GSM通讯模块拥有与外界手机进行双方通话与发信息的功能。GSM通讯模块采用ATK-SIM900A GSM/GPRS 模块原因：

5.ATK-SIM900A 模块接口丰富，功能完善，尤其适用于需要语音/短信/GPRS 数据服务的各种领域。ATK-SIM900A-V12（V12 是版本号，下面简称 ATK-SIM900A）是 ALIENTEK 推出的一款高性能工业级 GSM/GPRS 模块。ATK-SIM900A 模块板载 SIMCOM 公司的工业级双频GSM/GPRS 模块：SIM900A，工作频段双频：900/1800Mhz，可以低功耗实现语音、SMS（短信，不支持彩信）、数据和传真信息的传输。

6.ATK-SIM900A 模块支持 RS232 串口和 LVTTL 串口（即支持 3.3V/5V 系统），并带硬件流控制，支持 5V~24V 的超宽工作范围，使得模块可以非常方便的与产品进行连接，从而给产品提供包括语音、短信和 GPRS 数据传输等功能。

头盔：采用FAST BJ PJ MH Ballistic战术头盔盔罩，不仅可以用于保护头部，还可以作为一个集成度较高的信息平台。

工作原理如下：

本系统采用cortex-m3进行全局控制，通过核心模块进行全局的通讯。

1）对cortex-m3编程设计通过核心板汇总各传感器传送回来的信息，将数据保存于SD卡，同时编程使全局数据在TFT-LCD液晶上显示出来；

2）TFT-LCD液晶分别显示有毒气体CO浓度，烟雾浓度，温度，所处海拔高度，经纬度，个体速度，实时时间等，也可以通过按键key1，key0顺序进行拨号界面进行与外界手机通讯；

3）当芯片接收到传感器信息时，通过cortex-m3编程使蓝牙将全局数据发送给外界手机；

4）当人现场不能够实时决策时，按上3按键可通过cortex-m3编程设计通过GSM模块与外界手机进行通讯帮助决策；

通过按键1，2,3，可选择蓝牙模块，GPS模块，GSM通讯模块的独立功能。

工作过程如下：

1）工作人员于白天室内作业时，可以通过装置前端液晶显示得到现场实时温度，有毒气体浓度，并能够在危险来临之前得到警报，装置还能进行记录和发送现场信息到外界进行实时决策；（正常环境）

2）当处于夜晚作业时，还可通过装置前置强光灯或者摄像头摄像进行辅助作业进行避障摸黑作业；（特殊环境一）

3）当处于户外作业时，还可通过GPS模块进行定位，并能得到从传感器传回到液晶显示的现场海拔，温度，有毒气体浓度信息和周围等信息，能给作业人员下一部作业起到辅助和参考作用；（特殊环境二）

4）该装置还可服务于非化工方面人员，如地形探测人员，考古学家等需求相同的各行业。

本实用新型的软件流程图如图5所示：

本系统有一个GPS模块，一个GSM通讯模块，一个摄像头模块、一个蓝牙模块和传感器模块，先对各模块进行独立测试，如果每个模块都成功实现其功能，就将所有模块结合软件一起测试。

测试设备：万用表、电脑、手机、编程器、串口助手。

首先是进行GPS定位测试，因为GPS需要在空旷的场地才能接收卫星的信号与数据，所以把头盔带到学校操场进行测试。

接着是GSM模块通讯测试，把日常手机卡插入插槽，按下按键3，接着通过核心控制板按键进入液晶触屏拨号，打通其他手机即可。

然后是摄像头模块测试，分别进行摄像头点对点近程监控功能模式、网络远程监控功能模式、直录监控录像模式三种模式的测试：

1）对点近程监控功能模式；

2）网络远程监控功能模式；

3）直录监控录像模式；

然后蓝牙模块通讯测试，使用手机接收蓝牙发送的信息看是否能够接收和接收数据的准确性和完整性。

最后是传感器模块的测试，打开电源检查传感器传送给核心控制板的数据是否实时变更和其准确性（可以分别在空气质量差别比较大的不同环境测试数据，检查其准确性）

结合各模块一起测试。

测试数据：

AMOKE NOD:2034ppm

CO NOD: 108ppm

TEMPERATE:32.85C

Longitude：110.91563 E

Latitude：21.63845 N

Altitude：72.8m

Speed：0.157km/h

UTC Date:2014/09/08

Time:17:30:26

AMOKE NOD:6034ppm

CO NOD: 408ppm

TEMPERATE:3.85C

Longitude：110.91863 E

Latitude：21.63445 N

Altitude：56.8m

Speed：0,027km/h

UTC Date:2014/09/08

Time:17:55:26

AMOKE NOD:2034ppm

CO NOD: 108ppm

TEMPERATE:32.85C

Longitude：110.91363 E

Latitude：21.63645 N

Altitude：34.8m

Speed：0.227km/h

UTC Date:2014/09/08

Time:18:30:26

结果分析：有测试的数据和机器相应的功能都是编程而定的，有测试数据可知道，测试的结果和我们想的一致，各模块都能正常工作并能够汇总至核心控制板（除摄像头独立控制）并在核心控制板进行决策与控制。核心控制板可控制各模块（除了摄像头模块独立控制）并可接收其信息数据及利用其进行与外界的通讯。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。