一种实时姿态监测智能化保险带系统的制作方法

本发明涉及电工高处作业保护领域，特别涉及到一种实时姿态监测智能化保险带系统。

背景技术：

1、电力是现代社会不可或缺的基础设施，它为我们的生活、工作和经济发展提供了源源不断的动力。随着科技的进步和能源需求的增长，电力行业也在不断演变和蓬勃发展。电工检修作业具有高压性，高空性，因此其成为高风险作业之一。人身安全是电网公司高质量发展的基本要求。现阶段，安全带人机功效差、智能化水平低，同时缺乏与后台信息交互接口等问题。例如高处作业工人出现风险态势时，其风险态势无法被捕捉且无法对工人发送预警信号。一方面导致无法实时对高处作业工人进行安全监测，另一方面无法得到工人工作时的姿态数据为事后培训，管理提供有效的数据支撑。

2、综上所述，为了实现对高处作业工人进行实时姿态监测并实现交互作用，很有必要设计一款智能安全带，一方面可以利用传感器对工人姿态进行实时监测，另一方面可以实现姿态数据的传输。同时基于此实现高处作业工人与外界的实时通信，保证其接受到高坠风险预警。并且可以对其的工作态势数据进行存储，用作日后的安全培训，管理的数据支撑。

3、如cn210813597u中公开了一种智能安全带，通过低挂高用检测器的设置，可以有效检查安全带的使用状态，以及提示单元的使用；可以方便及时提醒使用者的，调整使用习惯，但是只是简单的检测是否佩戴好保险带，如果没有佩戴好就报警仍然具有安全风险，因此还需考虑到佩戴者的姿态对佩戴者的安全影响。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有安全带人机功效差、智能化水平低，同时缺乏与后台信息交互接口等问题，实现对高处作业工人进行实时姿态监测并实现交互作用，提高高处作业工人的安全保障，为此，本发明提供以下技术方案：一种实时姿态监测智能化保险带系统，包括：

2、智能保险带，与人体贴合，佩戴在人体上，检测人体当前的姿势，将检测到的信息发送到云服务器；

3、云服务器，存储大量采集到的信息和人体姿势信息，并且对智能保险带采集到的数据进行存储和处理，将处理好的数据发送到应用程序模块；

4、应用程序模块，接收到来自云服务器处理好的数据，根据所得的数据反馈佩戴者的姿势的安全风险，令佩戴者可以实时观察自身的姿态以做出调整也在检测到高坠风险姿态时将报警信号发送到移动端对佩戴者发送警告。

5、本发明主要由两个部分组成：配备传感器的安全带和应用程序模块。智能安全带由易于佩戴和使用舒适的矫形皮带和拉伸到皮带上的惯性传感器组成。所使用的皮带适合不同使用者的年龄和体型。它可以携带到任何地方的工人在高处作业空间。微控制器将采集到的测量数据发送云服务器，在云服务器上存储和处理数据。利用云服务器对采集到的数据进行保存和处理，是实现海量数据实时存储的最佳方式。微控制器配备了一个无线通信接口，允许它将收集到的数据实时发送到云服务器。同时在智能手机上开发一款移动应用程序，一方面便于工人实时观察自身的姿态以做出调整，并在检测到高坠风险姿态时对工人发送警告。

6、作为优选，所述智能保险带包括：

7、惯性传感器imu，包括三维加速度计和三维陀螺仪，检测躯干弯曲和肩膀弯曲信息，将检测道的信息发送到微控制器；

8、微控制器，接收来自惯性传感器imu的检测到的信息，对其进行数据转换，将转换好的数据发送到云服务器；

9、无线通信接口，帮助微控制器与云服务器实时通信。

10、本发明与其他传感技术相比，惯性传感器由于易于在服装上实现，为姿态监测带来了很大的特点，提高了该技术提供的精度和角度弯曲精度。用于系统姿态测量的惯性传感器imu由三维加速度计、三维陀螺仪组成。所提出的imu能够在三轴上测量适当的加速度和角速度，使用由加速度计和陀螺仪组成的惯性传感器，因为这些组件提供的信息足以用于躯干弯曲和肩膀弯曲检测。

11、作为优选，所述惯性传感器imu中三维加速度计的具体工作过程为：

12、利用加速度测量，加速度计按3个轴运动时的倾斜角，使用基本三角函数方法；

13、三维陀螺仪沿x、y、z三个轴测量旋转速度，沿x、y、z三个轴加速度角满足：

14、

15、

16、

17、其中，ax，ay和az分别代表加速度计在沿x、y、z的测量值；

18、陀螺仪角度计算公式如下：

19、

20、其中w为角速度，θ为偏移角；

21、将加速度计和陀螺仪的测量结果合并，得到一个关于倾斜角的信息，定义如下：

22、

23、其中α为常数，常用值0.98；angle_accel为加速度计根据x、y、z轴之一的测量值。

24、本发明从imu采集到的测量数据发送到微控制器进行数据转换。传感器通过导线连接到微控制器上。所有从传感器收集的数据都被发送到微控制器，微控制器自己将数据发送到云服务器，在云服务器上存储和处理数据。利用云服务器对采集到的数据进行保存和处理，是实现海量数据实时存储的最佳方式。微控制器配备了一个无线接口，允许它将收集到的数据实时发送到云服务器。

25、作为优选，所述惯性传感器imu安装于智能保险带与人体脊柱躯干贴合部位，所述人体脊柱躯干包括颈部区域，胸部区域，腰部区域，骶骨区域，髋骨区域，所述惯性传感器imu检测人体脊柱躯干弯曲程度数据。

26、本发明脊柱躯干由五个部分组成：颈部区域，胸部区域，腰部区域，骶骨区域，髋骨区域。脊柱的弯曲角度决定了躯干的弯曲程度。若长期处于不良姿势，工人易劳累，肌肉酸痛，动作敏捷性下降。因此基于对脊柱弯曲程度的监测可以很好的对工人工作进行在姿势提醒，保证正确的施工作业姿态，通过测量颈椎角，胸腰椎角，腰椎角，髋弯角，量化脊柱曲线以监测脊柱姿态变化，同时云端若检测出工人出现高坠风险姿态，及时对工人发送风险预警。

27、作为优选，所述云服务器的数据库采用firebase数据库，所述firebase数据库每5秒从微控制器接收收集到的数据并对其与原本存储的历史数据进行比对处理，得出佩戴者的佩戴姿态信息并且给出风险预警信息，将姿态信息及风险预警信息发送应用程序模块，应用程序模块将其发送到移动端。

28、本发明利用云服务器对数据进行存储和处理，选择的数据库是firebase。firebase有很多特性，比如实时数据库、云功能、分析工具、crashlytics、cloud firestore等，firebase每5秒从微控制器接收收集到的数据，为移动应用程序处理数据。firebase非常适合本发明的系统，因为它能够存储大量的信息，是实时系统实现的最佳选择。随后将处理结果包括姿态信息及风险预警信息发送到工人手机，可以进行姿态信息提示及风险警告。

29、作为优选，所述应用程序模块与移动端和管理端连接，所述移动端为佩戴者手机，所述管理端获取所有佩戴者的姿态信息和风险预警信息，可以在风险预警等级较高时定位到该佩戴者的位置，提醒其姿态具有安全风险。

30、工人可以在手机上下载app，通过app与本发明的智能保险带进行配对连接，将智能保险带从工人身上监测的数据发送到app中，在手机上显示出来，工人可以随时查看自己的姿态情况，同时如果出现风险姿态则app会发出报警信号，手机会发出报警铃声，提醒工人注意安全。

31、作为优选，所述应用程序模块基于云端存储信息，显示躯干弯曲，肩部弯曲，背部弯曲等实时姿态信息，设计了风险警告程序以视觉和声音警报来警告用户。

32、作为优选，所述应用程序模块的具体工作过程包括：

33、佩戴者进行注册，注册完成后进行登录，登录后选择与要佩戴的智能保险带进行配对，配对成功后提示是否接受姿态角度信息以及预警，如果选择不接受则不对佩戴者的姿态进行记录和预警，选择接受后当姿态处于正常范围内，则实时显示佩戴者的姿态信息，当姿态处于风险姿态状态时，发出高坠风险预警并且使佩戴者手机移动端发出警铃，可以有效的防止出现安全隐患。

34、本发明应用程序模块提供当前的姿势信息，并通过视觉和声音警报来警告用户。应用程序模块由七个主要界面组成，第一个接口用于创建帐户并插入用户信息。第二个接口是身份验证接口。基于云系统中存储的信息，移动端应用程序显示颈椎角，胸腰椎角，腰椎角，髋弯角的实时监测数据和云端数据分析检测到不良姿势时显示的用户警告界面。此外，该应用程序还提供了包含实时姿态测量监控图形的躯干监控接口，以及在检测到不良姿态时警告用户并建议其改善姿态的接口，使用时首先进行身份注册及登录以获取相对应的实时监测姿态信息，如颈椎角，胸腰椎角，腰椎角，髋弯角数据，同时手机端接受云端数据处理后的风险判断结果。若数据处理结果显示高坠风险，则手机接受预警信息立即发出风险警报，十分方便。

35、作为优选，所述惯性传感器采用mpu6050，具有i2c接口，与单片机进行通信。

36、本发明使用的mpu6050由三轴加速度计、三轴陀螺仪和数值运动处理器组成。所有这些组件都采用4mm×4mm×0.9mm封装，而且由于mpu6050尺寸小，因此便于在皮带上拉伸，所以选择该型号传感器。

37、本发明的有益效果为：1.本发明在保险带上设有惯性传感器和微控制器，对工人的佩戴姿态进行实时监测，当工人佩戴的姿态处于风险姿态时进行报警，提高了工人在高空作业时的安全性。2.本发明通过云服务器将工人佩戴的智能保险带进行联系，基于此实现高处作业工人与外界的实时通信，保证其接受到高坠风险预警，并且可以对其的工作态势数据进行存储，用作日后的安全培训，管理的数据支撑，提高了安全培训效率。