劉芷岐 宋珊 滕靜 任柯宇

摘 要：由于目前建筑施工過程的管理較為粗放，安全防護(hù)措施過于落后，與其相伴隨的安全事故不斷，造成了嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，為遏制其逐年上升的趨勢，減少給國家及成千上萬個家庭帶來巨大的生命和財產(chǎn)損失。結(jié)合無線電的思想，基于現(xiàn)有專利技術(shù)，提出了智能保障系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型。使用該模型設(shè)計智能保障系統(tǒng)將有助于降低事故發(fā)生概率，提高施工作業(yè)安全管理水平。

關(guān)鍵詞：專利技術(shù)；智能識別；無線電應(yīng)用；嵌入式系統(tǒng)

中圖分類號：TU文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3198（2012）01-0262-02

1 研究概述

1.1 系統(tǒng)定義

“安筑”安全施工智能保障系統(tǒng)（以下均簡稱“安筑”），是在現(xiàn)有自主無線電報警專利技術(shù)上進(jìn)行的二次研發(fā)，是集一個無線發(fā)射、人體感應(yīng)、實時監(jiān)控、定位于一體的嵌入式中央控制軟件系統(tǒng)。

1.2 系統(tǒng)組成

“安筑”主要有三個部分組成，分別為安裝在施工樓層的“立體金屬感應(yīng)網(wǎng)”（下稱“感應(yīng)網(wǎng)”），戴在每個施工人員手腕上的“單工報警器”（下稱“單報器”），設(shè)立于控制室的嵌入式“中央控制系統(tǒng)”（下稱“中控”）以及相關(guān)硬件和軟件。

1.3 系統(tǒng)各部分功能簡述

“安筑”是為防止高空墜落、意外觸電兩大施工事故的發(fā)生而建立的。

（1）“立體金屬感應(yīng)網(wǎng)”?！案袘?yīng)網(wǎng)”是相對于“單報器”的服務(wù)端，是為施工者所屬位置提供相對參考系，同時為“中控”提供施工者所處位置信息。以使施工者實時掌握自身位置，以避免因疏忽而造成高空墜落；同時使“中控”操作者實時掌握施工者的位置信息，使得突發(fā)高空墜落后，能夠及時采取救援措施；此外，“感應(yīng)網(wǎng)”所為“中控”提供的位置信息是為在施工者意外觸電時，“中控”能自動及時的切斷施工者所在位置的電源，最大程度保全施工者生命安全。

（2）“單工報警器”?！皢螆笃鳌笔窍鄬τ凇案袘?yīng)網(wǎng)”的客戶端，是虛擬感應(yīng)網(wǎng)絡(luò)圖中移動的位點，實時與“感應(yīng)網(wǎng)”進(jìn)行著數(shù)據(jù)交互，將施工者位置信息實時反饋給施工者，當(dāng)接近危險位置時發(fā)出報警音并震動，提醒施工者格外注意；同時“單報器”實時監(jiān)測施工者體表電流，當(dāng)施工者發(fā)生意外觸電，“單報器”會向“感應(yīng)網(wǎng)”發(fā)出求救信號，使“中控”能夠及時切斷觸電位置的電源，挽救施工者生命。

（3）“中央控制系統(tǒng)”?！爸锌亍笔钦麄€系統(tǒng)的控制中樞，完成對施工者的位置確認(rèn)，及時處理觸電事故、對高空作業(yè)的施工者提供實時提醒。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 專利技術(shù)簡述

現(xiàn)有專利是一款多対一距離報警裝置，由一個服務(wù)端和多個客戶端組成，當(dāng)各個客戶端與服務(wù)端間的距離值超過設(shè)定值，則服務(wù)端發(fā)出報警。下面簡述功能原理，詳細(xì)原理見專利書（專利授權(quán)公告號：CN201514688U）。

服務(wù)端和客戶端分別由無線電接受器和無線電發(fā)射器組成。

（1）客戶端模塊。該模塊是無線電發(fā)射模塊，原理圖見圖1所示。它由四個相同原理相同的無線電發(fā)射模塊構(gòu)成四個客戶終端，無線電發(fā)射模塊由一組輕觸按鈕開關(guān)、電源G和無線電發(fā)射模塊A（PT2272-M4/2BBS-LM型號集成電路）通過電路連接組成，其作用為在正常情況下保持與服務(wù)端的長時正常無線電通訊，顯示客戶端在預(yù)設(shè)監(jiān)控范圍內(nèi)。

圖1 客戶端模塊原理圖（2）服務(wù)端模塊。該模塊是無線電接收模塊，原理圖見圖2所示。它由A5、A5、G5和一些外圍元件通過電路連接構(gòu)成，其中A5為PT2272-M4/2BBS-LM型號的集成電路、A6為NE555型號集成電路、G5為12V的直流電源；本模塊的作用為在正常情況下保持與客戶端的長時正常通訊，顯示客戶端在預(yù)設(shè)監(jiān)控范圍內(nèi)，當(dāng)客戶端離開預(yù)設(shè)距離超過設(shè)定距離值是，接收器便發(fā)出報警聲。

“單報器”由五個部分組成，分別是空心杯振動馬達(dá)（YDF1027H）、智能電子熔斷體（MAX810L）、不銹鋼金屬感應(yīng)片、交互式微處理芯片（PT2272-M4，2BBS-LM，NE555集成）、報警器（GD-R5B）。

施工者佩戴“單報器”，在正常情況下（電壓小于12V時），“單報器”通過交互式芯片，與感應(yīng)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，傳遞施工者所在位置實時信息，當(dāng)施工者所處位置超過預(yù)設(shè)安全值，則“單報器”通過振動和聲音報警向佩戴者發(fā)出警告，提醒使用者注意；當(dāng)非正常情況下（有大于36V/10mA高壓/電流瞬時通過人體時），智能電子熔斷體熔斷，失去與交互式芯片的連接，此時交互式芯片向感應(yīng)網(wǎng)發(fā)出經(jīng)過特殊編碼的危險求救信號，以使中控能

夠立刻切斷此處電源。原理圖見圖4、圖5。

“感應(yīng)網(wǎng)”是由眾多個由內(nèi)置交互式微處理芯片（PT2272-M4，2BBS-LM，NE555集成）的發(fā)射/接收單元組成的一張?zhí)摂M的由無線電信號交織成的網(wǎng)絡(luò)。見圖6，圖中的各個黑點即為上述發(fā)射/接收單元，裝置間相互發(fā)射與接收數(shù)據(jù)，且與但工報警器進(jìn)行實時數(shù)據(jù)傳輸，一方面為實時確認(rèn)施工者的位置提供支持并且將位置信息傳給中央控制系統(tǒng)，如“面ABCDEFG”為施工作業(yè)平面，則該層8個感應(yīng)單元與其上面一層感應(yīng)單元協(xié)同交互，以確定施工者位置。另一方面，感應(yīng)網(wǎng)還負(fù)責(zé)將接收到的危險觸電信號發(fā)自中央控制系統(tǒng)，以使中央控制系統(tǒng)能及時作出相應(yīng)反應(yīng)。工作原理見圖6、圖7。

中央控制系統(tǒng)是由一個內(nèi)置嵌入式芯片ARM -SA-110并裝有LINUX操作系統(tǒng)的主機(jī)，及一臺wince數(shù)據(jù)采集器組成的監(jiān)控臺。

由wince數(shù)據(jù)采集器接收發(fā)自感應(yīng)網(wǎng)的信號，并將其通過電線實時傳送給嵌入式主機(jī)，嵌入式主機(jī)還與PLC配電箱相連，根據(jù)信號決定切斷某區(qū)域供電，并且根據(jù)wince提供的施工者位置信息，通過OPENGL三維建模實時反應(yīng)在顯示屏上。詳見圖8。

該模型設(shè)計智能保障系統(tǒng)將有助于降低事故發(fā)生概率，為遏制其逐年上升的趨勢，減少給國家及成千上萬個家庭帶來巨大的生命和財產(chǎn)損失提供可能，將會有效規(guī)范施工管理程序，提高施工作業(yè)安全管理水平。

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