視頻對講的電力安全帽設計

郭雷崗 盧 珊 熊玉佳 羅 鑫

（1.鄭州電力高等專科學校，河南 鄭州450000；2.國網河南省電力公司伊川縣供電公司，河南 洛陽471000）

0 引言

隨著智能化的普及以及物聯網行業的發展，萬物聯網逐漸成為產品制造的一個重要趨勢[1]。在電力行業，物體打擊和工作人員的不規范操作而引起的觸電是引起事故的主要因素[2]。因此，為了減少工人工作過程中的意外傷害，并且加強對工人的監管。設計一種具有安全防護、監視監控、通訊交流等功能的智能安全帽尤為重要。

由于傳統安全帽的作用僅僅是為了防止物體打擊，無法對工作人員的工作行為進行監管，功能性較弱。并且現有的一些智能安全帽接收和發送信號的能力弱，在一些偏遠地帶使用時，會出現視頻信息回傳受阻的現象。因此，傳統安全帽以及現有的智能安全帽難以滿足電力行業的需求。

為解決上述背景技術中提出的問題，一些學者做出了積極的研究。黃抒藝[3]等人設計了一種具有智能預警功能的安全帽，可以有效減少電力工作人員的一些不安全行為。尹宇肖[4]等人基于北斗衛星定位系統，設計了一種可以精準定位以及報警求救的安全帽。孔麗麗[5]等人針對煤礦井下作業場景而設計了一種集人員定位、信息采集以及聲光報警等功能的智能安全帽。因此，本文基于移動互聯網和物聯網技術，設計了一種應用于電力行業的智能安全帽。該智能安全帽可以實現遠程監控、人員定位、實時語音通信、信息數據傳輸、電量預警等功能。

1 電力安全帽的組成部分及原理

基于移動互聯網和物聯網技術的電力安全帽作為電力行業物聯網平臺的一種集防護、通訊、監控、定位、照明功能于一體的智能終端設備，主要由安全帽本體、加強凸起筋、電量指示燈、LED照明燈、監控攝像頭、伸縮式增強天線、受話器和揚聲器、按鍵以及電路板等裝置組成。該安全帽的核心部分為電路板，主要由通訊模塊、定位模塊等模塊組成，可以實現遠程監控、人員定位、實時語音通信、信息數據傳輸等功能。本文設計的智能電力安全帽如圖1所示。

圖1 智能電力安全帽

2 電力安全帽各部分設計及功能

電力安全帽本體主要由帽殼、帽襯、下顎帶組成。安全帽頂部有加強凸起筋，可以增強安全帽的抗沖擊能力，防止電力工作人員受到傷害。

安全帽本體上的LED照明燈可以用于在夜間照明使用。由四個LED燈珠組成的電量顯示燈用于顯示鋰電池中剩余的電量，LED燈珠分別顯示紅黃藍三種顏色，紅色表示缺電，藍色表示電量充足，黃色表示警示。通過LED燈珠的顏色以及點亮的數量可以將電量的多少進行表達，非常實用。而通過將中間的兩個操作按鍵設計成較大的六棱柱，可以方便電力工作人員通過手摸識別各個操作按鍵的位置。

伸縮式增強天線主要由收整筒體、導向孔、定向滑槽、滑塊、防滑墊、滑移手柄、安裝座以及天線本體構成，如圖1所示。天線本體為彈性材料制成的螺旋形結構，通過安裝座和定向滑槽里的滑塊固定在一起。滑塊上還裝有滑移手柄，在信號不好時，電力工作人員可以推動滑移手柄，將天線本體伸出，最終起到增強信號的功能。除此之外，導向孔與滑塊之間還設有防滑墊，并且防滑墊與導向孔之間有0.3～0.5 mm的過盈量。當天線被伸出后，防滑墊可以確保滑塊不會在定向滑槽里隨便滑動，從而保證了天線本體的穩定。

電路板主要由通訊模塊、定位模塊、微處理器以及充放電控制器四個模塊組成。通訊模塊可以安裝SIM卡與外部的無線網絡進行連接，通過監控攝像頭實時的監控電力工作人員施工的畫面。與此同時，通訊模塊還可以控制受話器和揚聲器，實現電力工人和后臺管理員的遠程實時對講，便于實時任務的傳達給作業現場的工作人員。定位模塊可以對工作人員的位置進行定位，并實時回傳電力工作人員的位置信息。充放電控制器的功能是給系統供電，維持整個裝置正常工作。電路板總體設計如圖2所示。

圖2 電路板總體設計圖

3 智能控制與顯示系統的設計

智能安全帽采集以及反饋的信息需要通過智能控制與顯示系統來實現可視化。智能控制與顯示系統的屏幕上會顯示作業場所中電力工人的工作情況，便于后臺管理員對工人進行監督。當電力工作人員出現不規范操作后，管理員會通過通信系統和工人進行交流，對其做出相應的警示。智能控制與顯示系統還會顯示作業場所工人的數量、工人工作時長、現場環境狀況，方便管理員了解工作現場的具體情況。

4 與現有技術的比較

通過和現有的智能安全帽進行比較，可以發現本文設計的智能安全帽有以下優點：

該智能安全帽中增加了伸縮式增強天線的設置，可以起到增強信號的功能，便于電力工作人員在一些信號不好的偏遠地帶使用；將電量信息通過LED燈珠的顏色以及點亮的數量進行顯示，方便電力工作人員直觀的了解電量的多少；操作按鍵設計成較大的六棱柱，可以方便電力工作人員通過單手觸摸識別各個操作按鍵的位置；可以插入SIM卡同后臺管理人員實現信息交互。智能安全帽采集到的視頻資料、位置信息可以通過移動互聯網傳送到智能控制與顯示系統，后臺管理人員根據這些信息對電力工人的進行監督和指導。有利于保障電力工人的生命安全，維護設備正常工作運行。

5 結語

目前，電力行業一直存在對工人監管不到位、人員傷亡事故頻發的難題。為了解決這一難題，本文基于移動互聯網和物聯網等技術以及人體工程學原理，對普通安全帽進行二次開發，設計了一種具備遠程監控、人員定位、實時語音通信、信息數據傳輸等功能的電力安全帽。該電力安全帽不僅能滿足電力行業對加強電力工人監管的需求，其同樣具備佩戴舒適、輕便耐用、抗擊打能力強的特點，在電力行業具有較好的應用前景。