基于內(nèi)置通信模塊的安全帽對(duì)話(huà)裝置設(shè)計(jì)

0 引言

在輸配變施工過(guò)程中，經(jīng)常存在現(xiàn)場(chǎng)嘈雜、人員混亂等造成的溝通不到位現(xiàn)象。尤其是在鐵塔或電桿高處作業(yè)時(shí)，監(jiān)管人員及工作班成員之間難以溝通交流或溝通不到位，很容易出現(xiàn)工作失誤，如監(jiān)管人員對(duì)作業(yè)人員提醒不到位，高空作業(yè)人員出現(xiàn)安全問(wèn)題時(shí)無(wú)法及時(shí)提醒其進(jìn)行保護(hù)等，將會(huì)嚴(yán)重影響輸配變施工的安全效益和工作效率[1]。

基于此，本文提出一種安全帽便攜式小組溝通對(duì)話(huà)裝置，可通過(guò)在安全帽上內(nèi)置的通信模塊，將工作班所有小組成員加入到對(duì)話(huà)頻道中，以便就現(xiàn)場(chǎng)施工中的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行溝通和交流，避免出現(xiàn)由施工環(huán)境限制造成的溝通缺失或交流不暢，在良好溝通中保障現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)有條不紊、安全高效地開(kāi)展。

1 需求分析

考慮到輸配變施工環(huán)境的復(fù)雜性和多樣性，內(nèi)置通信模塊設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用超高頻無(wú)線(xiàn)電波通信，信號(hào)傳輸距離超過(guò) 100m ，信號(hào)傳輸延遲低于 0.03s ，具備高抗干擾能力；考慮到輸配變施工操作的安全性和可靠性，安全帽對(duì)話(huà)裝置設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量選擇小型化、輕量化模塊，避免其影響安全帽佩戴的舒適性和安全性；考慮到輸配變施工溝通的多元性和實(shí)時(shí)性，安全帽對(duì)話(huà)系統(tǒng)應(yīng)將同一場(chǎng)景下的作業(yè)人員收錄到同一頻道中，可通過(guò)旋鈕進(jìn)行對(duì)話(huà)頻道調(diào)整，實(shí)現(xiàn)小組內(nèi)成員之間的即時(shí)通信2]，如表1所示。

2 技術(shù)方案

2.1 裝置設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)的安全帽對(duì)話(huà)裝置主要由安全帽本體和內(nèi)置通信模塊組成。其中，安全帽左右兩側(cè)設(shè)置固定安裝槽用于安裝各個(gè)模塊，兩個(gè)內(nèi)置通信模塊分別安裝在槽內(nèi)，分別用于發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)，如圖1所示。

上述安全帽對(duì)講裝置采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，確保通信的清晰度和穩(wěn)定性；設(shè)計(jì)高效的收發(fā)電路，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的快速傳輸；采用先進(jìn)的調(diào)制技術(shù)，減少信號(hào)干擾；設(shè)計(jì)低功耗電源管理系統(tǒng)，延長(zhǎng)對(duì)話(huà)裝置的使用時(shí)間，其安全性強(qiáng)、可靠度高、對(duì)講溝通效果良好，能夠滿(mǎn)足不同場(chǎng)景下的對(duì)講需求[3]。

2.2 功能結(jié)構(gòu)

2.2.1 安全帽本體

安全帽本體采用高性能、高強(qiáng)度材料制成。帽子頂部設(shè)置凸起加強(qiáng)筋，用于增強(qiáng)抗沖擊性能，更好地保護(hù)頭部；帽子內(nèi)部開(kāi)槽用于安裝通信模塊，通過(guò)卡扣直接將通信模塊固定在帽殼上，可根據(jù)工作情況進(jìn)行拆卸或更換，操作非常便捷；帽檐上設(shè)置拓展接口用于加裝控制按鈕，以便在復(fù)雜場(chǎng)景下直接進(jìn)行對(duì)講控制和頻道調(diào)整[4]，如表2所示。

2.2.2 通信模塊

一組內(nèi)置通信模塊共包括發(fā)射器和接收器兩個(gè)裝置，如圖2所示。其中，發(fā)射器設(shè)置較為簡(jiǎn)單，主要通過(guò)面板上的音量鍵進(jìn)行通話(huà)音量調(diào)節(jié)，并配合天線(xiàn)接口發(fā)射模擬信號(hào)；接收器設(shè)置較為復(fù)雜，內(nèi)部配置不同頻率信號(hào)，設(shè)置信號(hào)調(diào)制程序，可通過(guò)靈敏度選擇開(kāi)關(guān)和頻率選擇開(kāi)關(guān)形成對(duì)應(yīng)對(duì)講通道，使其能夠快速完成不同環(huán)境下的對(duì)講通信[5]。

1）天線(xiàn)接口。可通過(guò)加裝天線(xiàn)裝置提高信號(hào)強(qiáng)度，使內(nèi)置通信裝置可在 0～100m 范圍內(nèi)進(jìn)行有效對(duì)講，保證對(duì)話(huà)清晰、傳輸流暢、聲音洪亮。必要情況下還可加裝GPRS信號(hào)裝置，用于現(xiàn)場(chǎng)通信定位，以便快速進(jìn)行頻道的選擇和對(duì)接，減少溝通障礙。

2）內(nèi)置電池。采用低功耗電源，內(nèi)置電池管理系統(tǒng)，可根據(jù)電源情況在顯示面板上顯示電量情況。紅燈表示低電量，需要連接充電器進(jìn)行充電；綠燈表示電量充足，可正常使用；黃燈表示裝置異常，需要進(jìn)行檢修。

3）頻率選擇開(kāi)關(guān)。可使用電腦先進(jìn)行不同頻率的寫(xiě)入和配對(duì)，然后直接設(shè)置到不同的頻率選擇檔位，使人員通過(guò)頻率選擇開(kāi)關(guān)直接選取對(duì)講頻道，從而快速進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溝通。頻率選擇開(kāi)關(guān)在操作過(guò)程中置于安全帽內(nèi)，操作時(shí)相對(duì)較為復(fù)雜。因此，通過(guò)加裝無(wú)線(xiàn)控制器，將頻率選擇開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)化為頻率調(diào)整旋鈕設(shè)置在帽檐上，使人員直接旋轉(zhuǎn)旋鈕即可進(jìn)行頻道選擇，操作更加便捷。

4內(nèi)置主板。用于發(fā)射和接收信號(hào)，并進(jìn)行信號(hào)調(diào)制[。在發(fā)射信號(hào)過(guò)程中，主板中的鎖相環(huán)和壓控振蕩器產(chǎn)生射頻載波信號(hào)，通過(guò)功放電路、調(diào)制電路等進(jìn)行處理后，將其轉(zhuǎn)化成所需射頻功率的信號(hào)發(fā)射出去；在接收信號(hào)過(guò)程中，主板中的轉(zhuǎn)換電路和帶通濾波器進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，對(duì)信號(hào)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)制處理，轉(zhuǎn)化成揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)信號(hào)；通過(guò)信令對(duì)比，當(dāng)揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)信號(hào)與頻率信號(hào)一致后，方可啟動(dòng)揚(yáng)聲器，進(jìn)行溝通交流。

3 效益評(píng)估

3.1 使用操作

本次設(shè)計(jì)的安全帽對(duì)話(huà)裝置在使用過(guò)程中可通過(guò)帽檐上的快捷開(kāi)關(guān)直接進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)對(duì)話(huà)。操作時(shí)人員打開(kāi)發(fā)射器和接收器上的控制開(kāi)關(guān)，發(fā)射器和接收器開(kāi)始啟動(dòng)。啟動(dòng)完成后，調(diào)整調(diào)頻旋鈕到工作頻道，與其他人員測(cè)試對(duì)話(huà)效果，通過(guò)靈敏度按鍵調(diào)整信號(hào)接收質(zhì)量，通過(guò)音量鍵調(diào)整聲音大小。確定聲音無(wú)問(wèn)題后，戴好安全帽，到指定位置開(kāi)始作業(yè)。

在戴上安全帽作業(yè)過(guò)程中，若需要轉(zhuǎn)換工作頻道，此時(shí)通過(guò)帽檐上的調(diào)頻旋鈕即可快速操作。同時(shí)，若要調(diào)整音量大小，也可借助帽檐上的音量旋鈕實(shí)現(xiàn)。溝通完畢后，按下帽檐上的控制開(kāi)關(guān)，可關(guān)閉發(fā)射器和接收器，避免同頻道其他人員交流干擾作業(yè)。待全部完成后，摘下安全帽，將發(fā)射器和接收器上的控制開(kāi)關(guān)關(guān)閉，完成所有使用操作。

3.2 應(yīng)用效益

本次設(shè)計(jì)的安全帽對(duì)話(huà)裝置在使用過(guò)程中，可直接通過(guò)內(nèi)置裝置進(jìn)行溝通交流，并配合帽檐上的快捷開(kāi)關(guān)控制啟停、調(diào)整音量、調(diào)整工頻，操作非常便捷。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，佩戴安全帽對(duì)講裝置在不同場(chǎng)景下進(jìn)行對(duì)講時(shí)均信號(hào)穩(wěn)定、聲音清晰、對(duì)話(huà)流暢，對(duì)講成功率達(dá)到 100% 。且上述對(duì)講裝置操作便捷，人員在佩戴該安全帽對(duì)講裝置施工時(shí)并未出現(xiàn)任何操作不適或影響施工的情況，使用滿(mǎn)意度達(dá) 100% 。

上述裝置中的小組通信功能、頻道選擇功能和音量調(diào)節(jié)功能增強(qiáng)了其在復(fù)雜環(huán)境下的適用性，提高了施工現(xiàn)場(chǎng)的溝通效率，減少了因溝通不暢導(dǎo)致的工作失誤。同時(shí)，安全帽具備兼容性，保障了對(duì)話(huà)裝置與各種型號(hào)的安全帽兼容，能夠清晰穩(wěn)定地傳輸聲音信號(hào)，提升了施工團(tuán)隊(duì)的整體工作效率和作業(yè)質(zhì)量。尤其是在高空作業(yè)過(guò)程中，借助安全帽對(duì)話(huà)裝置可避免高空環(huán)境下的復(fù)雜操作和負(fù)載過(guò)重風(fēng)險(xiǎn)，保障了遠(yuǎn)距離對(duì)話(huà)質(zhì)量和溝通效果，為高空作業(yè)人員提供了安全保障，降低了安全事故的發(fā)生率，安全效益顯著。

除此之外，該裝置中的模塊在市場(chǎng)上較為常見(jiàn)，僅需內(nèi)置一套發(fā)射器和接收器，并設(shè)置無(wú)線(xiàn)控制開(kāi)關(guān)即可，成本較低。該裝置通過(guò)小成本投入減少了溝通不當(dāng)造成的安全事故，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前電力發(fā)展迅速，各地各專(zhuān)業(yè)的施工點(diǎn)多面廣，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，特別是在輸配電施工中，經(jīng)常出現(xiàn)難以溝通的情況，通過(guò)使用這個(gè)安全帽便攜式小組溝通對(duì)話(huà)裝置，可以很好地避免溝通不到位現(xiàn)象，防止出現(xiàn)意外等突發(fā)情況。該裝置支持多個(gè)用戶(hù)加入同一頻道，實(shí)現(xiàn)小組內(nèi)成員的即時(shí)通信；可通過(guò)調(diào)頻旋鈕選擇不同的頻道，以適應(yīng)不同的通信需求，在各個(gè)專(zhuān)業(yè)的作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)都可以使用；可配合音量調(diào)節(jié)功能，進(jìn)行不同場(chǎng)景下的聲音調(diào)整，實(shí)際使用效果良好，具有良好的市場(chǎng)前景和發(fā)展空間。

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