新型具备自动预警功能的智能型高空作业全方位防护安全带的研发.docx

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新型具备自动预警功能的智能型高空作业全方位防护安全带的研发

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1、概述

电力系统的高处作业有很多，如果高处作业人员不注意或不遵守高处作业安全施工的有关规定，就有可能发生高处坠落、物体打击等事故。具体原因大致如下：

●高处作业不系安全带，造成高处坠落死亡。

●触电后引发高处坠落死亡。

●高处作业不用工具袋，造成高处落物，物体打击死亡。

●孔洞不封闭，造成高处坠落死亡。

在电力生产和建设中，为保障高处作业安全，安全带就成了保障发生意外时的生命线。传统安全带完全靠人工检查各卡扣有效扣接，存在诸多安全隐患。研制自动预警安全带的研制成功可从根本上杜绝由于安全带造成的人员伤亡事故。

2、安全带特点

●自动检查各连接卡扣有效链接，杜绝安全绳隐患；

●自动评估安全带剩余寿命，保障安全作业；

●自动语音播报作业高度与温度，帮助人员了解现场环境；

●高强度碳纤维绳编织，是抗拉传统产品的3倍，重量仅为1/2；

●使用声音、闪光等方式告警危险隐患

3、安全带设计

自动预警安全带分为两大部分，分别是：控制器、卡扣传感器。其中控制器使用一节AAA（7号）电池，有效工作长达6个月。控制器中具有四个模块来支持完成自动预警功能，分别为高度测量系统、单片机与通讯显示部分、电源部分、卡扣检测模块。

3.1、高度测量系统的设计

大气压力在数值上等于所在海拔高度往上直到大气上界整个空气柱的重量，因此理想情况下，大气压力与海拔高度具有一一对应的关系。在海平面附近，海拔高度每升高100m，气压下降大约0．7kPa。由于空气具有可压缩性，大气压力与海拔高度具有非线性关系。

3.1.1、气压高度计设计的理论基础

气压与高程的关系模型：H=T0／L×(P／P0)∧(1／(N-1))(近似公式)。以标准海平面为基准：T0=288.15K；P0=101.325kPa；N=5.25588；L=-0．0065℃／m，通过计算结果可见表1。从中可以看出，传感器的漂移对高端和低端的影响是不同的。根据气压公式可以得出0～6000m量程内的压力变化范围在47．18～101．325kPa。据此可确定硅压阻式传感器量程。

3.1.2、高度计的硬件设计

3.1.3、压阻式传感器

气压传感器在气压计中占据核心位置。设计时可根据测量精度、测量范围、温度补偿、测量绝对气压值等几个性能指标来选取气压传感器。传感器选用飞思卡尔公司的MPX2100D型绝压传感器，它用单个由离子注入工艺形成并经激光修整的X型电阻代替一般用4个电阻构成的惠斯登电桥，避免了由4个电阻的不匹配而引起的误差。

3.2、单片机

数据处理要求体积小功耗低，内部带有16位ADC和温度传感器。此处选用C8051F353型单片机，是美国SiliconLabs公司必威体育精装版推出的一款混合信号片上系统型单片机芯片，非常适用于多路模拟数据采集系统。

3.3、显示通信电路

显示驱动选用可编程8位SPI串行LED接口的MAX7219。串口通信电路主要用来实现该系统与上位计算机的通信，利用C8051F353型单片机的UART串口总线通过SP3232芯片的电平转换与上位计算机进行通信。

3.4、电源与抗干扰设计

使用了低压差稳压器LM1117A分别为微处理器和为其余电路供电。为了避免传感器产生的信号在进入A／D采样前发生失真并减少传感器的功耗，在ADC的输入端连接了滤波器，降低噪声并作为缓冲器隔离前后级，避免其他电路对ADC采样的影响，并采用了改进的平均值滤波算法。

3.5、卡扣检测组件设计

卡扣卡具采用接触式检测开关，内嵌微控制器使用433MHz无线信号向主控制器报告链接状态。在高度大于地表初始高度时，如果没有有效卡接将发出声音报警，并在屏幕上显示卡接失败。

3.5、内嵌软件设计

软件设计采用模块化结构，包括初始化子程序、采样数据处理、A／D转换子程序、压力补偿子程序、数据处理子程序、高度计算子程序、通信子程序、显示子程序等部分。

该设计选定线性插值方法来计算指示空速。用一个简单易实现的线性函数代替原复杂函数，即：y=yi+ki(x-xi)。式中：yi，xi，ki分别代表第i个插值点气压高度值、大气静压值和插值线段的斜率。插值点的个数可由线性插值法的误差公式确定：

根据一定温度修正后压力P与电压U的关系式，可以由所测电压U计算出实际压力值P。

4、结论

本新型具备自动预警功能的智能型高空作业全方位防护安全带，可实现高人员高空作业期间期间安全带防护的实时监控和预警，有效保证作业安全。

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-全文完-