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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于物聯(lián)網(wǎng)的井下施工人員生命信息判別裝置
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本裝置針對(duì)井下作業(yè)這一事故多發(fā)工作而設(shè)計(jì)制作，由一個(gè)井外監(jiān)測(cè)主機(jī)和若干井下小型便攜輔機(jī)組成。本裝置通過(guò)輔機(jī)采集工人生命信息，利用主輔機(jī)構(gòu)造“物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)”實(shí)現(xiàn)信息快速傳輸。將無(wú)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)與有險(xiǎn)探測(cè)、主動(dòng)求救與被動(dòng)搜救有效結(jié)合起來(lái)。不僅可實(shí)現(xiàn)有事故主動(dòng)求救和快速搜救，并可實(shí)現(xiàn)無(wú)事故實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井下情況。本裝置能以較低的成本降低事故發(fā)生率，提高險(xiǎn)后救援效率。 適于多種井下施工作業(yè)環(huán)境使用。
- 詳細(xì)介紹：
- 一、創(chuàng)作背景： 伴隨我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)井下施工（如煤礦、金屬開采等）的需求量越來(lái)越大，然而在井下施工的過(guò)程中，由于一些安全措施不完善，造成井下施工事故頻頻發(fā)生，悲劇不停上演。而在事故發(fā)生后，救援的最大問(wèn)題是：確定工人是否還有生命跡象和工人的具體位置。國(guó)內(nèi)外在這方面采取的探測(cè)方法，大都是采用大型的生命探測(cè)儀器，然為此要耗費(fèi)大量的人力和物力，但收效甚微，給搶險(xiǎn)救援造成了很多的困難，延誤了最佳救援時(shí)間。鑒于此我們?cè)O(shè)計(jì)制作了該“基于物聯(lián)網(wǎng)的井下施工人員生命信息判別裝置”。 二、作品原理概述： “基于物聯(lián)網(wǎng)的井下施工人員生命信息判別裝置” 是針對(duì)于井下作業(yè)這一事故多發(fā)工作而設(shè)計(jì)制作，是以非接觸方式獲取井下施工人員生命信息的系統(tǒng)。它主要由若干井下工人佩戴的小型便攜式輔機(jī)和井外監(jiān)測(cè)主機(jī)組成。它集監(jiān)測(cè)探測(cè)于一身，將主動(dòng)求救與被動(dòng)搜救有效結(jié)合，在物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息傳遞。 三、功能簡(jiǎn)介： 功能一：無(wú)事故井下人員生命信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)； 功能二：井下人員遇險(xiǎn)緊急求救報(bào)警； 功能三：井下人員狀態(tài)異常自動(dòng)求救報(bào)警； 功能四：事故后遇險(xiǎn)人員生命信息判別確定； 功能五：結(jié)合考勤定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)井下人員總數(shù)確定和跟蹤定位。 四、硬件簡(jiǎn)介： 在硬件設(shè)計(jì)方面我們著重從外觀小型化、便攜化方面考慮，高度集成了各部分硬件電路，以最小化電路實(shí)現(xiàn)了作品的功能，解決了操作攜帶方便的問(wèn)題。各部分介紹如下： 1、生命信息采集： 人體體溫是人體生命的重要體征之一，無(wú)論嚴(yán)冬酷暑，對(duì)正常人而言，體溫總能維持在正常范圍之內(nèi)。而紅外線傳感器可用于無(wú)接觸溫度測(cè)量而不造成人體損傷。 2、物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造： 物聯(lián)網(wǎng)不僅僅提供了傳感器連接，其本身也具有智能處理的能力，能夠?qū)ξ矬w實(shí)施智能控制。由于2.4G頻段沒(méi)有使用授權(quán)限制我們選用nRF24L01高性能無(wú)線模塊構(gòu)建小型物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)傳輸。 3、信息處理部分： 人體體溫經(jīng)信息采集模塊處理后，已是很穩(wěn)定的數(shù)字信號(hào)，所以對(duì)信息處理的要求并不是很高,我們對(duì)比之下，采用現(xiàn)在應(yīng)用最為廣泛，也較為經(jīng)濟(jì)通用的51系列單片機(jī)作為主機(jī)和輔機(jī)的處理器。做信息處理和實(shí)時(shí)控制。 4、電源部分： 井內(nèi)輔機(jī)電源應(yīng)攜帶方便，但由于其功率要求不高，所以我們選用易于攜帶的的鋰電池作為其電源。井外主機(jī)因?yàn)榭捎觅Y源較多，所以我們選用蓄電池和交流變壓兩種供電方式以適用于不同環(huán)境工作。 5、實(shí)時(shí)顯示部分： 我們采用1602液晶屏作為實(shí)時(shí)顯示之用。1602為工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符。（16列2行），采用低電壓供電。它的低功耗和顯示特性能很好的顯示井下人員信息。 五、軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 在軟件設(shè)計(jì)方面我們按照信息檢測(cè)智能化、實(shí)時(shí)化原則，對(duì)輔機(jī)和主機(jī)分別編程單獨(dú)控制，有效提高了處理效率。 六、作品特色： 1、即時(shí)生命信息探測(cè)，隨時(shí)訪問(wèn)隨時(shí)獲?。? 2、具有人員遇險(xiǎn)自動(dòng)報(bào)警和緊急求救功能； 3、主動(dòng)求救與被動(dòng)搜救有效結(jié)合，降低事故率，提高救援率； 4、簡(jiǎn)便易用，操作方便，使用不需要專門培訓(xùn)； 5、集成度高，體積小，便于攜帶安裝； 6、功耗低，對(duì)供電能源要求低； 7、構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，省去了連線的繁瑣，排除了線路的安全隱患。 七、前景展望： 本裝置利用物聯(lián)網(wǎng)這一有效手段，將檢測(cè)生命體征與事故救援有效結(jié)合，從而簡(jiǎn)單有效的判斷事故后施工人員的生命狀況，為救援人員提供及時(shí)有效的信息，以較低的成本大大降低事故發(fā)生率，提高救援效率，在未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)的世界里，這種經(jīng)濟(jì)有效的井下安全裝置其推廣前景是相當(dāng)可觀的。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計(jì)目的：以較低成本降低礦井事故發(fā)生率，提高事故后救援效率，有效解決礦難頻發(fā)的問(wèn)題。 基本思路：利用紅外傳感器，采集人體體溫信息，通過(guò)無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行人員生命信息的獲取，再由外部主機(jī)實(shí)現(xiàn)生命信息的判別與人員的基本定位。 創(chuàng)新點(diǎn)：物聯(lián)網(wǎng)、主動(dòng)求救與被動(dòng)搜救結(jié)合、實(shí)時(shí)生命信息監(jiān)測(cè)、事故后人員生命信息判別等； 技術(shù)關(guān)鍵：生命體征檢測(cè)、無(wú)線信息傳輸、物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造； 技術(shù)指標(biāo)：人體體溫檢測(cè)的準(zhǔn)確度、物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的精確度、產(chǎn)品運(yùn)行穩(wěn)定度、主輔機(jī)的響應(yīng)速度等。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 井下施工作業(yè)，是比較危險(xiǎn)的。本裝置借助紅外傳感器和物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)井下施工人員的生命信息，實(shí)現(xiàn)了井內(nèi)與井外的信息互通，能有效地提高救援效率。 該裝置與其他探測(cè)裝置相比，該裝置基于無(wú)線傳輸，建立物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，省去了大量連線帶來(lái)的不便與安全隱患。且該裝置不僅適于事故后的救援，在無(wú)事故時(shí)，井外人員也可以借助主機(jī)訪問(wèn)各個(gè)工作人員（輔機(jī)），了解井下各個(gè)工作人員的生命信息狀況，避免事故發(fā)生，降低事故的發(fā)生率。另外，井下工作人員若發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情，也可手動(dòng)啟動(dòng)輔機(jī)，向井外人員發(fā)出緊急預(yù)警求救信號(hào)，這就可以大大降低事故的傷亡率和經(jīng)濟(jì)損失。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2011年3月在南陽(yáng)理工學(xué)院第八屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技競(jìng)賽中獲得一等獎(jiǎng)；
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 樣品、現(xiàn)場(chǎng)演示。
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)： 1、即時(shí)生命信息探測(cè)，隨時(shí)訪問(wèn)隨時(shí)獲?。? 2、具有人員遇險(xiǎn)自動(dòng)報(bào)警和緊急求救功能； 3、在各種環(huán)境下都可以工作，適合井下的不利環(huán)境使用； 4、簡(jiǎn)便易用，便于攜帶，且使用不需要專門培訓(xùn)； 5、功耗低，對(duì)供電能源要求低； 推廣前景： 該裝置可在較低成本下使救援工作變得簡(jiǎn)單易行。在分秒必爭(zhēng)的營(yíng)救工作中, 可以幫助救援人員迅速判斷遇險(xiǎn)者生命信息，準(zhǔn)確安全地發(fā)現(xiàn)仍然存活的遇險(xiǎn)者, 從而為營(yíng)救工作爭(zhēng)取到寶貴的時(shí)間。在未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)的世界里，這種經(jīng)濟(jì)有效的井下安全裝置其推廣前景是相當(dāng)可觀的。
同類課題研究水平概述
- 目前世界上有多種險(xiǎn)后搜救方法和儀器，有被動(dòng)式的如：雷達(dá)生命探測(cè)儀、蛇眼生命探測(cè)儀等；也有主動(dòng)式的如：音頻生命探測(cè)儀、聲波振動(dòng)生命探測(cè)儀等，其中最先進(jìn)的搜救儀器當(dāng)屬DKLLifeGuardTM生命探測(cè)器，此產(chǎn)品是由美國(guó)高科技公司結(jié)合世界上最尖端的生化、介電質(zhì)、超低頻傳導(dǎo)及DNA技術(shù)研發(fā)而成,此型號(hào)為DKL公司目前設(shè)計(jì)最成熟的產(chǎn)品。它可以穿越鋼板、水泥、復(fù)合材料、樹叢等各種障礙物,偵測(cè)存活的人類,而不受其它動(dòng)物的干擾.使偵測(cè)距離在開放空間可達(dá)500米,水面上達(dá)1公里以上，為搶險(xiǎn)救援提供了巨大幫助。 這些先進(jìn)的探測(cè)方式在一定程度上都提高了救援的效率，但它們的設(shè)計(jì)都是基于大眾的災(zāi)后搜索，不能有效降低事故的發(fā)生率，及時(shí)的排除險(xiǎn)情，使損失降到最低，且這些儀器都價(jià)格不菲。另外探測(cè)儀最大的缺點(diǎn)是無(wú)法確定遇險(xiǎn)的是幾個(gè)人。只能探測(cè)到生命的跡象存在。 我們的“基于物聯(lián)網(wǎng)的井下施工人員生命信息判別裝置”是針對(duì)于井下作業(yè)這一事故多發(fā)工作而設(shè)計(jì)制作，并且該裝置利用“物聯(lián)網(wǎng)”這一有利條件，實(shí)現(xiàn)井下施工人員個(gè)人與個(gè)人，個(gè)人與外界的實(shí)時(shí)信息聯(lián)系。能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情，排除險(xiǎn)情。最重要的是該裝置還可結(jié)合考勤定位系統(tǒng)，在事故發(fā)生后能迅速有效的獲知井下遇險(xiǎn)人員的具體人數(shù)及獲取每個(gè)人的生命信息特征，為爭(zhēng)分奪秒的搶險(xiǎn)救援工作提供有效的信息與幫助。
