《一種用於安全繩佩戴狀態遠程監測裝置》是中國十七冶集團有限公司於2012年2月2日申請的發明專利，該專利申請號為2011104174704，公布號為CN102512773B，公布日為2012年6月27日，發明人是王建國、尹萬雲、金仁才、王江濤。該發明涉及用於高空作業時的安全繩索技術領域，特別涉及安全繩索的掛鈎扣鎖監測領域。
《一種用於安全繩佩戴狀態遠程監測裝置》包括安全繩佩戴監測模組和遠程傳輸控制模組，安全繩佩戴監測模組包含電源、監測安全繩掛鈎狀態的微動開關、監測安全繩是否被真實佩戴的陀螺儀重力加速度感測器；單片機晶片電路將單片機晶片電路輸出的信號進行無線通信的nRF905無線收發晶片及其收發天線；遠程傳輸控制模組包含電源、與安全繩佩戴監測模組進行無線通信nRF905無線收發晶片及其收發天線、單片機晶片電路、依託運營商的無線網路實現遠程監測的GPRS模組及其收發天線。該發明可在遠端計算機即可方便的查看施工工地高空作業人員的安全繩佩戴情況，節約了成本、操作方便、提高了安全保護意識。
2017年12月，《一種用於安全繩佩戴狀態遠程監測裝置》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種用於安全繩佩戴狀態遠程監測裝置》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種用於安全繩佩戴狀態遠程監測裝置
- 地址：安徽省馬鞍山市雨山區雨山東路88號
- 申請號：2011104174704
- 申請日：2012年2月2日
- 申請人：中國十七冶集團有限公司
- 發明人：王建國、尹萬雲、金仁才、王江濤
- 公布號：CN102512773B
- 公布日：2012年6月27日
- 類別：發明專利
- 代理人：魯延生
- 代理機構：馬鞍山市金橋專利代理有限公司
- Int. Cl.：A62B35/00（2006.01）I、G08C17/02（2006.01）I
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
安全繩是在高空作業時用於保護人員和物品安全的繩索，一般為合成纖維繩、麻繩或鋼絲繩，安全繩的掛鈎一般採用高強度金屬鑄造，通常具有自扣鎖特性，在施工、安裝、維修等高空作業時，安全繩適用於外線電工、建築工人、電信作業工人、電線維修等施工人員，是防止高處作業人員墜落的重要防護用品。一直以來高空作業安全問題都是施工單位安全工作的重中之重。為了保障安全，施工單位根據高空作業操作規範要求施工人員在距地1.8米以上必須佩戴安全繩，這一舉措能夠有效地提升施工人員的人身安全，但是，由於某些施工人員安全意識淡薄，存在怕麻煩和僥倖心理，加之是否佩戴安全繩的監測方式只能是人為干預，即由施工人員的領導或專職部門以常規或者臨時檢查的方法就施工人員佩戴安全繩的情況進行檢查和考核，這樣的監測方法有兩個弊端：其一，無法實時監控施工人員佩戴情況，具體表現在來檢查時佩戴安全繩應付，平時心存僥倖，不按操作規範執行；其二，增加了出行成本，具體表現在檢查組必須到施工現場進行現在檢查。2012年2月之前缺少通過技術手段對安全繩佩戴狀態的監控，導致因未佩戴安全繩而造成的安全事故仍時有發生，為施工人員的人身安全、家庭以及施工單位都帶來不可挽回的後果。
2012年2月之前已有技術中的解決方案主要集中在以下幾個方面：專利號為01211529.0、98206606.6、200720189833.2的三個中國專利公開了對安全繩索的改進是在現有安全繩索的基礎上加入能自動咬緊安全繩的夾緊裝置、施工墜落時用於降低衝擊的自鎖減速器、保證任何時候都有一個掛鈎處於扣鎖狀態的雙掛鈎扣鎖結構以及墜落報警裝置，試圖提升安全繩自身的安全性以及對高空作業人員施工過程中的人身安全保護，但是，對於施工人員因安全意識淡薄，未佩戴安全繩即進行高空作業的情況則沒有保護作用，施工人員在不慎墜落後會造成嚴重的安全事故。
發明內容
專利目的
《一種用於安全繩佩戴狀態遠程監測裝置》提供一種基於陀螺儀加速度感測器的用於安全繩佩戴狀態遠程監測裝置，輔以無線發射模組，嵌附在安全繩中，配合遠程傳輸控制模組，用以嚴格監控施工人員安全繩佩戴狀況。
技術方案
《一種用於安全繩佩戴狀態遠程監測裝置》技術方案是這樣得以實現的：一種用於安全繩佩戴狀態遠程監測裝置，其特點是：它包括安全繩佩戴監測模組和遠程傳輸控制模組兩部分組成，所述的安全繩佩戴監測模組包含電源、監測安全繩掛鈎狀態的微動開關2、監測安全繩是否被真實佩戴的陀螺儀重力加速度感測器6；接受微動開關2和陀螺儀重力加速度感測器6狀態信號的單片機晶片電路3、將單片機晶片電路3輸出的信號進行無線通信的nRF905無線收發晶片4及其收發天線5；所述的遠程傳輸控制模組包含電源、與安全繩佩戴監測模組進行無線通信nRF905無線收發晶片10及其收發天線11、單片機晶片電路9、依託運營商的無線網路實現遠程監測的GPRS模組12及其收發天線13；兩nRF905無線收發晶片4和10採用SPI接口和兩單片機晶片電路3和9實時通訊交換收發數據，GPRS模組12的RS232傳輸接口與單片機晶片電路9的RS232傳輸接口對連。
改善效果
《一種用於安全繩佩戴狀態遠程監測裝置》通過nRF905無線收發晶片和天線實現安全繩佩戴監測模組和遠程傳輸控制模組之間的無線通信，可以不考慮傳輸線纜的安裝問題，從而節省大量線纜，降低施工難度和系統成本；通過微動開關監測掛鈎掛扣狀態，以及通過陀螺儀重力加速度感測器檢測安全繩晃動可以真實有效地監測安全繩真實佩戴狀態；通過GPRS模組和天線，依託運營商無線網路實現遠程監測，監測人員在遠端計算機即可方便的查看施工工地高空作業人員的安全繩佩戴情況，節約了出行實地檢查成本且操作方便。
附圖說明
圖1是《一種用於安全繩佩戴狀態遠程監測裝置》的組成結構示意圖。
圖2是《一種用於安全繩佩戴狀態遠程監測裝置》的安全繩佩戴監測模組與安全繩的連線狀態的結構示意圖。
圖3是《一種用於安全繩佩戴狀態遠程監測裝置》的遠程傳輸控制模組各組成部分的連線示意圖。
圖4是傳送數據流程圖。
圖5是接收數據流程圖。
圖中1—金屬彈片；2—微動開關；3—單片機晶片電路；4—nRF905無線收發晶片；5—收發天線；6—陀螺儀重力加速度感測器；7—安全繩掛鈎；8—安全繩繩纜；9—單片機晶片電路；10—nRF905無線收發晶片；11—收發天線；12—GPRS模組；13—收發天線。
權利要求
1.《一種用於安全繩佩戴狀態遠程監測裝置》其特徵在於：它包括安全繩佩戴監測模組和遠程傳輸控制模組兩部分組成，所述的安全繩佩戴監測模組包含電源、監測安全繩掛鈎狀態的微動開關（2）、監測安全繩是否被真實佩戴的陀螺儀重力加速度感測器（6）；接受微動開關（2）和陀螺儀重力加速度感測器（6）狀態信號的單片機晶片電路（3）、將單片機晶片電路（3）輸出的信號進行無線通信的nRF905無線收發晶片（4）及其收發天線（5）；所述的遠程傳輸控制模組包含電源、與安全繩佩戴監測模組進行無線通信nRF905無線收發晶片（10）及其收發天線（11）、單片機晶片電路（9）、依託運營商的無線網路實現遠程監測的GPRS模組（12）及其收發天線（13）；兩nRF905無線收發晶片（4）和（10）採用SPI接口和兩單片機晶片電路（3）和（9）實時通訊交換收發數據，GPRS模組（12）的RS232傳輸接口與單片機晶片電路（9）的RS232傳輸接口對連。
2.根據權利要求1所述的一種用於安全繩佩戴狀態遠程監測裝置，其特徵在於：所述的微動開關（2）被緊固在安全繩掛鈎的側壁，微動開關聯結有掛鈎掛扣時可以觸發微動開關的伸向掛鈎頂部的弧狀金屬彈片（1）。
3.根據權利要求1或2所述的一種用於安全繩佩戴狀態遠程監測裝置，其特徵在於：所述的陀螺儀重力加速度感測器（6）被嵌附在安全繩繩纜（8）內。
4.根據權利要求3所述的一種用於安全繩佩戴狀態遠程監測裝置，其特徵在於：所述的單片機晶片電路（3）緊緊的裹覆在安全繩繩纜（8）上。
實施方式
如圖1、圖2、圖3所示，《一種用於安全繩佩戴狀態遠程監測裝置》由安全繩佩戴監測模組和遠程傳輸控制模組兩部分組成。
安全繩佩戴監測模組包括電源、由微動開關2和陀螺儀重力加速度感測器6構成的被傳輸數據單元、裹覆在安全繩繩纜8上的單片機晶片電路3和nRF905無線收發晶片單元4及收發天線5。微動開關2上聯結有在安全繩掛鈎頂部方向弧狀的金屬彈片1，金屬彈片1與微動開關2的開關鍵高強度連線，保證當金屬彈片被壓向安全繩掛鈎頂部的時候足以觸發微動開關的開關狀態；微動開關2被高強度固定在安全繩掛鈎7的側壁，不允許產生位移或脫離；使用金屬彈片1和微動開關2利用金屬掛鈎7自身較重的特性實現掛鈎掛扣狀態監測。單片機晶片電路3通過高粘度膠帶牢固的裹覆在安全繩繩纜8上；陀螺儀重力加速度感測器6被嵌附在安全繩繩纜8內；在安全繩被真正佩戴後，必然會因為施工操作以及高空的陣風產生一定的晃動，而如果只是為了騙過掛鈎掛扣狀態監測而將安全繩隨意掛扣在任意場所，陀螺儀重力加速度感測器6長時間檢測不到連續晃動後即認為安全繩並未真正佩戴。微動開關2的開關狀態引腳與單片機晶片電路3直接連線；nRF905無線收發晶片4的SPI傳輸接口引腳與單片機晶片電路3的SPI傳輸接口對連；適用於nRF905無線收發晶片的收發天線5與nRF905無線收發晶片4的ANT1和ANT2引腳連線；陀螺儀重力加速度感測器6數據引腳與單片機晶片電路3直接連線。
遠程傳輸控制模組包含電源、被傳輸數據單元、單片機晶片電路9、nRF905無線收發晶片10、適用於nRF905無線收發晶片的收發天線11、GPRS模組12、適用於GPRS模組的收發天線13，nRF905無線收發晶片10的SPI傳輸接口引腳與單片機晶片電路9的SPI傳輸接口對連；適用於nRF905無線收發晶片的收發天線11與nRF905無線收發晶片10的ANT1和ANT2引腳連線；GPRS模組12的RS232傳輸接口與單片機晶片電路9的RS232傳輸接口對連；適用於GPRS模組的收發天線13與GPRS模組12連線。該發明無線數據傳輸可採用但不限於無線數據收發器nRF905、ATMEGA16單片機和LED顯示數碼組成。
安全繩佩戴監測模組使用微動開關2監測安全繩掛鈎狀態，使用陀螺儀重力加速度感測器監測安全繩是否被真實佩戴；安全繩佩戴監測模組和遠程傳輸控制模組之間通過nRF905無線收發晶片及收發天線實現無線通信；遠程傳輸控制模組通過GPRS模組和收發天線依託移動運營商的無線網路實現遠程監測。
nRF905無線收發晶片的數據傳送過程如下：
傳送數據時的工作流程如圖4所示。當單片機晶片電路MCU有遙控數據節點時，接收點的地址（TX-address）和有效數據（Tx-payload）將通過SPI接口傳送給nRF905無線收發晶片。設計時應使用協定或單片機晶片電路MCU來設定接口速度。
可用單片機晶片電路MCU設定TRX-CE，並使TX-EN為高電平來激活nRF905無線收發晶片的ShockBurst傳輸。通過nRF905的ShockBurst可使無線裝置自動上電，並完成數據包（應加前導碼和CRC校驗碼）的數據碼傳送（100千比特率，GFSK，曼切斯特編碼）。
如果AUTO-RETRAN被設定為高電平，那么，nRF905無線收發晶片將連續地傳送數據包，直到TRX-CE被設定為低電平為止；而當TRX-CE被設定為低電平時，nRF905無線收發晶片則結束數據傳輸，並將自己設定為standby模式。
nRF905無線收發晶片的數據接收過程如下：
當裝置接收數據時，其接收數據流程圖如圖5所示。裝置的工作過程如下：
首先，在650微秒以後，nRF905無線收發晶片將不斷監測空中的信息；當nRF905無線收發晶片發現有和接收頻率相同的載波時，其載波檢測（CD）被置為高電平；此後，當nRF905無線收發晶片接收到有效地址時，地址匹配（AM）被置為高電平；
其次，當nRF905無線收發晶片接收到有效的地址包（CRC校驗正確）時，nRF905無線收發晶片將去掉前導碼、地址和CRC位，同時將數據準備就緒位（DR）置為高電平，並用MCU設定TRX-CN為低電平，以進入standby模式，從而使單片機晶片電路MCU能夠以合適的速率通過SPI接口讀出有效的數據；當所有的數據讀出後，nRF905無線收發晶片將AM和DR設定為低電平，以便使nRF905無線收發晶片準備進入ShockBurstRX、ShockBurstTX或Powerdown模式。
無線射頻收發晶片採用但不限於nRF905無線收發晶片，內置有天線，同時內部集成有調製，解調、編碼／解碼等功能，故在通信過程中能自動生成前導碼和CRC校驗。本裝置根據nRF905無線收發晶片的特點設計的無線數據收發系統，經過實驗證明，其能實現短距離的無線串口透明傳輸，有效通信距離大於200米。在有障礙物體的混凝土結構的建築內測試，其有效直線通信距離大於50米。
榮譽表彰
2017年12月，《一種用於安全繩佩戴狀態遠程監測裝置》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
