基本信息
- 项目名称：
- 基于物联网的井下施工人员生命信息判别装置
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本装置针对井下作业这一事故多发工作而设计制作，由一个井外监测主机和若干井下小型便携辅机组成。本装置通过辅机采集工人生命信息，利用主辅机构造“物联网络”实现信息快速传输。将无险监测与有险探测、主动求救与被动搜救有效结合起来。不仅可实现有事故主动求救和快速搜救，并可实现无事故实时监测井下情况。本装置能以较低的成本降低事故发生率，提高险后救援效率。 适于多种井下施工作业环境使用。
- 详细介绍：
- 一、创作背景： 伴随我国经济的发展，对井下施工（如煤矿、金属开采等）的需求量越来越大，然而在井下施工的过程中，由于一些安全措施不完善，造成井下施工事故频频发生，悲剧不停上演。而在事故发生后，救援的最大问题是：确定工人是否还有生命迹象和工人的具体位置。国内外在这方面采取的探测方法，大都是采用大型的生命探测仪器，然为此要耗费大量的人力和物力，但收效甚微，给抢险救援造成了很多的困难，延误了最佳救援时间。鉴于此我们设计制作了该“基于物联网的井下施工人员生命信息判别装置”。 二、作品原理概述： “基于物联网的井下施工人员生命信息判别装置” 是针对于井下作业这一事故多发工作而设计制作，是以非接触方式获取井下施工人员生命信息的系统。它主要由若干井下工人佩戴的小型便携式辅机和井外监测主机组成。它集监测探测于一身，将主动求救与被动搜救有效结合，在物联网络的基础之上实现实时信息传递。 三、功能简介： 功能一：无事故井下人员生命信息实时监测； 功能二：井下人员遇险紧急求救报警； 功能三：井下人员状态异常自动求救报警； 功能四：事故后遇险人员生命信息判别确定； 功能五：结合考勤定位系统，实现井下人员总数确定和跟踪定位。 四、硬件简介： 在硬件设计方面我们着重从外观小型化、便携化方面考虑，高度集成了各部分硬件电路，以最小化电路实现了作品的功能，解决了操作携带方便的问题。各部分介绍如下： 1、生命信息采集： 人体体温是人体生命的重要体征之一，无论严冬酷暑，对正常人而言，体温总能维持在正常范围之内。而红外线传感器可用于无接触温度测量而不造成人体损伤。 2、物联网络构造： 物联网不仅仅提供了传感器连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制。由于2.4G频段没有使用授权限制我们选用nRF24L01高性能无线模块构建小型物联网络，进而实现信息的实时传输。 3、信息处理部分： 人体体温经信息采集模块处理后，已是很稳定的数字信号，所以对信息处理的要求并不是很高,我们对比之下，采用现在应用最为广泛，也较为经济通用的51系列单片机作为主机和辅机的处理器。做信息处理和实时控制。 4、电源部分： 井内辅机电源应携带方便，但由于其功率要求不高，所以我们选用易于携带的的锂电池作为其电源。井外主机因为可用资源较多，所以我们选用蓄电池和交流变压两种供电方式以适用于不同环境工作。 5、实时显示部分： 我们采用1602液晶屏作为实时显示之用。1602为工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。（16列2行），采用低电压供电。它的低功耗和显示特性能很好的显示井下人员信息。 五、软件设计简介 在软件设计方面我们按照信息检测智能化、实时化原则，对辅机和主机分别编程单独控制，有效提高了处理效率。 六、作品特色： 1、即时生命信息探测，随时访问随时获取； 2、具有人员遇险自动报警和紧急求救功能； 3、主动求救与被动搜救有效结合，降低事故率，提高救援率； 4、简便易用，操作方便，使用不需要专门培训； 5、集成度高，体积小，便于携带安装； 6、功耗低，对供电能源要求低； 7、构建物联网络，省去了连线的繁琐，排除了线路的安全隐患。 七、前景展望： 本装置利用物联网这一有效手段，将检测生命体征与事故救援有效结合，从而简单有效的判断事故后施工人员的生命状况，为救援人员提供及时有效的信息，以较低的成本大大降低事故发生率，提高救援效率，在未来物联网的世界里，这种经济有效的井下安全装置其推广前景是相当可观的。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计目的：以较低成本降低矿井事故发生率，提高事故后救援效率，有效解决矿难频发的问题。 基本思路：利用红外传感器，采集人体体温信息，通过无线物联网络进行人员生命信息的获取，再由外部主机实现生命信息的判别与人员的基本定位。 创新点：物联网、主动求救与被动搜救结合、实时生命信息监测、事故后人员生命信息判别等； 技术关键：生命体征检测、无线信息传输、物联网络构造； 技术指标：人体体温检测的准确度、物联网络的精确度、产品运行稳定度、主辅机的响应速度等。
科学性、先进性
- 井下施工作业，是比较危险的。本装置借助红外传感器和物联网络，实时的监测井下施工人员的生命信息，实现了井内与井外的信息互通，能有效地提高救援效率。 该装置与其他探测装置相比，该装置基于无线传输，建立物联网络，省去了大量连线带来的不便与安全隐患。且该装置不仅适于事故后的救援，在无事故时，井外人员也可以借助主机访问各个工作人员（辅机），了解井下各个工作人员的生命信息状况，避免事故发生，降低事故的发生率。另外，井下工作人员若发现险情，也可手动启动辅机，向井外人员发出紧急预警求救信号，这就可以大大降低事故的伤亡率和经济损失。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年3月在南阳理工学院第八届“挑战杯”大学生课外学术科技竞赛中获得一等奖；
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 样品、现场演示。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 特点优势： 1、即时生命信息探测，随时访问随时获取； 2、具有人员遇险自动报警和紧急求救功能； 3、在各种环境下都可以工作，适合井下的不利环境使用； 4、简便易用，便于携带，且使用不需要专门培训； 5、功耗低，对供电能源要求低； 推广前景： 该装置可在较低成本下使救援工作变得简单易行。在分秒必争的营救工作中, 可以帮助救援人员迅速判断遇险者生命信息，准确安全地发现仍然存活的遇险者, 从而为营救工作争取到宝贵的时间。在未来物联网的世界里，这种经济有效的井下安全装置其推广前景是相当可观的。
同类课题研究水平概述
- 目前世界上有多种险后搜救方法和仪器，有被动式的如：雷达生命探测仪、蛇眼生命探测仪等；也有主动式的如：音频生命探测仪、声波振动生命探测仪等，其中最先进的搜救仪器当属DKLLifeGuardTM生命探测器，此产品是由美国高科技公司结合世界上最尖端的生化、介电质、超低频传导及DNA技术研发而成,此型号为DKL公司目前设计最成熟的产品。它可以穿越钢板、水泥、复合材料、树丛等各种障碍物,侦测存活的人类,而不受其它动物的干扰.使侦测距离在开放空间可达500米,水面上达1公里以上，为抢险救援提供了巨大帮助。 这些先进的探测方式在一定程度上都提高了救援的效率，但它们的设计都是基于大众的灾后搜索，不能有效降低事故的发生率，及时的排除险情，使损失降到最低，且这些仪器都价格不菲。另外探测仪最大的缺点是无法确定遇险的是几个人。只能探测到生命的迹象存在。 我们的“基于物联网的井下施工人员生命信息判别装置”是针对于井下作业这一事故多发工作而设计制作，并且该装置利用“物联网”这一有利条件，实现井下施工人员个人与个人，个人与外界的实时信息联系。能及时的发现险情，排除险情。最重要的是该装置还可结合考勤定位系统，在事故发生后能迅速有效的获知井下遇险人员的具体人数及获取每个人的生命信息特征，为争分夺秒的抢险救援工作提供有效的信息与帮助。
