本發明涉及多傳感器融合監控領域，具體地講，涉及一種安全帽安全監控系統。

背景技術：

在有安全隱患的場所，為了安全防護，要求在場人員都需要佩戴安全帽。現有的安全帽的研究主要分為兩類：一類是通過材料和外型設計，完善安全帽的防護特性；另一類通過借助攝像頭、藍牙等電子產品的輔助，提供對生產現場的監管、控制以及危險狀況下的通信。這兩類研究在本質上提供了安全帽的安全防護作用，但是卻忽略了安全帽使用不當造成的人員傷亡問題。通過大量事故的統計得到，事故發生的直接原因88％是由于人的不安全行為導致。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種安全帽安全監控系統，用于檢測和監控安全帽是否正確佩戴。

本發明采用如下技術方案實現發明目的：

一種安全帽安全監控系統，包括嵌入式信息融合處理單元，其特征是：所述嵌入式信息融合處理單元分別連接生物感知單元、彈性位移單元、三維姿態單元和主動報警單元。

作為對本技術方案的進一步限定，所述嵌入式信息融合處理單元還連接射頻鑒權單元。

作為對本技術方案的進一步限定，所述嵌入式信息融合處理單元還連接移動互聯單元。

作為對本技術方案的進一步限定，所述生物感知單元包括1個熱釋電紅外傳感器和2個紅外測距傳感器，所述熱釋電傳感器位于帽頂內部前側，2個所述紅外測距傳感器位于帽檐兩側。

作為對本技術方案的進一步限定，所述彈性位移單元包括1個薄膜壓力傳感器和3個高精度電阻式應變片，所述薄膜壓力傳感器位于帽子的下顎帶處，3個所述高精度電阻式應變片分布再安全帽冒箍處。

作為對本技術方案的進一步限定，所述三維姿態單元包括三軸傳感器，所述三軸傳感器位于安全帽帽內頂部。

作為對本技術方案的進一步限定，所述嵌入式信息融合處理單元包括數據接口模塊、信息解析模塊、信息計算模塊、語音模塊和存儲模塊。

作為對本技術方案的進一步限定，所述嵌入式信息融合處理單元采用控制處理芯片MSP430,所述嵌入式信息融合處理單元的引腳5連接所述主動報警單元,所述嵌入式信息融合處理單元的引腳13、引腳14和引腳15連接所述生物感知單元,所述嵌入式信息融合處理單元的引腳13連接三極管Q1的集電極，所述三極管Q1的集電極還通過電阻R5連接電源，所述三極管Q1的發射極接地，所述三極管Q1的基極通過電阻R3連接其中一個所述紅外測距傳感器，所述嵌入式信息融合處理單元的引腳14連接三極管Q2的集電極，所述三極管Q2的集電極還通過電阻R7連接電源，所述三極管Q2的發射極接地，所述三極管Q2的基極通過電阻R6連接另一個所述紅外測距傳感器，所述嵌入式信息融合處理單元的引腳15連接所述熱釋電紅外傳感器；所述嵌入式信息融合處理單元的引腳33、引腳34、引腳35和與引腳44分別連接所述薄膜壓力傳感器和3個所述高精度電阻式應變片，所述嵌入式信息融合處理單元的引腳36、引腳37和引腳38連接所述射頻鑒權單元，所述嵌入式信息融合處理單元的引腳39、引腳40、引腳41、引腳42和引腳43分別連接所述三軸傳感器的引腳6、引腳7、引腳12、引腳23和引腳24，所述嵌入式信息融合處理單元的引腳58、引腳59和引腳60連接所述移動互聯單元。

作為對本技術方案的進一步限定，所述三軸傳感器采用MPU6050三軸傳感器。

現有技術相比，本發明的優點和積極效果是：本發明采用多傳感器融合技術，獲得生物感知、壓力、位移、三維加速度等信息，通過嵌入式信息融合處理單元進行信息接收、分析、計算、處理，迅速判定員工佩戴安全帽的行為是否正確。本發明具有報警設備，實現遠程自動和手動報警功能，應對突發事件有巨大作用。本發明規范人員使用安全帽的行為，降低了由于佩戴不當引發的安全事故，在安全領域有廣闊的市場前景。

附圖說明

圖1為本發明優選實施例安全帽的頂層結構示意圖；

圖2為本發明優選實施例安全帽的帽檐結構示意圖；

圖3為本發明優選實施例安全帽的下頜帶結構示意圖；

圖4為本發明優選實施例安全帽各個模塊間的連接框圖；

圖5為本發明的方法流程圖。

圖6為射頻鑒權單元電路圖。

圖7(1)(2)(3)為生物感知單元電路圖。

圖8(1)(2)(3)(4)為彈性位移單元電路圖。

圖9三維姿態單元電路圖。

圖10主動報警單元電路圖。

圖11移動互聯單元電路圖。

圖12嵌入式信息融合處理單元電路圖。

其中，101、射頻鑒權單元，102、生物感知單元，103、彈性位移單元，104三維姿態單元，105、主動報警單元，106、移動互聯單元，107、嵌入式信息融合處理單元；對嵌入式信息融合單元，其內部又可分為：201、數據接口模塊，202、信息解析模塊，203、信息計算模塊，204、存儲模塊，205、語音模塊。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明的一個具體實施方式進行詳細描述，但應當理解本發明的保護范圍并不受具體實施方式的限制。

如圖1-圖12所示，本發明包括嵌入式信息融合處理單元107，所述嵌入式信息融合處理單元分別連接生物感知單元102、彈性位移單元103、三維姿態單元104和主動報警單元105。

所述嵌入式信息融合處理單元107還連接射頻鑒權單元101。

所述嵌入式信息融合處理單元107還連接移動互聯單元106。

所述嵌入式信息融合處理單元107包括數據接口模塊、信息解析模塊、信息計算模塊、語音模塊和存儲模塊。

所述射頻鑒權單元101由RFID芯片MF RC522及附屬電路構成，用于佩戴人員的身份鑒權，在獲取基本信息的同時，并根據系統狀態信息和時間信息判定，啟動整個裝置進入工作狀態或者待機狀態。

所述生物感知單元102由1個熱釋電紅外傳感器RE200B和2個紅外測距傳感器RPR-359及其附屬電路構成，其中置于帽頂內部前側的熱釋電紅外傳感器用于判定是否存在佩戴者，置于帽檐兩側的2個紅外測距傳感器測量安全帽到佩戴者雙耳的距離。

所述彈性位移單元103分別由1個薄膜壓力傳感器和3個BF350高精度電阻式應變片及附屬電路構成，其中薄膜壓力傳感器置于下顎帶處，檢測下顎帶處壓力，BF350高精度電阻式應變片置于安全帽帽箍處，測量安全帽佩戴者的頭部壓力信息。所述的三維姿態單元104由MPU6050三軸傳感器及其附屬電路構成，置于安全帽帽內頂部，完成對安全帽動態角速度和加速度信息的測量，并獲取實時數據。

所述主動報警單元105由按鍵及接口電路組成，位于安全帽的帽舌上方，用于緊急情況下佩戴者主動發起的報警功能，為防止誤觸發，結構上采用反扣按鍵。

所述移動互聯單元106由GPRS模塊SIM900及其附屬電路構成，位于安全帽帽舌上方，用于信息交互傳遞，包括傳送鑒權考勤信息、安全帽是否正確佩戴信息給監控中心，同時可將主動報警模塊觸發的定制信息傳遞給上層監控中心。

所述的嵌入式信息融合單元107由控制處理芯片MSP430以及相應的電路構成，位于安全帽帽舌上方，其中數據接口模塊用于獲取實時傳感器信息；信息解析模塊完成對實時感知數據的采樣結構分析；信息計算模塊對解析后的信息按照算法規則進行計算分析，從而判定是否正確佩戴安全帽；語音模塊對沒有正確佩戴的人員進行語音提示，并根據系統配置可選擇性上報信息；存儲模塊記錄佩戴者的基本信息、定時傳感器信息以及操作信息。

所述嵌入式信息融合處理單元107采用控制處理芯片MSP430,所述嵌入式信息融合處理單元的引腳5連接所述主動報警單元105,所述嵌入式信息融合處理單元107的引腳13、引腳14和引腳15連接所述生物感知單元102,所述嵌入式信息融合處理單元107的引腳13連接三極管Q1的集電極，所述三極管Q1的集電極還通過電阻R5連接電源，所述三極管Q1的發射極接地，所述三極管Q1的基極通過電阻R3連接其中一個所述紅外測距傳感器，所述嵌入式信息融合處理單元的引腳14連接三極管Q2的集電極，所述三極管Q2的集電極還通過電阻R7連接電源，所述三極管Q2的發射極接地，所述三極管Q2的基極通過電阻R6連接另一個所述紅外測距傳感器，所述嵌入式信息融合處理單元107的引腳15連接所述熱釋電紅外傳感器；所述嵌入式信息融合處理單元107的引腳33、引腳34、引腳35和與引腳44分別連接所述薄膜壓力傳感器和3個所述高精度電阻式應變片，所述嵌入式信息融合處理單元107的引腳36、引腳37和引腳38連接所述射頻鑒權單元101，所述嵌入式信息融合處理單元107的引腳39、引腳40、引腳41、引腳42和引腳43分別連接所述三軸傳感器的引腳6、引腳7、引腳12、引腳23和引腳24，所述嵌入式信息融合處理單元107的引腳58、引腳59和引腳60連接所述移動互聯單元106。

判定安全帽是否正確佩戴的方法如圖5所示，包括以下步驟：

步驟1：射頻鑒權單元101獨立工作，啟動后主動采集使用者信息，根據鑒權ID進行鑒權操作，如鑒權通過，則根據系統信息、刷卡次數和時間數據進行系統狀態判斷，如判斷為上班狀態，則開啟整個裝置，通知移動互聯單元106并進入工作狀態，否則裝置處于待機狀態；如在判斷為下班狀態，則記錄工作時間，完成數據存儲備份，并發送給移動互聯單元106，然后整個裝置進入待機狀態。

步驟2：數據接口模塊在裝置進入工作狀態后，開始實時采集各接口傳感器信息，具體地，先判斷是否接收到了生物感知單元102的信息，并進一步判斷信息內容，如檢測到使用者已經佩戴安全帽，則開始定時采樣生物感知單元102中的紅外測距信息，彈性位移單元103中的壓力傳感器信息以及三維姿態單元104的角速度和加速度信息。

步驟3：信息解析模塊對傳遞來的各種不同類型的接口信息進行解析處理，歸一轉換成為統一格式的判別變量，并針對不同模塊的在固定時間內，統計多次測量的結果并取其平均值，并將結果傳遞給信息計算模塊。

步驟4：信息計算模塊收到歸一化判別變量后，進行多維感知算法計算：a)首先兩個紅外測距傳感器對安全帽進行多次測試，利用公式，和其中x_i為每次的測量值，d_i為測量值與平均值的偏差n為觀測次數，每個紅外測距傳感器的測量次數為n/2次，計算平均值和平均誤差，可以得到兩個紅外測傳感器的測距平均值和平均誤差δ_r；彈性位移模塊中的兩類壓力傳感器平均值和平均誤差δ_b1、δ_b2，兩類壓力傳感器平均值平均值和平均誤差的計算公式與紅外測距傳感器的計算公式雷同，根據兩類壓力傳感器的不同加權值根據公式和計算出彈性位移模塊的平均值和平均誤差δ_b；三維姿態模塊的X、Y、Z三個方向角速度的平均值和平均誤差δ_ωx、δ_ωy、δ_ωz，同時根據X、Y、Z三個方向不同的加權值根據公式：和可最終得到三維姿態模塊的平均值和平均誤差δ_ω；b)各個模塊通過測量值計算出平均誤差，根據平均誤差是否在各個模塊事先確定的誤差范圍中來判定安全帽是否正確佩戴，如果在誤差范圍內，則認為正確，進入c)步進行下一步的計算，否則認為沒有正確佩戴安全帽，c)當上述計算得到各個模塊的平均誤差都在各自的誤差范圍內時，根據紅外測距模塊的權重值彈性位移模塊的權重值和三維姿態模塊權重值從而計算出最終判斷安全帽的狀態平均值和平均誤差通過整體分析計算安全帽的整體狀態平均值和整體平均誤差，判定安全帽是否正確佩戴，如果整體平均誤差超出事先設定的整體平均誤差，則同樣判定沒有正確佩戴安全帽。

步驟5：一旦判斷安全帽沒有正確佩戴，安全帽中的語音模塊就會發出聲光動作，提示佩戴人員要修正安全帽佩戴動作；同時嵌入式信息融合單元107將記錄信息，在超過報警閾值后進而將信息給移動互聯單元106，移動互聯單元106再傳遞報警信息給遠程控制中心。

步驟6：主動報警單元105獨立工作，在緊急狀況下或者佩戴者判斷為需要上報告警的其他場合，由佩戴者主動觸發，嵌入式信息融合單元107觸發定制信息上送，此優先級設置為最高。

上述部分為本發明的較佳實施例，并非用來限定本發明的實施范圍。凡是依據本發明內容所做的等效變化與修飾，都應屬于本發明的內容。