一种粮仓作业人员穿戴防护装置及人员安全报警系统

摘要

本发明涉及一种粮仓作业人员穿戴防护装置及人员安全报警系统，粮仓作业人员穿戴防护装置包括主控处理单元、躯干防护服、头盔和护颈气囊，头盔包括的头盔本体上铰接有用于遮挡所述呼吸观察口的保护面罩，头盔本体上还设置有面罩驱动机构，头盔本体上设置有头盔压力传感器，躯干防护服的前后侧具有脏器保护气囊，躯干防护服上设置有防护服压力传感器，粮仓作业人员穿戴防护装置还包括充气装置，头盔压力传感器、防护服压力传感器与主控处理单元采样连接，主控处理单元与面罩驱动机构、充气装置控制连接。本发明提供了一种可以避免陷入粮堆人员快速窒息的粮仓作业人员穿戴防护装置及使用该粮仓作业人员穿戴防护装置的人员安全报警系统。

说明书

技术领域

本发明涉及一种粮仓安全技术领域中的粮仓作业人员穿戴防护装置及人员安全报警系统。

背景技术

在粮库进出仓作业过程中，由于粮仓设施或粮堆在外力及重力作用下等因素，可能会出现超出粮堆自身极限强度而导致稳定失衡的粮堆坍塌问题，易造成人员滑入、跌落粮堆从而导致被粮堆掩埋引发人员伤亡，是粮库发生的主要安全事故之一，在人员被粮堆掩埋后，受粮堆压力作用而导致心肺功能障碍，以及人体面部被粮食淹没而导致窒息，是人员伤亡的主要原因。有学者研究结果显示，人一旦陷入粮堆，11秒就会被完全掩埋从而造成窒息伤亡，且致死率高。

现有技术中，预防粮堆埋人事故发生主要是通过设置稳固的安全绳的系留装置、进出仓作业人员系安全绳（带）、熟知粮食安全生产常识的人员从旁监护等手段和途径来确保作业人员的安全，但是这都无法从根本解决操作人员陷入粮堆后快速窒息的问题。另外考虑除了强化粮库安全生产教育和日常管理外，应通过有效技术手段实施检测作业人员生命体征状态，及时报警，通过快速将人员救出而确保人员安全。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以避免陷入粮堆人员快速窒息的粮仓作业人员穿戴防护装置；本发明的目的还在于提供一种使用该粮仓作业人员穿戴防护装置的人员安全报警系统。

为解决上述技术问题，本发明中粮仓作业人员穿戴防护装置的技术方案如下：

粮仓作业人员穿戴防护装置，包括主控处理单元、用于穿戴于作业人员上身的躯干防护服、用于戴于作业人员头部的头盔和用于套于作业人员颈部的护颈气囊，头盔包括前侧开设有呼吸观察口的头盔本体，头盔本体上铰接有用于遮挡所述呼吸观察口的保护面罩，头盔本体上还设置有与所述保护面罩传动连接的面罩驱动机构，头盔本体上设置有头盔压力传感器，躯干防护服的前后侧具有用于保护作业人员心肺脏器的脏器保护气囊，躯干防护服上设置有防护服压力传感器，粮仓作业人员穿戴防护装置还包括用于向护颈气囊、脏器保护气囊充气的充气装置，头盔压力传感器、防护服压力传感器与主控处理单元采样连接，主控处理单元与面罩驱动机构、充气装置控制连接。

头盔本体上还设置有语音通话模块。

躯干防护服上还设置有于所述主控处理单元采样连接的倾倒传感器，主控处理单元包括传感器采集模块、数据处理模块、蓝牙通信模块、通络通信模块、位置定位模块和报警输出模块。

躯干防护服上设置有防护服声光报警器。

粮仓作业人员穿戴防护装置还包括用于戴于作业人员手腕上的腕带式心率检测装置，腕带式心率检测装置通过蓝牙与所述主控处理单元传输信号。

本发明中人员安全报警系统的技术方案为：

人员安全报警系统，包括粮仓作业人员穿戴防护装置和设置于对应粮仓外的室外声光报警装置，粮仓作业人员穿戴防护装置包括主控处理单元、用于穿戴于作业人员上身的躯干防护服、用于戴于作业人员头部的头盔和用于套于作业人员颈部的护颈气囊，头盔包括前侧开设有呼吸观察口的头盔本体，头盔本体上铰接有用于遮挡所述呼吸观察口的保护面罩，头盔本体上还设置有与所述保护面罩传动连接的面罩驱动机构，头盔本体上设置有头盔压力传感器，躯干防护服的前后侧具有用于保护作业人员心肺脏器的脏器保护气囊，躯干防护服上设置有防护服压力传感器，粮仓作业人员穿戴防护装置还包括用于向护颈气囊、脏器保护气囊充气的充气装置，头盔压力传感器、防护服压力传感器与主控处理单元采样连接，主控处理单元与面罩驱动机构、充气装置控制连接。

还包括通信网络装置，通信网络装置包括敷设于粮仓外的有线网络单元和覆盖粮仓进出仓作业区域的无线网络单元。

室外声光报警装置通过后端处理软件子系统与主控处理单元相连。

头盔本体上还设置有语音通话模块。

躯干防护服上还设置有于所述主控处理单元采样连接的倾倒传感器，主控处理单元包括传感器采集模块、数据处理模块、蓝牙通信模块、通络通信模块、位置定位模块和报警输出模块，粮仓作业人员穿戴防护装置还包括用于戴于作业人员手腕上的腕带式心率检测装置，腕带式心率检测装置通过蓝牙与所述主控处理单元传输信号。

本发明的有益效果为：本发明在使用时，作业人员穿戴粮仓作业人员穿戴防护装置在粮仓内的作业区域进行工作，头盔戴于作业人员头部，护颈气囊套于作业人员颈部，躯干防护服穿戴于作业人员的上身，躯干防护服上的脏器保护气囊与作业人员身上的心肺脏器相对应，在正常作业时，护颈气囊和脏器保护气囊未充气，呼吸观察口敞开，方便作业人员工作，如不慎出现粮堆坍塌事故，作业人员陷入粮堆内部，防护服压力传感器感受到压力信号，压力信号传递给主控处理单元，主控处理单元控制向护颈气囊和脏器保护气囊充气，主控处理单元控制；头盔压力传感器感受到压力信号，主控处理单元控制保护面罩下翻而遮蔽呼吸观察口，避免粮堆造成鼻口窒息，脏器保护气囊则有效对心肺脏器进行保护，避免粮堆压力而导致心肺无法动作，护颈气囊保证空气可以顺利的到达肺部，从而延长作业人员的存活时间。

附图说明

图1是本发明中头盔的结构示意图；

图2是本发明中躯干防护服的结构示意图；

图3是图2的后视图；

图4是本发明中腕带式心率检测装置的结构示意图；

图5是本发明中人员安全报警系统的控制示意图。

具体实施方式

本发明中人员安全报警系统的实施例如图1~5所示：包括前端人员监测及保护子系统、室外声光报警装置、通讯网络装置和后端处理软件子系统。

前端人员监测及保护子系统包括粮仓作业人员穿戴防护装置，粮仓作业人员穿戴防护装置包括主控处理单元11、用于穿戴于作业人员上身的躯干防护服8、用于戴于作业人员头部的头盔14、用于套于作业人员颈部的护颈气囊6和用于戴于作业人员手腕上的腕带式心率检测装置12。

主控处理单元11以单片机为核心，包括传感器采集模块、数据处理模块、蓝牙通信模块、网络通信模块、位置定位模块和报警输出模块。

腕带式心率检测装置12用于生命体征检测，其包括显示屏13和心率检测传感器，显示屏显示心率数据和工作状态，主要检测和记录心率数据，通过蓝牙通信向主控处理单元发送佩戴人员的心率数据，内置充电锂电池，腕带式心率检测装置内有电源开关，开关设计为免误操作。

粮仓作业人员穿戴防护装置的头盔14包括头盔本体5，头盔本体5由复合材料制成，其包裹头部上侧、后侧和左右两侧，头盔本体5的前侧开设有呼吸观察口2，头盔本体的下侧连接有用于套设于作业人员颈部的护颈气囊6。头盔本体上铰接有用于遮挡呼吸观察口的保护面罩3，保护面罩3由硬质塑料制成，头盔本体上还设置有于保护面罩传动连接的面罩驱动机构，面罩驱动机构包括驱动电机，驱动电机的电机轴与保护面罩传动连接，保护面罩3旋转放下后可以遮挡呼吸观察口2，保护面罩与让作业人员的面部之间形成隔离保护空间。头盔本体上还设置有语音通话模块1，可以通过模块与处理软件进行音频通话，语音通话模块与主控处理单元通过有线方式实现信号和供电连接。头盔本体上设置有头盔压力传感器6。

本实施例中，躯干防护服为无袖马甲结构，躯干防护服8的前后两侧具有与作业人员心脏、肺部位置对应的脏器保护气囊7，躯干防护服上设置有防护服压力传感器10，粮仓作业人员穿戴防护装置还包括用于向护颈气囊、脏器保护气囊充气的充气装置，在本实施例中，充气装置包括与护颈气囊灯对应的第一充气装置和与脏器保护气囊对应的第二充气装置，头盔压力传感器6、防护服压力传感器10与主控处理单元11采样连接，主控处理单元11与面罩驱动机构、充气装置控制连接。躯干防护服上设置有防护服声光报警器，防护服声光报警器包括声光警号和反光条9，躯干防护服上设置有向用电器件供电的充电式锂电池，充电式锂电池被保护装置保护。主控处理单元11安装于躯干防护服的背侧。

传感器采集模块用于采集前端子系统各传感器数据；数据处理模块接收传感器采集模块采集的数据，上传给后端处理软件子系统，并根据预设的阈值判断是否进行报警输出；蓝牙通信模块负责与腕带式生命体征监测装置进行数据通信，网络通信模块与通讯网络装置进行数据通信，以便向后端处理软件子系统传输前端数据；位置定位模块采用基于WIFI的人员定位方法，主要定位人员所在仓房，保证在定位精度不精确的前提下能够在作业仓房内通过防护服声光报警器快速找到受困的作业人员。

主控处理单元上连接有状态指示灯，用于指示前端人员监测及保护子系统工作状态和电池电量，指示灯突出躯干防护服，便于穿戴人员识别整个前端人员监测及保护子系统状态，如发现故障，及时处理。主控处理单元安装有电源启动开关，电源启动开关为隐藏式，避免误操作关闭系统。

室外声光报警装置安装在每个粮仓的粮仓侧壁上，室外声光报警装置包括手动开启和停止警号鸣叫闪光的报警控制开关，可通过手动方式气动报警和关闭报警，整个室外声光报警装置无电源开关，上电即刻进入工作状态。当接收到报警信号后，可进行高分贝鸣叫和闪光报警，室外声光报警装置通过通讯网络装置接入后端处理软件子系统，用于接收报警输出指令。

通讯网络装置包括有线网络单元和无线网络单元，有线网络单元由光纤和双绞线组成，由粮库中心机房敷设至粮仓外机柜或控制柜，再引出至粮仓转为无线网络，无线信号覆盖整个仓房，以便前端人监测及保护子系统通过无线与后端处理软件子系统通讯，并进行粗定位。

后端处理软件子系统负责管理整个库区各个仓房的前端人员监测及保护子系统信息，检测前端系统运行状态和回传数据，实时进行数据记录存档。当发生紧急报警情况时，接收到前端报警信号后，及时响应处理，通过系统窗口报警、短信报警、电话呼叫，并驱动指令对应粮仓外声光报警装置鸣叫闪光等形式进行报警。

具体的工作过程为：

（1）后端处理软件子系统

后端处理软件子系统启动后，检测网络连通性，确定与各个粮仓仓外网络节点连通正常，与仓内各个无线节点连接正常。检测短信发送设备和电话呼叫设备状态，确保正常。检测仓外声光报警装置连接状态正常。

其次，处理软件进入轮询监听状态，监听正常开机的前端人员监测及保护子系统，监测前端系统运行状态和回传数据，并定位前端系统所在粮仓仓房位置信息，进行数据日志记录。

然后，当轮询监听到紧急报警时，系统启动处理程序，记录报警仓房信息和前端系统运行状态以及回传数据，向对应仓房外的声光报警装置输出报警指令，同时向系统预设应急联系人发送手机短信，呼叫预设应急电话，系统软件界面弹出紧急报警信息。期间可通过音频通话与前端子系统通话。

进一步，完成施救或排除险情后，手动操作系统停止报警程序，向警号输出停止报警指令，输入警情处理结果等信息，存档备查。

最后，系统再次进入轮询监听状态。

（2）前端人员监测及保护子系统

前端人员监测及保护子系统启动前，首先进行外观检查，检查各装置完整性，信号线连接可靠。

外观检查完毕后，首先开启主控处理单元整体电源启动开关，检查电池电量是否符合要求，检查状态指示灯状态。

启动腕带式心率检测装置，开启开关，检查电量是否符合要求，确认蓝牙通信正常，检查显示屏输出信息正常。

检查躯干防护服，确认各组成部件完好。

检查头头盔及通话装置，测试语音通话模块工作正常，与处理软件端进行音频通话测试。

按要求穿戴装置各组成部件，穿戴后再一次检查各状态指示灯及通讯信号，确保功能正常。

人员进入粮仓区域作业，主控处理单元进入轮询监测工作状态，传感器采集模块实时采集压力传感器数据。

当发生粮堆坍塌事故造成粮堆埋人事故时，头盔和躯干防护服表面压力传感器立刻感受到粮堆压力，传感器采集模块实时采集压力传感器数据，触发超阈值条件，主控处理单元启动内置处置程序。当倾倒传感器感知到人员跌倒事故时，采取同样处理流程。

主控处理单元向头盔发出旋下保护面罩指令，保护面罩迅速旋下，保护面部口鼻不受粮堆掩埋；向头盔的第一充气装置发出充气指令，护颈气囊瞬间启动充气，保护脖颈部；向第二充气装置发出指令，脏器保护气囊瞬间启动充气，保护躯干胸腔脏器；向防护服声光报警器发出鸣叫闪光指令，向现场其他人员报警；向后端处理软件子系统发出紧急报警信号。粮仓作业人员穿戴防护装置目的在于延长受困人员的生命时间，救援人员通过室外声光报警装置迅速确定事故发生于哪个粮仓，然后根据防护服声光报警器迅速找到对应粮仓的受困人员地点，为了救援缩短时间。在本发明中，第一充气装置与第二充气装置分开独立设置，这是因为，并非每一次的陷入事故，都会埋没操作人员的头部，如果粮堆未埋没操作人员的头部，则只有防护服压力传感器感受到粮堆压力，只有第二充气装置动作，保护操作人员的心肺器官，第一充气装置和保护面罩不动作，避免给操作人员带来过度不适；躯干防护服不采用整体双侧气囊结构，而只是在对应的脏器部位使用气囊结构，这样可以减小充气空间，使得充气装置更加快速的将气囊充满，为生命赢得时间。

如未发生紧急事件或正常完成作业后需要结束前端人员监测及保护子系统使用，则手动关闭各组成部件开关，送入保管地点进行充电或保管。

（3）室外声光报警装置

室外声光报警装置安装在每个粮仓仓外侧壁醒目位置，可靠近网络控制柜。装置供电应为可靠回路。上电后装置进入工作状态，接收到后端处理软件子系统指令后立刻进行高分贝鸣叫和闪光报警。

当现场人员发现粮堆事故，也可以通过室外声光报警装置上手动启动报警开关强制启动高分贝鸣叫和闪光报警。

施救工作结束后，可手动关闭高分贝鸣叫和闪光报警，或由后端处理软件子系统发指令关闭装置报警鸣叫。

在本发明的其它实施例中：护颈气囊还可以连接于躯干防护服上，当然护颈气囊也可以独立于躯干防护服和头盔而单独设置；护颈气囊可以是完整的环形也可以是具有一个缺口的C形，C形的护颈气囊可以沿径向套设于作业人员的颈部，更加方便穿戴；护颈气囊与脏器保护气囊还可以共用一个充气装置；躯干防护服也可以整体采用双层结构，此时整个躯干防护服就相当于一个脏器保护气囊，在充气后为作业人员的前侧躯干和后侧躯干形成全面保护；头盔本体还可以由玻璃钢材质或塑料材质制成；保护面罩还可以由透明复合材料制成。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。