基于單片機(jī)的高空作業(yè)防墜落安全輔助設(shè)備的設(shè)計

院冬珠 郭磊 王宏

摘 要：該防墜空安全帶以STC12C5A60SA單片機(jī)為核心，采用zigbee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行無線連接，具有抗干擾能力強(qiáng)、自身低復(fù)雜度、低能耗、低價格等特點。該產(chǎn)品的STC12C5A60SA單片機(jī)完成數(shù)據(jù)采集、處理，并通過Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳輸?shù)街骺厥?，并報警。主控室根?jù)報警信號可以迅速找到被困人員，節(jié)約了搜救時間。

關(guān)鍵詞：STC12C5A60SA單片機(jī)；Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

1 引言

該產(chǎn)品通過重力加速度傳感器對人的運(yùn)動狀態(tài)實時采集并分析，當(dāng)檢測到人為自由落體狀態(tài)時，驅(qū)動電磁裝置，控制多條保護(hù)繩發(fā)散彈出，在建筑工地等復(fù)雜的場合，保護(hù)繩極易掛在施工架上，可有效避免墜空事故發(fā)生。

2 研究內(nèi)容及工作原理

研究的主要內(nèi)容包括以下幾個方面（1）采用定制的特殊彈簧作為動力，通過單片機(jī)控制系統(tǒng)釋放出安全繩與磁性鉤子。（2）通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將單片機(jī)發(fā)出的信號傳送到主控室，然后工作人員根據(jù)報警信號找到被困人員。（3）傳感器方面使用了重力加速度傳感器，實時反映人的運(yùn)動狀態(tài)，響應(yīng)速度快，實用性強(qiáng)，可靠性高。在安全帶控制器方面本系統(tǒng)以STC12C5A60S2 單片機(jī)為核心，采用精密型六軸傳感器MPU6050，RF24L01檢測到墜落狀態(tài)后啟動彈射裝置彈出保護(hù)繩。在特殊電源模塊方面采用具有太陽能電池最大功率點跟蹤功能的 5A多類型電池充電管理集成電路CN3722 的充電。在恒壓充電模式，輸出很小的功率，也能對電池充電。在智能反應(yīng)控制系統(tǒng)方面，在眾多的51系列單片機(jī)中，要算國內(nèi)STC 公司的1T增強(qiáng)系列更具有競爭力，這種單片機(jī)對開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。寫入單片機(jī)內(nèi)的程序還可以進(jìn)行加密，這又很好地保護(hù)了你的勞動成果。當(dāng)工人墜落時，墜落時間超過0.5秒時，系統(tǒng)將自動判斷并彈出安全繩以勾住腳手架實現(xiàn)救生功能。在多軸加速度計模塊上采用重力傳感器是根據(jù)壓電效應(yīng)的原理來工作的。由于加速度產(chǎn)生某個介質(zhì)產(chǎn)生變形，通過測量其變形量并用相關(guān)電路轉(zhuǎn)化成電壓輸出。

3救生繩彈出與組網(wǎng)互救部分

系統(tǒng)采用STC12C5A60S2為主控制器，通過重力加速度傳感器檢測到人為自由落體狀態(tài)時，驅(qū)動電磁裝置彈出保護(hù)繩，在建筑工地等復(fù)雜的場合，保護(hù)繩極易掛在施工架上，可效避免墜空事故發(fā)生。當(dāng)裝置響應(yīng)后通過無線傳輸NRF24L01傳輸?shù)街骺厥?，啟動報警，主控室根?jù)安全帶編號找到被困人員。

（1）救生繩彈出

采用定制的特殊彈簧作為動力，通過單片機(jī)控制系統(tǒng)釋放出安全繩與磁性鉤子。

（2）組網(wǎng)互救

Zigbee是部署無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的新技術(shù)。它是一種短距離、低速率無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是一種介于無線標(biāo)記技術(shù)和BlueTooth之間的技術(shù)提案。Zigbee一詞源自蜜蜂群在發(fā)現(xiàn)花粉位置時，通過跳ZigZag形舞蹈來告知同伴，達(dá)到交換信息的目的。借此稱呼一種專注于低功耗、低成本、低復(fù)雜度、低速率的近程無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。

該系統(tǒng)通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將單片機(jī)發(fā)出的信號傳送到主控室，然后工作人員根據(jù)報警信號找到被困人員。

（3）監(jiān)控控制器

當(dāng)裝置響應(yīng)后通過無線傳輸NRF24L01傳輸?shù)街骺厥?，啟動報警，主控室根?jù)安全帶編號找到被困人員，可有效的減少搜救時間。

4系統(tǒng)設(shè)計

4.1系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)以STC12C5A60S2 單片機(jī)為核心，采用精密型三軸傳感器629A61，將信息傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中，在通信方面采用Zigbee技術(shù)，Zigbee是低功耗、低成本、低復(fù)雜度、低速率的近程無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。方便組網(wǎng)，空曠地帶通信距離可達(dá)200m。單片機(jī)通過采集信息后將數(shù)據(jù)傳送到主控室，然后工作人員根據(jù)信息找到被困人員，減少了搜救時間，硬件總體框圖如圖1所示：

4.2系統(tǒng)軟件設(shè)計

主函數(shù)開始先進(jìn)行各模塊初始化，之后通過加速度檢測，判斷墜落時間是否超過0.5S，如果超過0.5S則彈出救生繩同時通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳送給主控室；同時向附近工友發(fā)出求救信號，然后主控室根據(jù)報警信號搜救被困人員。

5實驗結(jié)果

如下圖為我們所制作的實物圖，5個磁性鉤子均衡分布，當(dāng)檢測到人為自由落體狀態(tài)時，單片機(jī)驅(qū)動彈射裝置，控制多條保護(hù)繩發(fā)散出，可以從各個方向勾住腳手架。

參考文獻(xiàn)：

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