РАДИОМОДУЛЬ ДЛЯ КАСКИ

Полезная модель относится к области промышленной безопасности, а именно устройствам контроля времени и зоны работы пользователя (работника) и предупреждения пользователя об опасности и/или входа в зону повышенной опасности.
Известны различные технические решения в области промышленной безопасности.
Известен шлем с электронной защитой (патент РФ №2438539, опубл. 10.01.2012), который содержит корпус, имеющий жесткую наружную оболочку, жесткую внутреннюю оболочку, прикрепленную к наружной оболочке с образованием между ними полости, и поглощающую удары структуру, расположенную между внутренней оболочкой и головой пользователя при надетом шлеме, и интегрированную электронную систему, которая содержит микрофон и громкоговоритель и расположенные в указанной полости подсистемы: цифровых изображений; аудио информации; глобального позиционирования; мобильной связи; головного фонаря, ориентированного на обеспечение излучения света в пространстве перед пользователем; аккумулятора, обеспечивающего энергоснабжение.
Также из уровня техники известна защитная каска с устройством автоматического контроля эксплуатации, которая и взята за прототип, (патент на ПМ №183600 U1), защитная каска с устройством автоматического контроля эксплуатации объединяет каску и голову пользователя в единое конструктивное и информационное пространство с целью контроля эксплуатации каски в соответствие с установленными нормами и правилами в течение рабочего времени. Контроль осуществляется посредством использования двух групп электронных датчиков и устройства автоматического контроля эксплуатации. Первая группа датчиков - оптоэлектронные датчики. В качестве второй группы датчиков используется акселерометр, обеспечивающий идентификацию двигательной активности человека в процессе эксплуатации каски. Кроме того, устройство автоматического контроля включает плату контроллера, процессор, установленный на плате контроллера, и совокупность устройств, обеспечивающих: оценку, запоминание и хранение информации о моментах изменения состояния системы «голова человека - защитная каска»; формирование сигнализации при нарушении правил эксплуатации защитной каски; передачу запомненной за период эксплуатации каски информации по каналу беспроводной связи на внешние устройства с целью предоставления администрирующим органам. Реализуемый устройством автоматический контроль эксплуатации защитной каски мотивирует пользователя к соблюдению правил техники безопасности.
Недостатками прототипа является отсутствие определения наличия пользователя в той или иной зоне проведения работ, ограниченное число полученных объективных данных о пользователе (работника), по которым возможно сделать какие либо выводы и отправить сигналы оповещения, отсутствие тревожной кнопки, отсутствие контроля ношения средств индивидуальной защиты и т.д.
Задачей предлагаемого решения является создание радиомодуля, обеспечивающего повышение безопасности пользователя (работника) с одновременным исключением вышеуказанных недостатков прототипа.
Технический результат заключается в повышении безопасности пользователя (работника) при проведении работ или входа в ту или иную область повышенной опасности.
Достигается данный результат за счет того, что радиомодуль для каски содержит встроенные датчики акселерометр, гироскоп, компас и барометр, а также световой и звуковой извещатели, вибромотор, тревожную кнопку, при этом все элементы радиомодуля подключены к контроллеру и к элементу питания, причем радиомодуль выполнен в виде корпуса с возможностью крепления на защитную каску. Также радиомодуль выполнен с возможностью определения своего местоположения и с возможностью сбора данных с носимых устройств/датчиков и встроенных датчиков, а также передачи/приема сигналов на(с) маяк(а) и передачи полученных данных на удаленный сервер, также модуль выполнен с возможностью получения сигналов оповещения и контроля ношения средств индивидуальной защиты (СИЗ), причем при удалении от привязанных СИЗ модуль выполнен с возможностью подачи заранее выбранного светового, и/или звукового, и/или вибрационного сигнала оповещения и отправления соответствующего сигнала на сервер.
Радиомодуль определяет свое местоположение с помощью установленного в корпусе радиомодуля приемника GNSS сигналов, который подключен к контроллеру и к элементу питания. Радиомодуль осуществляет передачу/прием сигналов с маяков (BLE-биконов) с помощью BLE-радиоинтерфейса, имеющегося в радиомодуле, при этом контроль ношения СИЗ также выполняется с помощью BLE-радиоинтерфейса при предварительной привязке СИЗ к радиомодулю, также возможна передача данных на сервер и получения оповещений через приложение, подключенного к радиомодулю при помощи BLE-радиоинтерфейса мобильного устройства. Радиомодуль осуществляет передачу/прием сигналов с маяков (анкеров-UWB) с помощью UWB-радиоинтерфейса, имеющегося в радиомодуле. Кроме этого, радиомодуль осуществляет передачу данных на удаленный сервер, а также информацию об уровне заряда аккумуляторной батареи, факта наличия/отсутствия движения от акселерометра, ориентации в пространстве и данные от подключенных датчиков по BLE-радиоинтерфейсу посредством радиоинтерфейса LoRaWAN, имеющегося в радиомодуле. Световой извещатель радиомодуля выполнен из светодиода, расположенного на корпусе модуля таким образом, что при расположении на каске модуля светодиод находится в области периферического зрения пользователя.
Радиомодуль представляет собой автономное радиочастотное устройство небольшого размера и веса, оснащенное либо встроенным в корпус элементом крепления к каске либо переходником с креплением на защитную каску. Корпус радиомодуля может иметь полупрозрачную кнопку с индикатором. Конструкция корпуса и переходника позволяет использовать радиомодуль одновременно с другими аксессуарами на защитные каски, например, пассивные и активные гарнитуры, защитные экраны и визоры, а также подключать дополнительные СИЗ, а именно обувь, перчатки, смарт браслеты с пульсометром, страховочный пояс, нательная биометрия, мобильный терминал ТОиР (технического обслуживания и ремонта), портативный газоанализатор и т.д. На средстве индивидуальной защиты (СИЗ) закрепляется микро-бикон BLE и модуль при удалении от привязанных СИЗ детектирует ситуацию «удаление от СИЗ», подается сигнал на модуле и на сервер системы отправляется соответствующее оповещение. Перечень требуемых к ношению СИЗ может формироваться под задание/зону. Данные сигналы обеспечивают безопасность персонала и напоминают им об использовании СИЗ в той или иной зоне/задании, также обеспечивается удаленный контроль за работником.
Краткое описание чертежа.
фиг.1 – общий вид каски (1) с закрепленным сбоку радиомодулем (2), а также с противошумными наушниками (3) и с защитным экраном (4).
Работает радиомодуль следующим образом.
Работа радиомодуля (2) в режиме UWB определяется внутренним программным обеспечением, а также командами маяков (анкеров - UWB). Находясь за пределами рабочей зоны какого-либо анкера, радиомодуль осуществляет активный поиск связи – направляет в эфир широковещательные запросы и сообщает о времени своей готовности к получению команд. Каждый такой запрос несет информацию о состоянии метки, в частности об уровне заряда аккумулятора. Попав в рабочую зону анкера, радиомодуль периодически получает от считывателя команду на выполнение измерений. После получения такой команды радиомодуль обменивается со считывателем короткими сообщениями. В ходе обмена считыватель определяет время распространения радиосигнала от метки до считывателя и в обратном направлении, и на основании этих измерений рассчитывает расстояние от метки до считывателя (метод Time of Flight – ToF).
Находясь в рабочей зоне нескольких анкеров, радиомодуль получает команды от каждого анкера и проводит сеансы измерения расстояния с каждым из них. Для определения 2D позиции радиомодуль должен находиться в рабочей зоне минимум 3х анкеров, для 3D - минимум 4х. Посредством применения локализации посредством данной технологии повышается безопасность пользователя.
При отсутствии в зоне видимости анкеров и наличии видимости спутников сигналов (одной из глобальных систем позиционирования GPS, Glonass или BeiDou), радиомодуль переходит в режим позиционирования по GNSS и передачи данных по LoRaWAN на сервер. Информация о позиции периодически передается на сервер через сеть LoRaWAN. Также по сети LoRaWAN передается информации об уровне заряда аккумуляторной батареи (элемента питания), факта наличия/отсутствия движения, ориентации в пространстве и данные от подключенных датчиков по Bluetooth, при их наличии.
Посредством BLE радиоинтерфейса радиомодуль периодически может прослушивать эфир и принимать сигнал с расположенных поблизости BLE биконов. Информацию об идентификаторах биконов и мощности их сигнала радиомодуль периодически передает на сервер через сеть LoRaWAN. На сервере происходит решение задачи позиционирования и, таким образом, осуществляется локализация радиомодуля. В случае срабатывания событий входа в опасную зону, фиксации нетипичного поведения по данным встроенного акселерометра (удар, падение, длительная неподвижность) либо нажатию тревожной кнопки информация передается на сервер без ожидания своей очереди. Благодаря чему обеспечивается повышение безопасности пользователя.
Радиомодуль обладает следующими техническими характеристиками и функциональными возможностями:
UWB-радиоинтерфейс: передача данных на расстояние до 200 метров. Частота передачи данных до 14 раз в секунду. Определение местоположения с точностью до 30 см. В связи с повышенной точностью определения местоположения модуля возможно подключить функцию предупреждения наездов и столкновений, например при условии выхода на проезжую часть или дорогу на производстве или на территории производства (зоны работы) или при получении сигналов местоположения с подобных устройств установленных на транспортных средствах и сравнении полученных сигналов с транспортных средств и с модуля, закрепленного на каске, и в случае нахождения данных устройств менее заданного минимального значения расстояния, выдавать предупреждающий сигнал на модуле посредством заранее выбранного светового и/или звукового и/или вибрационного сигнала оповещения .
LoRaWAN-радиоинтерфейс: передача данных на расстояние до 15 км; нелицензируемый частотный диапазон 868 МГц. Частота передачи данных до 1 раза в 10 секунд, а также передача полученных данных на сервер.
BLE-5.0-радиоинтерфейс: определение местоположения с точностью до 5 м при считывании данных с маяков (Биконов); контроль ношения средств индивидуальной защиты (СИЗ); возможность сбора данных с других носимых устройств/датчиков и также возможна передача данных на сервер и получения оповещений через приложение, подключенного к радиомодулю при помощи BLE-радиоинтерфейса мобильного устройства (например, смартфона или мобильного терминала ТОиР) или передача данных на сервер и получения оповещений LoRaWAN-радиоинтерфейсу.
Приемник спутниковой навигации: определение местоположения на улице с точностью до 3,5 м.
Также предусмотрена индикация на устройстве о потере связи с системой, при этом возможна световая индикация на радиомодуле, о том, что он не работает или источник питания находится на минимальном заряде, также радиомодуль отправляет данный сигнал на сервер. Наличие «тревожной кнопки» обеспечивает возможность вызвать экстренную помощь в случае нечастного или аварийного случая.
По данным со встроенного акселерометра, гироскопа, компаса и барометра: происходит уточнение положения радиомодуля в пространстве, контроль неподвижности, падений, ударов. При этом радиомодуль способен работать в режиме offline, если нет возможности передачи данных, с возможностью сохранения основных и ключевых событий во внутренней памяти устройства, с последующей их передачей при восстановлении канала связи.
Радиомодуль содержит аккумуляторную батарею и индукционную катушку, которая позволяет полностью отказаться от разъемов для подзарядки модуля и применять беспроводную зарядку устройства, что обеспечивает отсутствие внешних разъемов. Корпуса радиомодуля выполняют по IP67, а длительность работы батареи на одном заряде до 3 недель при работе по UWB, рабочая температура -40 + 85°С.
Таким образом, применение данного радиомодуля позволяет предотвращать несчастные случаи и заблаговременно предупреждать пользователей (работников) об опасности и в целом позволяет повысить безопасность пользователей (работников) при проведении работ или входа в ту или иную область повышенной опасности.