一种适用于高空作业时热射病预警和监测的头环

技术领域

本发明属于高空作业安全监测技术领域，涉及一种适用于高空作业时热射病预警和监测的头环。

背景技术

高空作业安全监测技术领域主要关注在高空作业环境中，如何有效地保护作业人员的安全，防止因环境因素或个人健康状况导致的意外伤害。

高空作业人员在夏季高温环境下工作时，容易受到热射病的威胁。热射病是由于人体在高温环境中过度暴露，导致体温调节失常，严重时可能引发生命危险。现有的监测方法多依赖于人工观察和判断，例如观察作业人员的身体反应，询问其身体感觉等，这些方法主观性强，准确性差。另外，这些方法也缺乏实时性，无法及时发现和预防热射病的发生。急需一种能够实时监测体温、预警热射病风险的装置。因此设计了一种多功能头环，能够实时监测作业人员的体温，及时预警热射病风险，从而提高作业安全性，减少热射病的发生风险。

发明内容

本发明的目的就是提供一种适用于高空作业时热射病预警和监测的头环。

本发明包括监测盒，监测盒通过头环固定在使用者头部；监测盒包括体温检测模块、信息处理模块、信息收发模块、电源模块、提示模块和上位机。体温检测模块、电源模块、提示模块、信息收发模块均与信息处理模块电性连接，电源模块用于为其余各模块供电。体温检测模块用于定时监测使用者的体温数据，并将数据传输到信息处理模块。信息收发模块与信息处理模块通过串口连接，信息处理模块用于接收体温检测模块传输的体温数据，信息收发模块自带GPS定位功能，通过信息收发模块将体温数据和GPS信息数据传输给上位机。信息处理模块通过信息收发模块接收来自上位机的预警信息，控制提示模块的报警。

优选的，体温检测模块为55680-DHT11温湿度模块；体温检测模块设置在监测盒内靠近使用者的太阳穴区域，便于监测使用者体温。

所述的信息处理模块包括CPU(中央处理器)、内存和闪存，用于信息的处理、存储。CPU将体温数据通过信息收发模块实时传输给上位机，还能通过信息收发模块接收上位机发出的预警信号，控制蜂鸣器报警。内存和闪存用于存储数据(体温数据、GPS、预警信号)，内存临时存储CPU运算时需要的程序和数据，闪存永久储存数据。

优选的，CPU型号为nrf51422cpu，内存型号为ATL4B0832 256Mx32 MobileLPDDR4SDRAM(1G)，闪存型号为KLM8G1GETF-B041 Samsung emmc。

信息收发模块包括esim卡、4g模块和fpc天线，esim卡、4g模块和fpc天线与CPU电性连接，esim卡用于入网和上位机取得连接；4g LTE模块(4G通信模块)用于获取GPS信息和基带信号的处理，将体温数据和GPS信息发送给上位机，以及将上位机发出的预警信号发送给信息处理模块。

优选的，贴片式esim卡为中移芯昇C2x2，尺寸为2mmx2mmx0.75mm；4g模块型号为EC800，自带GPS功能；fpc外接天线通过贴片贴在监测盒外壳内壁上。

电源模块选用可充电电池，为200mAh聚合物锂电池，额定输出电压3V，可外接typec充电口进行充电。

提示模块为MLT-4020无源贴片蜂鸣器。当信息处理模块接收到上位机发出的预警信息后，控制蜂鸣器发出蜂鸣报警。

监测盒两侧固定有两条松紧带，两条松紧带的一端与监测盒两侧固定，两条松紧带的另一端通过插扣可调节连接；使用时，通过两条松紧带将监测盒固定在使用者头部，能根据使用者的头围调节尺寸，佩戴舒适且紧密贴合。

在松紧带的侧壁外侧设置有魔术贴，使用时，通过魔术贴将头环固定在安全帽的内侧，确保装戴的稳固性。

松紧带选用轻质、透气的材料。魔术贴选用型号为3M-9448A的3M魔术贴。

基于上述装置有如下适用于高空作业时热射病预警和监测方法，具体为：

将监测盒通过松紧带固定在使用者头部，使得体温检测模块靠近使用者的太阳穴区域后，戴上头盔；然后，打开监测盒开关，各模块开始运行；

体温检测模块间隔设定时间(一般为五分钟)记录一次使用者的体温数据，并将数据传输到信息处理模块；信息收发模块自带GPS定位功能，当信息处理模块接收体温检测模块传输的体温数据后，信息收发模块将体温数据和工作位置的GPS信息数据实时传输给上位机。

上位机收到体温数据和GPS信息后，根据当日当地温度和湿度测算热指数。

热指数的计算方法为：热指数＝-42.40+(2.04901523*[温度])+(10.14333127*[相对湿度])-(.22475541*[温度]*[相对湿度])-(.00683783*([温度]^2))-(.05481717*([相对湿度]^2))+(.00122874*([温度]^2)*[相对湿度])+(.00085282*[温度]*([相对湿度]^2))-(.00000199*([温度]^2)*([相对湿度]^2))。

当热指数高于54或体温高于37摄氏度时，判定存在热射病风险；此时，上位机通过信息收发模块信息处理模块发送预警信号，信息处理模块接收预警信号后，控制提示模块报警。同时上位机向管理者发送预警信息，由管理者联系使用者，并根据实际情况调整工作安排。

进一步的，当日当地温度和湿度可通过接入国家气象科学数据中心接口的气象API服务获取。

本发明的优点在于，通过实时监测使用者的体温和环境信息，及时预警热射病风险，有效防止热射病的发生。其设计轻便，易于佩戴，适合高空作业人员使用。同时采用可充电设计，在实际应用中具有较高的实用性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的各模块框图；

图3为本发明所述方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图以最佳实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，一种适用于高空作业时热射病预警和监测的头环包括监测盒2，监测盒通过头环固定在使用者头部；监测盒2包括体温检测模块4、信息处理模块5和信息收发模块6、电源模块7、提示模块8和上位机。体温检测模块4、电源模块7、提示模块8、信息收发模块6均通过stm电焊接的方式与信息处理模块5电性连接，电源模块7用于为其余各模块供电。信息处理模块5接收体温检测模块传输的体温数据，信息收发模块6自带GPS定位功能，通过信息收发模块6将体温数据和GPS信息数据传输给上位机。信息处理模块也通过信息收发模块6接收来自上位机的预警信息，控制提示模块的报警。

本实施例中体温检测模块为55680-DHT11温湿度模块，用于定时监测使用者的体温数据，并将数据传输到信息收发模块。体温检测模块设置在监测盒内靠近使用者的太阳穴区域，便于监测使用者体温。本实施例中每隔5分钟记录一次使用者的体温数据，并将数据传输到信息收发模块。

信息处理模块包括CPU(中央处理器)、内存和闪存，用于信息的处理、存储。CPU通过信息收发模块将体温数据实时传输给上位机，还能通过信息收发模块接收上位机发出的预警信号，控制提示模块(蜂鸣器)报警。内存和闪存用于存储数据(体温数据、GPS、预警信号)，内存临时存储CPU运算时需要的程序和数据，闪存永久储存数据。本实施例中CPU型号为nrf51422cpu，内存型号为ATL4B0832 256Mx32 Mobile LPDDR4 SDRAM(1G)，闪存型号为KLM8G1GETF-B041 Samsung emmc。

信息收发模块包括esim卡、4g模块和fpc天线，esim卡、4g模块和fpc天线与CPU电性连接，esim卡用于入网和上位机取得连接；4g LTE模块(4G通信模块)用于获取GPS信息和基带信号的处理，将体温数据和GPS信息发送给上位机，以及将上位机发出的预警信号发送给信息处理模块。

信息处理模块和信息收发模块通过USB串口连接，使得信息处理模块和上位机之间无线通讯，实现体温数据、GPS信息、预警信号的收发。

本实施例中esim卡为贴片式，是嵌入式的标准化SIM芯片；fpc天线使用IPEX座电连接，用于发射和接收体温数据、GPS、预警信号信息；贴片式esim卡为中移芯昇C2x2，尺寸为2mmx2mmx0.75mm；4g模块型号为EC800，自带GPS功能；fpc外接天线通过贴片贴在监测盒2外壳内壁上。

电源模块选用可充电电池，为200mAh聚合物锂电池，额定输出电压3V，可外接typec充电口进行充电。本实施例中，电源模块开关为按键时开关，伸出监测盒外壳，按一次启动头环，再按一次关闭头环。

提示模块为MLT-4020无源贴片蜂鸣器。当信息处理模块接收到上位机发出的预警信息后，控制蜂鸣器发出蜂鸣报警。本实施例中每次报警持续1秒，间隔1秒，有效地吸引使用者的注意，以确保紧急情况得到及时响应。

监测盒两侧固定有两条松紧带1，两条松紧带的一端与监测盒两侧固定，两条松紧带的另一端通过插扣3可调节连接；使用时，通过两条松紧带将监测盒固定在使用者头部，能根据使用者的头围调节尺寸，佩戴舒适且紧密贴合。

在松紧带的侧壁外侧设置有魔术贴(图中未示出)，使用时，通过魔术贴将头环固定在安全帽的内侧，确保装戴的稳固性。

本实施例中松紧带选用轻质、透气的材料，如：橡筋涤纶。魔术贴选用型号为3M-9448A的3M魔术贴，3M魔术贴由双面胶+魔术贴组成，宽度16mm，可以便捷地将头环固定在安全帽的内侧，确保装戴的稳固性，确保佩戴舒适且紧密贴合。

基于上述装置有如下适用于高空作业时热射病预警和监测方法，具体为：

将监测盒通过松紧带固定在使用者头部，使得体温检测模块靠近使用者的太阳穴区域后，戴上头盔；然后，打开监测盒开关，各模块开始运行；

体温检测模块每隔5分钟记录一次使用者的体温数据，并将数据传输到信息处理模块；信息处理模块通过信息收发模块将体温数据无线传输给上位机，同时信息处理模块自带GPS定位功能，信息处理模块接收体温检测模块传输的体温数据后，信息处理模块将体温数据和工作位置的GPS信息数据实时传输给上位机。

上位机收到体温数据和GPS信息后，根据当日当地温度和湿度测算热指数，当日当地温度和湿度可通过接入国家气象科学数据中心接口的气象API服务获取。

热指数的计算方法为：热指数＝-42.40+(2.04901523*[温度])+(10.14333127*[相对湿度])-(.22475541*[温度]*[相对湿度])-(.00683783*([温度]^2))-(.05481717*([相对湿度]^2))+(.00122874*([温度]^2)*[相对湿度])+(.00085282*[温度]*([相对湿度]^2))-(.00000199*([温度]^2)*([相对湿度]^2))。

当热指数高于54或体温高于37摄氏度时，判定存在热射病风险；此时，上位机通过信息收发模块向信息处理模块发送预警信号，信息处理模块接收预警信号后，控制蜂鸣器报警，每次报警持续1秒，间隔1秒。同时上位机向管理者发送预警信息，由管理者联系使用者，并根据实际情况调整工作安排。