一种穿戴自供能式安全监测报警系统技术方案

本发明专利技术涉及一种穿戴自供能式安全监测报警系统。包括执行模块与自供能电源，执行模块由所述自供能电源提供电能。该系统能够实时监测矿工所处位置的环境状态，并且可以在发现危险时报警，并且结构小巧、携带方便，直接以可穿戴手环的形式携带；由人体生命体征供电，无需更换电池或频繁充电；安全可靠，其最高输出电压为5.5V，以限能电路的方式，其工作中产生的热效应不足以点燃可燃性气体；操作简便，当各环境监测参数中某一参数超过阈值时，会自动报警，提醒矿工远离该危险区域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于安全监测领域，具体涉及一种穿戴自供能式安全监测报警系统。
技术介绍
在深部矿井井下的恶劣环境中，针对井下温湿度、有毒有害气体浓度、氧气浓度等环境参数的监测，是矿井安全生产的必要条件，实时获取是井下作业环境的环境参数，及时提醒员工危险的迫近，是井下作业员工的生命安全的必要保障。深部矿井由于深部开采高地压应力、高温湿、高水压、空气质量差、供电线路长等影响，传统的的矿井监测手段无法满足深部矿井安全监测的要求。现有的矿井环境参数监测主要手段为：一、建立监测点，以有线的方式将监测仪器安装在站房内，可以监测的目标点有限，成本高，电缆需求大，且电缆长期在高温高湿环境下易损坏，延展性和可靠性均不高；二、随身携带检测设备，多半都采用内置电池供电电池或充电供电，受电量限制，需经常充电或更换电池，在深部矿井中受供能的制约，在时间上的有效性也会有所限制，且成本较高，无法与矿井监测网络通信。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种能够实时监测矿工所处位置的环境状态，并且可以在发现危险时报警的一种穿戴的、自供能式安全监测报警装置。本专利技术提供一种井下矿工穿戴自供能式安全监测报警系统，包括执行模块与自供能电源，所述执行模块由所述自供能电源提供电能，所述执行模块包括中央处理器、传感器模块、显示模块、通信模块、报警模块。所述传感器模块，包括可更换的多种环境参数的检测传感器，可对多种环境参数进行检测，所述传感器模块与所述中央处理器相连。所述显示模块与所述中央处理器相连。所述通信模块与所述中央处理器相连。所述报警模块包括声组件、光组件和振动组件，当环境参数超过阈值时，用于通过声、光、振动提醒使用者。所述报警模块与所述中央处理器相连。所述自供能电源，包括压电陶瓷、超级电容、桥式整流电路和升压稳压芯片，使其输出0.3~5.5V的足够能量的电压，将人体脉搏及手臂摆动的机械能转化为电能，经过桥式整流电路，整流为直流电流后，储存在超级电容中。所述压电陶瓷通过大量超薄PZY压电陶瓷片以层叠结构的方式先串联后并联，将手臂摆动以及脉搏所产生的机械能，转化为0.3V的AC电压。因为压电陶瓷本身可以是非常薄，非常小的，所以在选用的时候，可以将大量的压电陶瓷通过并联的方式，提高输出电能，串联的方式提高输出电压和电能，以串并联的方式，输出合适的电压和足够的电能。说明附图中，压电陶瓷的连接方式就是4个压电陶瓷先两两串联然后并联。所述桥式整流电路，将压电陶瓷产生的交流电整流为直流电流。所述超级电容充放电效率高达95%，寿命近似无限，在使用时，反复对其充电，捕获能量经桥式电流整流过的DC电能，并将将其储存。超级电容充电达到一定电压时，电容开始放电。所述升压稳压芯片型号为TPS61200，最小输入电压0.3V，输出电压5.5V，超级电容所储存电能经稳压芯片升压稳压，可输出稳定的1.8V-5.5V的DC直流电压，该电压满足目前市场大多数微型传感器工作电压。所述自供能电源可将人体机械能转化的电能经整流和升压稳压后，对执行模块供电，多余的电能将储存在电容极大的超级电容中，即使在人体手臂无法甩动等转化的机械能不足以支撑执行模块供电时，超级电容将向TPS61200芯片供能，直至其输出电压低于0.3V，可以稳定持续的为执行模块供电，且不会妨碍使用人在井下的作业。与现有的个人监测系统相比，无需频繁的充电或更换电池，具有极长的井下持续工作时长和较高的电源供电可靠性。所述自供电电源由升压稳压芯片对原0.3V的电压升压稳压，最大输出电压为5.5V，达到限能保护的效果，并可以对电源和除传感器模块以外的其他模块封装，保证在井下环境的安全供电。本专利最大的特点就是自供能电源，它只要戴在使用者手上，就可以立即供电，摘下就停止供电，单次持续供电时间可以说无限期，只受相关芯片，电容，压电陶瓷的寿命的制约，而现在的个人监测设备，无论是充电或者电池，供电时间都无法和自供能的相比，另外，它们的充电和更换电池等行为必须在矿井上进行，平时的维护工作非常麻烦。本专利技术的有益效果在于，本专利技术提供的一种穿戴自供能的安全监测报警系统结构小巧、携带方便，直接以可穿戴手环的形式携带；由人体生命体征供电，无需更换电池或频繁充电；操作简便，当各环境监测参数中某一参数超过阈值时，会自动报警，提醒矿工远离该危险区域。附图说明图1所示为本专利技术穿戴自供能式安全监测报警系统的结构图，图2所示为本专利技术外部立体简易图。具体实施方式下文将结合具体附图详细描述本专利技术具体实施例。如图1、2所示，本专利技术提供一种穿戴式自供能安全监测系统，包括执行模块1和自供能电源2。所述执行模块1包括：传感器模块11、中央处理器12、显示模块13、报警模块14和通信模块15。所述传感器模块11由多个传感器组成，与所述中央处理器相连用于监测环境参数，并将监测信号传输至中央处理器12。所述中央处理器12，具有信号转换、处理的功能，用以接收传感器模块11传来的信号并进行分析处理，并传至显示模块13、报警模块14和通信模块15。所述显示模块13与中央处理器相连，用以实时显示各环境参数。所述通信模块15与中央处理器相连，用以将各环境参数以无线信号的方式与其他监测系统交互。所述报警模块14分为声组件141、振动组件142、光组件143，与中央处理器相连，用以在环境参数超过阈值时，向使用者以声、光、振动的形式报警。所述自供能电源2包括压电陶瓷21、桥式整流电路22、超级电容23和升压稳压芯片，用以为执行模块1提供电能。所压电陶瓷21通过大量超薄压电陶瓷片以层叠结构的方式先串联后并联，将手臂摆动以及脉搏所产生的机械能，转化为0.3V的AC电压。所述桥式整流电路22，将压电陶瓷产生的交流电整流为直流电流。所述超级电容23，充放电效率高达95%，寿命近似无限，在使用时，反复对其充电，捕获能量经桥式电流整流过的DC电能，并将将其储存。超级电容充电达到一定电压时，电容开始放电。所述升压稳压芯片24型号为TPS61200，最小输入电压0.3V，输出电压5.5V，超级电容所储存电能经稳压芯片升压稳压，可输出稳定的1.8V-5.5V的DC直流电压，该电压满足目前市场大多数微型传感器工作电压。本专利技术的有益效果在于，本专利技术提供的一种穿戴自供能的安全监测报警系统结构小巧、携带方便，直接以可穿戴手环的形式携带；由人体生命体征供电，无需更换电池或频繁充电；安全可靠，其最高输出电压为5.5V，以限能电路的的方式，其工作中产生的热效应不足以点燃可燃性气体；操作简便，当各环境监测参数中某一参数超过阈值时，会自动报警，提醒矿工远离该危险区域。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种穿戴自供能式安全监测报警系统，包括执行模块与自供能电源，所述执行模块由所述自供能电源提供电能，其特征在于，所述执行模块包括中央处理器、传感器模块、显示模块、通信模块、报警模块，所述传感器模块与所述中央处理器相连，所述显示模块与所述中央处理器相连，所述通信模块与所述中央处理器相连，所述报警模块与所述中央处理器相连；所述自供能电源，包括压电陶瓷、桥式电路、超级电容和升压稳压电路；所述压电陶瓷相互串并联，用于将使用者脉搏及行走中手臂摆动的机械能转化为电能，并输出AC电压；所述桥式电路用于将压电陶瓷所产生的AC电压整流为DC电压；所述超级电容用于捕获电能，并将其储存；所述升压稳压芯片用于将超级电容所储存的电能升压、稳压，输出稳定的直流电压。

【技术特征摘要】
1.一种穿戴自供能式安全监测报警系统，包括执行模块与自供能电源，所述执行模块由所述自供能电源提供电能，其特征在于，所述执行模块包括中央处理器、传感器模块、显示模块、通信模块、报警模块，所述传感器模块与所述中央处理器相连，所述显示模块与所述中央处理器相连，所述通信模块与所述中央处理器相连，所述报警模块与所述中央处理器相连；所述自供能电源，包括压电陶瓷、桥式电路、超级电容和升压稳压电路；所述压电陶瓷相互串并联，用于将使用者脉搏及行走中手臂摆动的机械能转化为电能，并输出AC电压；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：余修武，周利兴，肖屈日，李向阳，叶勇军，余员琴，范飞生，张枫，胡沐芳，刘琴，
申请(专利权)人：南华大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43