基于內(nèi)置通信模塊的安全帽對話裝置設(shè)計

0 引言

在輸配變施工過程中，經(jīng)常存在現(xiàn)場嘈雜、人員混亂等造成的溝通不到位現(xiàn)象。尤其是在鐵塔或電桿高處作業(yè)時，監(jiān)管人員及工作班成員之間難以溝通交流或溝通不到位，很容易出現(xiàn)工作失誤，如監(jiān)管人員對作業(yè)人員提醒不到位，高空作業(yè)人員出現(xiàn)安全問題時無法及時提醒其進(jìn)行保護等，將會嚴(yán)重影響輸配變施工的安全效益和工作效率[1]。

基于此，本文提出一種安全帽便攜式小組溝通對話裝置，可通過在安全帽上內(nèi)置的通信模塊，將工作班所有小組成員加入到對話頻道中，以便就現(xiàn)場施工中的關(guān)鍵問題進(jìn)行溝通和交流，避免出現(xiàn)由施工環(huán)境限制造成的溝通缺失或交流不暢，在良好溝通中保障現(xiàn)場作業(yè)有條不紊、安全高效地開展。

1 需求分析

考慮到輸配變施工環(huán)境的復(fù)雜性和多樣性，內(nèi)置通信模塊設(shè)計時應(yīng)采用超高頻無線電波通信，信號傳輸距離超過 100m ，信號傳輸延遲低于 0.03s ，具備高抗干擾能力；考慮到輸配變施工操作的安全性和可靠性，安全帽對話裝置設(shè)計時應(yīng)盡量選擇小型化、輕量化模塊，避免其影響安全帽佩戴的舒適性和安全性；考慮到輸配變施工溝通的多元性和實時性，安全帽對話系統(tǒng)應(yīng)將同一場景下的作業(yè)人員收錄到同一頻道中，可通過旋鈕進(jìn)行對話頻道調(diào)整，實現(xiàn)小組內(nèi)成員之間的即時通信2]，如表1所示。

2 技術(shù)方案

2.1 裝置設(shè)計

本次設(shè)計的安全帽對話裝置主要由安全帽本體和內(nèi)置通信模塊組成。其中，安全帽左右兩側(cè)設(shè)置固定安裝槽用于安裝各個模塊，兩個內(nèi)置通信模塊分別安裝在槽內(nèi)，分別用于發(fā)射信號和接收信號，如圖1所示。

上述安全帽對講裝置采用數(shù)字信號處理技術(shù)，確保通信的清晰度和穩(wěn)定性；設(shè)計高效的收發(fā)電路，實現(xiàn)信號的快速傳輸；采用先進(jìn)的調(diào)制技術(shù)，減少信號干擾；設(shè)計低功耗電源管理系統(tǒng)，延長對話裝置的使用時間，其安全性強、可靠度高、對講溝通效果良好，能夠滿足不同場景下的對講需求[3]。

2.2 功能結(jié)構(gòu)

2.2.1 安全帽本體

安全帽本體采用高性能、高強度材料制成。帽子頂部設(shè)置凸起加強筋，用于增強抗沖擊性能，更好地保護頭部；帽子內(nèi)部開槽用于安裝通信模塊，通過卡扣直接將通信模塊固定在帽殼上，可根據(jù)工作情況進(jìn)行拆卸或更換，操作非常便捷；帽檐上設(shè)置拓展接口用于加裝控制按鈕，以便在復(fù)雜場景下直接進(jìn)行對講控制和頻道調(diào)整[4]，如表2所示。

2.2.2 通信模塊

一組內(nèi)置通信模塊共包括發(fā)射器和接收器兩個裝置，如圖2所示。其中，發(fā)射器設(shè)置較為簡單，主要通過面板上的音量鍵進(jìn)行通話音量調(diào)節(jié)，并配合天線接口發(fā)射模擬信號；接收器設(shè)置較為復(fù)雜，內(nèi)部配置不同頻率信號，設(shè)置信號調(diào)制程序，可通過靈敏度選擇開關(guān)和頻率選擇開關(guān)形成對應(yīng)對講通道，使其能夠快速完成不同環(huán)境下的對講通信[5]。

1）天線接口?？赏ㄟ^加裝天線裝置提高信號強度，使內(nèi)置通信裝置可在 0～100m 范圍內(nèi)進(jìn)行有效對講，保證對話清晰、傳輸流暢、聲音洪亮。必要情況下還可加裝GPRS信號裝置，用于現(xiàn)場通信定位，以便快速進(jìn)行頻道的選擇和對接，減少溝通障礙。

2）內(nèi)置電池。采用低功耗電源，內(nèi)置電池管理系統(tǒng)，可根據(jù)電源情況在顯示面板上顯示電量情況。紅燈表示低電量，需要連接充電器進(jìn)行充電；綠燈表示電量充足，可正常使用；黃燈表示裝置異常，需要進(jìn)行檢修。

3）頻率選擇開關(guān)。可使用電腦先進(jìn)行不同頻率的寫入和配對，然后直接設(shè)置到不同的頻率選擇檔位，使人員通過頻率選擇開關(guān)直接選取對講頻道，從而快速進(jìn)行現(xiàn)場溝通。頻率選擇開關(guān)在操作過程中置于安全帽內(nèi)，操作時相對較為復(fù)雜。因此，通過加裝無線控制器，將頻率選擇開關(guān)轉(zhuǎn)化為頻率調(diào)整旋鈕設(shè)置在帽檐上，使人員直接旋轉(zhuǎn)旋鈕即可進(jìn)行頻道選擇，操作更加便捷。

4內(nèi)置主板。用于發(fā)射和接收信號，并進(jìn)行信號調(diào)制[。在發(fā)射信號過程中，主板中的鎖相環(huán)和壓控振蕩器產(chǎn)生射頻載波信號，通過功放電路、調(diào)制電路等進(jìn)行處理后，將其轉(zhuǎn)化成所需射頻功率的信號發(fā)射出去；在接收信號過程中，主板中的轉(zhuǎn)換電路和帶通濾波器進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換，對信號內(nèi)容進(jìn)行調(diào)制處理，轉(zhuǎn)化成揚聲器驅(qū)動信號；通過信令對比，當(dāng)揚聲器驅(qū)動信號與頻率信號一致后，方可啟動揚聲器，進(jìn)行溝通交流。

3 效益評估

3.1 使用操作

本次設(shè)計的安全帽對話裝置在使用過程中可通過帽檐上的快捷開關(guān)直接進(jìn)行現(xiàn)場對話。操作時人員打開發(fā)射器和接收器上的控制開關(guān)，發(fā)射器和接收器開始啟動。啟動完成后，調(diào)整調(diào)頻旋鈕到工作頻道，與其他人員測試對話效果，通過靈敏度按鍵調(diào)整信號接收質(zhì)量，通過音量鍵調(diào)整聲音大小。確定聲音無問題后，戴好安全帽，到指定位置開始作業(yè)。

在戴上安全帽作業(yè)過程中，若需要轉(zhuǎn)換工作頻道，此時通過帽檐上的調(diào)頻旋鈕即可快速操作。同時，若要調(diào)整音量大小，也可借助帽檐上的音量旋鈕實現(xiàn)。溝通完畢后，按下帽檐上的控制開關(guān)，可關(guān)閉發(fā)射器和接收器，避免同頻道其他人員交流干擾作業(yè)。待全部完成后，摘下安全帽，將發(fā)射器和接收器上的控制開關(guān)關(guān)閉，完成所有使用操作。

3.2 應(yīng)用效益

本次設(shè)計的安全帽對話裝置在使用過程中，可直接通過內(nèi)置裝置進(jìn)行溝通交流，并配合帽檐上的快捷開關(guān)控制啟停、調(diào)整音量、調(diào)整工頻，操作非常便捷。經(jīng)現(xiàn)場測試，佩戴安全帽對講裝置在不同場景下進(jìn)行對講時均信號穩(wěn)定、聲音清晰、對話流暢，對講成功率達(dá)到 100% 。且上述對講裝置操作便捷，人員在佩戴該安全帽對講裝置施工時并未出現(xiàn)任何操作不適或影響施工的情況，使用滿意度達(dá) 100% 。

上述裝置中的小組通信功能、頻道選擇功能和音量調(diào)節(jié)功能增強了其在復(fù)雜環(huán)境下的適用性，提高了施工現(xiàn)場的溝通效率，減少了因溝通不暢導(dǎo)致的工作失誤。同時，安全帽具備兼容性，保障了對話裝置與各種型號的安全帽兼容，能夠清晰穩(wěn)定地傳輸聲音信號，提升了施工團隊的整體工作效率和作業(yè)質(zhì)量。尤其是在高空作業(yè)過程中，借助安全帽對話裝置可避免高空環(huán)境下的復(fù)雜操作和負(fù)載過重風(fēng)險，保障了遠(yuǎn)距離對話質(zhì)量和溝通效果，為高空作業(yè)人員提供了安全保障，降低了安全事故的發(fā)生率，安全效益顯著。

除此之外，該裝置中的模塊在市場上較為常見，僅需內(nèi)置一套發(fā)射器和接收器，并設(shè)置無線控制開關(guān)即可，成本較低。該裝置通過小成本投入減少了溝通不當(dāng)造成的安全事故，經(jīng)濟效益顯著。

4 結(jié)束語

目前電力發(fā)展迅速，各地各專業(yè)的施工點多面廣，現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，特別是在輸配電施工中，經(jīng)常出現(xiàn)難以溝通的情況，通過使用這個安全帽便攜式小組溝通對話裝置，可以很好地避免溝通不到位現(xiàn)象，防止出現(xiàn)意外等突發(fā)情況。該裝置支持多個用戶加入同一頻道，實現(xiàn)小組內(nèi)成員的即時通信；可通過調(diào)頻旋鈕選擇不同的頻道，以適應(yīng)不同的通信需求，在各個專業(yè)的作業(yè)現(xiàn)場都可以使用；可配合音量調(diào)節(jié)功能，進(jìn)行不同場景下的聲音調(diào)整，實際使用效果良好，具有良好的市場前景和發(fā)展空間。

[參考文獻(xiàn)]

[1]郭雷崗，盧珊，熊玉佳，等.視頻對講的電力安全帽設(shè)計[J].科技視界，2021（36）：17-18.

[2」徐龍彬，李金蹊，張越.一種安全帽通訊裝置設(shè)計與應(yīng)用[J].電氣技術(shù)與經(jīng)濟，2024（1）：166-167.

[3]陸啟榮，宋智鵬，邱柏良，等.基于作業(yè)安全監(jiān)管的智能安全帽系統(tǒng)設(shè)計[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2023（18）：30-34.

[4]劉潔波，吳雪峰，陳新斌，等.淺析基于電力系統(tǒng)應(yīng)用的智能化新型安全帽設(shè)計與開發(fā)[J].戶外裝備，2022（5）：4-6.