基于物聯網的野外工作智能頭盔系統設計

中圖分類號：TP368 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）24-0036-06

Abstract：Aimingattheproblemsof poorcommunicationandlargeresponsedelaywhen theexistingsmart helmetforfield workisappliedinthefieldenvironment，anewdesignschemeforfieldworksmarthelmetsystemisproposed.Thesystem consistsofabasestation，ahelmetandanaplicationterminal.ThewarshipV3developmentboardwith STM32F103ZET6as thecoreisusedasthebasestationmaincontrolboard，the STM32F103C8T6minimumsystemboardisusedasthehelmetmain controlboard，andanAPPisquippdastheaplicationteminal.Thesystemadoptstwocombinedwirelesscommunication modes of \"LoRa + WIFI\"to realize \"helmet-base station -APP\"three-party communication transmission，and ensuresstable operation of the system to the greatest extent through the two operating modes of \"base station + APP\". The test results show that thecommunicationtransmissonefectofthesystemislessafectedbytheoutsideworld，andcanstablymonitorthestatusof thehelmet wearer and the working environment，which isof great significance to thesafetyoffield workers.

Keywords：smart helmet; Internet of Things;STM32MCU;LoRacommunication;WIFI communication

在勘探、開采、考古、探險、基礎設施建設等領域，有大量的工作需要在野外環境下開展。然而，由于地理、地質、自然、氣象、網絡等條件的特殊性，在野外環境中的工作人員面臨著各種各樣的風險和挑戰，嚴重威脅著工作人員的健康與生命安全。因此，借助最新的物聯網相關技術開發智能化的頭盔系統，能夠實時監測環境數據，提供預警和應急響應功能，對于保障野外工作人員的生命安全和工作效率具有重要意義[1-2]。

目前，國內對于野外工作智能頭盔的研究已取得了一定成果，在消防、礦井等場景已有一些應用[3-4，并且在非野外的其他工業領域智能頭盔也大放異彩。近年來，國外對智能頭盔的研究趨向于高度智能化與集成化，重視用戶的體驗與實用性。但是，國內外對于野外智能頭盔的通信問題研究較少，且對于傳統的指揮中心監控模式容易因為信號波動產生通信中斷問題從而帶來安全隱患。

為提升安全性和可靠性，本文設計了一種基于物聯網的野外工作智能頭盔系統。系統由基站、頭盔終端和移動端APP構成，一套系統由1個基站、若干個頭盔終端和移動應用端構成。使用時，基站在工作地附近打開，具備人機交互界面，可供值守人員監測數據。頭盔由工作人員佩戴，可監測佩戴者位置、心率和環境信息。基站與頭盔間采用LoRa通信傳輸數據，基站值守人員打開手機熱點使基站聯網，數據將通過WIFI上傳云平臺，經過云流轉可在APP端監測數據，實現“基站-頭盔-云平臺\"三方通信傳輸，在WIFI通信中斷或不可靠時基站和頭盔能正常工作。……