《物联网工程导论》课件 项目2 施工场地工人健康检测系统安装调试（6学时）

项目三

施工场地工人健康监测系统安装调试《物联网工程导论》课程主讲人：XXX时间：XXXX.X.XX引导案例物联网技术的快速发展并在建筑行业进行应用，使工地越来越智能，越来越智慧。塔吊监控与现场质量管控平台2022年，由中建八局西南公司负责承建的重庆江北国际机场T3B航站楼及第四跑道工程T3B航站楼施工总承包工程，是重庆市首个挂牌三星级智慧工地的项目。智慧工地的建设，有效提升施工现场安全管理，杜绝各种违规操作和不文明施工，降低事故发生频率，提高建筑工程质量。1学习目标计划行动34任务实施5任务展示与评价目录6任务拓展2任务分析1学时2学时+课外2学时+课外1学时课外PART.1学习目标任务目标知识目标技能目标素质目标了解智慧工地的基本概念掌握施工场地工人健康检测系统的结构和功能了解传感器的概念和组成了解传感器的静态参数、硬件接口和信号输出形式掌握传感器的选型依据掌握传感器安装与调试的方法能分析特定传感器的特性参数、硬件接口及信号输出形式等指标能根据工作原理，识别典型传感器设备的连接线路能根据需求，安装与调试典型传感器设备尊重劳动养成解决问题的系统领悟精益求精的工匠精神PART.2任务分析任务描述施工场地工人健康监测系统安装调试

我公司现受建设单位委托，到施工现场进行系统的安装调试。请根据施工场地工人健康检测系统的结构与功能，结合相关标准，选择性能参数、接口、信号输出形式等符合要求的传感器进行系统安装与调试，确保系统能正常运行。施工人员身体状态检测示意图任务准备单二维码任务目标已知的（事实或想法）需要知道的内容需要学习的知识或技能

任务分析

请根据任务描述，各小组讨论分析任务的具体目标（即需要完成哪些事情），并清晰、简短的填写到【任务准备单】“任务目标”列。任务目标施工场地工人健康监测系统安装调试任务分析请阅读“任务准备单”等相关资源，回答以下问题：（1）施工场地工人监控监测系统的基本功能有哪些？（2）施工场地工人监控监测系统的基本结构是怎样的？（3）施工场地工人监控监测系统感知层的关键技术有哪些？这些关键技术在系统中的作用是什么？已知事实施工场地工人健康监测系统安装调试任务分析任务目标已知的（事实或想法）需要知道的内容需要学习的知识或技能

请将小组内讨论的答案，清晰、简短的填写到【任务准备单】“已知的（事实和想法）”列。已知事实施工场地工人健康监测系统安装调试为完成“施工场地工人健康监测系统安装调试”任务目标，你还有什么疑问？任务分析还需要学习的知识任务目标已知的（事实或想法）需要知道的内容需要学习的知识或技能

请将小组内讨论的问题，清晰、简短的填写到在【任务准备】单“需要知道的内容”列，并提炼出这些内容对应的知识和技能，填到“需要学习的知识和技能”列施工场地工人健康监测系统安装调试任务分析根据任务要求，以小组为单位，轮流分享任务准备情况任务准备分享施工场地工人健康监测系统安装调试施工场地工人监控监测系统结构及关键技术

作为智慧工地的重要组成部分，硬件上主要包括施工现场工人健康状态检测端和智能管理终端。检测端安装在施工场地的工作区、办公区、生活区的出入口检测工人的身体状态，智能管理终端包括手机、平板、电脑等终端，通过从“智慧工地”云平台获取数据进行显示和操作。施工场地工人健康监测系统结构示意图任务解析施工场地工人监控监测系统结构及关键技术

作为智慧工地的重要组成部分，施工场地工人健康监测系统是一个集信息采集、通信、管理于一体的典型的物联网系统，具有物联网的典型架构。施工场地工人健康监测系统架构图任务解析施工场地工人监控监测系统结构及关键技术

智能管理终端包括手机、平板、电脑等终端，使用人员包括系统管理员，施工场地技术员、班主和工人等，根据不同的权限，利用终端设备过从“智慧工地”云平台获取数据进行显示和操作。任务解析注册界面APP主界面管理人员查看数据个人查看历史数据个人查看测量数据施工场地工人监控监测系统结构及关键技术

检测端安装在施工场地的工作区、办公区、生活区的出入口，在识别工人身份信息后基于传感器技术对施工人员进行温度、血压和所含酒精浓度3个指标进行检测，检测结果本地显示、存储和管理，同时传输至“智慧工地”云平台中。任务解析施工场地工人健康监测系统检测端设备身份识别-摄像头酒精检测-酒精浓度传感器体温检测-温度传感器血压检测-血压传感器施工场地工人身体状态检测界面图施工场地工人监控监测系统结构及关键技术

检测端进行身体状态检测的传感器的核心敏感元件及性能参数如下：任务解析体温传感器项目参数工作电压24VDC输出信号4-20mA光谱范围9-14微米温度范围0-100℃响应时间150ms测量精度测量值的±1%防护等级IP65项目参数驱动电压5VDC输出信号4-100mV工作温度-40℃-125℃测量范围0-40KPa线性度0.3%FS重复性0.2%FS零点漂移-30mV-30mV项目参数回路电压≤24VDC加热电压5V±0.1VACorDC检测浓度500-30000ppm（酒精）灵敏度Rs(inair)/Rs(30000ppm酒精)≥5输出电压1.0V—3.5V压力传感器酒精浓度传感器任务解析参考任务清单小结课后任务项目二施工场地工人健康监测系统安装调试2.1认识智慧工地2.2探秘传感器2.3探究传感器的选型（1）观看微课等资源；（2）参与相关讨论话题；（3）完成小节测验。在线课程上，预习下节课内容：

期待下次见面PART.3计划行动（2学时）在线预习点评测验完成情况参与讨论话题情况认识智慧工地2.12.1.1智慧工地的概述

传统的工地管理模式，容易造成管理混乱、安全事故、数据延迟等问题：（1）安全事故频发。（2）监管难度大。（3）信息孤岛严重，数据实时性差。建筑施工行业痛点认识智慧工地2.12.1.1智慧工地的概述智慧工地的概念

智慧工地是物联网在建筑施工行业的典型应用，是一种崭新的工程全生命周期管理理念，是实现建筑行业的信息化、精细化管理的手段。

智慧工地是将物联网技术、人工智能、云计算、大数据等新一代信息技术植入到建筑、机械、人员穿戴设施、场地进出关口等各类物体中，让工地现场具备“感知”功能，及时准确的进行数据采集，并对数据进行智能分析和预测，辅助管理者进行决策，让工地管理变得“智慧化”。认识智慧工地2.12.1.1智慧工地的概述

基于不同的智慧工地建设标准，智慧工地的具体内容有一定差别，但总体来说包括基础设施、人员管理、设备管理、环境监测、安全管理、质量管理等内容。智慧工地的典型功能示意图智慧工地的概念认识智慧工地2.12.1.2智慧工地系统架构

智慧工地系统作为物联网系统在建筑行业的典型应用，同样包括应用层、平台层、网络层和感知层四层架构。智慧工地系统典型架构图

感知层。感知和执行，主要由各种感应器件以及现场显示屏、声光报警器和喷雾降尘等相关执行设备构成。网络层。解决的是智慧工地感知层所获得的数据在一定范围内，通常是长距离的传输问题，主要完成接入和传输功能。平台层。起着承上启下的关键作用，主要是对施工场地产生的大量数据进行存储和处理。应用层。主要解决系统中信息处理和人机界面的问题，BIM建筑信息模型的可视化、参数化、数据化。认识传感器2.22.2.1传感器的概念

传感器是一种测量装置，它能够将被测量转换为另一种便于应用的某种物理量。传感器在不同应用场合（领域），也叫发送器、接收器或探头。类似于人类五官，所以常常被人们形象地称之为电五官。眼耳鼻皮肤舌认识传感器2.22.2.2传感器的组成

传感器由敏感元件、转换元件和基本转换电路（简称转换电路）3部分组成：敏感元件转换元件基本电路直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的其他物理量也称传感元件，将敏感元件的输出量转换成电参量在输出把转换元件输出的电参量转换为电流、电压、频率量敏感元件传感元件测量转换电路电参量电量非电量非电量（被测量）认识传感器2.22.2.2传感器的组成电子称主要由承重系统、传力转换系统（传感器）和示值系统3部分组成。传力系统主要包括悬臂梁、应变片和相应的电桥电路。组成悬臂梁应变片应变电桥△RUO

F力应变电阻值电压认识传感器2.22.2.3传感器的分类

传感器的种类很多，原理各异，检测对象门类繁多，因此其分类方法多种多样，可按被测量、原理、材料、工艺、对象、应用等进行分类。同时，传感器的种类繁多。传感器分类按被测量分类按功能原理分类按敏感材料分类按加工工艺分类按传感对象分类按应用领域分类认识传感器2.22.2.3传感器的分类

传感器的种类很多，原理各异，检测对象门类繁多，因此其分类方法多种多样，可按被测量、原理、材料、工艺、对象、应用等进行分类。同时，传感器的种类繁多。按被测量分类物理量传感器化学量传感器生物量传感器温度、压力、速度、光强、噪声、位移。PH值，气体浓度微生物、细胞器、酶、抗体抗原、核酸按被测量分类认识传感器2.22.2.3传感器的分类

传感器的种类很多，原理各异，检测对象门类繁多，因此其分类方法多种多样，可按被测量、原理、材料、工艺、对象、应用等进行分类。同时，传感器的种类繁多。按功能原理分类按功能原理分类工作机理能量种类有无电源机械能、电能、光、热、声、磁无源传感器有源传感器结构型：结构参数变化物性型：材料物理性质半导体、电介质作为敏感材料认识传感器2.22.2.3传感器的分类

传感器的种类很多，原理各异，检测对象门类繁多，因此其分类方法多种多样，可按被测量、原理、材料、工艺、对象、应用等进行分类。同时，传感器的种类繁多。按敏感元件材料分类陶瓷半导体金属高分子材料光纤认识传感器2.22.2.3传感器的分类

传感器的种类很多，原理各异，检测对象门类繁多，因此其分类方法多种多样，可按被测量、原理、材料、工艺、对象、应用等进行分类。同时，传感器的种类繁多。传感器分类按加工工艺分类厚/薄膜传感器MEMS纳米传感器按传感对象分类地震传感器、水质传感器、气体传感器等按应用领域分类汽车传感器、机器人传感器、环境传感器等认识传感器2.22.2.4典型传感器农业类的传感器广义的农业包括林业、畜牧业和渔业等。通常，应用于农业中的传感器和大自然环境接触更“亲密”，一些是裸露在农场中，它们的工作环境随着春夏秋天的变化而变化，所以，这类传感器要求具有较高的抗腐蚀能力，也需要做好防潮的准备，但对精度方面的要求相对较低。土壤温度传感器风速传感器光照度传感器认识传感器2.22.2.4典型传感器工业类的传感器工业通常包括采矿业、制造业、建筑业等，在现代工业自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态。工业中有一些特殊的环境，如炼钢锅炉房的高温，煤矿井下的粉尘和高瓦斯及工业自动控制中大功率继电器的电磁干扰等。因此，针对应用在特殊环境的工业传感器，都有着自身不同的性能特点。煤矿风速传感器噪声传感器粉尘传感器认识传感器2.22.2.4典型传感器服务业类的传感器服务业包括金融证券、智能家居、交通运输等，除了第一产业和第二产业，其他产业都可以划分到服务业。这些传感器主要是为了我们的生产生活服务的，提高生活品质和效率。烟雾传感器人体红外传感器酒精浓度测量仪认识传感器2.22.2.5传感器发展趋势智能化：传感器与人工智能结合微型化：MEMS传感器集成化：多参数传感器

当今传感器技术的研究与发展，已成为推动国家乃至世界信息化产业进步的重要标志与动力，基于这些状况，传感器技术将主要朝着智能化、微型化、集成化等方向发展。认识传感器2.22.2.6传感器的选型

不同的应用场景对具体传感器的需求是不一样。传感器的选型时会涉及到其性能参数、硬件接口、信号输出形式、成本、工作环境和其它一些特殊要求等方面，并且要满足相关地方、行业或者国家技术标准。重点介绍特性参数、硬件接口和信号输出形式。特性参数输出形式硬件接口各类标准其它方面认识传感器2.22.2.6传感器的选型特性参数——量程传感器的测量范围（measurerange）：在误差允许的范围以内，传感器能够测量的下限值到上限值之间的范围量程（Span），又称满量程输入，为测量（x）上限与下限的代数差：XFS=Xmax-Xmin量程越大，说明传感器可测量的观测值范围越大，反之亦然。可以通过量程的大小来确定传感器能否覆盖需要测量的被测量取值范围项目参数回路电压≤24VDC加热电压5V±0.1VACorDC检测浓度500-30000ppm（酒精）灵敏度Rs(inair)/Rs(30000ppm酒精)≥5输出电压1.0V—3.5V酒精浓度传感器认识传感器2.22.2.6传感器的选型特性参数——精度传感器的精度是指实际测量观测结果与真值（或被认为是真值）之间的接近程度，即测量值与真值的最大差异；精度越高，说明传感器测量的结果与真实值越接近、误差越小，反之亦然。我国工业仪表精度等级分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七个等级，并标志在仪表刻度标尺或铭牌上体温传感器项目参数工作电压24VDC输出信号4-20mA光谱范围9-14微米温度范围0-100℃响应时间150ms测量精度测量值的±1%防护等级IP65认识传感器2.22.2.6传感器的选型特性参数——灵敏度输出量的增量与引起该增量的相应输入量增量之比，即输出量的变化值除以输入量的变化值；对于同一个输入变化量，输出量变化越大，灵敏度就越高；灵敏度越高，说明传感器反应能力越强，反之亦然通过对传感器灵敏度的分析，从而选择灵敏度适合的传感器来满足应用需求。灵敏度计算公式为：光照度传感器项目参数供电电压12VDC-30VDC波长测量范围380

nm-730

nm准确度±7％重复测试±5%温度特性±%/℃测量范围0-200000Lux输出形式二线制4-20mA电流输出认识传感器2.22.2.6传感器的选型特性参数——分辨力在规定测量范围内可检测出的被测量的最小变化；分辨力描述的是传感器能够感受到的被测量的最小变化的能力；分辨力越小，说明传感器能感知到的被测变化量越小，反之亦然，分辨力的表达式噪声传感器项目参数工作电压24VDC(10-30VDC)测量范围20dB-120dB噪声精度±0.5dB分辨率0.1dB输出信号485通讯协议，4-20mA、0-5V、0-10V可选稳定性≤2%响应时间≤3S认识传感器2.22.2.6传感器的选型信号输出形式传感器输出信号模拟信号数字信号电压电流频率RS232电平RS485电平TTL电平认识传感器2.22.2.6传感器的选型信号输出形式——模拟信号——电流电流输出的红外测温传感器

将信号转换为4-20mA电流输出信号是一种典型的电流型信号输出形式，抗干扰能力强、传输距离远，缺点是电路调试及数据处理上相对繁琐，有两线制和三线制。认识传感器2.22.2.6传感器的选型信号输出形式——模拟信号——电压电压输出的空气质量传感器

将传感器测量信号转换为0-5V或者0-10V电压输出，不能够进行长距离信号传输，但结构相对简单，成本较低。电压信号输出的传感器则通常采用三线制传输。认识传感器2.22.2.6传感器的选型信号输出形式——模拟信号——频率频率输出的风速传感器

将被测量转换成对应的呈矩型波的频率信号，一般为200-1000Hz且与幅度无关，具有抗干扰能力强、传输距离远的优点，信号处理相对繁琐，通常采用三线制传输。认识传感器2.22.2.6传感器的选型信号输出形式——数字信号

数字量传感器的输出信号由“0”和“1”组成，“0”和“1”分别对应的是低电平和高电平。常见的有RS232、RS485和TTL电平信号。电平信号“0”信号“1”信号RS2325V~15V-5V~-15VRS485-2V~-6V2V~6VTTL<0.5V>2.7V认识传感器2.22.2.6传感器的选型信号输出形式——模拟传感器和数字传感器区别模拟传感器需要外加设备进行A/D（模拟/数字）转换才能转换为数字信号；而数字传感器无需另外的信号转换环节；模拟传感器容易受到强电干扰（如电焊）和浪涌（如雷击）影响，而数字传感器有各种保护电路和防雷击设计。模拟传感器的信号传输距离较短；数字传感器的数字信号按照工业级的现场总线通信协议传输，通讯信号强，高速且纠错能力强。模拟传感器结构简单，价格便宜；数字传感器较复杂，传输遵循一定能够的协议，价格相对较贵。认识传感器2.22.2.6传感器的选型传感器的物理接口形式传感器通信的物理接口主要有接线端子、RJ45、D型串口、USB接口和航空插头等几种形式。认识传感器2.22.2.6传感器的选型传感器选型依据

传感器测量的效果很大程度上决定于传感器的选型是否合理，在熟悉相关标准的前提下，结合实际工作环境、具体功能要求、成本等几方面的因素，通过以下几个原则选择合适的传感器设备。硬件接口和信号输出形式成本分析工作环境与后续处理电路及后续设备相匹配包括购买成本和安装维护成本室内外环境；温度，腐蚀性，电磁场影响；防爆需要性能指标清楚被测量及测量范围；关注灵敏度要求；了解精度及其它指标讨论

结合选型依据和相关标准，分析施工场地工人身体状态测量仪中涉及到的温度传感器、血压传感器和酒精浓度传感器的具体选型依据是怎样的？相关标准资料二维码小组计划行动施工场地工人健康监测系统安装调试为顺利完成任务，请各小组填写施工场地工人身体状态测试仪中所用传感器的选型依据表

传感器类别具体要求理由或依据温度传感器性能参数

接口

信号输出形式

血压传感器性能参数

接口

信号输出形式

酒精浓度传感器性能参数

接口

信号输出形式

小结课后任务项目二施工场地工人健康监测系统安装调试2.4探究传感器的安装调试（1）观看微课等资源；（2）参与相关讨论话题；（3）完成小节测验。在线课程上，预习下节课内容：

期待下次见面PART.4任务实施（2学时）在线预习点评测验完成情况参与讨论话题情况传感器的安装调试2.32.3.1传感器安装调试步骤安装调试概念安装：按照一定的程序、规则将完好的传感器固定到它需要正常工作的位置，并准确连接传感器正常工作时所需的电源线路和信号线路。调试：传感器在安装完成以后，通过设备上电，对传感器通电检测，并利用相关设备或操作检测传感器的通信情况或者数据输出情况是否正常。

安装与调试通常结合在一起，交叉进行。正确与否，关系到能否获取正确有价值的测量数据，不正确的安装调试还会造成传感器的损坏，影响到系统中其他设备的正常运行。传感器的安装调试2.32.3.1传感器安装调试步骤安装：按照一定的程序、规则将完好的传感器固定到它需要正常工作的位置，并准确连接传感器正常工作时所需的电源线路和信号线路。

调试。传感器在安装完成以后，通过设备上电，对传感器通电检测，并利用相关设备或操作检测传感器的通信情况或者数据输出情况是否正常。

安装与调试通常结合在一起，交叉进行。正确与否，关系到能否获取正确有价值的测量数据，不正确的安装调试还会造成传感器的损坏，影响到系统中其他设备的正常运行安装调试工具

传感器安装调试会用到电工工具、万用表和示波器等传感器的安装调试2.32.3.1传感器安装调试步骤1.初步检测：

整体核对传感器型号和数量清单。通电检测开机是否正常，准备相应工具。2.安装位置的选择：

参照技术标准，结合传感器的工作环境，选择传感器安装位置。3.传感器的固定：

利用工具及各紧固件，将传感器与配套附件组装并固定在相应位置。4.上电与检测：

连接传感器的电源线等线路，通电检测开机是否正常。5.通信连接与检测：与系统其他设备连接，并确保牢固有效。6.参数配置：

对传感器的零点何准确度等进行调整，并设置报警点等参数。扬尘监控传感器安装位置传感器的安装调试2.32.3.2传感器安装调试注意事项传感器不宜直接安装在阳光直射、温度高、可能会结霜、有腐蚀性气体等位置；连接导线不要和电力线、动力线使用同一配线管或者配线槽，或者使用屏蔽线；连接导线不能过细，长度不能过长；接通电源后要等待一定时间才能进行检测。连接导线的规格选用要正确；电路各连接点连接可靠、牢固，外露铜丝最长不能超过规定长度；进接线排的导线都要编号，并套好号码管；同一接线端子的连接导线最多不能超过2根。正确使用螺丝刀、尖嘴钳、剥线钳等工具，防止在操作中发生工具伤人的事故；安装结束确认接线正确无误后才能送电进行检测；传感器拆装要在掉电状态下进行；使用仪表带电测量时，一定要按照仪表使用的安全规程进行；不能用工具敲击安装调试的器件，以防造成器材的损坏。装调安全要求电路安