SPHERE: electronic platform for smart personal protection equipment

Currently personal protective equipment (PPE) provides only passive protection and is unable to monitor health or environmental risks in real time, although worker health and safety remain critical, especially in industrial environments. This thesis aims to address this limitation through the design of a "smart PPE," an electronic system consisting of sensors, processing units, and wireless communication modules designed to be integrated into traditional safety devices used by workers. The designed system constantly monitors vital signs, operators dynamics, and the environmental conditions in which they operate, and transmits data in real time to remote support services to ensure proactive intervention when necessary. The development phase was preceded by a state-of-the-art analysis of smart PPE and required the hardware architecture design, the selection of key components, and the PCB design, both in terms of schematics and layout. After that a first PCB sampling followed by validation tests in a laboratory environment have been done. The key elements of this solution are non-invasive sensing, comfort, compact size and weight, battery life sufficient to cover a typical workday, and the security of the user's personal data. The final prototype demonstrates how real-time monitoring of worker health can be effectively integrated into personal protective equipment (PPE), providing the basis for improved workplace safety and proactive management of health risks in industrial environments.

Oggigiorno i dispositivi di protezione individuale (DPI) forniscono solo una protezione passiva e non sono in grado di monitorare in tempo reale i rischi per la salute o per l'ambiente, sebbene la salute e la sicurezza dei lavoratori rimangano aspetti critici, soprattutto in ambiente industriale. Questa tesi cerca di indirizzare questa limitazione attraverso la progettazione di uno "smart DPI", ovvero un sistema elettronico costituito da sensori, unità di elaborazione e moduli di comunicazione wireless pensato per essere integrato nei tradizionali dispositivi di sicurezza utilizzati dai lavoratori. Il sistema progettato monitora costantemente i parametri vitali, la dinamica dell'operatore e le condizioni ambientali nelle quali opera e trasmette dati in tempo reale a servizi di assistenza remoti al fine di garantire un intervento proattivo in caso di necessità. La fase di sviluppo è stata preceduta da un'analisi dello stato dell'arte degli smart DPI e ha richiesto la progettazione dell'architettura hardware, la scelta dei componenti principali, e la progettazione del pcb sia nella parte di schematico che di layout. Successivamente si è proceduto ad una prima campionatura dei pcb e al test di validazione in ambiente di laboratorio. Gli elementi chiave di tale soluzione sono il sensing non invasivo, il comfort, le dimensioni e il peso ridotte, la durata della batteria in grado di coprire una giornata lavorativa tipica e la sicurezza dei dati personali dell'utente. Il prototipo finale dimostra come il monitoraggio in tempo reale delle condizioni del lavoratore possa essere integrato concretamente nei dispositivi di protezione individuale (DPI), fornendo le basi per una maggiore sicurezza sul posto di lavoro e una gestione proattiva dei rischi per la salute negli ambienti industriali.