CN101556332A

CN101556332A - 一种可用于地震救援的探生球生命搜索装置

Info

Publication number: CN101556332A
Application number: CNA2009100593843A
Authority: CN
Inventors: 郭勇; 高嵩; 王绪本; 谢兴红; 李志鹏; 钟晓玲; 赖武刚
Original assignee: Chengdu Univeristy of Technology
Current assignee: Chengdu Univeristy of Technology
Priority date: 2009-05-22
Filing date: 2009-05-22
Publication date: 2009-10-14

Abstract

本发明公开了一种可用于地震救援的探生球生命搜索装置，该搜索装置由分散投放在废墟中的探生球和手持式接收器组成，探生球内安装有单片机和射频发射电路，接收器内安装有单片机和射频接收电路，探生球和接收器内的单片机均由程序控制而实现探生球工作通道数据的存储和锁相频率的设置。本发明具有抗干扰能力强、搜索范围大、能直观、快速地获得幸存者的位置等优点。

Description

一种可用于地震救援的探生球生命搜索装置

技术领域

本发明涉及一种震后生命搜索装置，具体是一种可用于地震救援的探生球生命搜索装置。

背景技术

传统音频搜索仪工作时是通过位于废墟地面上的传感器接收被困者发出的声响信号的，由于被困者位于废墟下面，其发出的信号在传入传感器的过程中存在着自然衰减和外界噪声的干扰，因此常常使得探测者不能有效判断废墟中是否存在生还者，以及不易判断生还者的大致位置；另外，现有的音频搜索仪一次探测的范围小，使得救援效率无法提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗干扰能力强，一次搜索范围大且易直观获得生还者大致位置的可用于地震救援的探生球生命搜索装置。

为达到上述目的，本发明采用的解决方案是：该生命搜索装置包括分散投放在废墟中的探生球和手持式接收器，探生球内安装有单片机和射频发射电路，所述发射电路将探生球前端咪头接收到的语音信号通过放大和滤波处理后，送入到锁相环进行调制，调制后的信号通过两级功放电路放大后，再通过滤波器滤出谐波，最后由天线发射出去；上述单片机由程序控制实现探生球的工作通道数据的存储及锁相环频率的设置；手持式接收器上设有显示屏和操作面板，其内安装有单片机和射频接收电路，所述接收电路将从天线接收到的射频信号先经第一滤波器滤除干扰信号，再将该信号经过放大电路放大后送入第二滤波器滤波，然后将此信号送入第一混频器与频率合成器产生的一本振信号进行混频，所产生的中频信号经过晶体滤波器进行中频滤波后，再经中频放大器送入第二混频器进行混频，最后将所产生的中频信号进行鉴频产生音频信号，该音频信号通过带通滤波器后由功放电路送入耳机中；所述单片机由程序控制实现各探生球的工作通道数据的存储及锁相环频率的设置。

上述小球内单片机上的程序包括如下步骤：初始化→获取语音信号→识别有无异常信号→发送异常语音信号；

上述接收器内单片机上的程序包括如下步骤：初始化→接收异常信号并显示发出异常信号的小球工作通道的标识→输入需监听的通道标识→改变锁相频率使之调整到与监听通道的频率匹配→显示正在监听的通道标识。

本发明方案中所采用的探生球为16～32个。

本发明的工作原理是：探生球把前端咪头接收到的语音信号通过其内的发射电路处理后，经与之匹配的网络及天线把高频信号发射出去，手持式接收器接收到信息后，对发出异常信号的探生球通道进行监听，判断是否有幸存者，并大致确定幸存者所处的方位。

本发明采用无线传播方式，搜索人员首先利用房屋倒塌后废墟中存在的间隙，将探生球分散投放到废墟中，并在相应的投掷点做上标记，然后通过广播方式告知废墟下的生还者目前正在救援，生还者听到广播后，通过呼救或者敲击地面发出声音作为回应，该信号被投放到附近的高灵敏度探生球拾取，并通过无线方式传送到接收器，用于确定是否存在生还者，同时根据投放点标记可以确定生还者的大致位置。所采用的探生球为低成本一次性设备，投放后不再回收，每个探生球可拾取声响信号的范围为5-10米，在一片300m²的废墟范围大约可投放16-32个探生球。

本发明具有如下效果：(1)由于探生球直接投放到废墟中，更靠近生还者，因此能克服信号在传输过程的损耗及降低外界干扰，提高信号的有效性，使搜救者能快速判断是否存在幸存者；(2)由于探生球采用分布式方式投放，使得一次性探测面积大大增加，从而大幅提高了救援效率；(3)能直观、快速地获得生还者的大致位置。

附图说明

图1为探生球的工作原理示意框图。

图2为接收器的工作原理示意框图。

图3为探生球的控制程序的流程图。

图4为接收器的控制程序的流程图。

图5为探生球的电路图。

图6为接收器的电路图。

具体实施方式

本发明由投放到废墟中的探生球和手持式接收器组成，探生球的结构及工作原理如图1所示，其工作原理是：探生球把前端咪头接收到的语音信号通过有源放大与滤波处理后送入到锁相环调制单元进行调制，通过FM调制把语音信号调制到470.025～477.500MHz的频段。经过调制的信号通过滤波器滤除470.025～477.500MHz频段外的噪声信号，滤波后的高频信号通过两级高频功放推动到100mW左右的功率，最后通过与之匹配的网络及天线把高频信号发射出去。

上述接收语音信号的话筒为两只φ10mm的高灵敏度话筒，以保证在5-10m范围内有效拾取声音信号。由于话筒输出的声音信号很弱(一般小于10mV)，为了保证送往压探振荡器的信号幅度，必须对该信号进行放大。本实施例中采用运放进行放大，采用运放放大可以灵活地调整放大倍数，使放大后的信号与压控振荡器需要达到一定调频频偏的信号相匹配。由于语音信号的频带范围为300-3000Hz，同时为了避免发射的无线调频信号占用过多的带宽，需加带通滤波器，滤除300-3000Hz频率范围以外的信号，本实施例中采用有源带通滤波器。

锁相环由鉴相器、环路滤波和压控振荡器组成，由于压控振荡器输出的信号幅度较低，同时，为了避免后级功放对压控振荡器的影响，必须加缓冲放大器，本实施例中采用高频晶体管进行缓冲放大，放大增益10dB左右。经缓冲放大器放大的信号约为2dBm左右，再经过前级功放(高频晶体管)放大10dB左右，到12dBm左右，然后送入末级功放进行放大。由于高频晶体管在高频且大功率情况下增益较低，为了保证末级输出大于150mw(21.5dBm)，末级功率增益必须在10dB左右，本实施例中采用高频功率场效应管UW，放大发射信号到22dBm。

由于末级功放工作在非线性区域，导致产生大量的谐波，为了避免谐波对其他无线用户的干扰，本实施例采用5节LC滤波器，滤出工作信号的谐波。

单片机采用12LE5205AD，本发明的单片机仅起设置锁相环频率、存储主机(接收器)送来的通道号以及与主机进行串口通信的功能。该单片机具有电源电压宽，抗干扰能力强以及可在线编程的特点，单片机上所编程序包括如下步骤(如图3所示)：初始化→获取语音信号→判断信号是否异常(如生还者发出的呼救信号，则出现异常信号)→发送该异常语音信号。

手持式接收器的工作原理是(如图2所示)：将从天线接收到的射频信号先经第一滤波器滤掉无用的干扰信号，而让470.025-477.500MHz的有用信号通过并进入到高放电路进行放大，再将放大后的信号通过第二滤波器再进行一次滤波，然后将该信号送入第一混频器与频率合成器产生的一本振信号进行混频，产生的21.4MHz的中频信号经过晶体滤波器进行中频滤波后再经中频放大器送入第二混频器进行混频产生455MHz的二中频信号，最后将该信号进行鉴频产生音频信号，该音频信号经过带通滤波器选择300-3000Hz的有用信号并通过音量控制后送往音频功放而推动耳机工作。

本实施例所采用的天线为螺旋天线，它的最大辐射方向在垂直于螺旋轴的平面上，与入/4鞭状天线相比，虽然增益稍低了一些，但天线长度可缩短2/3或更多，携带较方便，而且在缩短的情况下仍可保持“自谐振”。

第一滤波器采用电容耦合双调谐LC回路，用于滤除工作频带以外的无用信号，避免造成后级电路饱和及高放互调，交调等影响。电容耦合双调谐LC回路具有矩形系数好的优点，可使滤波效果更好。

高放采用双栅场效应管，双栅场效应管放大器具有较高的输入和输出阻抗，对第一滤波器及第二滤波器的Q值影响较小，同时，还具有较大的动态范围，不易因输入信号或干扰过大而产生阻塞，此外，由于场效应管具有十分接近平方律的传输特性，以及三阶以上的效应可以忽略，因此能减小交调和各种组合频率的干扰，高放增益达到16dB左右。

第二滤波器的作用同第二滤波器。

混频器将天线接受的信号与频率合成器来的一本振混频产生21.4M的中频信号，本实施例中混频器采用双栅场效应管，同高放一样，该混频器具有较高的输入输出阻抗、较大的动态范围、较高的变频增益及较低的噪声系数，同时还具有十分接近平方律的特性使交调及各种阻合干扰较小。混频增益可达6dB左右。

21.4M的晶体滤波器具有极好的矩形系数，较低的插入损耗及带内波动以及优良的温度特性，可以有效的滤除工作频率±10KHz以外的无用信号，避免无用信号进入后级通道产生干扰及噪声，但由于晶体滤波器频率最高只能到几十MHz，故只能用于中频电路。

经过前几级的放大及滤波后，无用信号的干扰及器件的噪声系数已不是主要问题，为了保证进入后级信号的幅度，中放采用高频双极型晶体管，可以有效的降低成本，使中频信号放大到一定的幅度后送入后级电路。中放增益可达15kB左右。

第二混频器将21.4MHz的一中频与20.94MHz的二本振混频变为455KHz的二中频，本实施例中第二混频器采用集成混频器，具有体积小、增益高、成本低的优点。第二混频器与鉴相器共用31136集成块。

鉴频器采用集成鉴频器，将455KHz中频信号里的语音信号解调出来，具有体积小、成本低、集成度高的优点。

带通滤波采用有源带通滤波的方式，以滤除300-3000Hz以外的无用干扰信号(该频带范围为人的语音频带)，从而可以提高接收信号的信噪比，更有利于在噪声里分辨出有用信号。采用有源带通滤波，可以有效保证滤波器的滤波特性，因为有源滤波器里的运放输入阻抗高，对滤波器的Q值影响较小，且具有一定的增益，可以保证送入后级信号的幅度。

音量控制采用集成电调衰减器M62363，可以通过按键由单片机进行音量控制，使控制更加方便。

音频功放采用集成音频功放MC34119，该音频功放具有静噪控制端，可以通过单片机控制使功放在没有接收到信号时静音。同时，该功放采用平衡输出方式，可以取消音频输出的大电容。

锁相环由鉴相器、环路滤波、缓冲放大和压控振荡器组成，采用的是电容反馈三点线路(考毕兹电路)，其中，变容二极管作为一个电容参与反馈，当变容二极管上的反向电压增大时，变容二极管的电容减小，导致振荡器的振荡频率增加。反之，振荡器的振荡频率减小。这样，通过改变变容二极管反向电压，即可以改变振荡器的振荡频率，而该反向直流电压由锁相环(TB312020)输出的鉴相信号经过环路滤波器(电阻、电容网络组成)滤波产生。由于压控振荡器的输出信号较弱，需经过缓冲放大器放大到一定的幅度才能送往鉴相器，当压控振荡器的振荡频率高于锁相环的设定频率时，锁相环鉴相信号输出一个负脉冲，经环路滤波后导致反向直流电压降低，从而拉低压探振荡器的振荡频率。反之，拉高压控振荡器的振荡频率，从而使压控振荡器的振荡频率稳定在一个频率点上。而该频率点由单片机送往锁相环的数据决定。从而使压控振荡器的输出频率在一定的频率范围内可以变化，从而使接收机可以在470.025-477.500MHz的频率范围内工作。

单片机采用STC12C2052AD，该单片机含有内置AD、E2PROM、Flash、掉电复位电路、串口、定时器及可以在线编程，从而有利于以后的软件升级。内置AD用于采集按键信息，也可以采集接收信号的噪声大小，从而可以使接收机静音(在接收到噪声大时，则说明有用信号弱，使接收机静音；在接收到噪声小时，则说明有用信号强，使接收机输出音频信号)。单片机的写频接口采用异步串口方式，由单片机的串口(RXD、TXD、GND三线)加外围电路组成，可对探声球进行工作信道的读写操作。

该单片机由程序控制，其程序包括如下步骤(如图4所示)：初始化→接收异常信号并显示发出异常信号的小球工作通道的标识→输入需监听的通道标识→改变锁相频率使之调整到与监听通道的频率匹配→显示正在监听的通道标识。

显示屏采用16×1字符点阵液晶显示屏(内含背光，可根据需要开启或关闭背光)。

Claims

1.一种可用于地震救援的探生球生命搜索装置，其特征在于它包括：

(1)分散投放在废墟中的探生球，该探生球内安装有单片机和射频发射电路，所述发射电路将探生球前端咪头接收到的语音信号通过放大和滤波处理后，送入到锁相环进行调制，调制后的信号通过两级功放电路放大后，再通过滤波器滤出谐波，最后由天线发射出去；上述单片机由程序控制实现探生球的工作通道数据的存储及锁相环频率的设置；

(2)手持式接收器，该接收器上设有显示屏和操作面板，其内安装有单片机和射频接收电路，所述接收电路将从天线接收到的射频信号先经第一滤波器滤除干扰信号，再将该信号经过放大电路放大后送入第二滤波器滤波，然后将此信号送入第一混频器与频率合成器产生的一本振信号进行混频，所产生的中频信号经过晶体滤波器进行中频滤波后，再经中频放大器送入第二混频器进行混频，最后将所产生的中频信号进行鉴频产生音频信号，该音频信号通过带通滤波器后由功放电路送入耳机中；所述单片机由程序控制实现各探生球的工作通道数据的存储及锁相环频率的设置。

2.根据权利要求1所述的一种可用于地震救援的探生球生命搜索装置，其特征在于小球内单片机上的程序包括如下步骤：初始化→获取语音信号→识别有无异常信号→发送异常语音信号；

接收器内单片机上的程序包括如下步骤：初始化→接收异常信号并显示发出异常信号的小球工作通道的标识→输入需监听的通道标识→改变锁相频率使之调整到与监听通道的频率匹配→显示正在监听的通道标识。

3.根据权利要求1所述的一种可用于地震救援的探生球生命搜索装置，其特征在于：所采用的探生球为16～32个。