CN105701980A - 一种有毒气体报警器及报警方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种有毒气体报警器，该报警器包括感知有毒气体含量的传感器、统计时间的计时模块、带有最小二乘法预测功能的微处理器、以及根据有毒气体含量变化及超标时刻等指标向作业人员进行相关报警提示的视觉报警模块和听觉报警模块。本发明申请解决了报警器的时滞问题，大大提高了报警器的响应速度以及人员的危险警觉度，提前预警的功能也大大减少了对人身健康的损坏。而最小二乘法的应用更是减少了报警器因采用预测功能而出现误报警的机率，大大提高报警器预测的准确性。

Description

一种有毒气体报警器及报警方法

技术领域

本发明涉及危险报警技术领域，特别是指在有毒气体环境中，带有最小二乘法预测报警功能的便携式有毒气体报警器及报警方法。

背景技术

工业生产中经常会出现诸如一氧化碳等有毒性气体泄露、释放等情况的发生，作业人员在工作时面临着直接暴露在有毒气体环境中的风险，存在中毒的危险。目前的解决方法是为作业人员配备便携式毒气报警装置，作业人员携带报警装置进入危险环境中，如果遇到有毒气体浓度超过一定限定值时，就会发出声光报警提示作业人员远离危险区域。

但由于报警装置中的有毒气体检测仪存在一定的响应时间，当发生突发性有毒气体泄露或作业人员快速进入突发泄露的高浓度毒性气体区域时，报警装置来不及发出危险警报，进而产生很大的危险隐患。即使作业人员能够及时撤出危险区域，但报警的时滞仍然会对人身健康带来损害。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种用来解决现有技术中在有毒气体环境中，现有报警装置报警不及时或报警时滞等问题。

为了实现上述目的，现提出如下解决方案：

一方面，提供一种有毒气体报警器，包括：传感器、微处理器、计时模块、视觉报警模块以及听觉报警模块；其中，所述传感器用于感知环境中的有毒气体含量，并将得到的第一数据传送至所述微处理器进行处理；所述微处理器包括：信息处理子模块、数据存储子模块以及最小二乘法预测运算子模块；其中，所述信息处理子模块用于接收并处理所述传感器得到的第一数据以及所述计时模块得到的第二数据，传送至所述数据存储子模块进行存储；所述最小二乘法预测运算子模块用于通过最小二乘法拟合环境中的有毒气体含量变化过程，计算得出预设时间段内有毒气体含量变化以及报警时刻；所述视觉报警模块以及听觉报警模块根据所述最小二乘法预测运算子模块得到的信息，进行视觉及听觉上的警报操作。

优选地，所述视觉报警模块包括：报警灯以及液晶显示器；当所述视觉报警模块接收到所述最小二乘法预测运算子模块传达的警报操作指令后，所述报警灯开启；所述液晶显示器显示报警时刻。

优选地，所述听觉报警模块包括：蜂鸣器；当所述视觉报警模块接收到所述最小二乘法预测运算子模块传达的警报操作指令后，所述蜂鸣器开启。

另一方面，还提供了一种有毒气体报警方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

传感器感知环境中的有毒气体含量，并将得到的第一数据传送至微处理器；

所述微处理器将接收、存储所述第一数据以及计时模块传送的第二数据，并进行计算处理，得到有毒气体含量变化率；

通过最小二乘法拟合环境中的有毒气体含量变化过程，计算得出预设时间段内有毒气体含量变化以及报警时刻；

将所述报警时刻以及所述有毒气体含量变化传送至视觉报警模块以及听觉报警模块，进行相应的警报操作。

优选地，所述视觉报警模块包括：报警灯以及液晶显示器；当所述视觉报警模块接收到所述微处理器传达的警报操作指令后，所述报警灯开启；所述液晶显示器显示报警时刻。

优选地，所述听觉报警模块包括：蜂鸣器；当所述视觉报警模块接收到所述微处理器传达的警报操作指令后，所述蜂鸣器开启。

本发明的实施例具有以下有益效果：

上述方案中，通过最小二乘法拟合出有毒气体含量的时间变化过程，计算并预测随后一定时间段内有毒气体含量变化以及超标报警的时刻，控制显示屏及声光报警以提前警示佩戴人。本发明申请解决了报警器的时滞问题，大大提高了报警器的响应速度以及人员的危险警觉度，提前预警的功能也大大减少了对人身健康的损坏。而最小二乘法的应用更是减少了报警器因采用预测功能而出现误报警的机率，大大提高报警器预测的准确性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的有毒气体报警器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的报警方法的步骤流程图；

图3为本发明另一实施例提供的报警方法的步骤流程图。

具体实施方式

为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明的实施例针对现有技术中在有毒环境中，报警装置不能给予作业人员及时警报或者警报会有时滞的问题，提供了一种便携式有毒气体报警器。如图1所示，为本发明实施例提供的有毒气体报警器的结构示意图。有毒气体报警器包括：传感器101、微处理器103、计时模块102、视觉报警模块104以及听觉报警模块105.其中，传感器有有毒气体传感器用于感知环境中的有毒气体含量，并将得到的第一数据传送至微处理器103进行处理。微处理器103包括：信息处理子模块1001、数据存储子模块1002以及最小二乘法预测运算子模块1003。其中，信息处理子模块1001用于接收并处理传感器101得到的第一数据以及计时模块102得到的第二数据，传送至数据存储子模块1002进行存储。最小二乘法预测运算子模块1003用于通过最小二乘法拟合环境中的有毒气体含量变化过程，计算得出预设时间段内有毒气体含量变化以及报警时刻。视觉报警模块104以及听觉报警模块105根据最小二乘法预测运算子模块1003得到的信息，进行视觉及听觉上的警报操作。

优选地，本发明实施例提供的便携式有毒气体报警器中的视觉报警模块104包括：报警灯以及液晶显示器；当视觉报警模块104接收到最小二乘法预测运算子模块1003传达的警报操作指令后，报警灯开启；液晶显示器显示报警时刻。同理，听觉报警模块105包括：蜂鸣器；当视觉报警模块105接收到最小二乘法预测运算子模块1003传达的警报操作指令后，蜂鸣器开启。但本领域技术人员应当得知在视觉及听觉感官上给作业人员做有毒气体警报的装置模块并不以此为限，起到同样作用的功能模块都可以作为实现手段。

优选地，本发明实施例中微处理器103采用的为TI公司的16位低功耗芯片MSP430F249，其优选的数据采集周期时间为0.5s。

本发明所述的一种带最小二乘法预测报警功能的便携式有毒气体报警器通过最小二乘法拟合有毒气体含量变化过程，计算并预测随后一定时间段内有毒气体含量变化以及超标报警的时刻，控制显示屏及声光报警以提前警示佩戴人。此发明解决了报警器的时滞问题，大大提高了报警器的响应速度以及人员的危险警觉度，提前预警的功能也大大减少了对人身健康的损坏；而最小二乘法的应用更是减少了报警器因采用预测功能而出现误报警的机率，大大提高报警器预测的准确性。

另一方面，还提供了一种有毒气体报警方法。如图2所示，为本发明实施例提供的一种有毒气体报警方法的步骤流程图。该方法包括以下步骤：

S201：传感器感知环境中的有毒气体含量，并将得到的第一数据传送至微处理器；

S202：所述微处理器将接收、存储所述第一数据以及计时模块传送的第二数据，并进行计算处理，得到有毒气体含量变化率；

S203：通过最小二乘法拟合环境中的有毒气体含量变化过程，计算得出预设时间段内有毒气体含量变化以及报警时刻；

S204：将所述报警时刻以及所述有毒气体含量变化传送至视觉报警模块以及听觉报警模块，进行相应的警报操作。

如图3所示，为本发明另一实施例提供的报警方法的步骤流程图。本发明实施例提供的便携式有毒气体报警器的工作流程如下：

首先，微处理器接收并存储有毒气体传感器和计时模块数据，并通过有毒气体传感器和时间数据计算有毒气体含量变化率。优选地，本实施例中设定微处理器的数据采集周期时间为0.5s，即每0.5s微处理器进行第一数据及第二数据等相关数据的采集。

优选地，在有毒气体含量变化率在5s时间内持续大于0，则微处理器启动最小二乘法预测运算模块，计算预测并显示预设时间段有毒气体含量变化。其中，预测的预设时间段可人工设定，假定系统默认的预测时间为60s，而系统显示有毒气体含量变化的时刻分别是当前时刻后第10s、第20s、第30s、第40s、第50s和第60s。

当本发明实施例提供的报警器计算预测有毒气体含量超过安全报警极限的事件将发生在60s内时，报警器计算并显示有毒气体含量超过安全报警极限的时刻，并控制显示屏及声光报警提示佩戴人提高警觉，缓行或停止前进。

优选地，本发明实施例中当报警器以预设时间为10s的时间段窗口的传感器进行数据采样，处理器数据采样周期为0.5s即20个数据为样本数据，利用最小二乘法进行线性拟合。拟合的过程如下所示：

为方便文字描述，对于时间t和有毒气体含量p的数组{(t_i,p_i)|i＝1,2,…,N}，建立直线方程的表达式为：p＝a+bt。设定测量点p_i和直线方程结果a+bt_i的偏差d_i如下：

$\begin{array}{c}{d}_1=p_1-a-{\mathrm{bt}}_1\\ d_2=p_2-a-{\mathrm{bt}}_2\\ .\\ .\\ .\\ d_n=p_n-a-{\mathrm{bt}}_n\end{array}$

令且令D对a和b分别求一阶偏导数为：

$\frac{\∂D}{\∂a}=-2\[\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{p}_i-na-b\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{t}_i\]$

$\frac{\∂D}{\∂b}=-2\[\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{t}_i{p}_i-a\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{t}_i-b\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{t_i}^2\]$

令一阶偏导数为零，则有：

$\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{p}_i-na-b\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{t}_i=0$

$\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{t}_i{p}_i-a\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{t}_i-b\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{t_i}^2=0$

引入平均值： 得到：

$\stackrel{\‾}{p}-a-b\stackrel{\‾}{t}=0$

$\stackrel{\‾}{tp}-a\stackrel{\‾}{t}-b\stackrel{\‾}{t^2}=0$

解得：将a、b值带入线性方程p＝a+bt，即得到时间t和有毒气体含量p组成的线性函数，b是线性函数自变量斜率。

利用求得的线性方程p＝a+bt就可以计算出t+10秒至t+60秒的有毒气体含量，也可以利用变换后的方程t＝(p–a)/b计算出有毒气体含量超过安全报警极限的时刻。

然后，当有毒气体实际检测超标时，报警器发出强烈声光报警，提示人员撤离，直至报警器检测含量下降至安全报警极限以下时，停止报警。

此说明书中所描述的许多功能部件都被称为模块，以便更加特别地强调其实现方式的独立性。且本发明实施例提供的方法实施例与装置实施例相同之处，不进行再一次赘述。综上所述，采用本发明实施例提供的便携式有毒气体报警器以及使用其进行报警的方法，通过最小二乘法拟合出有毒气体含量的时间变化过程，计算并预测随后一定时间段内有毒气体含量变化以及超标报警的时刻，控制显示屏及声光报警以提前警示佩戴人。本发明申请解决了报警器的时滞问题，大大提高了报警器的响应速度以及人员的危险警觉度，提前预警的功能也大大减少了对人身健康的损坏。而最小二乘法的应用更是减少了报警器因采用预测功能而出现误报警的机率，大大提高报警器预测的准确性。

本发明实施例中，模块可以用软件实现，以便由各种类型的处理器执行。举例来说，一个标识的可执行代码模块可以包括计算机指令的一个或多个物理或者逻辑块，举例来说，其可以被构建为对象、过程或函数。尽管如此，所标识模块的可执行代码无需物理地位于一起，而是可以包括存储在不同物理上的不同的指令，当这些指令逻辑上结合在一起时，其构成模块并且实现该模块的规定目的。

实际上，可执行代码模块可以是单条指令或者是许多条指令，并且甚至可以分布在多个不同的代码段上，分布在不同程序当中，以及跨越多个存储器设备分布。同样地，操作数据可以在模块内被识别，并且可以依照任何适当的形式实现并且被组织在任何适当类型的数据结构内。所述操作数据可以作为单个数据集被收集，或者可以分布在不同位置上(包括在不同存储设备上)，并且至少部分地可以仅作为电子信号存在于系统或网络上。

在模块可以利用软件实现时，考虑到现有硬件工艺的水平，所以可以以软件实现的模块，在不考虑成本的情况下，本领域技术人员都可以搭建对应的硬件电路来实现对应的功能，所述硬件电路包括常规的超大规模集成(VLSI)电路或者门阵列以及诸如逻辑芯片、晶体管之类的现有半导体或者是其它分立的元件。模块还可以用可编程硬件设备，诸如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备等实现。

在本发明各方法实施例中，所述各步骤的序号并不能用于限定各步骤的先后顺序，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，对各步骤的先后变化也在本发明的保护范围之内。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种有毒气体报警器，其特征在于，包括：

传感器、微处理器、计时模块、视觉报警模块以及听觉报警模块；其中，

所述传感器用于感知环境中的有毒气体含量，并将得到的第一数据传送至所述微处理器进行处理；

所述微处理器包括：

信息处理子模块、数据存储子模块以及最小二乘法预测运算子模块；其中，

所述信息处理子模块用于接收并处理所述传感器得到的第一数据以及所述计时模块得到的第二数据，传送至所述数据存储子模块进行存储；

所述最小二乘法预测运算子模块用于通过最小二乘法拟合环境中的有毒气体含量变化过程，计算得出预设时间段内有毒气体含量变化以及报警时刻；

所述视觉报警模块以及听觉报警模块根据所述最小二乘法预测运算子模块得到的信息，进行视觉及听觉上的警报操作。

2.根据权利要求1所述的报警器，其特征在于，所述视觉报警模块包括：

报警灯以及液晶显示器；

当所述视觉报警模块接收到所述最小二乘法预测运算子模块传达的警报操作指令后，所述报警灯开启；所述液晶显示器显示报警时刻。

3.根据权利要求1所述的报警器，其特征在于，所述听觉报警模块包括：蜂鸣器；

当所述视觉报警模块接收到所述最小二乘法预测运算子模块传达的警报操作指令后，所述蜂鸣器开启。

4.一种有毒气体报警方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

传感器感知环境中的有毒气体含量，并将得到的第一数据传送至微处理器；

所述微处理器将接收、存储所述第一数据以及计时模块传送的第二数据，并进行计算处理，得到有毒气体含量变化率；

通过最小二乘法拟合环境中的有毒气体含量变化过程，计算得出预设时间段内有毒气体含量变化以及报警时刻；

将所述报警时刻以及所述有毒气体含量变化传送至视觉报警模块以及听觉报警模块，进行相应的警报操作。

5.根据权利要求4所述的报警方法，其特征在于，所述视觉报警模块包括：

报警灯以及液晶显示器；

当所述视觉报警模块接收到所述微处理器传达的警报操作指令后，所述报警灯开启；所述液晶显示器显示报警时刻。

6.根据权利要求4所述的报警方法，其特征在于，所述听觉报警模块包括：蜂鸣器；

当所述视觉报警模块接收到所述微处理器传达的警报操作指令后，所述蜂鸣器开启。