CN106023534B - 一种带行进安全预测和逃生方向指示功能的有毒气体报警器及其工作方法 - Google Patents

一种带行进安全预测和逃生方向指示功能的有毒气体报警器及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种带行进安全预测和逃生方向指示功能的有毒气体报警器及其工作方法，报警器至少包括有毒气体传感器、GPS定位传感器、海拔高度传感器、时钟日期模块、报警灯、蜂鸣器、液晶显示模块和微处理器。工作方法通过微处理器进行最小二乘法计算并预测超标报警的时刻及距离，控制液晶显示模块及报警灯、蜂鸣器进行声光报警以提前警示佩戴人；通过GPS定位传感器及海拔高度传感器的定位功能，在遭遇实际超标报警时，微处理器迅速计算并指示逃生方向，指引人员撤离。本发明利用预测时刻及距离的提前预报提高了报警器的响应速度以及人员的危险警觉度；而逃生方向快速指示的应用更是提高了人员撤离的效率，加强了对人身安全的保障力度。

Description

一种带行进安全预测和逃生方向指示功能的有毒气体报警器 及其工作方法
技术领域
本发明涉及有毒气体环境中危险报警的技术领域，具体涉及一种带行进安全预测和逃生方向指示功能的有毒气体报警器及其工作方法。
背景技术
工业中经常会出现如CO等毒性气体泄漏、释放等情况发生，作业人员在工作时面临暴露在有毒气体中的风险，存在中毒危险。目前的解决方法是为作业人员配备便携式毒气报警装置，作业人员携带装置进入危险环境中，如果遇到有毒气体浓度超过一定限制值，就会发出声光报警提示人员远离危险区域。
但由于报警装置中的毒性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漏或者人员快速进入突发泄漏的高浓度毒性气体区域时，报警装置来不及发出危险报警，因而产生很大的危险隐患；特别是人员进入突发泄漏区域，人员需要感受到报警器报警再给予判断和反馈，实际上已经受到毒气侵蚀。
而且对于例如生产设备集中、管道错综复杂的区域，当人员行进中遭遇突发泄漏时，大都难以第一时间发现或回忆起逃生通道或逃生方向，以至于延误了逃生时机；在某些事故案例中，由于人员在紧张时刻做出错误的逃生方向判断，致使自己不但没有逃脱，反而进入更危险区域，从而导致了人身伤亡。
发明内容
本发明要解决的问题是，针对现有工业作业报警存在的上述不足，提供一种带行进安全预测和逃生方向指示功能的有毒气体报警器及其工作方法，提高报警器的响应速度以及人员的危险警觉度，加强对人身安全的保障力度。
本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：
一种带行进安全预测和逃生方向指示功能的有毒气体报警器，至少包括有毒气体传感器、GPS定位传感器、海拔高度传感器、时钟日期模块、报警灯、蜂鸣器、液晶显示模块和微处理器，有毒气体传感器、GPS定位传感器、海拔高度传感器、时钟日期模块分别与微处理器的输入端连接，微处理器的输出端分别与液晶显示模块、报警灯和蜂鸣器连接。
按上述方案，所述微处理器主要包括信息处理模块、数据存储模块和预测及方位运算模块，信息处理模块用于接收有毒气体传感器、GPS定位传感器、海拔高度传感器、时钟日期模块的数据并进行处理获得有毒气体含量、GPS数据、海拔高度数据和时间数据，并通过液晶显示模块显示，执行报警器工作流程和调用预测及方位运算模块；数据存储模块用于存储有毒气体含量和时间数据；预测及方位运算模块用于执行最小二乘法预测算法以及方位、方向的计算。
按上述方案，所述微处理器还用于当有毒气体含量变化率在5s时间内持续大于0时，记录此过0时刻GPS数据及海拔高度数据；并当发生有毒气体实际超标时，微处理器的预测及方位运算模块计算比较超标时刻GPS数据及海拔高度数据与过0时刻相应的GPS数据及海拔高度数据的差异，并在液晶显示模块上指示出方向，即从超标时刻的位置指向过0时刻的位置，指引人员撤离。
本发明还提供了一种上述带行进安全预测和逃生方向指示功能的有毒气体报警器的工作方法，包括如下步骤：
S1、报警器的微处理器通过信息处理模块和数据存储模块分别接收并存储有毒气体传感器检测的有毒气体含量、GPS定位传感器检测的GPS数据、海拔高度传感器检测的海拔高度数据和时钟日期模块显示的时间数据，并通过有毒气体含量和时间数据计算有毒气体含量变化率；
S2、当步骤S1中有毒气体含量变化率在一定时间T内持续大于0，则微处理器记录此刻GPS数据及海拔高度数据，并启动预测及方位运算模块，预测及方位运算模块计算预测并显示一定时间段有毒气体含量变化；
S3、当报警器计算预测有毒气体含量超过安全报警极限的事件发生在预测时间段内时，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，并控制液晶显示模块及报警灯、蜂鸣器进行声光报警提示佩戴人提高警觉，缓行或停止前进；此时，报警器根据GPS、海拔高度传感器及时钟日期模块数据计算人员行进速度和行进方向；
S4、报警器判断佩戴人的行进速度是否为0：如果为0，表示佩戴人处于停止状态，报警器计算并显示有毒气体含量超过安全报警极限的倒计时时刻；如果不为0，除计算并显示倒计时外，报警器还根据佩戴人行进瞬时速度及方向，计算与预测距离超标报警点的距离；
S5、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；
S6、报警器在人员撤离过程中仍然监测有毒气体含量，如果含量没有降低到报警点以下，报警器继续发出声光报警，并且给予方向指示；反之，则停止报警和指示。
按上述方案，步骤S2中一定时间T选取为5s。
按上述方案，设定报警器的数据采集周期时间为0.5s，报警器以10s时间段窗口的传感器采样数据，即20个数据为样本数据，利用最小二乘法进行线性拟合；对于时间t和有毒气体含量p的数组{(ti，pi)|i＝1，2，...，N}，建立线性方程的表达式为：p＝a+bt，利用最小二乘法求得a、b值，再利用求得的线性方程p＝a+bt预测和计算出有毒气体含量，或者利用变换后的方程t＝(p–a)/b计算出有毒气体含量超过安全报警极限的时刻。
按上述方案，步骤S2中预测时间段设定为60s，报警器的液晶显示模块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。
按上述方案，在步骤S2中当有毒气体含量变化率在5s时间内持续大于0时，微处理器记录此过0时刻GPS数据及海拔高度数据；而当步骤S5中发生有毒气体实际超标时，微处理器计算比较超标时刻GPS数据及海拔高度数据与过0时刻相应的GPS数据及海拔高度数据的差异，并在液晶显示模块上指示出方向，即从超标时刻的位置指向过0时刻的位置，指引人员撤离。
本发明的工作原理：通过微处理器进行最小二乘法计算并预测超标报警的时刻及距离，控制液晶显示模块及报警灯、蜂鸣器进行声光报警以提前警示佩戴人；通过GPS定位传感器及海拔高度传感器的定位功能，在遭遇实际超标报警时，微处理器的预测及方位运算模块迅速计算并指示逃生方向，指引人员撤离。
本发明的有益效果：本发明利用预测时刻及距离的提前预报提高了报警器的响应速度以及人员的危险警觉度；而逃生方向快速指示的应用更是提高了人员撤离的效率，加强了对人身安全的保障力度。
附图说明
图1是本发明带行进安全预测和逃生方向指示功能有毒气体报警器的构成框图；
图2是本发明带行进安全预测和逃生方向指示功能有毒气体报警器的工作流程图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明所述的带行进安全预测和逃生方向指示功能的有毒气体报警器的构成框图，该报警器至少包括有毒气体传感器、GPS定位传感器、海拔高度传感器、时钟日期模块、报警灯、蜂鸣器、液晶显示模块和微处理器，有毒气体传感器、GPS定位传感器、海拔高度传感器、时钟日期模块分别与微处理器的输入端连接，微处理器的输出端分别与液晶显示模块、报警灯和蜂鸣器连接。
其中，微处理器是信息处理及运算、控制单元，主要包括信息处理模块、数据存储模块和预测及方位运算模块，优选为TI公司的16位低功耗芯片MSP430F249；信息处理模块用于接收有毒气体传感器、GPS定位传感器、海拔高度传感器、时钟日期模块的数据并进行处理获得有毒气体含量、GPS数据、海拔高度数据和时间数据，并通过液晶显示模块显示，执行报警器工作流程和调用预测及方位运算模块(进行算法预测)；数据存储模块用于存储有毒气体含量和时间数据；预测及方位运算模块用于执行最小二乘法预测算法以及方位、方向的计算。
参照图2所示，本发明带行进安全预测和逃生方向指示功能有毒气体报警器的工作方法包括如下步骤：
S1、报警器的微处理器通过信息处理模块和数据存储模块分别接收并存储有毒气体传感器检测的有毒气体含量、GPS定位传感器检测的GPS数据、海拔高度传感器检测的海拔高度数据和时钟日期模块显示的时间数据，并通过有毒气体含量和时间数据计算有毒气体含量变化率；
S2、当步骤S1中有毒气体含量变化率在5s时间内持续大于0，则微处理器记录此刻GPS数据及海拔高度数据，并启动预测及方位运算模块，预测及方位运算模块计算预测并显示一定时间段有毒气体含量变化；
优选地，设定报警器的数据采集周期时间为0.5s，报警器以10s时间段窗口的传感器采样数据，即20个数据为样本数据，利用最小二乘法进行线性拟合。对于时间t和有毒气体含量p的数组{(ti，pi)|i＝1，2，...，N}，建立线性方程的表达式为：p＝a+bt，利用最小二乘法求得a、b值，再利用求得的线性方程p＝a+bt预测和计算出有毒气体含量，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；
报警器总的预测时间段人工设定，优选地，系统默认设定的预测时间段为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；
S3、当报警器计算预测有毒气体含量超过安全报警极限的事件发生在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，并控制液晶显示模块及报警灯、蜂鸣器进行声光报警提示佩戴人提高警觉，缓行或停止前进；此时，报警器根据GPS、海拔高度传感器及时钟日期模块数据计算人员行进速度和行进方向；
S4、报警器判断佩戴人的行进速度是否为0：如果为0，表示佩戴人处于停止状态，报警器计算并显示有毒气体含量超过安全报警极限的倒计时时刻；如果不为0，除计算并显示倒计时外，报警器还根据佩戴人行进瞬时速度及方向，计算与预测距离超标报警点的距离；
S5、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；
同时，由于在步骤S2中当有毒气体含量变化率在5s时间内持续大于0，即报警器明确检测出有毒气体泄漏时，微处理器记录了当时的GPS数据及海拔高度数据；而此刻步骤S5中发生有毒气体实际超标时，微处理器计算比较此刻GPS数据及海拔高度数据与步骤S2中当有毒气体含量变化率持续大于0时记录的GPS数据及海拔高度数据的差异，并在液晶显示模块上指示出方向，即从步骤S5中超标时刻的位置指向步骤S2中过0时刻的位置，指引人员撤离；
S6、报警器在人员撤离过程中仍然监测有毒气体含量，如果含量没有降低到报警点以下，报警器继续发出声光报警，并且给予方向指示；反之，则停止报警和指示。
应理解，上述实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (6)

1.一种带行进安全预测和逃生方向指示功能的有毒气体报警器，其特征在于，至少包括有毒气体传感器、GPS定位传感器、海拔高度传感器、时钟日期模块、报警灯、蜂鸣器、液晶显示模块和微处理器，有毒气体传感器、GPS定位传感器、海拔高度传感器、时钟日期模块分别与微处理器的输入端连接，微处理器的输出端分别与液晶显示模块、报警灯和蜂鸣器连接；
所述微处理器主要包括信息处理模块、数据存储模块和预测及方位运算模块，信息处理模块用于接收有毒气体传感器、GPS定位传感器、海拔高度传感器、时钟日期模块的数据并进行处理获得有毒气体含量、GPS数据、海拔高度数据和时间数据，并通过液晶显示模块显示，执行报警器工作流程和调用预测及方位运算模块；数据存储模块用于存储有毒气体含量和时间数据；预测及方位运算模块用于执行最小二乘法预测算法以及方位、方向的计算；
所述微处理器还用于当有毒气体含量变化率在5s时间内持续大于0时，记录此过0时刻GPS数据及海拔高度数据；并当发生有毒气体实际超标时，微处理器的预测及方位运算模块计算比较超标时刻GPS数据及海拔高度数据与过0时刻相应的GPS数据及海拔高度数据的差异，并在液晶显示模块上指示出方向，即从超标时刻的位置指向过0时刻的位置，指引人员撤离。
2.一种根据权利要求1所述的带行进安全预测和逃生方向指示功能的有毒气体报警器的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、报警器的微处理器通过信息处理模块和数据存储模块分别接收并存储有毒气体传感器检测的有毒气体含量、GPS定位传感器检测的GPS数据、海拔高度传感器检测的海拔高度数据和时钟日期模块显示的时间数据，并通过有毒气体含量和时间数据计算有毒气体含量变化率；
S2、当步骤S1中有毒气体含量变化率在一定时间T内持续大于0，则微处理器记录此刻GPS数据及海拔高度数据，并启动预测及方位运算模块，预测及方位运算模块计算预测并显示一定预测时间段有毒气体含量变化；
S3、当报警器计算预测有毒气体含量超过安全报警极限的事件发生在预测时间段内时，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，并控制液晶显示模块及报警灯、蜂鸣器进行声光报警提示佩戴人提高警觉，缓行或停止前进；此时，报警器根据GPS、海拔高度传感器及时钟日期模块数据计算人员行进速度和行进方向；
S4、报警器判断佩戴人的行进速度是否为0：如果为0，表示佩戴人处于停止状态，报警器计算并显示有毒气体含量超过安全报警极限的倒计时时刻；如果不为0，除计算并显示倒计时外，报警器还根据佩戴人行进瞬时速度及方向，计算与预测超标报警点的距离；
S5、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；
S6、报警器在人员撤离过程中仍然监测有毒气体含量，如果含量没有降低到报警点以下，报警器继续发出声光报警，并且给予方向指示；反之，则停止报警和指示。
3.根据权利要求2所述的带行进安全预测和逃生方向指示功能的有毒气体报警器的工作方法，其特征在于，步骤S2中一定时间T选取为5s。
4.根据权利要求2所述的带行进安全预测和逃生方向指示功能的有毒气体报警器的工作方法，其特征在于，设定报警器的数据采集周期时间为0.5s，报警器以10s时间段窗口的传感器采样数据，即20个数据为样本数据，利用最小二乘法进行线性拟合；对于时间t和有毒气体含量p的数组{(ti,pi)|i=1,2,…,N}，建立线性方程的表达式为：p = a + bt，利用最小二乘法求得a、b值，再利用求得的线性方程p = a + bt预测和计算出有毒气体含量，或者利用变换后的方程t = (p – a)/b计算出有毒气体含量超过安全报警极限的时刻。
5.根据权利要求4所述的带行进安全预测和逃生方向指示功能的有毒气体报警器的工作方法，其特征在于，步骤S2中预测时间段设定为60s，报警器的液晶显示模块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。
6.根据权利要求2所述的带行进安全预测和逃生方向指示功能的有毒气体报警器的工作方法，其特征在于，在步骤S2中当有毒气体含量变化率在5s时间内持续大于0时，微处理器记录此过0时刻GPS数据及海拔高度数据；而当步骤S5中发生有毒气体实际超标时，微处理器计算比较超标时刻GPS数据及海拔高度数据与过0时刻相应的GPS数据及海拔高度数据的差异，并在液晶显示模块上指示出方向，即从超标时刻的位置指向过0时刻的位置即预测超标报警点，指引人员撤离。
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