CN109224332A - 一体化智能呼吸器背板装置及数据采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种一体化智能呼吸器背板装置及数据采集方法，该装置包括背板、主控模块、电源模块和扩展模块，主控模块和电源模块设于背板上，电源模块连接主控模块，背板设有管线，管线与气瓶的减压阀连接，主控模块包括处理器、压力传感单元、状态传感模块、蓝牙模块和报警蜂鸣器，压力传感单元、状态传感模块、蓝牙模块和报警蜂鸣器分别连接到处理器；该种一体化智能呼吸器背板装置及数据采集方法，将以往需要分别配备的个人压力传感装置和个人安全装置集成到一块背板上，可扩展空间大，背负方便，降低模块在复杂环境下遭受撞击的几率，大大方便了救援人员使用。

Description

一体化智能呼吸器背板装置及数据采集方法

技术领域

本发明涉及一种一体化智能呼吸器背板装置及数据采集方法。

背景技术

在危险环境下救援人员(如消防员)的生命安全主要依靠气体呼吸器(如空气呼吸器，氧气呼吸器)来保证，救援人员必须时刻确保气瓶中气体压力处于安全范围。因此，气瓶压力数据需要采用压力传感器进行持续性采集。与此同时，救援人员需要及时把现场信息传给队友或指挥中心，实现高效能的协同救援，因此需要通信装备；在现场复杂气体环境下，还需要进行气体检测，对现场的危险进行合理评估；救援时还需要通过红外等装置及时判断遇险人员的位置和生命体征等等。可以预见，未来的救援将呈现更加多维的传感和信息收集处理的趋势。

然而，目前现有救援装备通常是分批配置，而且彼此分离，不仅集成化程度低，不利于装备的小型化和标准化，而且给救援人员带来极大的负担，不便携带，更不用说牢固性，装备之间的连接也会耗费很多时间，妨碍了救援的正常进行，有时甚至贻误了救援时机，造成不可挽回的生命和财产损失。

同时，目前大部分现有气瓶装置仅仅配置单个压力传感器，在传感器发生故障时无法进行准确判断，更无法再向用户提供可靠的气压数据，极大地威胁到救援人员的生命安全。另有个别厂家的气瓶装置配置了双压力传感器接口，但由于功耗问题而搁置未用。因此，对于时间就是生命的救援现场来说，高度集成化、一体化、便于携带、可靠性高的个人装备是大势所趋，也是现场救援的急需。

发明内容

本发明的目的是提供一种一体化智能呼吸器背板装置及数据采集方法，可提供低功耗、高可靠性的压力传感器工作保障，为救援人员生命安全提供万无一失的保障，具有极大的实用价值，解决现有技术中存在的如何提高高度集成化、一体化、便于携带、可靠性高的个人装备的问题。

本发明的技术解决方案是：

一种一体化智能呼吸器背板装置，包括背板、主控模块、电源模块和扩展模块，主控模块和电源模块设于背板上，电源模块连接主控模块，背板设有管线，管线与气瓶的减压阀连接，主控模块包括处理器、压力传感单元、状态传感模块、蓝牙模块和报警蜂鸣器，压力传感单元、状态传感模块、蓝牙模块和报警蜂鸣器分别连接到处理器，扩展模块与处理器之间通过有线或无线方式通信。

进一步地，扩展模块包括扩展传感器单元、扩展终端单元、射频通信单元和多媒体单元，扩展传感器单元、扩展终端单元、射频通信单元、多媒体单元分别与处理器之间通过有线或无线方式通信，扩展传感器单元包括可见光传感器、热成像传感器、红外测温传感器和/或毒气检测仪；扩展终端单元包括有线压力平视显示装置HUD、无线压力平视显示装置HUD、呼救器和/或电子压力表；多媒体单元包括摄像头、麦克风和耳机。

进一步地，压力传感单元采用两个压力传感器构成的双压力传感器，两个压力传感器分别连接处理器。

进一步地，主控模块的处理器接收传感器单元收集的数据，并提供多媒体模块接口，接收来自多媒体模块传来的声音、视频数据，复用后通过主控模块上的射频模块接口，将信息发给射频模块利用无线方式实现远距离通信，将信息发给后场监控中心；处理器通过有线方式连接HUD，通过有线方式连接电子压力表，进行数据信息的显示；主控模块由蓝牙接口通过无线方式发送信息到现场个人装备，包括无线HUD或呼救器；主控模块还连接电源模块。

一种采用上述任一项所述一体化智能呼吸器背板装置的数据采集方法，根据电源模块的电量状态采取不同的气压数据采集模式，再通过对两个压力传感器的采集数据的比对，来对压力传感器进行故障判断；具体为，当现场救援的电源模块的电量受限时，即电源模块的电量低于设定的最低电量时，以设定幅度降低压力传感器的采集频率，选择受限状态采集模式并选择采集方式进行采集数据，再依据两个压力传感器的采集数据来进行故障判断；当电源模块的电量充足时，即电源模块的电量不低于设定的最低电量时，两个压力传感器同时采集，再依据两个压力传感器的采集数据来进行故障判断。

进一步地，受限状态采集模式的采集方式一为：电源模块的电量受限时，两个压力传感器中的其中一个为主压力传感器，以设定频率采集气压数据，另一个压力传感器为备压力传感器，以低于设定频率的频率进行气压数据采集，并以此数据作为辅助判断手段，判断主压力传感器的工作状态是否正常？当两个压力传感器采集的气压数据之差大于阈值时，即报警通知用户传感器故障。

进一步地，受限状态采集模式的采集方式二为：电源模块的电量受限时，两个压力传感器进行等间隔交替采集，将收集到的数据进行前后收集时刻的对比，如果呈下降趋势，则状态正常；如果前后时刻数据为上升趋势，则判断压力传感器故障并报警。

进一步地，电源模块的电量充足时，两个压力传感器同时采集，根据气瓶的气量预设判断阈值，当两个压力传感器采集的气压数据之差大于该阈值时，即报警通知用户压力传感器故障。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，该种一体化智能呼吸器背板装置及数据采集方法，具有以下优点：

一、该种一体化智能呼吸器背板装置及数据采集方法，将以往需要分别配备的个人压力传感装置集成到一块背板上，可扩展空间大，背负方便，降低模块在复杂环境下遭受撞击的几率，大大方便了救援人员使用。该种一体化智能呼吸器背板装置及数据采集方法，采用整体一体化、高度集成化设计解决了救援人员现场装备众多，不便携带，可靠性低的问题，同时降低了生产成本，具有极大的市场前景。

二、本发明采用模块化设计方法，可集成与压力传感、个人安全相关的各种扩展功能，如对气压信息的处理、远距离通信和气体检测功能等，实现用户定制。

三、该种一体化智能呼吸器背板装置及数据采集方法，配备双压力传感器。通过对两个传感器采集数据的比对对压力传感器进行故障判断，提高现场气瓶装备使用的可靠性。

四、该种一体化智能呼吸器背板装置及数据采集方法，根据救援现场个人装备电源消耗情况自适应改变两个传感器的气压采集方式，进行灵活可变的智能化现场采集，解决双传感器功耗问题，最大限度降低设备功耗，充分保证装备的使用时间，具有较大的市场前景。

附图说明

图1是本发明实施例一体化智能呼吸器背板装置的结构示意图；

图2是实施例一体化智能呼吸器背板装置的分解结构示意图；

图3是实施例一体化智能呼吸器背板装置安装电子压力表的结构示意图；

图4是实施例一体化智能呼吸器背板装置安装机械压力表的结构示意图；

图5是实施例一体化智能呼吸器背板装置安装电子压力表和机械压力表的结构示意图；

图6是实施例一体化智能呼吸器背板装置设置有线HUD的结构示意图；

图7是实施例一体化智能呼吸器背板装置安装电子压力表的气路图；

图8是实施例一体化智能呼吸器背板装置安装机械压力表的气路图；

图9是实施例一体化智能呼吸器背板装置安装电子压力表和机械压力表的气路图；

图10是实施例中快速电气接头的说明示意图；

图11是本发明实施例一体化智能呼吸器背板装置的说明框图；

图12是本发明实施例数据采集方法的流程示意图；

其中：1-背板，2-主控模块，3-电源模块，4-扩展模块，5-电子压力表，6-线路管，7-减压阀，8-气瓶，9-中压管，10-高压管，11-凹槽。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例

一种一体化智能呼吸器背板装置，如图1、图2和图11，包括背板1、主控模块2、电源模块3和扩展模块4，主控模块2和电源模块3设于背板1上，电源模块3连接主控模块2，背板1设有管线，管线与气瓶8的减压阀7连接，主控模块2包括处理器、压力传感单元、状态传感模块、蓝牙模块和报警蜂鸣器，压力传感单元、状态传感模块、蓝牙模块和报警蜂鸣器分别连接到处理器，扩展模块4与处理器之间通过有线或无线方式通信。

该种一体化智能呼吸器背板装置，采用一体化结构设计，将以往需要分别配备的各类传感装置与分散式供电方式集成到一块背板1上，通过一体化模块设计，可集成与压力传感相关以及保障救援人员安全的各种扩展功能，并为用户定制个人装备提供充分的灵活性，因此装置可扩展空间大，背负方便，且降低了模块在复杂环境下遭受撞击的几率，方便救援人员使用。

该种一体化智能呼吸器背板装置，主控模块2包括处理器、压力传感单元、状态传感模块、蓝牙模块和报警蜂鸣器，能够实现对气压信息和其他传感信息的融合处理、通过无线方式扩展更多传感器，如气体检测功能。电源模块3为整个背板装置的正常工作提供能量供应，提供以背板1为中枢的电源管理。

实施例中，压力传感单元22采用两个压力传感器构成的双压力传感器，两个压力传感器分别设于管线上，两个压力传感器分别连接处理器。双传感器设计可根据现场情况采用不同的采集方法，为气压感知提供高度可靠性。双压力传感器可根据现场情况同时采集气压数据，或交替采集，实现对气瓶8气压的可靠感知，为气压感知提供高度可靠性。

实施例中，扩展模块4包括扩展传感器单元、扩展终端单元、射频通信单元和多媒体单元，扩展传感器单元、扩展终端单元、射频通信单元、多媒体单元分别与处理器之间通过有线或无线方式通信，扩展传感器单元包括可见光传感器、热成像传感器、红外测温传感器和/或毒气检测仪；扩展终端单元包括有线压力平视显示装置HUD、无线压力平视显示装置HUD、呼救器和/或电子压力表5；多媒体单元包括摄像头和麦克风。

该种一体化智能呼吸器背板装置中，背板1设有凹槽11，主控模块2、电源模块3分别设于凹槽11内，便于背负救援气瓶8，并能够实现与气瓶8气压相关以及保障救援人员安全的各种功能。实施例中，管线包括传输气体的管道和线路管6；线路管6专门指传输电子信号的线路，传输气体的管道包括中压管9和高压管10。

如图3，该种一体化智能呼吸器背板装置中，还包括压力表，压力表采用电子压力表5，减压阀7引出高压管10接入主控模块2，减压阀7引出中压管9连接到面罩，主控模块2通过有线或无线方式将信号传给压力平视显示装置HUD装置。

如图8，背板装置当连接电子压力表5时，从减压阀7引出的高压管10接入主控模块2进行气压的读取，引出的中压管9可连接到面罩，主控模块2进行气压的读取和处理之后通过线路管6将信号传给电子压力表5，实现气压显示、低气压时的声光报警等，同时主控模块2还可以通过有线或无线方式将信号传给HUD装置。

如图4，该种一体化智能呼吸器背板装置中，还包括压力表，压力表采用机械压力表，减压阀7引出两路高压管10分别连接机械压力表、主控模块2，减压阀7引出中压管9连接到面罩，主控模块2通过有线或无线方式将信号传给HUD装置。

如图9，背板装置当连接机械压力表时，从减压阀7引出两路高压气源，分别连接机械压力表和主控模块2，引出的中压管9可连接到面罩，主控模块2进行气压的读取和处理之后通过有线或无线方式将信号传给HUD装置，实现气压显示、低气压时的声光报警等。

如图5，该种一体化智能呼吸器背板装置中，还包括电子压力表5与机械压力表，减压阀7引出两路高压管10分别连接机械压力表、主控模块2，减压阀7引出中压管9连接到面罩，主控模块2通过线路管6将信号传给电子压力表5，主控模块2通过有线或无线方式将信号传给HUD装置。

如图10，背板装置当连接机械&电子压力表5时，从减压阀7引出两路高压气源，分别连接机械压力表和主控模块2，引出的中压管9可连接到面罩，主控模块2进行气压的读取和处理之后通过线路管6将信号传给电子压力表5，实现气压显示、低气压时的声光报警等，同时主控模块2还可以通过有线或无线方式将信号传给HUD装置。此外，在此种情况下，电子压力表5连接背板1上的电源模块3取电，无需自带电源。

实施例中，背板1设计能够兼容不同厂家的气瓶8装置，并提供标准化接口，能够根据用户需要提供电子压力表5、机械压力表、电子&机械压力表的连接。可以采用无线或有线方式将气压信息传给HUD装置，极大地提高使用的灵活性，降低生产成本。管线设计便于携带，更加牢固。

如图6，主控模块2将气压信息传给HUD装置时采用有线方式时，中压管9与线路管6并置于同一保护套中，并采用快插电器接头与面罩HUD快速连接，向HUD提供气压数据、低气压报警信息等，同时HUD可通过背板1供电。此外，若面罩内有通讯系统，可通过有线方式传递语音信号到主控模块2，主控模块2可将语音信号传给救援后场指挥中心；或者传到电子表处配置的扩音器，将声音放大，以便于同伴听到。

实施例中，如图10，还包括快插电气接头，主控模块2通过快插电气接头连接压力平视显示装置HUD，快插电气接头包括气管和传输电信号的线管，气管和线管并置于同一保护套中，气管的一端气管接口连接减压阀7来的中压管9，气管的另一端气管接口接连通面罩的中压管9，线管的一端电路接口连接主控模块2，线管的另一端电路接口连接压力平视显示装置HUD，线管的另一端电路接口连接压力平视显示装置HUD通过线路管6由背板1供电。如果HUD安装于面罩内，则中压管9可为面罩提供呼吸气体输入；当面罩内有通讯系统，则话音信号也通过线路管6传给主控模块2，主控模块2再将其传给救援后场指挥中心，或传到扩音器。

实施例中，主控模块2可通过有线或无线方式扩展其他类型传感器，为装备提供充分的可扩展性；主控模块2可通过有线方式连接传感器，同时内置(也可外接)蓝牙模块，其他传感器或气体检测仪可以通过无线信号将传感数据传给主控模块2。

主控模块2接收各个传感器收集的数据，提供多媒体模块接口，可接收来自多媒体模块(耳机、话筒、摄像头等)传来的声音、视频数据，复用后通过射频通信单元接口，将信息发给射频通信单元利用无线方式实现远距离通信功能，可将信息发给后场监控中心等。主控模块2的处理器还可以通过有线方式连接HUD，通过有线方式连接电子压力表5，进行数据信息的显示；主控模块2也可以由蓝牙接口通过无线方式发送信息到HUD或呼救器等现场个人装备；主控模块2还连接电源模块3，实现一体化的电源管理。

实施例采用一体化结构设计，将以往需要分别配备的各类传感装置与分散式供电方式集成到一块背板1上，通过一体化模块设计，可集成与压力传感相关以及保障救援人员安全的各种扩展功能，并为用户定制个人装备提供充分的灵活性，因此装置可扩展空间大，背负方便，且降低了模块在复杂环境下遭受撞击的几率，方便救援人员使用。

该种一体化智能呼吸器背板装置，背板1设计能够兼容不同厂家的气瓶8装置，并提供标准化接口，能够根据用户需要提供电子压力表5、机械压力表、电子&机械压力表的连接，可以采用无线或有线方式将气压信息传给HUD装置，极大地提高使用的灵活性，降低生产成本；管线设计便于携带，更加牢固，采用快插电气接头使现场操作更加方便快速，为救援争取了宝贵的时间；双传感器设计可根据现场情况采用不同的采集方法，实现对气瓶8气压的可靠感知，为气压感知提供高度可靠性。进一步提高了现场救援装备的集成性、可扩展性、可靠性、使用的便捷性，解决了救援人员现有装备面临的诸多问题，市场前景非常广阔。

实施例还提供一种采用上述一体化智能呼吸器背板1装置的数据采集方法，如图12，根据电源模块3的电量状态采取不同的气压数据采集模式，再通过对两个压力传感器的采集数据的比对，来对压力传感器进行故障判断；具体为，当现场救援的电源模块3的电量受限时，即电源模块3的电量低于设定的最低电量时，以设定幅度降低压力传感器的采集频率，择一选择以下两种受限状态采集模式采集数据，再依据两个压力传感器的采集数据来进行故障判断；当电源模块3的电量充足时，即电源模块3的电量不低于设定的最低电量时，两个压力传感器同时采集，再依据两个压力传感器的采集数据来进行故障判断。

受限状态采集模式的采集方式一为：电源模块3的电量受限时，两个压力传感器中的其中一个为主压力传感器，以设定频率采集气压数据，另一个压力传感器为备压力传感器，以低于设定频率的频率进行气压数据采集，并以此数据作为辅助判断手段，判断主压力传感器的工作状态是否正常？当两个压力传感器采集的气压数据之差大于阈值时，即报警通知用户传感器故障。

受限状态采集模式的采集方式二为：电源模块3的电量受限时，两个压力传感器进行等间隔交替采集，将收集到的数据进行前后收集时刻的对比，如果呈下降趋势，则状态正常；如果前后时刻数据为上升趋势，则判断压力传感器故障并报警。

电源模块3的电量充足时，两个压力传感器同时采集，根据气瓶8的气量预设判断阈值，当两个压力传感器采集的气压数据之差大于该阈值时，即报警通知用户压力传感器故障。

实施例的该种数据采集方法针对现场救援人员气瓶8压力采集传感器可能出现故障而威胁人员生命安全的问题，配备双压力传感器。通过对两个压力传感器采集数据的比对对压力传感器进行故障判断，提高现场装备使用的可靠性。此外，该方法根据救援现场个人装备电源模块3的消耗情况自适应改变两个压力传感器的气压采集方式，进行灵活可变的智能化现场采集，最大限度降低设备功耗，充分保证装备的使用时间。

Claims (8)

1.一种一体化智能呼吸器背板装置，其特征在于：包括背板、主控模块、电源模块和扩展模块，主控模块和电源模块设于背板上，电源模块连接主控模块，背板设有管线，管线与气瓶的减压阀连接，主控模块包括处理器、压力传感单元、状态传感模块、蓝牙模块和报警蜂鸣器，压力传感单元、状态传感模块、蓝牙模块和报警蜂鸣器分别连接到处理器，扩展模块与处理器之间通过有线或无线方式通信。

2.如权利要求1所述的一体化智能呼吸器背板装置，其特征在于：扩展模块包括扩展传感器单元、扩展终端单元、射频通信单元和多媒体单元，扩展传感器单元、扩展终端单元、射频通信单元、多媒体单元分别与处理器之间通过有线或无线方式通信，扩展传感器单元包括可见光传感器、热成像传感器、红外测温传感器和/或毒气检测仪；扩展终端单元包括有线压力平视显示装置HUD、无线压力平视显示装置HUD、呼救器和/或电子压力表；多媒体单元包括摄像头、麦克风和耳机。

3.如权利要求1所述的一体化智能呼吸器背板装置，其特征在于：压力传感单元采用两个压力传感器构成的双压力传感器，两个压力传感器分别连接处理器。

4.如权利要求1-3任一项所述的一体化智能呼吸器背板装置，其特征在于：主控模块的处理器接收传感器单元收集的数据，并提供多媒体模块接口，接收来自多媒体模块传来的声音、视频数据，复用后通过主控模块上的射频模块接口，将信息发给射频模块利用无线方式实现远距离通信，将信息发给后场监控中心；处理器通过有线方式连接HUD，通过有线方式连接电子压力表，进行数据信息的显示；主控模块由蓝牙接口通过无线方式发送信息到现场个人装备，包括无线HUD或呼救器；主控模块还连接电源模块。

5.一种采用权利要求1-4任一项所述一体化智能呼吸器背板装置的数据采集方法，其特征在于：根据电源模块的电量状态采取不同的气压数据采集模式，再通过对两个压力传感器的采集数据的比对，来对压力传感器进行故障判断；具体为，当现场救援的电源模块的电量受限时，即电源模块的电量低于设定的最低电量时，以设定幅度降低压力传感器的采集频率，选择受限状态采集模式并选择采集方式进行采集数据，再依据两个压力传感器的采集数据来进行故障判断；当电源模块的电量充足时，即电源模块的电量不低于设定的最低电量时，两个压力传感器同时采集，再依据两个压力传感器的采集数据来进行故障判断。

6.如权利要求5所述的数据采集方法，其特征在于，受限状态采集模式的采集方式一为：电源模块的电量受限时，两个压力传感器中的其中一个为主压力传感器，以设定频率采集气压数据，另一个压力传感器为备压力传感器，以低于设定频率的频率进行气压数据采集，并以此数据作为辅助判断手段，判断主压力传感器的工作状态是否正常？当两个压力传感器采集的气压数据之差大于阈值时，即报警通知用户传感器故障。

7.如权利要求6所述的数据采集方法，其特征在于，受限状态采集模式的采集方式二为：电源模块的电量受限时，两个压力传感器进行等间隔交替采集，将收集到的数据进行前后收集时刻的对比，如果呈下降趋势，则状态正常；如果前后时刻数据为上升趋势，则判断压力传感器故障并报警。

8.如权利要求5-7任一项所述的数据采集方法，其特征在于：电源模块的电量充足时，两个压力传感器同时采集，根据气瓶的气量预设判断阈值，当两个压力传感器采集的气压数据之差大于该阈值时，即报警通知用户压力传感器故障。