CN109624645B - 基于矿用车辆驾驶室环境调控系统的环境调控方法 - Google Patents

基于矿用车辆驾驶室环境调控系统的环境调控方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种高海拔高寒地区矿用车辆驾驶室环境调控系统及方法，系统包括：车载供电模块、人体机能检测模块、红外感应器、温度传感器、氧气浓度传感器、气压传感器、微处理器、继电器、上电状态保持模块、温度调节器、分子筛式制氧机、气压调节器、第一无线收发模块、第二无线收发模块、控制显示终端、太阳能电池、蓄电池。方法为微处理器通过传感器采集驾驶员的心率、血压、体温以及矿车驾驶室的温度、氧气浓度、气压，并无线传输至控制显示终端；控制显示终端根据驾驶员的心率、血压、体温计算温度阈值、氧气浓度阈值以及气压阈值,并无线传输至微处理器；微处理器根据温度阈值、氧气浓度阈值以及气压阈值进行自适应环境调控。

Description

基于矿用车辆驾驶室环境调控系统的环境调控方法
技术领域
本发明涉及矿用车辆智能调控领域，尤其是一种高海拔高寒地区矿用车辆驾驶室环境调控系统及方法。
背景技术
我国的部分高海拔寒区，如青藏高原、云贵高原等地，具有优越的成矿条件和较低的开发度，现存矿产资源丰富、矿石种类齐全，是我国重要的矿产基地。然而由于高海拔寒区气压低、空气稀薄、早晚温差较大，气候的特殊性对矿山的正常施工产生了严重的影响。
在矿产运输过程中，由于地理环境复杂、道路形式多变，故而多采用无轨矿车运输。由于高海拔寒区空气稀薄、低压缺氧会对人体产生缺氧刺激，引起人体器官组织供氧不足，产生功能或器质性变化，进而出现缺氧症状。再加之寒区温度普遍较低，为了御寒人体代谢热量增加，因此耗氧量增多，如此对矿车司机的身体健康产生了威胁，进而严重的影响了运输效率和运输过程的安全性。因此，对高海拔寒区矿用车辆驾驶室进行氧气浓度、温度以及气压的实时监测调控，为驾驶员提供健康稳定、安全适宜的工作环境就显得尤为重要。
发明内容
本发明目的在于解决以上的现存问题，而提出的一种高海拔高寒地区矿用车辆驾驶室环境调控系统及方法。
本发明系统的技术方案为一种高海拔高寒地区矿用车辆驾驶室环境调控系统，其特征在于，包括：
车载供电模块、人体机能检测模块、红外感应器、温度传感器、氧气浓度传感器、气压传感器、微处理器、继电器、上电状态保持模块、温度调节器、分子筛式制氧机、气压调节器、第一无线收发模块、第二无线收发模块、控制显示终端、太阳能电池、蓄电池；
作为优选，所述车载供电模块分别与所述的人体机能检测模块、红外感应器、温度传感器、氧气浓度传感器、气压传感器、微处理器、继电器、上电状态保持模块、第一无线收发模块、第二无线收发模块、控制显示终端通过导线依次连接；所述人体机能检测模块与所述微处理器通过导线连接；所述红外感应器与所述微处理器通过导线连接；所述温度传感器与所述微处理器通过导线连接；所述氧气浓度传感器与所述微处理器通过导线连接；所述气压传感器与所述微处理器通过导线连接；所述微处理器与继电器通过导线连接；所述继电器与所述的上电状态保持模块通过导线连接；所述上电状态保持模块分别与所述的空调调节器、分子筛式制氧机、气压调节器通过导线依次连接；所述微处理器与所述第一无线收发模块通过导线连接；所述第一无线收发模块与所述第二无线收发模块通过无线方式连接；所述第二无线收发模块与所述控制显示终端通过导线连接；所述的太阳能电池、蓄电池通过导线依次串联连接；所述蓄电池分别与所述的温度调节器、分子筛式制氧机、气压调节器通过导线依次连接。
作为优选，所述人体机能检测模块，佩戴于驾驶员手腕，用于实时采集驾驶员的心率、血压和体温，并将驾驶员的心率、驾驶员的血压和驾驶员的体温传输至所述微处理器。
作为优选，所述红外感应器，用于感测矿车驾驶室是否有人，若有人则反馈于所述的微处理器并启动温度传感器、氧气浓度传感器和气压传感器，反之关闭。
作为优选，所述温度传感器，在驾驶员工作期间，用于实时采集矿车驾驶室的温度，并将矿车驾驶室的温度传输至所述微处理器处理分析。
作为优选，所述氧气浓度传感器，在驾驶员工作期间，用于实时采集矿车驾驶室的氧气浓度，并将矿车驾驶室的氧气浓度传输至所述微处理器处理分析。
作为优选，所述气压传感器在驾驶员工作期间，用于实时采集矿车驾驶室的气压，并将矿车驾驶室的气压传输至所述微处理器处理分析。
作为优选，所述微处理器将矿车驾驶室的温度、矿车驾驶室的氧气浓度、矿车驾驶室的气压、驾驶员的心率、驾驶员的血压和驾驶员的体温通过所述第一无线传输模块无线传输至所述第二无线传输模块，所述第二无线传输模块将矿车驾驶室的温度、矿车驾驶室的氧气浓度、矿车驾驶室的气压、驾驶员的心率数据、驾驶员的血压数据和驾驶员的体温数据传输至所述控制显示终端；
作为优选，所述控制显示终端通过所述第二无线传输模块接收由所述第一无线模块传输的矿车驾驶室的温度、矿车驾驶室的氧气浓度、矿车驾驶室的气压、驾驶员的心率、驾驶员的血压和驾驶员的体温，并实时显示矿车驾驶室的温度、矿车驾驶室的氧气浓度、矿车驾驶室的气压、驾驶员的心率、驾驶员的血压和驾驶员的体温，根据驾驶员的心率、驾驶员的血压和驾驶员的体温计算温度阈值、氧气浓度阈值和气压阈值，将温度阈值、氧气浓度阈值和气压阈值通过所述第二无线传输模块无线传输至所述第一无线模块传输，由所述第一无线模块传输将温度阈值、氧气浓度阈值和气压阈值传输至所述微处理器。
作为优选，所述微处理器将矿车驾驶室的温度与温度阈值进行对比，若驾驶室的温度低于温度阈值则控制所述温度调节器开始制热，从而调节驾驶室的温度高于温度阈值；
所述微处理器将矿车驾驶室的氧气浓度与氧气浓度阈值进行对比，若驾驶室的氧气浓度低于氧气浓度阈值则控制所述分子筛式制氧机制备并释放氧气，从而调节驾驶室的氧气浓度高于氧气浓度阈值；
所述微处理器将矿车驾驶室的气压与气压阈值进行对比，若驾驶室的气压低于气压阈值则控制所述气压调节器进行增压调节，从而使驾驶室的气压高于气压阈值。
作为优选，所述继电器用于控制所述的温度调节器、分子筛式制氧机和气压调节器电路的通断。
作为优选，所述上电状态保持模块为所述的温度调节器、分子筛式制氧机和气压调节器提供稳定的电源信号，使其通电后能够接着断电前状态继续稳定工作。
作为优选，所述温度调节器用于当矿车驾驶室的温度低于温度阈值时，进行制热调节温度，从而调控矿车驾驶室的温度大于等于温度阈值。
作为优选，所述分子筛式制氧机用于当矿车驾驶室的氧气浓度低于氧气浓度阈值时，吸附空气中的氮气和二氧化碳气体，制备并释放高纯度的氧气，从而调控矿车驾驶室的氧气浓度大于等于氧气浓度阈值。
作为优选，所述气压调节器，由增压涡扇、单向活门、空气过滤装置、供气开关、供气量调节阀门组成，用于当矿车驾驶室的气压低于气压阈值时，对驾驶室进行增压调节，从而调控矿车驾驶室的气压大于等于气压阈值。
作为优选，所述太阳能电池将太阳能转化为电能，并传送至蓄电池储存。
作为优选，所述蓄电池，用于将来自太阳能电池的电流转化成化学能并进行储存，以供温度调节器、分子筛式制氧机和气压调节器工作。
本发明方法的技术方案为一种高海拔高寒地区矿用车辆驾驶室环境调控方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：微处理器通过传感器采集驾驶员的心率、血压、体温以及矿车驾驶室的温度、氧气浓度、气压，并通过无线传输至控制显示终端；
步骤2：控制显示终端将驾驶员的心率、血压、体温以及矿车驾驶室的温度、氧气浓度、气压进行显示，并根据驾驶员的心率、血压、体温计算温度阈值、氧气浓度阈值以及气压阈值,并将温度阈值、氧气浓度阈值以及气压阈值无线传输至微处理器；
步骤3：微处理器根据温度阈值、氧气浓度阈值以及气压阈值进行自适应环境调控。
作为优选，步骤1中所述微处理器通过传感器采集驾驶员的心率、血压、体温以及矿车驾驶室的温度、氧气浓度、气压：
微处理器通过人体机能检测模块实时采集驾驶员的心率、血压和体温，通过温度传感器实时采集矿车驾驶室的温度，通过氧气浓度传感器实时采集矿车驾驶室的氧气浓度，通过气压传感器实时采集矿车驾驶室的气压；
步骤1所述无线传输为：
微处理将驾驶员的心率、血压、体温以及矿车驾驶室的温度、氧气浓度、气压通过第一无线传输模块无线传输至第二无线传输模块，第二无线传输模块将驾驶员的心率、血压、体温以及矿车驾驶室的温度、氧气浓度、气压传输至控制显示终端；
作为优选，步骤2中所述根据驾驶员的心率、血压、体温计算温度阈值、氧气浓度阈值和气压阈值具体如下：
驾驶员的心率为α；
驾驶员的血压为β；
驾驶员的心率为γ；
选取N个不同性别、不同年龄、不同种族的人进行测试统计；
第i个人的心率为ui,1，第i个人的血压为ui,2，第i个人的体温为ui,3，第 i个人心率为ui,1对应的温度需求为vi,1，第i个人血压为ui,2对应的温度需求vi,2，第i个人体温为ui,3对应的温度需求vi,3，计算分析心率和温度需求的相互关系、血压和温度需求的相互关系、体温和温度需求的相互关系，求线性回归方程：
vj＝Cj+Djuj j∈[1,3]
Figure BDA0001883371390000051
Figure BDA0001883371390000052
其中，C1为心率对应温度偏移系数，D1为心率对应温度比例系数，C2为血压对应温度偏移系数，D2为血压对应温度比例系数，C3为体温对应温度偏移系数， D3为体温对应温度比例系数；
温度阈值为:
YT＝[(C1+D1α)+(C2+D2β)+(C3+D3γ)]/3；
第i个人的心率为xi,1，第i个人的血压为xi,2，第i个人的体温为xi,3，第 i个人心率为xi,1对应的氧气浓度需求为yi,1，第i个人血压为xi,2对应的氧气浓度需求yi,2，第i个人体温为xi,3对应的氧气浓度需求yi,3，计算分析心率和氧气浓度需求的相互关系、血压和氧气浓度需求的相互关系、体温和氧气浓度需求的相互关系，求线性回归方程：
yj＝Aj+Bjxj j∈[1,3]
Figure BDA0001883371390000053
Figure BDA0001883371390000054
其中，A1为心率对应氧气浓度偏移系数，B1为心率对应氧气浓度比例系数， A2为血压对应氧气浓度偏移系数，B2为血压对应氧气浓度比例系数，A3为体温对应氧气浓度偏移系数，B3为体温对应氧气浓度比例系数；
氧气浓度阈值为：
YO＝[(A1+B1α)+(A2+B2β)+(A3+B3γ)]/3；
第i个人的心率为wi,1，第i个人的血压为wi,2，第i个人的体温为wi,3，第 i个人心率为wi,1对应的气压需求为ki,1，第i个人血压为wi,2对应的气压需求ki,2，第i个人体温为wi,3对应的气压需求ki,3，计算分析心率和气压需求的相互关系、血压和气压需求的相互关系、体温和气压需求的相互关系，求线性回归方程：
kj＝Ej+Fjwj j∈[1,3]
Figure BDA0001883371390000061
Figure BDA0001883371390000062
其中，E1为心率对应气压偏移系数，F1为心率对应气压比例系数，E2为血压对应气压偏移系数，F2为血压对应气压比例系数，E3为体温对应气压偏移系数， F3为体温对应气压比例系数；
气压阈值为：
YP＝[(E1+F1α)+(E2+F2β)+(E3+F3γ)]/3；
步骤2中所述将温度阈值、氧气浓度阈值以及气压阈值无线传输至微处理器：
将温度阈值YT、氧气浓度阈值YO以及气压阈值YP通过第二无线传输模块无线传输至第一无线传输模块，第一无线传输模块将温度阈值YT、氧气浓度阈值YO以及气压阈值YP传输至微处理器；
作为优选，步骤3中所述自适应环境调控为：
当矿车驾驶室的温度低于温度阈值时，微处理器通过继电器、上电状态保持模块控制温度调节器进行制热调节温度，从而调控矿车驾驶室的温度大于等于温度阈值；
当矿车驾驶室的氧气浓度低于氧气浓度阈值时，微处理器通过继电器、上电状态保持模块控制分子筛式制氧机吸附空气中的氮气和二氧化碳气体，制备并释放高纯度的氧气，从而调控矿车驾驶室的氧气浓度大于等于氧气浓度阈值；
当矿车驾驶室的气压低于气压阈值时，微处理器通过继电器、上电状态保持模块控制气压调节器对驾驶室进行增压调节，从而调控矿车驾驶室的气压大于等于气压阈值。
本发明优点在于：能有效的改善高海拔高寒地区矿用车辆驾驶室的工作环境，保障驾驶员的身体健康，进而提升矿车运输效率和安全性。
附图说明
图1：系统结果框图；
图2：系统整体布设图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，为本发明的系统结构框图。本发明系统的技术方案为一种高海拔高寒地区矿用车辆驾驶室环境调控系统，其特征在于，包括：
车载供电模块(1)、人体机能检测模块(2)、红外感应器(3)、温度传感器 (4)、氧气浓度传感器(5)、气压传感器(6)、微处理器(7)、继电器(8)、上电状态保持模块(9)、温度调节器(10)、气压调节器(11)、分子筛式制氧机(12)、第一无线收发模块(15)、第二无线收发模块(16)、控制显示终端(17)、太阳能电池(13)、蓄电池(14)；
所述车载供电模块(1)分别与所述的人体机能检测模块(2)、红外感应器 (3)、温度传感器(4)、氧气浓度传感器(5)、气压传感器(6)、微处理器(7)、继电器(8)、上电状态保持模块(9)、第一无线收发模块(15)、第二无线收发模块(16)、控制显示终端(17)通过导线依次连接；所述人体机能检测模块(2) 与所述微处理器(7)通过导线连接；所述红外感应器(3)与所述微处理(7) 器通过导线连接；所述温度传感器(4)与所述微处理器(7)通过导线连接；所述氧气浓度传感器(5)与所述微处理器(7)通过导线连接；所述气压传感器(6) 与所述微处理器(7)通过导线连接；所述微处理器(7)与继电器(8)通过导线连接；所述继电器(8)与所述的上电状态保持模块(9)通过导线连接；所述上电状态保持模块(9)分别与所述的温度调节器(10)、气压调节器(11)、分子筛式制氧机(12)、通过导线依次连接；所述微处理器(7)与所述第一无线收发模块(15)通过导线连接；所述第一无线收发模块(15)与所述第二无线收发模块(16)通过无线方式连接；所述第二无线收发模块(16)与所述控制显示终端(17)通过导线连接；所述的太阳能电池(13)、蓄电池(14)通过导线依次串联连接；所述蓄电池(14)分别与所述的温度调节器(10)、气压调节器(11)、分子筛式制氧机(12)通过导线依次连接。
所述人体机能检测模块(2)，佩戴于驾驶员手腕，用于实时采集驾驶员的心率、血压和体温，并将驾驶员的心率、驾驶员的血压和驾驶员的体温传输至所述微处理器(7)。
所述红外感应器(3)，用于感测矿车驾驶室是否有人，若有人则反馈于所述的微处理器并启动温度传感器(4)、氧气浓度传感器(5)和气压传感器(6)，反之关闭。
所述温度传感器(4)，在驾驶员工作期间，用于实时采集矿车驾驶室的温度，并将矿车驾驶室的温度传输至所述微处理器(7)处理分析。
所述氧气浓度传感器(5)，在驾驶员工作期间，用于实时采集矿车驾驶室的氧气浓度，并将矿车驾驶室的氧气浓度传输至所述微处理器(7)处理分析。
所述气压传感器(6)在驾驶员工作期间，用于实时采集矿车驾驶室的气压，并将矿车驾驶室的气压传输至所述微处理器(7)处理分析。
所述微处理器(7)将矿车驾驶室的温度、矿车驾驶室的氧气浓度、矿车驾驶室的气压、驾驶员的心率、驾驶员的血压和驾驶员的体温通过所述第一无线传输模块(15)无线传输至所述第二无线传输模块(16)，所述第二无线传输模块 (16)将矿车驾驶室的温度、矿车驾驶室的氧气浓度、矿车驾驶室的气压、驾驶员的心率数据、驾驶员的血压数据和驾驶员的体温数据传输至所述控制显示终端 (17)；
所述控制显示终端(17)通过所述第二无线传输模块(16)接收由所述第一无线模块(15)传输的矿车驾驶室的温度、矿车驾驶室的氧气浓度、矿车驾驶室的气压、驾驶员的心率、驾驶员的血压和驾驶员的体温，并实时显示矿车驾驶室的温度、矿车驾驶室的氧气浓度、矿车驾驶室的气压、驾驶员的心率、驾驶员的血压和驾驶员的体温，根据驾驶员的心率、驾驶员的血压和驾驶员的体温计算温度阈值、氧气浓度阈值和气压阈值，将温度阈值、氧气浓度阈值和气压阈值通过所述第二无线传输模块(16)无线传输至所述第一无线模块(15)传输，由所述第一无线模块(15)传输将温度阈值、氧气浓度阈值和气压阈值传输至所述微处理器(7)。
所述微处理器(7)将矿车驾驶室的温度与温度阈值进行对比，若驾驶室的温度低于温度阈值则控制所述温度调节器(10)开始制热，从而调节驾驶室的温度高于温度阈值；
所述微处理器(7)将矿车驾驶室的气压与气压阈值进行对比，若驾驶室的气压低于气压阈值则控制所述气压调节器(11)进行增压调节，从而使驾驶室的气压高于气压阈值。
所述微处理器(7)将矿车驾驶室的氧气浓度与氧气浓度阈值进行对比，若驾驶室的氧气浓度低于氧气浓度阈值则控制所述分子筛式制氧机(12)制备并释放氧气，从而调节驾驶室的氧气浓度高于氧气浓度阈值；
所述继电器(8)用于控制所述的温度调节器(10)、气压调节器(11)和分子筛式制氧机(12)电路的通断。
所述上电状态保持模块(9)为所述的温度调节器(10)、气压调节器(11) 和分子筛式制氧机(12)提供稳定的电源信号，使其通电后能够接着断电前状态继续稳定工作。
所述温度调节器(10)用于当矿车驾驶室的温度低于温度阈值时，进行制热调节温度，从而调控矿车驾驶室的温度大于等于温度阈值。
所述气压调节器(11)，由增压涡扇、单向活门、空气过滤装置、供气开关、供气量调节阀门组成，用于当矿车驾驶室的气压低于气压阈值时，对驾驶室进行增压调节，从而调控矿车驾驶室的气压大于等于气压阈值。
所述分子筛式制氧机(12)用于当矿车驾驶室的氧气浓度低于氧气浓度阈值时，吸附空气中的氮气和二氧化碳气体，制备并释放高纯度的氧气，从而调控矿车驾驶室的氧气浓度大于等于氧气浓度阈值。
所述太阳能电池(13)将太阳能转化为电能，并传送至蓄电池(14)储存。
所述蓄电池(14)，用于将来自太阳能电池(13)的电流转化成化学能并进行储存，以供温度调节器(10)、气压调节器(11)和分子筛式制氧机(12)工作。
所述车载供电模块(1)选型为DC-AC电源；所述人体机能检测模块(2)选型为S3Pro；所述红外感应器(3)选型为KGS-812-5V；所述温度传感器(4)选型为DS18B20；所述氧气浓度传感器(5)选型为YA-D200-O2；所述气压传感器 (6)选型为HP303B；所述微处理器(7)选型为STM32F302CCT6；所述继电器(8) 选型为HH52P1；所述上电状态保持模块(9)选型为DT1652；所述温度调节器(10) 选型为FCR-13A-S/M.KM；所述气压调节器(11)选型为AR4000-04；所述分子筛式制氧机(12)选型为KJR-11F；所述第一无线收发模块(15)选型为WM409；所述第二无线收发模块(16)选型为WM409；所述控制显示终端(17)选型为P801；所述太阳能电池(13)选型为6GFMT24；所述蓄电池(14)选型为NCAA。
下面结合图1至图2介绍本发明的具体实施方式，本发明具体实施方式为：
步骤1：微处理器(7)通过传感器采集驾驶员的心率、血压、体温以及矿车驾驶室的温度、氧气浓度、气压，并通过无线传输至控制显示终端(17)；
步骤1中所述微处理器(7)通过传感器采集驾驶员的心率、血压、体温以及矿车驾驶室的温度、氧气浓度、气压：
微处理器(7)通过人体机能检测模(2)块实时采集驾驶员的心率、血压和体温，通过温度传感器(4)实时采集矿车驾驶室的温度，通过氧气浓度传感器 (5)实时采集矿车驾驶室的氧气浓度，通过气压传感器(6)实时采集矿车驾驶室的气压；
步骤1所述无线传输为：
微处理器(7)将驾驶员的心率、血压、体温以及矿车驾驶室的温度、氧气浓度、气压通过第一无线传输模块(15)无线传输至第二无线传输模块(16)，第二无线传输模块(16)将驾驶员的心率、血压、体温以及矿车驾驶室的温度、氧气浓度、气压传输至控制显示终端(17)；
步骤2：控制显示终端(17)将驾驶员的心率、血压、体温以及矿车驾驶室的温度、氧气浓度、气压进行显示，并根据驾驶员的心率、血压、体温计算温度阈值、氧气浓度阈值以及气压阈值,并将温度阈值、氧气浓度阈值以及气压阈值无线传输至微处理器(7)；
步骤2中所述根据驾驶员的心率、血压、体温计算温度阈值、氧气浓度阈值和气压阈值具体如下：
驾驶员的心率为α；
驾驶员的血压为β；
驾驶员的心率为γ；
选取N＝50个不同性别、不同年龄、不同种族的人进行测试统计；
第i个人的心率为ui,1，第i个人的血压为ui,2，第i个人的体温为ui,3，第 i个人心率为ui,1对应的温度需求为vi,1，第i个人血压为ui,2对应的温度需求vi,2，第i个人体温为ui,3对应的温度需求vi,3，计算分析心率和温度需求的相互关系、血压和温度需求的相互关系、体温和温度需求的相互关系，求线性回归方程：
vj＝Cj+Djuj j∈[1,3]
Figure BDA0001883371390000111
Figure BDA0001883371390000112
其中，C1为心率对应温度偏移系数，D1为心率对应温度比例系数，C2为血压对应温度偏移系数，D2为血压对应温度比例系数，C3为体温对应温度偏移系数， D3为体温对应温度比例系数；
温度阈值为:
YT＝[(C1+D1α)+(C2+D2β)+(C3+D3γ)]/3；
第i个人的心率为xi,1，第i个人的血压为xi,2，第i个人的体温为xi,3，第 i个人心率为xi,1对应的氧气浓度需求为yi,1，第i个人血压为xi,2对应的氧气浓度需求yi,2，第i个人体温为xi,3对应的氧气浓度需求yi,3，计算分析心率和氧气浓度需求的相互关系、血压和氧气浓度需求的相互关系、体温和氧气浓度需求的相互关系，求线性回归方程：
yj＝Aj+Bjxj j∈[1,3]
Figure BDA0001883371390000113
Figure BDA0001883371390000114
其中，A1为心率对应氧气浓度偏移系数，B1为心率对应氧气浓度比例系数， A2为血压对应氧气浓度偏移系数，B2为血压对应氧气浓度比例系数，A3为体温对应氧气浓度偏移系数，B3为体温对应氧气浓度比例系数；
氧气浓度阈值为：
YO＝[(A1+B1α)+(A2+B2β)+(A3+B3γ)]/3；
第i个人的心率为wi,1，第i个人的血压为wi,2，第i个人的体温为wi,3，第 i个人心率为wi,1对应的气压需求为ki,1，第i个人血压为wi,2对应的气压需求ki,2，第i个人体温为wi,3对应的气压需求ki,3，计算分析心率和气压需求的相互关系、血压和气压需求的相互关系、体温和气压需求的相互关系，求线性回归方程：
kj＝Ej+Fjwj j∈[1,3]
Figure BDA0001883371390000121
Figure BDA0001883371390000122
其中，E1为心率对应气压偏移系数，F1为心率对应气压比例系数，E2为血压对应气压偏移系数，F2为血压对应气压比例系数，E3为体温对应气压偏移系数， F3为体温对应气压比例系数；
气压阈值为：
YP＝[(E1+F1α)+(E2+F2β)+(E3+F3γ)]/3；
步骤2中所述将温度阈值、氧气浓度阈值以及气压阈值无线传输至微处理器：
将温度阈值YT、氧气浓度阈值YO以及气压阈值YP通过第二无线传输模块(16) 无线传输至第一无线传输模块(15)，第一无线传输模块(15)将温度阈值YT、氧气浓度阈值YO以及气压阈值YP传输至微处理器(7)；
步骤3：微处理器(7)根据温度阈值、氧气浓度阈值以及气压阈值进行自适应环境调控；
步骤3中所述自适应环境调控为：
当矿车驾驶室的温度低于温度阈值时，微处理器(7)通过继电器(8)、上电状态保持模块(9)控制温度调节器(10)进行制热调节温度，从而调控矿车驾驶室的温度大于等于温度阈值；
当矿车驾驶室的氧气浓度低于氧气浓度阈值时，微处理器(7)通过继电器 (8)、上电状态保持模块(9)控制分子筛式制氧机(12)吸附空气中的氮气和二氧化碳气体，制备并释放高纯度的氧气，从而调控矿车驾驶室的氧气浓度大于等于氧气浓度阈值；
当矿车驾驶室的气压低于气压阈值时，微处理器(7)通过继电器(8)、上电状态保持模块(9)控制气压调节器(11)对驾驶室进行增压调节，从而调控矿车驾驶室的气压大于等于气压阈值。
尽管本文较多地使用了车载供电模块(1)、人体机能检测模块(2)、红外感应器(3)、温度传感器(4)、氧气浓度传感器(5)、气压传感器(6)、微处理器 (7)、继电器(8)、上电状态保持模块(9)、温度调节器(10)、气压调节器(11)、分子筛式制氧机(12)、第一无线收发模块(15)、第二无线收发模块 (16)、控制显示终端(17)、太阳能电池(13)、蓄电池(14)等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (1)

1.一种基于矿用车辆驾驶室环境调控系统的环境调控方法，其特征在于，所述矿用车辆驾驶室环境调控系统包括：车载供电模块、人体机能检测模块、红外感应器、温度传感器、氧气浓度传感器、气压传感器、微处理器、继电器、上电状态保持模块、温度调节器、分子筛式制氧机、气压调节器、第一无线传输模块、第二无线传输模块、控制显示终端、太阳能电池、蓄电池；
所述车载供电模块分别与所述的人体机能检测模块、红外感应器、温度传感器、氧气浓度传感器、气压传感器、微处理器、继电器、上电状态保持模块、第一无线传输模块、第二无线传输模块、控制显示终端通过导线依次连接；所述人体机能检测模块与所述微处理器通过导线连接；所述红外感应器与所述微处理器通过导线连接；所述温度传感器与所述微处理器通过导线连接；所述氧气浓度传感器与所述微处理器通过导线连接；所述气压传感器与所述微处理器通过导线连接；所述微处理器与继电器通过导线连接；所述继电器与所述的上电状态保持模块通过导线连接；所述上电状态保持模块分别与所述的温度调节器、分子筛式制氧机、气压调节器通过导线依次连接；所述微处理器与所述第一无线传输模块通过导线连接所述第一无线传输模块与所述第二无线传输模块通过无线方式连接所述第二无线传输模块与所述控制显示终端通过导线连接；所述的太阳能电池、蓄电池通过导线依次串联连接；所述蓄电池分别与所述的温度调节器、分子筛式制氧机、气压调节器通过导线依次连接；
所述人体机能检测模块，佩戴于驾驶员手腕，用于实时采集驾驶员的心率、血压和体温，并将驾驶员的心率、驾驶员的血压和驾驶员的体温传输至所述微处理器；
所述红外感应器，用于感测矿车驾驶室是否有人，若有人则反馈于所述的微处理器并启动温度传感器、氧气浓度传感器和气压传感器，反之关闭；
所述温度传感器，在驾驶员工作期间，用于实时采集矿车驾驶室的温度，并将矿车驾驶室的温度传输至所述微处理器处理分析；
所述氧气浓度传感器，在驾驶员工作期间，用于实时采集矿车驾驶室的氧气浓度，并将矿车驾驶室的氧气浓度传输至所述微处理器处理分析；
所述气压传感器在驾驶员工作期间，用于实时采集矿车驾驶室的气压，并将矿车驾驶室的气压传输至所述微处理器处理分析；
所述微处理器将矿车驾驶室的温度、矿车驾驶室的氧气浓度、矿车驾驶室的气压、驾驶员的心率、驾驶员的血压和驾驶员的体温通过所述第一无线传输模块无线传输至所述第二无线传输模块，所述第二无线传输模块将矿车驾驶室的温度、矿车驾驶室的氧气浓度、矿车驾驶室的气压、驾驶员的心率数据、驾驶员的血压数据和驾驶员的体温数据传输至所述控制显示终端；
所述控制显示终端通过所述第二无线传输模块接收由所述第一无线传输模块传输的矿车驾驶室的温度、矿车驾驶室的氧气浓度、矿车驾驶室的气压、驾驶员的心率、驾驶员的血压和驾驶员的体温，并实时显示矿车驾驶室的温度、矿车驾驶室的氧气浓度、矿车驾驶室的气压、驾驶员的心率、驾驶员的血压和驾驶员的体温，根据驾驶员的心率、驾驶员的血压和驾驶员的体温计算温度阈值、氧气浓度阈值和气压阈值，将温度阈值、氧气浓度阈值和气压阈值通过所述第二无线传输模块无线传输至所述第一无线传输模块，由所述第一无线传输模块将温度阈值、氧气浓度阈值和气压阈值传输至所述微处理器；
所述微处理器将矿车驾驶室的温度与温度阈值进行对比，若驾驶室的温度低于温度阈值则控制所述温度调节器开始制热，从而调节驾驶室的温度高于温度阈值；
所述微处理器将矿车驾驶室的氧气浓度与氧气浓度阈值进行对比，若驾驶室的氧气浓度低于氧气浓度阈值则控制所述分子筛式制氧机制备并释放氧气，从而调节驾驶室的氧气浓度高于氧气浓度阈值；
所述微处理器将矿车驾驶室的气压与气压阈值进行对比，若驾驶室的气压低于气压阈值则控制所述气压调节器进行增压调节，从而使驾驶室的气压高于气压阈值；
所述继电器用于控制所述的温度调节器、分子筛式制氧机和气压调节器电路的通断；
所述上电状态保持模块为所述的温度调节器、分子筛式制氧机和气压调节器提供稳定的电源信号，使其通电后能够接着断电前状态继续稳定工作；
所述温度调节器用于当矿车驾驶室的温度低于温度阈值时，进行制热调节温度，从而调控矿车驾驶室的温度大于等于温度阈值；
所述分子筛式制氧机用于当矿车驾驶室的氧气浓度低于氧气浓度阈值时，吸附空气中的氮气和二氧化碳气体，制备并释放高纯度的氧气，从而调控矿车驾驶室的氧气浓度大于等于氧气浓度阈值；
所述气压调节器，由增压涡扇、单向活门、空气过滤装置、供气开关、供气量调节阀门组成，用于当矿车驾驶室的气压低于气压阈值时，对驾驶室进行增压调节，从而调控矿车驾驶室的气压大于等于气压阈值；
所述太阳能电池将太阳能转化为电能，并传送至蓄电池储存；
所述蓄电池，用于将来自太阳能电池的电流转化成化学能并进行储存，以供温度调节器、分子筛式制氧机和气压调节器工作；
所述环境调控方法包括以下步骤：
步骤1：微处理器通过传感器采集驾驶员的心率、血压、体温以及矿车驾驶室的温度、氧气浓度、气压，并通过无线传输至控制显示终端；
步骤2：控制显示终端将驾驶员的心率、血压、体温以及矿车驾驶室的温度、氧气浓度、气压进行显示，并根据驾驶员的心率、血压、体温计算温度阈值、氧气浓度阈值以及气压阈值，并将温度阈值、氧气浓度阈值以及气压阈值无线传输至微处理器；
步骤3：微处理器根据温度阈值、氧气浓度阈值以及气压阈值进行自适应环境调控；
步骤1中所述微处理器通过传感器采集驾驶员的心率、血压、体温以及矿车驾驶室的温度、氧气浓度、气压；
微处理器通过人体机能检测模块实时采集驾驶员的心率、血压和体温，通过温度传感器实时采集矿车驾驶室的温度，通过氧气浓度传感器实时采集矿车驾驶室的氧气浓度，通过气压传感器实时采集矿车驾驶室的气压；
步骤1所述无线传输为：
微处理将驾驶员的心率、血压、体温以及矿车驾驶室的温度、氧气浓度、气压通过第一无线传输模块无线传输至第二无线传输模块，第二无线传输模块将驾驶员的心率、血压、体温以及矿车驾驶室的温度、氧气浓度、气压传输至控制显示终端；
步骤2中所述根据驾驶员的心率、血压、体温计算温度阈值、氧气浓度阈值和气压阈值具体如下：
驾驶员的心率为α；
驾驶员的血压为β；
驾驶员的心率为γ；
选取N个不同性别、不同年龄、不同种族的人进行测试统计；
第i个人的心率为ui，1，第i个人的血压为ui，2，第i个人的体温为ui，3，第i个人心率为ui，1对应的温度需求为vi，1，第i个人血压为ui，2对应的温度需求vi，2，第i个人体温为ui，3对应的温度需求vi，3，计算分析心率和温度需求的相互关系、血压和温度需求的相互关系、体温和温度需求的相互关系，求线性回归方程：
vj＝Cj+Djujj∈[1，3]
Figure FDA0003337717660000041
Figure FDA0003337717660000042
其中，C1为心率对应温度偏移系数，D1为心率对应温度比例系数，C2为血压对应温度偏移系数，D2为血压对应温度比例系数，C3为体温对应温度偏移系数，D3为体温对应温度比例系数；
温度阈值为：
YT＝[(C1+D1α)+(C2+D2β)+(C3+D3γ)]/3；
第i个人的心率为xi，1，第i个人的血压为xi，2，第i个人的体温为xi，3，第i个人心率为xi，1对应的氧气浓度需求为yi，1，第i个人血压为xi，2对应的氧气浓度需求yi，2，第i个人体温为xi，3对应的氧气浓度需求yi，3，计算分析心率和氧气浓度需求的相互关系、血压和氧气浓度需求的相互关系、体温和氧气浓度需求的相互关系，求线性回归方程：
yj＝Aj+Bjxjj∈[1，3]
Figure FDA0003337717660000051
Figure FDA0003337717660000052
其中，A1为心率对应氧气浓度偏移系数，B1为心率对应氧气浓度比例系数，A2为血压对应氧气浓度偏移系数，B2为血压对应氧气浓度比例系数，A3为体温对应氧气浓度偏移系数，B3为体温对应氧气浓度比例系数；
氧气浓度阈值为：
YO＝[(A1+B1α)+(A2+B2β)+(A3+B3γ)]/3；
第i个人的心率为wi，1，第i个人的血压为wi，2，第i个人的体温为wi，3，第i个人心率为wi，1对应的气压需求为ki，1，第i个人血压为wi，2对应的气压需求ki，2，第i个人体温为wi，3对应的气压需求ki，3，计算分析心率和气压需求的相互关系、血压和气压需求的相互关系、体温和气压需求的相互关系，求线性回归方程：
kj＝Ej+Fjwjj∈[1，3]
Figure FDA0003337717660000053
Figure FDA0003337717660000054
其中，E1为心率对应气压偏移系数，F1为心率对应气压比例系数，E2为血压对应气压偏移系数，F2为血压对应气压比例系数，E3为体温对应气压偏移系数，F3为体温对应气压比例系数；
气压阈值为：
YP＝[(E1+F1α)+(E2+F2β)+(E3+F3γ)]/3；
步骤2中所述将温度阈值、氧气浓度阈值以及气压阈值无线传输至微处理器
将温度阈值YT、氧气浓度阈值YO以及气压阈值YP通过第二无线传输模块无线传输至第一无线传输模块，第一无线传输模块将温度阈值YT、氧气浓度阈值YO以及气压阈值YP传输至微处理器；
步骤3中所述自适应环境调控为：
当矿车驾驶室的温度低于温度阈值时，微处理器通过继电器、上电状态保持模块控制温度调节器进行制热调节温度，从而调控矿车驾驶室的温度大于等于温度阈值；
当矿车驾驶室的氧气浓度低于氧气浓度阈值时，微处理器通过继电器、上电状态保持模块控制分子筛式制氧机吸附空气中的氮气和二氧化碳气体，制备并释放高纯度的氧气，从而调控矿车驾驶室的氧气浓度大于等于氧气浓度阈值；
当矿车驾驶室的气压低于气压阈值时，微处理器通过继电器、上电状态保持模块控制气压调节器对驾驶室进行增压调节，从而调控矿车驾驶室的气压大于等于气压阈值。
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