CN110887807B - 一种低氧舱智能检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种低氧舱智能检测系统及方法，所述系统包括：多组二氧化碳检测模块、第一智能控制芯片、主控制器、心率血氧传感器、第二智能控制芯片以及第二红外发射管。本发明通过心率血氧检测模块检测心率、血氧，采用二氧化碳检测模块检测二氧化碳浓度，并且在检测二氧化碳浓度分布情况的同时还可以实现舱内人员的定位和通信，对普通的二氧化碳传感器实现了功能上扩展，可采集价值更高的信息。本发明中采用了一套控制系统使智能检测系统同时具有检测二氧化碳浓度、通信及人员定位功能，其结构精简、检测效率高、成本低。

Description

一种低氧舱智能检测系统及方法

技术领域

本发明涉及低氧舱检测系统领域，特别是涉及一种低氧舱智能检测系统及方法。

背景技术

高原环境下的训练可以提高运动员体育成绩，但由于高原反应会给机体健康带来一定的危害，而且需要长途跋涉到固定的高原区域，比较之下在平原建立常压低氧的人工训练环境更为经济、合理。随着各种低氧技术的产生、普及，常压低氧环境广泛用于飞行员、登山队员、高原工作者等的日常训练中，人们随之也对常压低氧环境试验的控制提出了更高的要求。

常压低氧舱通常是一种用于运动员训练的封闭的模拟环境，为保障运动员的安全，要全面检测低氧舱的环境参数(甲烷浓度、二氧化碳浓度等)；另外，中国体育事业蓬勃发展，依靠监测到的运动员的生理数据(心跳次数、血氧浓度)来科学指导运动以提高训练效果。

申请日为2016年3月21的中国实用新型专利《一种安全探洞通信头盔》，包括处理器、蓝牙耳机、麦克风、GPS定位器的通信装置、振动器和蜂鸣器。处理器根据二氧化碳传感器监测环境中的二氧化碳浓度进行判断，若二氧化碳浓度过高，紧接着处理器控制振动器和蜂鸣器工作提醒探险者危险，阻止其进一步行动，然后将会发送信号给地面的工作人员，工作人员会根据通信装置和探险者进行沟通询问以检测探险者的安全，工作人员也可通过GPS定位器实时检测到探险者的位置，完成监测二氧化碳浓度、警报和定位的功能。

申请日为2017年12月8日的中国发明专利《一种用于低氧环境试验的控制系统》，包括操作计算机、控制器、控制回路、传感器，其采用分布式I/O架构控制器，操作计算机与控制器主站之间通过以太网通讯，控制器主站与控制器从站之间通过以太网通讯，控制器从站与从站扩展模块之间通过接口模块通讯；操作计算机对控制器主站发送试验参数并接收控制器主站发送的试验数据，并将试验数据保存至操作计算机的硬盘内；控制器主站直接控制供气压力控制回路和水浴汽化器控制回路，控制器从站直接控制加热模块冷却控制回路、压力控制回路、温度控制回路、氧浓度控制回路，并接收压力传感器和一部分温度传感器的反馈；从站扩展模块接收氧浓度传感器和另一部分温度传感器的反馈。从而满足试验环境压力、氧浓度、温度的闭环控制，并针对多环境参数控制的要求，利用多路独立闭环控制方法，实现了压力、低氧、温度综合环境参数的控制。

可见现有技术的以上两个技术方案中低氧舱的环境参数监测涉及的需要控制的装置众多(提供氧气装置、报警装置、监测参数装置等)，基本都是需要人工辅助控制，只实现了某些环境参数的检测并没有实现自动控制；一旦操作员发生失误，很容易酿成重大安全事故。而对于运动员的生理参数还需要另外单独的控制系统。因此，研究出检测效率高、结构简单、成本低的低氧舱检测系统具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种低氧舱智能检测系统及方法，以解决现有的低氧舱控制系统需要控制的装置众多，结构复杂，导致检测效率低，成本高的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种低氧舱智能检测系统，包括：多组二氧化碳检测模块、第一智能控制芯片、主控制器、心率血氧传感器、第二智能控制芯片以及第二红外发射管；每组所述二氧化碳检测模块包括第一红外发射管和红外接收管；

多个所述第一红外发射管按照点阵方式布设在所述低氧舱的地板上；多个所述红外接收管按照点阵方式布设在所述低氧舱的天花板上；每组所述二氧化碳检测模块中的所述第一红外发射管与所述红外接收管分别在所述地板和所述天花板上对应布置；所述红外接收管与所述第一智能控制芯片连接；所述第一智能控制芯片与所述主控制器连接；

所述心率血氧传感器佩戴在舱内人员的手臂上；所述第二智能控制芯片和所述第二红外发射管安装在所述舱内人员佩戴的头盔上；所述心率血氧传感器与所述第二智能控制芯片连接；所述第二智能控制芯片与所述第二红外发射管连接；所述第二红外发射管与所述红外接收管之间进行通信。

可选的，所述二氧化碳检测模块还包括：电容、第一电阻、第二电阻；所述电容的一端连接电源，所述电容的另一端接地；所述第二电阻的一端连接电源，所述第二电阻的另一端连接所述第一红外线发射管的阳极；所述第一红外线发射管的阴极接地；所述第一电阻的一端连接电源，所述第一电阻的另一端连接所述红外接收管的一端；所述红外接收管的一端还通过接线端子连接所述第一智能控制芯片；所述红外接收管的另一端接地。

可选的，所述二氧化碳检测模块还包括第三电阻及电源指示灯；所述第三电阻的一端连接电源，所述第三电阻的另一端连接所述电源指示灯的阳极，所述电源指示灯的阴极接地。

可选的，所述第一红外线发射管和所述第二红外发射管均发出波长为4.26μm的红外线。

一种低氧舱智能检测方法，所述低氧舱智能检测方法基于所述的低氧舱智能检测系统，所述低氧舱智能检测方法包括：

主控制器获取第一红外发射管发射的红外光的辐射强度作为输出光强度；

低氧舱的天花板上布设的红外接收管采集地板上对应位置的第一红外发射管发射的红外光的辐射强度作为输入光强度，并将所述输入光强度转换为输入光强度电信号发送至第一智能控制芯片；

所述第一智能控制芯片将所述输入光强度电信号转换为输入光强度，并将所述输入光强度发送至主控制器；

所述主控制器根据所述输出光强度及所述输入光强度计算低氧舱内的二氧化碳浓度；

所述主控制器还根据所述输出光强度及所述输入光强度确定舱内人员的位置；

心率血氧传感器将采集的舱内人员的心率和血氧浓度信号传输至第二智能控制芯片；

所述第二智能控制芯片将所述心率和血氧浓度转化为二进制信号；

所述第二智能控制芯片根据所述二进制信号控制所述第二红外发射管的亮和灭；

所述第二红外发射管的亮和灭造成对应红外接收管的闭合与断开；

所述第一智能控制芯片根据所述红外接收管的闭合与断开生成对应的二进制信号并发送至所述主控制器；

所述主控制器解析所述二进制信号代表所述舱内人员的心率和血氧浓度。

可选的，所述主控制器根据所述输出光强度及所述输入光强度计算低氧舱内的二氧化碳浓度，具体包括：

所述主控制器根据所述输出光强度I₀及所述输入光强度I₁，采用公式I＝I₀-I₁确定介质吸收光的辐射强度I；

根据所述介质吸收光的辐射强度I和所述输出光强度I₀，采用公式

确定低氧舱内的待测二氧化碳气体的浓度；其中C为待测二氧化碳气体的浓度；a_m为摩尔分子吸收系数；L为待测二氧化碳气体层的厚度。

可选的，所述主控制器根据所述输出光强度及所述输入光强度确定舱内人员的位置，具体包括：

对于每个所述红外接收管，判断所述红外接收管的输入光强度是否为0，获得第一判断结果；

若所述第一判断结果为0，确定所述红外接收管所在位置为舱内人员所在位置。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

一种低氧舱智能检测系统及方法，所述系统包括：多组二氧化碳检测模块、第一智能控制芯片、主控制器、心率血氧传感器、第二智能控制芯片以及第二红外发射管。本发明通过心率血氧检测模块及二氧化碳检测模块分别检测心率、血氧以及二氧化碳浓度，而且在检测二氧化碳浓度分布情况的同时还可以实现舱内人员的定位和通信，对普通的二氧化碳传感器实现了功能上扩展，可采集价值更高的信息。本发明中采用了一套控制系统使智能检测系统同时具有检测二氧化碳浓度、通信及人员定位功能，具有结构精简、检测效率高、成本低的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的低氧舱智能检测系统的结构示意图；

图2为本发明提供的二氧化碳检测模块的结构示意图。

符号说明：1头盔、2第二红外发射管、3第二智能控制芯片、4心率血氧传感器、5二氧化碳检测模块、6第一智能控制芯片、7主控制器。

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。

本发明的目的是提供一种低氧舱智能检测系统及方法，以解决现有的低氧舱控制系统需要控制的装置众多，结构复杂，导致检测效率低，成本高的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明提供的低氧舱智能检测系统的结构示意图。如图1所示，本发明提供的低氧舱智能检测系统，包括：多组二氧化碳检测模块5、第一智能控制芯片6、主控制器7、心率血氧传感器4、第二智能控制芯片3以及第二红外发射管2。

由于二氧化碳密度高于空气，因此二氧化碳会沉积在接近地面的区域，所以多个所述第一红外发射管D1按照点阵方式布设在所述低氧舱的地板上。对应的，多个所述红外接收管D2按照点阵方式布设在所述低氧舱的天花板上。每组所述二氧化碳检测模块5中的所述第一红外发射管D1与所述红外接收管D2分别在所述地板和所述天花板上对应布置。优选的，相邻两个所述第一红外发射管D1间的间距为3厘米，同样的，相邻两个所述红外接收管D2间的间距也为3厘米，以测量最大二氧化碳浓度。所述二氧化碳检测模块5的数量由低氧舱的面积决定。所述第一智能控制芯片6的型号为STM32F103VET6，可管理21个所述二氧化碳检测模块5。因此第一智能控制芯片6的数量也由低氧舱的面积决定。每个第一智能控制芯片6都通过无线通讯方式(wifi)与主控制器7进行无线通信。

所述红外接收管D2与所述第一智能控制芯片6连接。所述第一智能控制芯片6与所述主控制器7连接。所述第一红外线发射管D1和所述第二红外发射管均发出波长为4.26μm的红外线。第一红外线发射管D1和红外线接收管D2均优选直径为5mm大小。

图2为本发明提供的二氧化碳检测模块的结构示意图。如图2所示，每组所述二氧化碳检测模块5包括第一红外发射管D1、红外接收管D2、电容C、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、电源指示灯DS1以及接线端子P1。所述电容C的一端连接电源VCC，所述电容C的另一端接地；所述第二电阻R2的一端连接电源VCC，所述第二电阻R2的另一端连接所述第一红外线发射管D1的阳极；所述第一红外线发射管D1的阴极接地；所述第一电阻R1的一端连接电源VCC，所述第一电阻R1的另一端连接所述红外接收管D2的一端；所述红外接收管D2的一端还通过接线端子P1连接所述第一智能控制芯片6；所述红外接收管D2的另一端接地；所述第三电阻R3的一端连接电源VCC，所述第三电阻R3的另一端连接所述电源指示灯DS1的阳极，所述电源指示灯DS1的阴极接地。所述接线端子P1的1引脚接电源正极，3引脚接地，2引脚接第一智能控制芯片6的AD输入引脚。所述红外接收管D2的型号为TCRT5000L。所述第一电阻R1的阻值为20KΩ。

通过地面上的所述红外发射管D1发出预先设定好的4.26μm红外线，由天花板上对应所述红外接收管D2接收。红外接收管D2将探测到二氧化碳气体的浓度转换成电信号，送入第一智能控制芯片6的AD输入引脚，第一智能控制芯片6的AD转换器将电信号转换成数字信号，以实现对二氧化碳气体浓度的检测。

另外，在检测装置电源正极和地之间接入限流第三电阻R3及电源指示灯DS1的串联电路。电源指示灯DS1灯亮表示二氧化碳检测模块5已通电，可正常工作。

由于二氧化碳在波长4.26um红外区有一个吸收峰，在此波长下，氧、氮、一氧化碳、水蒸气都没有明显的吸收，因此用红外光测量空气中二氧化碳是一种可信且性价比高的选择。当红外光通过待测气体二氧化碳时，二氧化碳分子对特定波长的红外光具有吸收作用，其吸收关系服从朗博—比尔吸收定律，由此可通过计算透过待测气体的红外光的强度变化确定二氧化碳浓度。

根据比尔朗伯定律，输出光强度、输入光强度和气体浓度之间的关系为：

I＝I₀exp(-a_mLC) (1)

式中I₀为第一红外发射管D1的输出光强度；a_m为摩尔分子吸收系数；C为待测二氧化碳气体的浓度；L为待测二氧化碳气体层的厚度(即每组所述二氧化碳检测模块5中的所述第一红外发射管D1与所述红外接收管D2之间的距离，在实际应用中，此距离也等于低氧舱地板和天花板之间的距离)；I为介质吸收光的辐射强度(即输出光强度与输入光强度之间的能量衰减量)，则I＝I₀-I₁，I₁为所述红外接收管D2的输入光强度。

对上式进行变换得：

由上式可知：知道待测组分就可以确定摩尔分子吸收系数a_m；再知道第一红外发射管D1发射的红外光后，就可以得到输出光强度I₀，再加入待测二氧化碳气体层的厚度L，结合介质吸收光的辐射强度I，通过公式(2)得知待测二氧化碳浓度C与I之间的关系。根据通识，二氧化碳检测模块的红外接收管是光敏三极管，它输入的电信号与照射的光强度成正比，即将光强度转换成了电信号。

所述心率血氧传感器4佩戴在舱内人员的手臂上，所述心率血氧传感器4的型号优选为MAX30102，用于检测舱内人员的心率及血氧浓度。所述第二智能控制芯片3和所述第二红外发射管2安装在所述舱内人员佩戴的头盔1上。所述第二智能控制芯片3芯片型号为STM32F103VET6。所述心率血氧传感器4与所述第二智能控制芯片3连接。所述第二智能控制芯片3与所述第二红外发射管2连接。所述第二红外发射管2与所述红外接收管D2之间进行通信。

具体的，所述第二智能控制芯片3与头盔上的第二红外发射管2相连接。由于舱内人员会遮挡地面上多个二氧化碳检测模块的第一红外发射管D1，因此，与这些发射管对应的红外接收管D2就处于空闲状态。此时，舱内人员佩戴头盔1，所以头盔1上的第二红外发射管2发射的红外光就可以被这些空闲的红外接收管D2接收，从而为通信创造条件。

所述第二红外发射管2可以在第二智能控制芯片3控制下，工作在间断点亮模式。光源(所述第二红外发射管2)亮表示“1”信号，灭表示“0”信号，从而可实现数据通信的功能。例如，要传送一个八位二进制数11001010，以50ms为一个时间单位。第二红外发射管2在第一个时间单位处于点亮状态，第一智能控制芯片6通过红外接收管D2接收到二氧化碳浓度的同时记下第一位二进制数“1”。第二红外发射管2在第二个时间单位处于点亮状态，第一智能控制芯片6通过红外接收管D2接收到二氧化碳浓度的同时记下第二位二进制数“1”。第二红外发射管2在第三个时间单位处于熄灭状态，第一智能控制芯片6无法通过红外接收管D2接收到二氧化碳浓度，同时记下第三位二进制数“0”。第二红外发射管2在第四个时间单位处于熄灭状态，第一智能控制芯片6无法通过红外接收管D2接收到二氧化碳浓度，同时记下第四位二进制数“0”。第二红外发射管2在第五个时间单位处于点亮状态，第一智能控制芯片6通过红外接收管D2接收到二氧化碳浓度的同时记下第五位二进制数“1”。第二红外发射管2在第六个时间单位处于熄灭状态，第一智能控制芯片6无法通过红外接收管D2接收到二氧化碳浓度，同时记下第六位二进制数“0”。第二红外发射管2在第七个时间单位处于点亮状态，第一智能控制芯片6通过红外接收管D2接收到二氧化碳浓度的同时记下第七位二进制数“1”。第二红外发射管2在第八个时间单位处于熄灭状态，第一智能控制芯片6无法通过红外接收管D2接收到二氧化碳浓度，同时记下第八位二进制数“0”。最后第一智能控制芯片6接收到了一个八位二进制数11001010，完成了通信功能。这样，心率和血氧浓度数据就可传给对应的第一智能控制芯片6，然后第一智能控制芯片6通过无线通信传到主控制器7。

基于本发明提供的低氧舱智能检测系统，本发明还提供一种低氧舱智能检测方法，所述低氧舱智能检测方法包括：

主控制器控制第一红外发射管D1发出预设强度的红外光，并获取第一红外发射管D1发射的红外光的辐射强度作为输出光强度I₀。

低氧舱的天花板上布设的红外接收管D2采集地板上对应位置的第一红外发射管D1发射的红外光的辐射强度作为输入光强度I₁，并将所述输入光强度I₁转换为输入光强度电信号发送至第一智能控制芯片6。

所述第一智能控制芯片6将所述输入光强度电信号转换为输入光强度I₁，并将所述输入光强度I₁发送至主控制器7。

所述主控制器7根据所述输出光强度I₀及所述输入光强度I₁计算低氧舱内的二氧化碳浓度C。由于二氧化碳对在波长4.26um红外区有一个吸收峰，在此波长下，氧、氮、一氧化碳、水蒸气都没有明显的吸收，因此用红外光测量空气中二氧化碳是一种可信且性价比高的选择。当红外光通过待测气体二氧化碳时，二氧化碳分子对特定波长的红外光具有吸收作用，其吸收关系服从朗博—比尔吸收定律，由此可通过计算透过待测气体的红外光的强度变化确定二氧化碳浓度。

根据比尔朗伯定律，输出光强度、输入光强度和气体浓度之间的关系为：

I＝I₀exp(-a_mLC) (1)

式中I₀为第一红外发射管D1的输出光强度；a_m为摩尔分子吸收系数；C为待测二氧化碳气体的浓度；L为待测二氧化碳气体层的厚度(即每组所述二氧化碳检测模块5中的所述第一红外发射管D1与所述红外接收管D2之间的距离，在实际应用中，此距离也等于低氧舱地板和天花板之间的距离)；I为介质吸收光的辐射强度(即输出光强度与输入光强度之间的能量衰减量)，则I＝I₀-I₁，I₁为所述红外接收管D2的输入光强度。

对上式进行变换得：

由上式可知：知道待测组分就可以确定摩尔分子吸收系数a_m；再知道第一红外发射管D1发射的红外光后，就可以得到输出光强度I₀，再加入待测二氧化碳气体层的厚度L，结合介质吸收光的辐射强度I，通过公式(2)得知待测二氧化碳浓度C与I之间的关系。根据通识，二氧化碳检测模块的红外接收管是光敏三极管，它输入的电信号与照射的光强度成正比，即将光强度转换成了电信号。

因此，所述主控制器7根据所述输出光强度及所述输入光强度计算低氧舱内的二氧化碳浓度，具体包括：

所述主控制器7根据所述输出光强度I₀及所述输入光强度I₁，采用公式I＝I₀-I₁确定介质吸收光的辐射强度I；

根据所述介质吸收光的辐射强度I和所述输出光强度I₀，采用公式

确定低氧舱内的待测二氧化碳气体的浓度；其中C为待测二氧化碳气体的浓度；a_m为摩尔分子吸收系数；L为待测二氧化碳气体层的厚度(即每组所述二氧化碳检测模块5中的所述第一红外发射管D1与所述红外接收管D2之间的距离，在实际应用中，此距离也等于低氧舱地板和天花板之间的距离)。

所述主控制器7还根据所述输出光强度及所述输入光强度确定舱内人员的位置。因为采用了各点间的间距为3厘米的设置方式，因此只要舱内有人员，则舱内人员必然会遮挡某几个第一红外发射管D1。而各个红外接收管D2都有编号，其对应位置也事先记录，因此就可以根据编号确定人员的位置，实现定位的功能。

具体的，主控制器7根据所述输出光强度及所述输入光强度确定舱内人员的位置，具体包括：

对于每个所述红外接收管D2，判断所述红外接收管D2的输入光强度是否为0，获得第一判断结果；

若所述第一判断结果为0，确定所述红外接收管D2所在位置为舱内人员所在位置。

所述心率血氧传感器4将采集的舱内人员的心率和血氧浓度信号传输至第二智能控制芯片3。

所述第二智能控制芯片3根据所述心率和血氧浓度信号控制第二红外发射管2的亮和灭，具体包括：

所述第二智能控制芯片3将所述心率和血氧浓度转化为二进制信号；

所述第二智能控制芯片3根据所述二进制信号控制所述第二红外发射管2的亮和灭；所述第二红外发射管2的亮和灭造成对应红外接收管D2的闭合与断开。具体的，当所述第二红外发射管2点亮时，对应的红外接收管D2接通(即闭合)。当所述第二红外发射管2熄灭时，对应的红外接收管D2断开。

所述第一智能控制芯片6根据所述红外接收管D2的闭合与断开生成对应的二进制信号并发送至所述主控制器7。所述主控制器7解析所述二进制信号代表所述舱内人员的心率和血氧浓度。

具体的，所述第二智能控制芯片与头盔上的第二红外发射管2相连接。由于舱内人员会遮挡地面上多个二氧化碳检测模块的第一红外发射管D1，因此，这些发射管对应的红外接收管D2就处于空闲状态。此时，舱内人员佩戴头盔1，所以头盔1上的第二红外发射管2发射的红外光就可以被这些空闲的红外接收管D2接收，从而为通信创造条件。

所述第二红外发射管2可以在第二智能控制芯片3控制下，工作在间断点亮模式。光源(所述第二红外发射管2)亮表示“1”信号，灭表示“0”信号，从而可实现数据通信的功能。例如，要传送一个八位二进制数11001010，以50ms为一个时间单位。第二红外发射管2在第一个时间单位处于点亮状态，第一智能控制芯片6通过红外接收管D2接收到二氧化碳浓度的同时记下第一位二进制数“1”。第二红外发射管2在第二个时间单位处于点亮状态，第一智能控制芯片6通过红外接收管D2接收到二氧化碳浓度的同时记下第二位二进制数“1”。第二红外发射管2在第三个时间单位处于熄灭状态，第一智能控制芯片6无法通过红外接收管D2接收到二氧化碳浓度，同时记下第三位二进制数“0”。第二红外发射管2在第四个时间单位处于熄灭状态，第一智能控制芯片6无法通过红外接收管D2接收到二氧化碳浓度，同时记下第四位二进制数“0”。第二红外发射管2在第五个时间单位处于点亮状态，第一智能控制芯片6通过红外接收管D2接收到二氧化碳浓度的同时记下第五位二进制数“1”。第二红外发射管2在第六个时间单位处于熄灭状态，第一智能控制芯片6无法通过红外接收管D2接收到二氧化碳浓度，同时记下第六位二进制数“0”。第二红外发射管2在第七个时间单位处于点亮状态，第一智能控制芯片6通过红外接收管D2接收到二氧化碳浓度的同时记下第七位二进制数“1”。第二红外发射管2在第八个时间单位处于熄灭状态，第一智能控制芯片6无法通过红外接收管D2接收到二氧化碳浓度，同时记下第八位二进制数“0”。最后第一智能控制芯片6接收到了一个八位二进制数11001010，完成了通信功能。这样，心率和血氧浓度数据就可传给对应的第一智能控制芯片6，然后第一智能控制芯片6通过无线通信传到主控制器7。

本发明中头盔上的的第二红外发射管，与对应的二氧化碳检测模块上的红外接收管组合也可以检测二氧化碳浓度。由该红外发射管是放置在头盔上。因此，对应接收管若检测到浓度过高，说明舱内二氧化碳浓度过高，可能危害到舱内人员的安全。主控制器就需要通过与之连接的发光二极管和蜂鸣器进行报警，提醒舱外人员及时处理险情。主控制器还与键盘及显示器相连，方便专业人员设置参数。本发明中心率和血氧浓度等数据还可以通过WIFI无线通信模块发送出去，大量布置二氧化碳传感器可实现二氧化碳分布情况检测，WIFI的三角定位法可实现人员定位，其结构简单，成本低，不受其它电磁信号干扰。

本发明设计的低氧舱智能检测系统,在对环境检测涉及到的各参数(二氧化碳浓度、人的位置、心率和人体血氧浓度)采用多点检测方式，其检测信息全面准确，而且在检测二氧化碳浓度分布情况的同时还可以实现舱内人员的定位，对普通的二氧化碳传感器实现了功能上扩展，可采集价值更高的信息。本发明中采用了一套控制系统使检测装置同时具有检测二氧化碳浓度、通信及人员定位功能，其结构精简、检测效率高、成本低。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种低氧舱智能检测系统，其特征在于，包括：多组二氧化碳检测模块、第一智能控制芯片、主控制器、心率血氧传感器、第二智能控制芯片以及第二红外发射管；每组所述二氧化碳检测模块包括第一红外发射管和红外接收管；

多个所述第一红外发射管按照点阵方式布设在所述低氧舱的地板上；多个所述红外接收管按照点阵方式布设在所述低氧舱的天花板上；每组所述二氧化碳检测模块中的所述第一红外发射管与所述红外接收管分别在所述地板和所述天花板上对应布置；所述红外接收管与所述第一智能控制芯片连接；所述第一智能控制芯片与所述主控制器连接；所述第一智能控制芯片将输入光强度电信号转换为输入光强度，并将所述输入光强度发送至主控制器；所述主控制器根据输出光强度及所述输入光强度计算低氧舱内的二氧化碳浓度；所述主控制器还根据所述输出光强度及所述输入光强度确定舱内人员的位置；所述输入光强度为低氧舱的天花板上布设的红外接收管采集地板上对应位置的第一红外发射管发射的红外光的辐射强度，所述输出光强度为主控制器获取第一红外发射管发射的红外光的辐射强度；

所述心率血氧传感器佩戴在舱内人员的手臂上；所述第二智能控制芯片和所述第二红外发射管安装在所述舱内人员佩戴的头盔上；所述心率血氧传感器与所述第二智能控制芯片连接；所述第二智能控制芯片与所述第二红外发射管连接；所述第二红外发射管与所述红外接收管之间进行通信。

2.根据权利要求1所述的低氧舱智能检测系统，其特征在于，所述二氧化碳检测模块还包括：电容、第一电阻、第二电阻；所述电容的一端连接电源，所述电容的另一端接地；所述第二电阻的一端连接电源，所述第二电阻的另一端连接所述第一红外发射管的阳极；所述第一红外发射管的阴极接地；所述第一电阻的一端连接电源，所述第一电阻的另一端连接所述红外接收管的一端；所述红外接收管的一端还通过接线端子连接所述第一智能控制芯片；所述红外接收管的另一端接地。

3.根据权利要求2所述的低氧舱智能检测系统，其特征在于，所述二氧化碳检测模块还包括第三电阻及电源指示灯；所述第三电阻的一端连接电源，所述第三电阻的另一端连接所述电源指示灯的阳极，所述电源指示灯的阴极接地。

4.根据权利要求1所述的低氧舱智能检测系统，其特征在于，所述第一红外发射管和所述第二红外发射管均发出波长为4.26μm的红外线。

5.一种低氧舱智能检测方法，所述低氧舱智能检测方法基于权利要求1所述的低氧舱智能检测系统，所述低氧舱智能检测方法包括：

主控制器获取第一红外发射管发射的红外光的辐射强度作为输出光强度；

低氧舱的天花板上布设的红外接收管采集地板上对应位置的第一红外发射管发射的红外光的辐射强度作为输入光强度，并将所述输入光强度转换为输入光强度电信号发送至第一智能控制芯片；

所述第一智能控制芯片将所述输入光强度电信号转换为输入光强度，并将所述输入光强度发送至主控制器；

所述主控制器根据所述输出光强度及所述输入光强度计算低氧舱内的二氧化碳浓度；

所述主控制器还根据所述输出光强度及所述输入光强度确定舱内人员的位置；

心率血氧传感器将采集的舱内人员的心率和血氧浓度信号传输至第二智能控制芯片；

所述第二智能控制芯片将所述心率和血氧浓度转化为二进制信号；

所述第二智能控制芯片根据所述二进制信号控制所述第二红外发射管的亮和灭；

所述第二红外发射管的亮和灭造成对应红外接收管的闭合与断开；

所述第一智能控制芯片根据所述红外接收管的闭合与断开生成对应的二进制信号并发送至所述主控制器；

所述主控制器解析所述二进制信号代表所述舱内人员的心率和血氧浓度。

6.根据权利要求5所述的低氧舱智能检测方法，其特征在于，所述主控制器根据所述输出光强度及所述输入光强度计算低氧舱内的二氧化碳浓度，具体包括：

所述主控制器根据所述输出光强度I₀及所述输入光强度I₁，采用公式I＝I₀-I₁确定介质吸收光的辐射强度I；

根据所述介质吸收光的辐射强度I和所述输出光强度I₀，采用公式

确定低氧舱内的待测二氧化碳气体的浓度；其中C为待测二氧化碳气体的浓度；a_m为摩尔分子吸收系数；L为待测二氧化碳气体层的厚度。

7.根据权利要求5所述的低氧舱智能检测方法，其特征在于，所述主控制器根据所述输出光强度及所述输入光强度确定舱内人员的位置，具体包括：

对于每个所述红外接收管，判断所述红外接收管的输入光强度是否为0，获得第一判断结果；

若所述第一判断结果为0，确定所述红外接收管所在位置为舱内人员所在位置。

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