CN113984239A - 消防机器人底盘热防护多通道温度采集系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种消防机器人底盘热防护多通道温度采集系统，包括：温度传感器，安装在消防机器人底盘型腔的不同部位；温控仪，每个温控仪与若干个温度传感器连接以获取温度数据，温控仪将获取的温度数据通过RS485输出串口输出一路温度数据至中继器；中继器将各温控仪的温度数据合并为一路485串口信号，中继器将一路485串口信号通过485‑USB通信模块输出至上位PC机的USB接口，上位PC机内安装有Labview软件开发平台，本发明通过Labview软件开发平台开发设计了VISA函数读取模块、温度数据转换模块、温度数据显示模块、数据保存模块、登录及用户注册模块及数据滤波模块等软硬件模块，能实现多通道温度采集、显示与保存，并具有降噪功能，具备测量精度高、可视化效果好的优势。
Description
技术领域
本发明属于智能机器人技术领域，特别涉及一种消防机器人底盘热防护多通道温度采集系统。
背景技术
消防机器人在一定程度上能代替消防员进入有毒、浓烟、高温、缺氧、坍塌、狭小空间等事故现场，承担侦查检验、排烟降温、搜索救人、灭火等任务，对提高部队灭火救援能力和效率，保障消防员安全及社会进步具有重大意义。根据石化爆燃等危险环境防爆型作业机器人底盘耐高温防护的要求，对机器人底盘耐高温防护技术进行研究，确保消防机器人能够在300℃以上的高温环境中正常工作，这对于提高消防机器人的火场适应性、提高现场救援效率非常重要。虚拟仪器作为模块化软件开发系统，能代替一定的硬件或与硬件相结合完成信息的采集与显示。Labview作为广泛使用的虚拟仪器软件，能借助虚拟模板用户界面和方框图建立虚拟仪器的图形程序设计系统，能更好的完成程序的开发及数据显示，在工业领域应用广泛。目前，现有技术中还不存在将Labview与消防机器人进行结合开发的功能强大且易于操作的智能采集系统。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种消防机器人底盘热防护多通道温度采集系统。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的消防机器人底盘热防护多通道温度采集系统，包括：
温度传感器，所述温度传感器设有多个，分别安装在消防机器人底盘型腔的不同部位，用于测量消防机器人底盘型腔不同部位的温度；
温控仪，所述温控仪设有两个，每个温控仪与若干个温度传感器连接以获取对应温度传感器检测到的温度数据，每个温控仪将获取的温度数据进行模数转换后通过RS485输出串口输出一路温度数据至中继器；
中继器，与两个所述温控仪的输出端连接，以将接收到的两路温控仪的温度数据合并为一路485串口信号，中继器将所述一路485串口信号通过485-USB通信模块输出至上位PC机的USB接口；
上位PC机，其内安装有Labview软件开发平台，所述Labview软件开发平台包括VISA函数读取模块、温度数据转换模块、温度数据显示模块、数据保存模块、登录及用户注册模块、数据滤波模块和用户交互界面；
VISA函数读取模块用于读取上位PC机接收的所述一路485串口信号，从而获取两路温控仪的温度数据；
温度数据转换模块用于将VISA函数读取模块传递来的两路温度数据进行数值转换；
温度数据显示模块用于将两路温控仪的温度数据以数据表格和温度实时曲线的形式进行显示在用户交互界面上；
数据保存模块用于将温度数据进行存储；
登录及用户注册模块用于供用户进行登录以及注册；
数据滤波模块用于在温度数据检测过程中对温度信号进行降噪，降噪后，温度数据显示模块将其以数据表和温度曲线的形式显示在用户交互界面上。
进一步的，Labview软件开发平台还包括超温报警模块，所述超温声报警模块在温度超出预设阈值时进行声光报警。
进一步的，Labview软件开发平台还包括历史数据回放模块，用于调用数据保存模块中的历史数据。
进一步的，Labview软件开发平台还包括延时函数；两个温控仪的温度数据通过VISA函数读取模块进行读取后，通过该延时函数采用分时传输的方式，以避免来自两个温控仪的两路温度数据在中继器的RS485输出串口上的冲突；RS485输出串口即与所述485-USB通信模块相连，为中继器的输出端。
进一步的，滤波模块采用小波阈值滤波算法实现信号降噪。
进一步的，温度传感器设有8个，每个温控仪连接4个温度传感器，以构成8通道温度采集系统。
进一步的，温度传感器采用三线制的PT100铂热电阻，测温范围为-70～450℃。
进一步的，温控仪采用4路HKDN2-4温控仪。
进一步的，温控仪的通信接口为RS485，其通信协议为标准Modbus-RTU串口协议，能将采集到的温度信号转换为数字信号并通过RS485输出串口输出。
进一步的，还包括高温加热炉和温控箱，温控箱与上位PC机连接，以便于控制高温加热炉的温度，高温加热炉的加热范围为10～600℃；
消防机器人底盘型腔置于高温加热炉内，消防机器人底盘型腔具有试验型腔Ⅰ和试验型腔Ⅱ；
试验时，试验型腔Ⅰ和试验型腔Ⅱ中分别加入一定量的冰块，并在各型试验腔外部包覆5mm厚的纳米微孔隔热棉，并在每个试验型腔上安装4个温度传感器；根据机器人通用底盘工作环境要求，在300℃以上炉温环境下对消防机器人底盘试验型腔进行耐热试验温度测试，温度传感器的数据采集间隔时间为1s，采集到的温度数据用于传递至上位PC机进行显示。
借由上述技术方案，本发明的有益效果如下：
1、本发明基于Labview软件开发了消防机器人底盘热防护多通道温度采集软硬件系统，实现了基于串口Modbus RTU协议的温度数据采集与传输，软件功能主要包括用户注册、串口配置、温度曲线实时显示、超温报警、数据显示与保存、历史数据回放、数据表显示与数据滤波等，系统可操作性强，显示的温度数据全面，功能强大；
2、本发明针对消防机器人通用底盘工作环境要求不低于300℃的工作环境，设计了多种工况对消防机器人底盘型腔进行了耐热试验，验证了系统的可靠性。
3、本发明针对温度曲线中出现的噪声干扰，采用小波阈值滤波算法对采集到的温度数据进行了滤波处理，并与各通道温度原始数据进行了对比，达到了较好的滤波效果。
4、本发明所设计的系统可视化效果好，具有较强的工程实用性，对工业现场多点温度的实时测量具有一定的借鉴性，其不局限于消防机器人底盘温度测试领域，也可以应用于其它工业自动化领域多点温度测量场合。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明的硬件模块连接框图。
图2是本发明的系统硬件接线示意图。
图3是本发明中进行多通道温度检测系统程序流程图。
图4是本发明中VISA串口读取模块的原理图。
图5是本发明中温度数据传输与转换程序设计图。
图6是本发明中温度数据显示模块的程序设计图。
图7是本发明中数据保存模块的程序设计图。
图8是本发明中登录及用户注册界面。
图9是本发明中的小波阈值滤波降噪程序图。
图10是本发明中消防机器人底盘型腔置于高温加热炉内的示意图。
图11是本发明进行温度检测试验时的现场状态图。
图12是多通道采集软件界面的示意图。
图13是综合曲线显示界面的示意图。
图14是分通道显示界面的示意图。
图15是数据表显示界面的示意图。
图16是消防机器人底盘型腔的示意图。
图17是不同工况下温度曲线对比的示意图。
图18是原始温度数据综合曲线界面的示意图。
图19是原始温度数据综合曲线的示意图。
图20是小波降噪之后的各通道温度曲线界面的示意图。
具体实施方式
以下结合附图及较佳实施例对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
如图1至图20，一种消防机器人底盘热防护多通道温度采集系统，包括温度传感器、温控仪、中继器、安装有Labview软件开发平台的上位PC机、高温加热炉；本实施例中，温度传感器设有8个，分别安装在消防机器人底盘型腔的不同部位，用于测量消防机器人底盘型腔不同部位的温度；温控仪设有两个，每个温控仪与4个温度传感器连接以获取对应温度传感器检测到的温度数据，每个温控仪将获取的温度数据进行模数转换后通过RS485输出串口输出一路温度数据至中继器；其它实施例中，温度传感器也可以设置其它数量，例如12个、14个等，本发明对此不作限制；对应的，温控仪数量以及其与温度传感器的对应连接关系也可以安装实际工况进行配置。中继器与两个所述温控仪的输出端连接，以将接收到的两路温控仪的温度数据合并为一路485串口信号，中继器将所述一路485串口信号通过485-USB通信模块输出至上位PC机的USB接口。上位PC机内安装有Labview软件开发平台，所述Labview软件开发平台包括VISA函数读取模块、温度数据转换模块、温度数据显示模块、数据保存模块、登录及用户注册模块以及数据滤波模块，其中VISA函数读取模块用于读取上位PC机接收的所述一路485串口信号，从而获取两路温控仪的温度数据；温度数据转换模块用于将VISA函数读取模块传递来的两路温度数据进行数值转换，以使其能够通过温度数据显示模块进行显示；温度数据显示模块用于将两路温控仪的温度数据以数据表格和温度实时曲线的形式进行显示；数据保存模块用于将温度数据进行存储；登录及用户注册模块用于供用户进行登录以及注册；数据滤波模块用于在温度数据检测过程中对温度信号进行降噪。如图1，本发借助多个温度传感器分布在消防机器人底盘型腔的不同部位，通过两个温控仪，将温模拟信号转化为数字信号并通过485串口输出，并通过中继器将两路485信号合并为1路485串口信号，通过485屏蔽双绞线连接至上位PC机的USB接口。
下面对本发明中各软硬件设计进行详细说明：
本发明中，温度传感器采用三线制的PT100铂热电阻，测温范围为-70～450℃，引线采用耐高温屏蔽线。三线制PT100可消除连接导线电阻引起的测量误差，提高了测量精度，测温精度为±0.3℃。温控仪采用两个4路辉控HKDN2-4温控仪，PT100与HKDN2-4温控仪连接，HKDN2-4温控仪为DC24V供电，支持PT100输入，通信接口为RS485，通信协议为标准的Modbus RTU串口协议，可将采集到的模拟温度数据信号转换为数字信号并通过RS485输出串口输出，温控仪具体的Modbus RTU规约命令格式如表1所示。
表1 Modbus RTU规约命令格式
| 地址代号(站号) | 功能码 | 寄存器地址位 | 参数个数 | 校验方式 |
| 1个字节 | 1个字节 | 两字节(高前低后) | 两字节(高前低后) | CRC16校验 |
温控仪默认数据位为8，1位停止位(无奇偶校验)，波特率9600(9600、19200、38400、57600、115200可调)。在实际运行中，温控仪与PC串口的波特率均设置为9600，为保证数据传输的准确性，数据校验方式采用循环冗余校验CRC16。
表2部分HKDN2-4温控仪功能码
表3部分内部寄存器地址
由于Modbus协议使用的是主从通讯技术，即由主设备主动查询和操作从设备，因此，每次通信都是主站先发送指令，从站响应指令，并按要求应答，或者报告异常。当主站不发送请求时，从站不会自己发出数据，从站和从站之间也不能直接通信。比如在本系统中，上位PC机中的Labview程序主动查询温控仪传送到COM串口中的数据，当读取到温控仪采用Modbus-RTU协议发送的数据为：01 04 00 00 00 04F1 C9时，根据表1通信协议规约格式，01表示第2块仪表，如果是00，则表示第1块仪表；04表示表2中的功能码04(读取测量值数据)；中间的00 00表示表3中的寄存器地址，存储着当前的温度实际测量值；00 04表示参数个数，即表示1块仪表总共4个通道；F1 C9表示采用CRC16校验的数值。
本实施例中，由于开发的是8通道温度采集系统，采用了2个4路的HKDN2-4温控仪，为保证两个温控仪的温度数据通过485串口传输到上位PC机，选用了串口中继器PX6021。该中继器相当于一个RS485集线器，除了将多路485信号集中后整体输出，还可以将单路485信号分成多路分别输出。此外，该中继器还具有放大信号、光电隔离、防雷浪涌保护，及其自动感知数据流向并切换控制电路的功能。在系统组网方面，该中继器每一路可以串联多达256个设备，具有较强的驱动能力。在本系统中，中继器JPX6021通过DC9～40V宽电压供电，两个4路的HKDN2-4温控仪通过485接口和集线器相连，组合成1路485信号通过屏蔽双绞线连接至上位PC机的USB接口，并通过485-USB通信模块，完成了现场温度采集硬件(温度传感器)与上位PC机的连接。
作为优选，485-USB通信模块采用的型号为RJ303X2，该485-USB通信模块为通用的双向RS485/422-USB转换器，不仅能够将现场仪表平衡差分的RS485信号转换为单端的USB信号传送到上位PC机，也可通过主机将数据通过USB接口转换为RS485串口信号发送给外设。I/0电路自动控制数据流方向，转换器内部带有零延时自动收发转换，不需任何握手信号即可实现全双工、半双工模式转换，确保适合一切现有的通信软件和接口硬件，可以为点到点、点到多点的通信提供可靠的连接。在本系统中，从JPX6021中继器引出的485信号只需2根线便可实现串行异步通信，具体接线方式为：中继器中RS485输出串口的A、B分别连接485-USB通信模块RJ303X2输入接口的485+和485-，系统硬件接线图如图2所示。
进一步的，本发明采用Labview软件开发平台开发了消防机器人底盘热防护8通道温度采集系统，实现了基于串口Modbus RTU协议的温度数据采集与传输，软件功能主要包括用户注册、串口配置、温度曲线实时显示、超温声光报警、数据显示与保存、历史数据回放、数据表显示与数据滤波等功能，程序流程图如图3所示。
VISA函数读取模块如图4，VISA是Labview仪器编程的标准API函数，作为新一代仪器I/O通用标准，Labview将VISA节点单独组成一个子模块，共包含8个节点，分别实现初始化串口、串口写、串口读、中断以及关闭串口等功能。首先通过COM端口号对VISA资源进行配置，如波特率(9600)、数据比特(8)、校验位(None)等参数。配置完串口后，通过VISA函数读取模块读取各串口缓冲区的数据，由于开发的8通道温度采集系统由两个4通道的HKDN2-4温控仪进行温度信息的现场显示，并且通过一组485通信线(二线制)与上位PC机连接。为保证温度信息的可靠传输，上位机程序在读取温控仪数值的时候，两个温控仪的数据通过VISA函数读取模块进行读取后，通过加入延时函数(例如延时0.5s)采用分时传输的方式，避免了温度数据在485串口线上的冲突，确保了数据的有效传输。
然后进行温度数据提取与转换，8个PT100热电阻温度传感器分别连接两个具有RS485串口输出的4路辉控HKDN2-4温控仪，通过JPX6021中继器将两路RS485信号合并后经485屏蔽双绞线输出，再经过485-USB通信模块与上位PC机的USB接口连接。由于温控仪采用的是Modbus-RTU协议，依据Modbus协议通过主从模式读取数据的特点，结合表1的通信协议规约命令格式、表2的温控仪功能码以及表3的温控仪寄存器地址编写Labview程序，PC机上开发的Labview程序通过VISA函数主动读取温度数据到输入缓冲区，并对数据进行16位CRC校验，确保温度数据传输的正确性。另外，由于Modbus-RTU协议的报文格式为十六进制，因此在数据传输结束后要通过温度数据转换模块(数值转换控件)将十六进制字符串变换为十进制进行显示。以其中1个通道为例，温度数据传输与转换的部分计算程序如图5所示。
温度数据显示模块用于将两路温控仪的温度数据以数据表格和温度实时曲线的形式进行显示，具体是显示在用户交互界面上，用户通过用户交互界面能够观看温度数据显示模块现实的各种内容。具体而言，8个通道的温度数据传输到用Labview开发的程序交互界面，通过数据表格进行实时显示，并绘制成温度实时曲线。根据实际工作需要及实时化显示需求，系统开发了8通道综合曲线显示界面及分通道曲线显示界面，用户可以根据需求选择查看综合对比曲线或各通道温度变化曲线。为方便后期对测量的温度数据进行统计和分析，数据保存模块能将温度数据保存为*.txt的文本文档进行备份，同时采用数据表格功能也可以将数据导出为*.xls的excel文档，方便后期数据处理。温度数据保存及数据表显示的部分程序如图6、图7所示。
登录及用户注册模块用于保障系统的安全及使用权限，登录及用户注册模块实现了系统登录界面及用户注册功能，用户通过注册将信息写入*.txt文件，只有通过注册的用户才可以通过用户名及密码登录，如图8所示为该模块所实现的登陆及用户注册界面。
由于在温度检测过程中信号会难以避免的出现瞬时的毛刺等突变现象，本发明为消除信号噪声干扰并最大化保证信号成分不丢失，采用小波阈值滤波算法实现了信号降噪。由Fourier变换只能获取一段信号总体上包含哪些频率的成分，但是对各成分出现的时刻并无所知。小波(Wavelet)分析是通过伸缩平移运算对信号逐步进行多尺度细化，将无限长的三角函数基换成了有限长的会衰减的小波基，这样不仅能够获取频率，还可以定位到时间，最终将获取到低频与高频处的时间细分，能自动适应时频信号分析的要求，从而可聚焦到信号的任意细节，解决了Fourier变换对瞬态信号处理不完善的问题。
假设存在函数
如果满足下面的允许条件：
则函数
称为基本小波或母小波，母小波通过伸缩、平移可以构成L2(R)的一个标准正交基：
其中a称为尺度参数，b称为平移参数。L2(R)中的任意函数f(t)的连续小波变换可以定义为：
同傅立叶变换一样，连续小波变换也可定义为函数与小波基的内积，即：
然后采用离散小波变换，将尺度按幂级数进行离散化，取幂级数的底数为2。当尺度a较大时被分析的信号区间长而分析频率低，可作近似观察；当尺度a较小时信号区间短而分析频率高，可作细节观察。令：a＝2-j，b＝2-jk,j,k∈Z，可得离散小波变换为：
其中小波函数
为
式(6)所示的表达式为尺度取2的整幂的多分辨率分析的多贝西小波(DaubechiesWavelet)(简称db小波)，由于其在时域和频域对不规则信号较为敏感，并有良好的局域性，且可作为Mallat算法成熟常用的母小波，因此本发明选用db小波对信号进行分解和重构。为实现小波降噪，具体采用Labview与Matlab混合编程的方法，通过Lab view调用Matlab自带的4种不同阈值准则下的小波去噪算法进行降噪处理，其中包括混合准则heursure、无偏风险估计准则rigrsure、固定阈值准则sqtwolog和极大极小准则minimaxi。Labview提供了Matlab Script节点，通过该节点可以直接调用Matlab应用程序。在程序中，通过分析对比采用db4小波5层分解，阈值函数选取软阈值函数，阈值选取heursure规则作为小波分析的阈值规则，该程序如图9所示。
如图3，在以上详述各模块结构及原理后，本系统的操作过程描述如下：
步骤S1、通过登录及用户注册模块登录本系统；若没有注册过的用户则应先注册再后登录；
步骤S2、通过COM端口号进行串口配置；
步骤S3、然后通过VISA函数读取模块主动读取两路温控仪的温度数据(即中继器输出的一路485信号实际上包含两路温控仪的数据)，实现温度数据采集功能；
步骤S4、温度数据转换模块(即数值转换控件)将上一步采集到的温度数据从十六进制转换成十进制，供后续显示及输出；
步骤S5、超温报警模块判断采集到的温度数据是否超过系统设定值；若判断温度超限，则在用户交互界面进行报警提示；具体参考图12中软件交互界面左下角，首先设定一个温度限值，实际采集的温度超过此设定值则会报警；
步骤S6、然后温度数据显示模块将两路温控仪的温度数据以温度实时曲线的形式进行显示；若需要历史数据回放，则可以借助历史数据回放模块调用数据保存模块中的历史数据，此功能为辅助功能，并非必要步骤，仅在需要时启用该功能；
步骤S7、采集的温度数据通过数据滤波模块进行降噪处理；
步骤S8、降噪后，温度数据显示模块以数据表的形式显示与用户交互界面；
步骤S9、判断是否停止温度检测，若不停止，则继续通过VISA函数读取温度数据；若选择停止，则再次在用户交互界面上显示“确定停止？”，若选择不停止，则依然返回VISA函数独权步骤，若选择停止，则数据保存模块启动，将之前的所有温度数据进行保存；
步骤S10、关闭VISA，退出系统。
本发明进行实际试验时，为了实现机器人底盘能够在不低于300℃高温环境下工作，设计加工了耐高温试验测试台架，耐高温试验测试台架与本发明系统组成系统试验装置，耐高温试验测试台架包括高温加热炉和温控箱，高温加热炉的加热范围为10～600℃，满足机器人耐高温试验所需的工作温度要求，内部空间尺寸规格为：2000×1000×1000mm，满足容纳履带式消防机器人底盘的空间要求，具体参数如表4所示。图12为温度采集系统软硬件界面，图13至15具体分别为综合曲线显示界面、分通道显示界面及数据表，通过此界面就可以灵活得通切换各种显示方式来直观显示各通道温度数据。
表4高温加热炉参数
如图16，消防机器人底盘型腔呈长方体状，其具有间隔分布的试验型腔Ⅰ01和试验型腔Ⅱ02，试验型腔Ⅰ和试验型腔Ⅱ中分别加入一定量的冰块，并在型腔外部包覆5mm厚的纳米微孔隔热棉。将5个PT100热电阻温度传感器按表5所示的工况进行安装，温度数据每隔1s采集1次，5个温度传感器代表5种工况，分别安装在对应位置，测量试验型腔Ⅰ、试验型腔Ⅱ、高温加热炉、隔热棉与型腔外壳夹层以及室温这五组试验数据，温度传感器03是通过其头部的M6螺纹安装在对应试验型腔的腔体上，伸入对应试验型腔内。虽然上述实施例中设计为8通道温度采集(对应8个PT100热电阻温度传感器传感器)，此处仅使用5通道进行示例，其余3个通道并未使用。消防机器人底盘型腔置于高温加热炉内后，温度传感器的引线从高温加热炉的仓门穿出，从而与对应温控仪连接。根据机器人通用底盘工作环境要求，在300℃以上炉温环境下，对底盘型腔多种工况进行了耐热试验温度测试，测试时间为30分钟，采集到的部分数据如表5所示。
表5温度采集试验(部分示例数据)
图17为消防机器人底盘型腔在5种不同工况下测得的温度曲线，表明在型腔中加入冰块，能有效降低热传导，效果良好，而在型腔外包裹纳米微孔隔热棉，能有效降低升温速度。本试验检验了系统工作的正常性，也为后续底盘热防护设计提供了技术参考。
图18为温度检测原始数据分通道显示界面，由上到下依次为通道1至通道8；图19为在图18中提取的部分数据段生成的温度综合曲线。从各通道温度实时曲线可以看出，各通道温度信号出现了瞬时的毛刺等突变现象，这是由于在信号传输过程中因为各种原因引入的噪声干扰。通过图9所示的小波阈值滤波降噪程序，对各通道温度数据进行了滤波处理，显示界面如图20所示(由上到下依次为通1至通道8)，与图18的原始温度数据相比，温度曲线尖峰得到了有效消除。分析图12～图15、图18～图20可知，本发明所设计的消防机器人底盘热防护多通道温度采集软硬件系统，各项功能均符合工程要求，并分不同工况进行了温度采集现场试验及信号的小波降噪，测试结果达到了预期。
综上，本发明采用Labview设计了消防机器人底盘热防护多通道温度采集软硬件系统，该系统除开发的电气硬件、测试软件外，还包括加热炉、机器人底盘试验型腔、机器人底盘耐高温涂层、耐高温隔热棉等试验材料。控制系统主要由上位机和下位机构成，热电阻PT100布置在消防机器人底盘试验型腔不同点，将采集到的多点温度传输到温控仪，温控仪再通过485接口将数据通过串口Modbus-RTU协议传输到上位PC机，并在PC端开发的软件界面上实现了8路温度的实时采集、显示与保存。最后针对出现的信号噪声干扰，采用小波阈值滤波算法对数据进行了滤波处理，并与各通道温度原始数据进行了对比，表明本系统工作可靠、测量精度高、可视化效果好，对于工业自动化领域多点温度的测量具有实际意义。
本发明未详述之处均为现有技术。
Claims (10)
1.消防机器人底盘热防护多通道温度采集系统，其特征在于，包括：
温度传感器，所述温度传感器设有多个，分别安装在消防机器人底盘型腔的不同部位，用于测量消防机器人底盘型腔不同部位的温度；
温控仪，所述温控仪设有两个，每个温控仪与若干个温度传感器连接以获取对应温度传感器检测到的温度数据，每个温控仪将获取的温度数据进行模数转换后通过RS485输出串口输出一路温度数据至中继器；
中继器，与两个所述温控仪的输出端连接，以将接收到的两路温控仪的温度数据合并为一路485串口信号，中继器将所述一路485串口信号通过485-USB通信模块输出至上位PC机的USB接口；
上位PC机，其内安装有Labview软件开发平台，所述Labview软件开发平台包括VISA函数读取模块、温度数据转换模块、温度数据显示模块、数据保存模块、登录及用户注册模块、数据滤波模块和用户交互界面；
VISA函数读取模块用于读取上位PC机接收的所述一路485串口信号，从而获取两路温控仪的温度数据；
温度数据转换模块用于将VISA函数读取模块传递来的两路温度数据进行数值转换；
温度数据显示模块用于将两路温控仪的温度数据以数据表格和温度实时曲线的形式进行显示在用户交互界面上；
数据保存模块用于将温度数据进行存储；
登录及用户注册模块用于供用户进行登录以及注册；
数据滤波模块用于在温度数据检测过程中对温度信号进行降噪，降噪后，温度数据显示模块将其以数据表和温度曲线的形式显示在用户交互界面上。
2.根据权利要求1所述的消防机器人底盘热防护多通道温度采集系统，其特征在于：Labview软件开发平台还包括超温报警模块，所述超温声报警模块在温度超出预设阈值时进行声光报警。
3.根据权利要求1所述的消防机器人底盘热防护多通道温度采集系统，其特征在于：Labview软件开发平台还包括历史数据回放模块，用于调用数据保存模块中的历史数据。
4.根据权利要求1所述的消防机器人底盘热防护多通道温度采集系统，其特征在于：Labview软件开发平台还包括延时函数；两个温控仪的温度数据通过VISA函数读取模块进行读取后，通过该延时函数采用分时传输的方式，以避免来自两个温控仪的两路温度数据在中继器的RS485输出串口上的冲突。
5.根据权利要求1所述的消防机器人底盘热防护多通道温度采集系统，其特征在于：滤波模块采用小波阈值滤波算法实现信号降噪。
6.根据权利要求1所述的消防机器人底盘热防护多通道温度采集系统，其特征在于：温度传感器设有8个，每个温控仪连接4个温度传感器，以构成8通道温度采集系统。
7.根据权利要求6所述的消防机器人底盘热防护多通道温度采集系统，其特征在于：温度传感器采用三线制的PT100铂热电阻，测温范围为-70～450℃。
8.根据权利要求6所述的消防机器人底盘热防护多通道温度采集系统，其特征在于：温控仪采用4路HKDN2-4温控仪。
9.根据权利要求8所述的消防机器人底盘热防护多通道温度采集系统，其特征在于：温控仪的通信接口为RS485，其通信协议为标准Modbus-RTU串口协议，能将采集到的温度信号转换为数字信号并通过RS485输出串口输出。
10.根据权利要求6所述的消防机器人底盘热防护多通道温度采集系统，其特征在于：还包括高温加热炉和温控箱，温控箱与上位PC机连接，以便于控制高温加热炉的温度，高温加热炉的加热范围为10～600℃；
消防机器人底盘型腔置于高温加热炉内，消防机器人底盘型腔具有试验型腔Ⅰ和试验型腔Ⅱ；
试验时，试验型腔Ⅰ和试验型腔Ⅱ中分别加入一定量的冰块，并在各型试验腔外部包覆5mm厚的纳米微孔隔热棉，并在每个试验型腔上安装4个温度传感器；根据机器人通用底盘工作环境要求，在300℃以上炉温环境下对消防机器人底盘试验型腔进行耐热试验温度测试，温度传感器的数据采集间隔时间为1s，采集到的温度数据用于传递至上位PC机进行显示。
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|---|---|
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Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103007465A (zh) * | 2012-12-04 | 2013-04-03 | 威海北洋电气集团股份有限公司 | 高压电缆接头综合监控及消防装置和其应用 |
| CN103728145A (zh) * | 2013-11-18 | 2014-04-16 | 徐州重型机械有限公司 | 一种登高平台消防车调平板的检测系统和方法 |
| US20140247148A1 (en) * | 2013-03-04 | 2014-09-04 | Hello Inc. | Monitoring device with wireless communication using cdma |
| CN205121287U (zh) * | 2015-11-02 | 2016-03-30 | 沈阳航天新光集团有限公司 | 航空发动机地面台架试验状态监控系统 |
| CN105758450A (zh) * | 2015-12-23 | 2016-07-13 | 西安石油大学 | 基于多传感器应急机器人的消防预警感知系统构建方法 |
| CN107796522A (zh) * | 2017-10-24 | 2018-03-13 | 界首市无限智能电子科技有限公司 | 一种智能测温在线监测系统 |
| CN109298662A (zh) * | 2018-09-30 | 2019-02-01 | 哈工大机器人（山东）智能装备研究院 | 基于labview实现人机界面的数据采集系统及其显示方法 |
| US20200054905A1 (en) * | 2017-03-20 | 2020-02-20 | Oy Halton Group Ltd. | Fire Safety Devices Methods and Systems |
| CN211978139U (zh) * | 2020-01-17 | 2020-11-20 | 天津慧感光电科技有限公司 | 一种开关柜在线测温防火系统 |
| CN112019799A (zh) * | 2019-05-31 | 2020-12-01 | 上海汉芯电子科技有限公司 | 一种消防侦查机器人系统 |
| US20200400508A1 (en) * | 2019-06-24 | 2020-12-24 | Analysis And Measurement Services Corporation | Self-Heating Thermal Dispersion Sensor System |
| CN212585473U (zh) * | 2020-07-23 | 2021-02-23 | 应急管理部天津消防研究所 | 一种构件防火保护设计及防火监督用电炉装置 |
| KR20210027000A (ko) * | 2019-08-30 | 2021-03-10 | 주식회사 케이티 | 공동구 자동관제 시스템 |
| CN212847133U (zh) * | 2020-09-02 | 2021-03-30 | 洛阳理工学院 | 消防机器人火场环境远程监控系统 |
| AU2021101660A4 (en) * | 2021-03-31 | 2021-05-20 | Omprakash Bata | A real-time smart home automation system based on labview platform |
| US20220249892A1 (en) * | 2019-05-22 | 2022-08-11 | Tyco Fire Products Lp | Fire detection system with a learning mode |
-
2021
- 2021-10-22 CN CN202111235415.3A patent/CN113984239B/zh active Active
Patent Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103007465A (zh) * | 2012-12-04 | 2013-04-03 | 威海北洋电气集团股份有限公司 | 高压电缆接头综合监控及消防装置和其应用 |
| US20140247148A1 (en) * | 2013-03-04 | 2014-09-04 | Hello Inc. | Monitoring device with wireless communication using cdma |
| CN103728145A (zh) * | 2013-11-18 | 2014-04-16 | 徐州重型机械有限公司 | 一种登高平台消防车调平板的检测系统和方法 |
| CN205121287U (zh) * | 2015-11-02 | 2016-03-30 | 沈阳航天新光集团有限公司 | 航空发动机地面台架试验状态监控系统 |
| CN105758450A (zh) * | 2015-12-23 | 2016-07-13 | 西安石油大学 | 基于多传感器应急机器人的消防预警感知系统构建方法 |
| US20200054905A1 (en) * | 2017-03-20 | 2020-02-20 | Oy Halton Group Ltd. | Fire Safety Devices Methods and Systems |
| CN107796522A (zh) * | 2017-10-24 | 2018-03-13 | 界首市无限智能电子科技有限公司 | 一种智能测温在线监测系统 |
| CN109298662A (zh) * | 2018-09-30 | 2019-02-01 | 哈工大机器人（山东）智能装备研究院 | 基于labview实现人机界面的数据采集系统及其显示方法 |
| US20220249892A1 (en) * | 2019-05-22 | 2022-08-11 | Tyco Fire Products Lp | Fire detection system with a learning mode |
| CN112019799A (zh) * | 2019-05-31 | 2020-12-01 | 上海汉芯电子科技有限公司 | 一种消防侦查机器人系统 |
| US20200400508A1 (en) * | 2019-06-24 | 2020-12-24 | Analysis And Measurement Services Corporation | Self-Heating Thermal Dispersion Sensor System |
| KR20210027000A (ko) * | 2019-08-30 | 2021-03-10 | 주식회사 케이티 | 공동구 자동관제 시스템 |
| CN211978139U (zh) * | 2020-01-17 | 2020-11-20 | 天津慧感光电科技有限公司 | 一种开关柜在线测温防火系统 |
| CN212585473U (zh) * | 2020-07-23 | 2021-02-23 | 应急管理部天津消防研究所 | 一种构件防火保护设计及防火监督用电炉装置 |
| CN212847133U (zh) * | 2020-09-02 | 2021-03-30 | 洛阳理工学院 | 消防机器人火场环境远程监控系统 |
| AU2021101660A4 (en) * | 2021-03-31 | 2021-05-20 | Omprakash Bata | A real-time smart home automation system based on labview platform |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| MEMON SF, KALWAR IH, GROUT I, LEWIS E, PANHWAR YN: "Prototype for Localization of Multiple Mobile Fire Detecting Mobile Robots in a Dynamic Environment", PROCEEDINGS OF THE 10TH INDIACOM-2016 3RD INTERNATIONAL CONFRENCE ON COMPUTING FOR SUSTAINABLE GLOBAL DEVELOPMENT, pages 395 - 400 * |
| 刘玉玲: "基于USB的Labview温度监测系统设计", 电脑知识与技术, vol. 16, no. 13, pages 7 - 10 * |
| 柳云龙, 马殷元: "基于LabVIEW和数据融合的防火机器人控制系统", 测控技术, vol. 36, no. 6, pages 105 - 108 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113984239B (zh) | 2023-08-04 |
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