CN114519919A - 一种基于加速度计阵列的爆炸物冲击碎片防护服定位报警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于加速度计阵列的爆炸物冲击碎片防护服定位报警系统，包括传感器节点单元、柔性衬底、防护服、信号处理单元、数据分析单元、无线传输单元、上位机显示单元及报警单元，传感器节点单元安装于柔性衬底上并与防护服相贴合设置；信号处理单元用于获取距离爆炸物碎片、工作服碰撞位置最近的若干个传感器节点单元的输出信号；数据分析单元根据输出信号的幅值计算出碰撞的位置和幅度，并通过无线传输单元传输至上位机显示单元；再结合碰撞的位置和幅度通过报警单元分级报警。该系统让消防员的危险程度数据化、可视化，为现场的指挥人员快速决策、指挥抢险救援提供准确信息，尽可能的保证消防员的人身安全。
Description
技术领域
本发明涉及防护服智能监测技术领域，具体是一种基于加速度计阵列的爆炸物冲击碎片防护服定位报警系统。
背景技术
随着经济的快速发展，大型建筑日益增多，也致使大型火灾的频繁发生，严重时更会引发爆炸事故。担任灭火救援工作的消防员将会处于非常危险的境地，在严峻的火场中其人身安全受到了极大的威胁。消防员作业过程中的人身伤害事故也一直是社会关注的焦点，爆炸事故中消防员一旦遇险，如果不能在很短的时间内对其施救，将会造成严重的伤亡后果，此时消防员的受伤信息显得尤为重要。然而，灾难现场建筑环境复杂，噪音源多、烟雾浓度大、光线较弱，给获得消防员受伤信息带来了极大的困难。
为了实时了解消防员的状况，提高救援过程中消防员的安全系数，目前有可穿戴式消防员安全监测系统可用于室内火灾，由微电子技术、微弱信号检测、无线通讯及远程监控技术组成。通过采集人体体征数据实现对消防员的风险评估，得到消防员的危险程度指数。但是相关检测系统硬件间的有线连接在一定程度上仍然存在干扰和数据的不稳定获取，且相应算法的准确性难以保证。
发明内容
为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明的发明目的在于提供一种基于加速度计阵列的爆炸物冲击碎片防护服定位报警系统，该系统利用加速度传感器阵列对爆炸事故中爆炸物的碎片与防护服冲击的碰撞点进行计算记录并无线传输至电脑上位机，并可根据碰撞位置和碰撞幅度同时给予不同级别的报警，让消防员的危险程度数据化、可视化，为现场的指挥人员快速决策、指挥抢险救援提供准确信息；同时所有冲击碰撞点均可被存储，以便让消防员根据这些坐标数据做身体相应部位的进一步检查，尽可能的保证消防员的人身安全。
为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案:一种基于加速度计阵列的爆炸物冲击碎片防护服定位报警系统，包括传感器节点单元、柔性衬底、防护服、信号处理单元、数据分析单元、无线传输单元、上位机显示单元及报警单元，所述传感器节点单元安装于所述柔性衬底上并与所述防护服相贴合设置用于检测爆炸物碎片与所述防护服的碰撞位置及强度；所述信号处理单元用于获取距离爆炸物碎片、工作服碰撞位置最近的若干个所述传感器节点单元的输出信号；所述数据分析单元根据输出信号的幅值计算出碰撞的位置和幅度，并通过无线传输单元传输至上位机显示单元；再结合碰撞的位置和幅度通过所述报警单元分级报警。
作为本发明的一种优选方案，所述信号处理单元用于获取距离爆炸物碎片、工作服碰撞位置最近的三个所述传感器节点单元的输出信号。
作为本发明的一种优选方案，所述传感器节点单元为加速度传感器。
作为本发明的一种优选方案，所述传感器节点单元阵列安装于所述柔性衬底上。
作为本发明的一种优选方案，所述柔性衬底上的走线采用蛇形导线。
作为本发明的一种优选方案，所述蛇形导线由铜材料制成。
作为本发明的一种优选方案，所述柔性衬底的制作材料为PDMS、硅胶或布中的任意一种。
作为本发明的一种优选方案，所述报警单元预先设置幅度阈值，且报警级数分为三级，分别为消防员自身报警、指挥方报警及防沉睡报警；消防员自身报警即通过随身耳机提示碰撞位置与碰撞程度，若低于幅度阈值即为轻度撞击，可自行消除报警；指挥方报警即指挥方通过所述上位机显示单元收到相应碰撞数据及时做好后勤保障；防沉睡报警即若消防员伤势过重，指导员与消防员保持语音通话，防止消防员晕睡。
作为本发明的一种优选方案，所述无线传输单元采用蓝牙模块传输。
与现有技术相比，本发明中的一种基于加速度计阵列的爆炸物冲击碎片防护服定位报警系统，具有如下有益效果：
1、本发明通过铺设微型加速度传感器阵列于柔性衬底上，保证了防护服的可穿戴性与延展性，并将该柔性衬底贴合于消防员防护服上，可取下重复利用，寿命长，环保性强。
2、本发明的柔性衬底上所有走线采用蛇形带电铜线，且数据传输均采用蓝牙的方式无线传输，避免了实线带来的干扰与繁琐的连线过程。
3、本发明通过采用微型加速度传感器阵列对爆炸物碎片与消防员防护服的冲击点进行监测，综合三个传感器与其信号数据的联合计算可以获取精确的冲击点位置数据与冲击幅度，实现数据可视化。能更好的监测消防员的受伤程度，尽可能的保障其人身安全。
4、本发明可根据不同冲击位置与幅度触发不同的报警级数，实现程度小不误报，有冲击不漏报，有危险不停报，在消防员的实际爆炸作业中有很大的操作意义。根据存储的受冲击点坐标，消防员亦可在救援结束后根据这些位置做对应身体部位的进一步检查，对保障消防员的身体健康，生命安全有很大意义。
附图说明
图1是本发明一种基于加速度计阵列的爆炸物冲击碎片防护服定位报警系统中防护服的整体效果示意图；
图2是本发明一种基于加速度计阵列的爆炸物冲击碎片防护服定位报警系统中柔性衬底、蛇形导线及传感器的组合示意图；
图3是本发明的控制电路原理框图；
图4为本发明的报警级数控制流程图。
附图标记：1、传感器节点单元；2、蛇形铜线；3、柔性衬底。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
实施例：如图1至图4所示，一种基于加速度计阵列的爆炸物冲击碎片防护服定位报警系统，主要由传感器节点单元1、铺设有蛇形铜线2的柔性衬底3、消防员防护服、信号处理单元、数据分析单元、无线传输单元、上位机显示单元及报警单元组成。传感器节点单元1安装在上述柔性衬底3上并与上述防护服紧密贴合设置用于检测爆炸物碎片与上述防护服的碰撞位置及强度，上述传感器节点单元采用MEMS加速度传感器作为传感节点，不影响消防员的正常作业，不仅能够实时监测消防员的人身安全，而且可以通过受冲击位置报警，提醒消防员和指挥员及时采取救护措施，所有冲击碰撞点都可被存储，以便让消防员根据这些坐标数据做身体相应部位的进一步检查，从而尽可能的对消防员的身体安全，生命安全做出保障。
蛇形铜线2的设置能够避免实线交叉带来的信号干扰，从而保证上述传感器节点单元1信号传输的稳定性。
上述信号处理单元用于获取距离爆炸物碎片、工作服碰撞位置最近的若干个上述传感器节点单元的输出信号，并输出与碰撞点距离大小相对应的电信号。具体地，当爆炸物碎片冲击到消防员贴合传感器阵列的防护服上时，上述信号处理单元会进行放大与滤波，识别到离冲击点最近的三个传感器并获得其跳变的输出电压值传至数据分析单元，再根据三个上述传感器节点单元1的坐标和输出电压大小，以及与碰撞点之间的距离，综合计算出碰撞点的具体坐标，以便后续对消防员身体进行检查等。信号处理单元的主要控制芯片为stm32f103c8t6。
上述数据分析单元根据输出信号的幅值计算出碰撞的位置和幅度，并通过无线传输单元传输至上位机显示单元。具体地，数据分析单元根据电压信号跳变值与相应传感器坐标位置综合计算出冲击点坐标与冲击幅度后无线传输至上位机单元。无线传输单元采用HC-05蓝牙模块。上位机单元采用labview软件，labview软件具有强大显示界面功能。上位机单元可根据冲击坐标显示其在消防员身体的具体位置，触发报警单元。根据不同的位置与冲击幅度大小选择报警级数。
报警单元设有冲击幅度阈值，当冲击幅度未到达阈值时，可直接消除报警，即误报警自消除。当超过该阈值时，报警级数才会被触发。当冲击点为心脏等要害部位时，会触发消防员自身耳机报警，若是消防员感觉良好可回应指挥方，无大碍可继续作业，指挥方可手动停止报警。若是消防员伤势过重，意识不清楚，将触发防沉睡报警，指挥方会一直保持和消防员的沟通，为了消防员不昏睡，重复呼唤消防员，为救援争取机会和时间。当冲击点为腿部等非直接要害部位时，可存储受冲击位置，等到救援结束后消防员可根据这些受冲击位置做身体部位细致检查，以保障身体的健康。
上述传感器节点单元1阵列安装在上述柔性衬底3上，以保证监测结果的精确度，进而保证消防员的生命安全。为了保证传感器节点单元阵列的可延展性与形变，上述柔性衬底的制作材料为PDMS、硅胶或布中的任意一种，以保证其与防护服紧密贴合。上述柔性衬底3能让上述传感器节点单元1稳定的铺设，使其与防护服的贴合也能更适合穿戴，降低不适感，增强穿戴体验，降低因穿戴途中的拉扯而影响传感器信号输出的概率。
本实施例中的一种基于加速度计阵列的爆炸物冲击碎片防护服定位报警系统，先将MEMS加速度传感器阵列分布于由PDMS材料做成的柔性衬底3上，PDMS材料耐高温且拉伸性良好。柔性衬底3上事先光刻好与电路元件相对应的铜，再将所有元件用低温锡膏焊上去。柔性衬底3上的所有走线均采用蛇形带电铜线，阵列就绪后，将柔性衬底3用粘合剂与消防员防护服紧密贴合，便于消防员的穿戴。实际爆炸作业中，当爆炸物碎片冲击到防护服上时，信号处理单元会对传感器的输出信号进行放大滤波，得到信号跳变值最大的三个传感器的坐标及输出信息传入数据分析单元。数据分析模块综合三个传感器坐标及其输出信号大小计算出冲击点的坐标值和冲击幅度的大小，通过蓝牙模块无线传输至指挥方电脑上位机上。
本实施例中的一种基于加速度计阵列的爆炸物冲击碎片防护服定位报警系统，不仅能够通过推算冲击点位置进行自动报警，还能够将冲击点数据信息无线传输至指挥方，实现安全指导消防作业，提高作业效率和尽可能的保障消防员的人身安全。为现场的指挥人员快速决策、指挥抢险救援提供准确信息，对保障消防员的生命安全具有非常重要的实际意义。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本实施例中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本实施例所示的这些实施例，而是要符合与本实施例所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种基于加速度计阵列的爆炸物冲击碎片防护服定位报警系统，其特征在于：包括传感器节点单元、具有导线的柔性衬底、防护服、信号处理单元、数据分析单元、无线传输单元、上位机显示单元及报警单元，所述传感器节点单元安装于所述柔性衬底上并与所述防护服相贴合设置用于检测爆炸物碎片与所述防护服的碰撞位置及强度；所述信号处理单元用于获取距离爆炸物碎片、工作服碰撞位置最近的若干个所述传感器节点单元的输出信号；所述数据分析单元根据输出信号的幅值计算出碰撞的位置和幅度，并通过无线传输单元传输至上位机显示单元；再结合碰撞的位置和幅度通过所述报警单元分级报警。
2.根据权利要求1所述的一种基于加速度计阵列的爆炸物冲击碎片防护服定位报警系统，其特征在于：所述信号处理单元用于获取距离爆炸物碎片、工作服碰撞位置最近的三个所述传感器节点单元的输出信号。
3.根据权利要求2所述的一种基于加速度计阵列的爆炸物冲击碎片防护服定位报警系统，其特征在于：所述传感器节点单元为加速度传感器。
4.根据权利要求3所述的一种基于加速度计阵列的爆炸物冲击碎片防护服定位报警系统，其特征在于：所述传感器节点单元阵列安装于所述柔性衬底上。
5.根据权利要求4所述的一种基于加速度计阵列的爆炸物冲击碎片防护服定位报警系统，其特征在于：所述柔性衬底上的走线采用蛇形导线。
6.根据权利要求5所述的一种基于加速度计阵列的爆炸物冲击碎片防护服定位报警系统，其特征在于：所述蛇形导线由铜材料制成。
7.根据权利要求6所述的一种基于加速度计阵列的爆炸物冲击碎片防护服定位报警系统，其特征在于：所述柔性衬底的制作材料为PDMS、硅胶或布中的任意一种。
8.根据权利要求1或7所述的一种基于加速度计阵列的爆炸物冲击碎片防护服定位报警系统，其特征在于：所述报警单元预先设置幅度阈值，且报警级数分为三级，分别为消防员自身报警、指挥方报警及防沉睡报警；消防员自身报警即通过随身耳机提示碰撞位置与碰撞程度，若低于幅度阈值即为轻度撞击，可自行消除报警；指挥方报警即指挥方通过所述上位机显示单元收到相应碰撞数据及时做好后勤保障；防沉睡报警即若消防员伤势过重，指导员与消防员保持语音通话，防止消防员晕睡。
9.根据权利要求1所述的一种基于加速度计阵列的爆炸物冲击碎片防护服定位报警系统，其特征在于：所述无线传输单元采用蓝牙模块传输。
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