CN114842622A - 一种多功能电声通话装置及使用方法 - Google Patents

一种多功能电声通话装置及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多功能电声通话装置及使用方法，包括微控制器、按键模块、毒气传感器阵列、语音提示模块、蓝牙音频模块、拾音器、功率放大模块、微型扩音器、通话主腔体、电源模块、电池、电池仓、传感器装配腔、装配板、充电接口、呼气腔体、扩音口和定位模块；本发明在完成扩声的同时，可以对多种环境气体进行监测预警，并通过多台电声装置的蓝牙组网形成气体数据共享，进一步实现作业区域内气体浓度的多点动态监测，结合计时器对滤件失效时间进行预警，实现对防毒面具过滤件的实时监测预警；可以根据作业现场的分区域气体浓度数据对使用者下一步的移动路线进行预警；当滤件将要到达或已经超过阈值时，可以有效指示施救及撤离路线。

Description

一种多功能电声通话装置及使用方法
技术领域
本发明属于防毒面具通话技术领域，特别涉及一种多功能电声通话装置及使用方法。
背景技术
通话与毒气监测预警能力是防毒面具的一项重要功能，目前，现有防毒面具电声通话功能单一，仅具备扩声能力，防毒面具无气体监测预警能力，面对复杂的有毒有害气体环境场合，当作业环境有毒有害气体环境浓度过高，作业人员进入作业环境没有毒气监测预警，会给作业人员安全增加潜在的风险，同时当作业人员佩戴防毒面具后，防毒面具过滤件是否失效只能根据作业人员的经验进行判断，会极大的威胁作业人员生命安全，进一步的，在作业中经常需要将防毒面具内部语音等数据接入信息终端等通信设备进行远程通信，现有的防毒面具及电声通话器无法满足此要求。
例如专利号为“CN112153531A”名称为“基于蓝牙数据传输的多功能电声通话器”的专利，公开了一种基于蓝牙数据传输的多功能电声通话器，包括：温度压力传感器：提供压力输出又可提供温度输出，内部集成降噪处理模块，实现抗干扰能力，集成高精度的温度传感器，经过对传感器的偏移、灵敏度、温漂和非线性进行数字补偿，产生经校准、温度补偿后的数字信号；主控电路：采集和处理温度压力传感器的数字信号；蓝牙模块：用于BLE连接完成数据透传；音频放大电路：通过采集拾音器音频信号，经过音频放大电路驱动喇叭实现扩音。本发明除了能够完成扩音功能外，还能实时感知佩戴防毒面具执行危险作业人员的生命特征，使指挥终端实时掌控佩戴防毒面具执行危险作业人员的工作；但是该防毒面具依然无法有效判定滤件是否失效，也无法通过多个防毒面具的定位以及气体监测能力形成对未知作业区域内的有害气体浓度及种类分布情况，从而不能及时提供逃生和施救的数据指导。
针对上述问题，急需设计一种多功能电声通话装置及使用方法来解决上述问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种多功能电声通话装置及使用方法，本发明在完成扩声的同时，可以对多种环境气体进行监测预警，并通过多台电声装置的蓝牙组网形成气体数据共享，进一步实现作业区域内气体浓度的多点动态监测，结合计时器对滤件失效时间进行预警，实现对防毒面具过滤件的实时监测预警；可以根据作业现场的分区域气体浓度数据对使用者下一步的移动路线进行预警；当滤件将要到达或已经超过阈值时，可以有效指示施救及撤离路线；还可以将防毒面具内部语音、气体浓度数据及浓度报警数据等数据无线接入外部通信设备进行远程通信，供指挥中心进行决策，极大保护作业人员的生命安全。
为实现上述技术效果，本发明所采用的技术方案是：一种多功能电声通话装置，包括通话主腔体，通话主腔体内部设置有电池仓和装配板,电池仓内安装电池；装配板表面安装有微控制器、语音提示模块、蓝牙音频模块、功率放大模块、电源模块和定位模块；通话主腔体外侧表面设置有扩音口和传感器装配腔，通话主腔体侧面设置有按键模块和充电接口。
进一步地，电池选用可充电锂电池，电源模块可输出多种电压；电池和电源模块给整个装置提供电源。
进一步地，充电接口采用Micro母座接口。
进一步地，微控制器采用数字信号处理器。
优选地，通话主腔体下侧连接有呼吸腔体；通话主腔体、呼气腔体放置于防毒面具外侧呼气阀门处，拾音器设置于防毒面具内部。
优选地，传感器装配腔内设置有第一毒气传感器阵列；拾音器表面设置有第二毒气传感器阵列。
优选地，扩音口连接有微型扩音器；按键模块、第一毒气传感器阵列、第二毒气传感器阵列、语音提示模块、蓝牙音频模块和定位模块均与微控制器电连接。
优选地，拾音器和功率放大模块与蓝牙音频模块电连接，功率放大模块输出端与微型扩音器电连接，充电接口与电池电连接。
优选地，第一毒气传感器阵列和第二毒气传感器阵列包括多种毒气MEMS传感器。
优选地，拾音器包括至少一个单指向驻极体咪头。
优选地，传感器装配腔表面设置气体采集网孔，内侧通过隔板与通话主腔体隔离。
优选地，蓝牙音频模块包括音频输入和音频输出端口。
优选地，上述一种多功能电声通话装置的使用方法，包括以下步骤：
S1：初始化毒气传感器阵列、语音提示模块、蓝牙音频模块、定位模块和微控制器，打开微控制器中断；
S2：读取拾音器和定位模块数据；
S3：读取第一毒气传感器阵列和第二毒气传感器阵列数据；
S4：蓝牙音频模块获取拾音器音频数据，微型扩音器对音频进行扩声；微控制器内部设置计时器，第一毒气传感器阵列检测到气体浓度数据，计时器开始计时；
S5：微控制器获取第一毒气传感器阵列的多种气体浓度数据，同时通过蓝牙音频模块与附近其他作业人员电声装置的第一毒气传感器陈列的气体浓度数据交换，微控制器结合周围多个气体浓度数据，对第一毒气传感器阵列的每一气体浓度值进行累加值，进一步计算平均值，通过平均值与设定阈值比较，可判断周围范围内有毒气体浓度是否过高；当平均值大于设定阈值时，则判断周围范围内气体浓度过高，微控制器控制语音提示模块将提示语首发送至蓝牙音频模块，进一步通过功率放大模块驱动微型扩音器进行语音提示；
S6：微控制器获职定位模块数据，结合附近区域的第一毒气传感器阵列的气体浓度数据，可判断工作区域当前点位实时的气体浓度分布情况，微控制器 对工作区域点位的的浓度分布情况进行标记，通过蓝牙音频模块对当前点位的气体浓度分布情况与其他附近其他作业人员电声装置进行数据交换，可得到工作区域，每个点位的气体浓度分布情况数据，微控制器根据工作区域的气体浓度分布情况数据，当工作人员快接近高浓度点位时，微控制器控制语音提示模块将提示语音发送至蓝牙音频模块，进一步通过功率放大模块驱动微型扩音器进行语音提示；
S7：微控制器根据周围范围内气体浓度数据，当作业人员处于毒性气体浓度较低环境时，则微控制器对计时器开始计时时间进行减操作，当作业人员处于毒性气体浓度较高环境时，则微控制器 对计时器开始计时时间进行加操作，当计时时间到这过滤件的预警设定值时，微控制器 控制语音提示模块，将提示语音发送至蓝牙音频模块,进一步通过功率放大模块驱动微型扩音器进行语音提示，实现基于环境浓度的过滤件失效预警；
S8：蓝牙音频模块将拾音器音频数据、定位模块数据、第一毒气传感器阵列和第二毒气传感器阵列的气体浓度数据、预警数据以及周围范围内气体浓度数据和工作区域的气体浓度分布情况数据发送至外部通信设备，通过外部通信设备将数据发送至指挥中心；
S9：当计时时间到达过滤件的预警设定值时，进行过滤件失效预警时，微控制器根据工作区域的气体浓度分布情况数据，语音提示作业人员从低浓度点位撤离；
S10：当计时时间到达过滤件的预警设定值时，可通过指挥中心发送指令，提示作业人员从低浓度点位撤离；
S11：微控制器获取第二毒气传感器阵列多种气体浓度数据，当检测到某一气体浓度值大于面罩内部气体设定阈值时，则判断过滤件已穿透，蓝牙音频模块将作业人员定位模块坐标数据发送至附近作业人员和外部通信设备，及时提醒附近作业人员和指挥中心进行施救；
S12：循环S2至S11。
本发明的有益效果为：
本发明一种多功能电声通话装置，在完成扩声的同时，不仅可以对多种环境气体进行监测预警，及时给作业人员提供作业环境气体浓度预警，通过多台电声装置的蓝牙组网形成气体数据共享，进一步实现作业区域内气体浓度的多点动态监测，结合计时器对滤件失效时间进行预警，实现对防毒面具过滤件的实时监测预警；可以根据作业现场的分区域气体浓度数据对使用者下一步的移动路线进行预警；当滤件将要到达或已经超过阈值时，可以有效指示施救及撤离路线；还可以将防毒面具内部语音、气体浓度数据及预警数据等数据无线接入外部通信设备进行远程通信，供指挥中心进行决策，结构简单，操作方便、集成化设计、实现一机多能，大幅度提升防毒面具应对复杂毒气环境的能力，极大保护作业人员的生命安全。
附图说明
图1 为本发明总体结构正面示意图；
图2 为本发明中总体结构内部示意图；
图3 为本发明拾音器结构示意图；
图4 为本发明电路总体结构图；
图中附图标记为：微控制器1，按键模块2，第一毒气传感器阵列3，蜂鸣器4，蓝牙音频模块5，拾音器6，功率放大模块7，微型扩音器8，通话主腔体9，电源模块10，电池11，电池仓12，传感器装配腔13，装配板14，充电接口15，呼气腔体16，扩音口17，第二毒气传感器阵列18，定位模块19。
具体实施方式
实施例1：
如图1~图4所示，一种多功能电声通话装置，包括通话主腔体9，通话主腔体9内部设置有电池仓12和装配板14,电池仓12内安装电池11；装配板14表面安装有微控制器1、语音提示模块、蓝牙音频模块5、功率放大模块7、电源模块10和定位模块19；通话主腔体9外侧表面设置有扩音口17和传感器装配腔13，通话主腔体9侧面设置有按键模块2和充电接口15。
进一步地，电池11选用可充电锂电池11，电源模块10可输出多种电压；电池11和电源模块10给整个装置提供电源。
进一步地，充电接口15采用Micro母座接口。
进一步地，微控制器1采用数字信号处理器。
优选地，通话主腔体9下侧连接有呼吸腔体；通话主腔体9、呼气腔体16放置于防毒面具外侧呼气阀门处，拾音器6设置于防毒面具内部。
优选地，传感器装配腔13内设置有第一毒气传感器阵列3；拾音器6表面设置有第二毒气传感器阵列18。
优选地，扩音口17连接有微型扩音器8；按键模块2、第一毒气传感器阵列3、第二毒气传感器阵列18、语音提示模块、蓝牙音频模块5和定位模块19均与微控制器1电连接。
优选地，拾音器6和功率放大模块7与蓝牙音频模块5电连接，功率放大模块7输出端与微型扩音器8电连接，充电接口15与电池11电连接。
优选地，第一毒气传感器阵列3和第二毒气传感器阵列18包括多种毒气MEMS传感器。
优选地，拾音器6包括至少一个单指向驻极体咪头。
优选地，传感器装配腔13表面设置气体采集网孔，内侧通过隔板与通话主腔体9隔离。
优选地，蓝牙音频模块5包括音频输入和音频输出端口。
实施例2：
优选地，上述一种多功能电声通话装置的使用方法，包括以下步骤：
S1：初始化毒气传感器阵列、语音提示模块、蓝牙音频模块5、定位模块19和微控制器1，打开微控制器1中断；
S2：读取拾音器6和定位模块19数据；
S3：读取第一毒气传感器阵列3和第二毒气传感器阵列18数据；
S4：蓝牙音频模块5获取拾音器6音频数据，微型扩音器8对音频进行扩声；微控制器1内部设置计时器，第一毒气传感器阵列3检测到气体浓度数据，计时器开始计时；
S5：微控制器1获取第一毒气传感器阵列3的多种气体浓度数据，同时通过蓝牙音频模块5与附近其他作业人员电声装置的第一毒气传感器陈列的气体浓度数据交换，微控制器1结合周围多个气体浓度数据，对第一毒气传感器阵列3的每一气体浓度值进行累加值，进一步计算平均值，通过平均值与设定阈值比较，可判断周围范围内有毒气体浓度是否过高；当平均值大于设定阈值时，则判断周围范围内气体浓度过高，微控制器1控制语音提示模块将提示语首发送至蓝牙音频模块5，进一步通过功率放大模块7驱动微型扩音器8进行语音提示；
S6：微控制器1获职定位模块19数据，结合附近区域的第一毒气传感器阵列3的气体浓度数据，可判断工作区域当前点位实时的气体浓度分布情况，微控制器1 对工作区域点位的的浓度分布情况进行标记，通过蓝牙音频模块5对当前点位的气体浓度分布情况与其他附近其他作业人员电声装置进行数据交换，可得到工作区域，每个点位的气体浓度分布情况数据，微控制器1根据工作区域的气体浓度分布情况数据，当工作人员快接近高浓度点位时，微控制器1控制语音提示模块将提示语音发送至蓝牙音频模块5，进一步通过功率放大模块7驱动微型扩音器8进行语音提示；
S7：微控制器1根据周围范围内气体浓度数据，当作业人员处于毒性气体浓度较低环境时，则微控制器1对计时器开始计时时间进行减操作，当作业人员处于毒性气体浓度较高环境时，则微控制器1 对计时器开始计时时间进行加操作，当计时时间到这过滤件的预警设定值时，微控制器1 控制语音提示模块，将提示语音发送至蓝牙音频模块5,进一步通过功率放大模块7驱动微型扩音器8进行语音提示，实现基于环境浓度的过滤件失效预警；
S8：蓝牙音频模块5将拾音器6音频数据、定位模块19数据、第一毒气传感器阵列3和第二毒气传感器阵列18的气体浓度数据，、预警数据以及周围范围内气体浓度数据和工作区域的气体浓度分布情况数据发送至外部通信设备，通过外部通信设备将数据发送至指挥中心；
S9：当计时时间到达过滤件的预警设定值时，进行过滤件失效预警时，微控制器1根据工作区域的气体浓度分布情况数据，语音提示作业人员从低浓度点位撤离；
S10：当计时时间到达过滤件的预警设定值时，可通过指挥中心发送指令，提示作业人员从低浓度点位撤离；
S11：微控制器1获取第二毒气传感器阵列18多种气体浓度数据，当检测到某一气体浓度值大于面罩内部气体设定阈值时，则判断过滤件已穿透，蓝牙音频模块5将作业人员定位模块19坐标数据发送至附近作业人员和外部通信设备，及时提醒附近作业人员和指挥中心进行施救；
S12：循环S2至S11。
实施例3：
本发明的工作过程和工作原理为：
当防毒面具使用电声通话功能时，作业人员按照所明书的要求将，通话主腔体9装于防毒面具外侧，拾音器6安装于防毒面具内部，佩戴好防毒面具。按压按键模块2，装置通电开始工作，当作业人员通话时，蓝牙音频模块5的通过音频端口获取拾音器6数据；微控制器1通过I/O口读取定位模块19、第一毒气传感器阵列3和第二毒气传感器阵列18数据；蓝牙音频模块5获取拾音器6音频数据，通过输出端口发送至功率放大模块7，功率放大模块7驱动微型扩音器8对音频进行扩声；微控制器1内部设置计时器，第一毒气传感器阵列3检测到气体浓度数据，计时器开始计时；微控制器1获取第一毒气传感器阵列3的多种气体浓度数据，同时通过蓝牙音频模块5与附近其他作业人员电声装置的第一毒气传感器陈列的气体浓度数据交换，微控制器1结合周围多个气体浓度数据，对第一毒气传感器阵列3的每一气体浓度值进行累加值，进一步计算平均值，通过平均值与设定阈值比较，可判断周围范围内有毒气体浓度是否过高；当平均值大于设定阈值时，则判断周围范围内气体浓度过高，微控制器1控制语音提示模块将提示语首发送至蓝牙音频模块5，进一步通过功率放大模块7驱动微型扩音器8进行语音提示；微控制器1获取定位模块19数据，结合附近区域的第一毒气传感器阵列3的气体浓度数据，可判断工作区域当前点位实时的气体浓度分布情况，微控制器1 对工作区域点位的的浓度分布情况进行标记，通过蓝牙音频模块5对当前点位的气体浓度分布情况与其他附近其他作业人员电声装置进行数据交换，可得到工作区域，每个点位的气体浓度分布情况数据，微控制器1根据工作区域的气体浓度分布情况数据，当工作人员快接近高浓度点位时，微控制器1控制语音提示模块将提示语音发送至蓝牙音频模块5，进一步通过功率放大模块7驱动微型扩音器8进行语音提示；微控制器1根据周围范围内气体浓度数据，当作业人员处于毒性气体浓度较低环境时，则微控制器1对计时器开始计时时间进行减操作，当作业人员处于毒性气体浓度较高环境时，则微控制器1 对计时器开始计时时间进行加操作，当计时时间到这过滤件的预警设定值时，微控制器1 控制语音提示模块，将提示语音发送至蓝牙音频模块5,进一步通过功率放大模块7驱动微型扩音器8进行语音提示，实现基于环境浓度的过滤件失效预警；蓝牙音频模块5将拾音器6音频数据、定位模块19数据、第一毒气传感器阵列3和第二毒气传感器阵列18的气体浓度数据，以及周围范围内气体浓度数据和工作区域的气体浓度分布情况数据发送至外部通信设备，通过外部通信设备将数据发送至指挥中心；当计时时间到达过滤件的预警设定值时，进行过滤件失效预警时，微控制器1根据工作区域的气体浓度分布情况数据，语音提示作业人员从低浓度点位撤离；当计时时间到达过滤件的预警设定值时，可通过指挥中心发送指令，提示作业人员从低浓度点位撤离；微控制器1获取第二毒气传感器阵列18多种气体浓度数据，当检测到某一气体浓度值大于面罩内部气体设定阈值时，则判断过滤件已穿透，微控制器1控制蓝牙音频模块5将作业人员定位模块19坐标数据发送至附近作业人员和外部通信设备，及时提醒附近作业人员和指挥中心进行施救。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多功能电声通话装置，其特征在于：包括通话主腔体（9），通话主腔体（9）内部设置有电池仓（12）和装配板（14）,电池仓（12）内安装电池（11）；装配板（14）表面安装有微控制器（1）、语音提示模块（4）、蓝牙音频模块（5）、功率放大模块（7）、电源模块（10）和定位模块（19）；通话主腔体（9）外侧表面设置有扩音口（17）和传感器装配腔（13），通话主腔体（9）侧面设置有按键模块（2）和充电接口（15）。
2.根据权利要求1所述的一种多功能电声通话装置，其特征在于：所述通话主腔体（9）下侧连接有呼吸腔体（16）；通话主腔体（9）、呼气腔体（16）放置于防毒面具外侧呼气阀门处，拾音器（6）设置于防毒面具内部。
3.根据权利要求1所述的一种多功能电声通话装置，其特征在于：所述传感器装配腔（13）内设置有第一毒气传感器阵列（3）；拾音器（6）表面设置有第二毒气传感器阵列（18）。
4.根据权利要求1所述的一种多功能电声通话装置，其特征在于：所述扩音口（17）连接有微型扩音器（8）；按键模块（2）、第一毒气传感器阵列（3）、第二毒气传感器阵列（18）、语音提示模块（4）、蓝牙音频模块（5）和定位模块（19）均与微控制器（1）电连接。
5.根据权利要求1所述的一种多功能电声通话装置，其特征在于：所述拾音器（6）和功率放大模块（7）与蓝牙音频模块（5）电连接，功率放大模块（7）输出端与微型扩音器（8）电连接，充电接口（15）与电池（11）电连接。
6.根据权利要求3所述的一种多功能电声通话装置，其特征在于：所述第一毒气传感器阵列（3）和第二毒气传感器阵列（18）包括多种毒气MEMS传感器。
7.根据权利要求1所述的一种多功能电声通话装置，其特征在于：所述拾音器（6）包括至少一个单指向驻极体咪头。
8.根据权利要求1所述的一种多功能电声通话装置，其特征在于：所述传感器装配腔（13）表面设置气体采集网孔，内侧通过隔板与通话主腔体（9）隔离。
9.根据权利要求1所述的一种多功能电声通话装置，其特征在于：所述蓝牙音频模块（5）包括音频输入和音频输出端口。
10.根据权利要求1~9任意一项所述的一种多功能电声通话装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1:初始化毒气传感器阵列（3）、语音提示模块（4）、蓝牙音频模块（5）、定位模块（19）和微控制器（1），打开微控制器（1）中断；
S2：读取拾音器（6）和定位模块（19）数据；
S3：读取第一毒气传感器阵列（3）和第二毒气传感器阵列（18）数据；
S4：蓝牙音频模块（5）获取拾音器（6）音频数据，微型扩音器（8）对音频进行扩声；微控制器（1）内部设置计时器，第一毒气传感器阵列（3）检测到气体浓度数据，计时器开始计时；
S5：微控制器（1）获取第一毒气传感器阵列（3）的多种气体浓度数据，同时通过蓝牙音频模块（5）与附近其他作业人员电声装置的第一毒气传感器陈列（3）的气体浓度数据交换，微控制器（1）结合周围多个气体浓度数据，对第一毒气传感器阵列（3）的每一气体浓度值进行累加值，进一步计算平均值，通过平均值与设定阈值比较，可判断周围范围内有毒气体浓度是否过高；当平均值大于设定阈值时，则判断周围范围内气体浓度过高，微控制器（1）控制语音提示模块（4）将提示语首发送至蓝牙音频模块（5），进一步通过功率放大模块（7）驱动微型扩音器（8）进行语音提示；
S6：微控制器（1）获职定位模块（19）数据，结合附近区域的第一毒气传感器阵列（3）的气体浓度数据，可判断工作区域当前点位实时的气体浓度分布情况，微控制器（1） 对工作区域点位的的浓度分布情况进行标记，通过蓝牙音频模块（5）对当前点位的气体浓度分布情况与其他附近其他作业人员电声装置进行数据交换，可得到工作区域，每个点位的气体浓度分布情况数据，微控制器（1）根据工作区域的气体浓度分布情况数据，当工作人员快接近高浓度点位时，微控制器（1）控制语音提示模块（4）将提示语音发送至蓝牙音频模块（5），进一步通过功率放大模块（7）驱动微型扩音器（8）进行语音提示；
S7：微控制器（1）根据周围范围内气体浓度数据，当作业人员处于毒性气体浓度较低环境时，则微控制器（1）对计时器开始计时时间进行减操作，当作业人员处于毒性气体浓度较高环境时，则微控制器（ 1）对计时器开始计时时间进行加操作，当计时时间到这过滤件的预警设定值时，微控制器（1 ）控制语音提示模块（4），将提示语音发送至蓝牙音频模块（5）,进一步通过功率放大模块（7）驱动微型扩音器（8）进行语音提示，实现基于环境浓度的过滤件失效预警；
S8：蓝牙音频模块（5）将拾音器（6）音频数据、定位模块（19）数据、第一毒气传感器阵列（3）和第二毒气传感器阵列（18）的气体浓度数据、预警数据以及周围范围内气体浓度数据和工作区域的气体浓度分布情况数据发送至外部通信设备，通过外部通信设备将数据发送至指挥中心；
S9：当计时时间到达过滤件的预警设定值时，进行过滤件失效预警时，微控制器（1）根据工作区域的气体浓度分布情况数据，语音提示作业人员从低浓度点位撤离；
S10：当计时时间到达过滤件的预警设定值时，可通过指挥中心发送指令，提示作业人员从低浓度点位撤离；
S11：微控制器（1）获取第二毒气传感器阵列（18）多种气体浓度数据，当检测到某一气体浓度值大于面罩内部气体设定阈值时，则判断过滤件已穿透，蓝牙音频模块（5）将作业人员定位模块（19）坐标数据发送至附近作业人员和外部通信设备，及时提醒附近作业人员和指挥中心进行施救；
S12：循环S2至S11。
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