CN212847074U

CN212847074U - 一种基于uwb定位的实验室辐射报警系统

Info

Publication number: CN212847074U
Application number: CN202021291840.5U
Authority: CN
Inventors: 李冰霄; 周小莉; 杨天笑; 滕斐
Original assignee: Suzhou Tenor Laboratory System Engineering Co ltd
Current assignee: Suzhou Tenor Laboratory System Engineering Co ltd
Priority date: 2020-07-02
Filing date: 2020-07-02
Publication date: 2021-03-30
Anticipated expiration: 2030-07-02

Abstract

本实用新型涉及实验室报警技术领域，公开了一种基于UWB定位的实验室辐射报警系统，其包括设于实验室辐射区域内的至少三个UWB基站、实验室人员携带的UWB标签、监控主机和报警装置；两个UWB基站，用于分别向外发送请求脉冲信号；UWB标签，分别与两个UWB基站通讯，用于分别接收请求脉冲信号后返回响应脉冲信号；两个UWB基站，还用于分别接收响应脉冲信号后向监控主机上传测距信息；监控主机，分别与两个UWB基站通讯，用于根据测距信息计算UWB标签的当前位置，并当UWB标签的当前位置位于实验室辐射区域内时，控制报警装置发出报警信号。本实用新型具有防止实验室人员在辐射实验过程中滞留辐射区域的效果。

Description

一种基于UWB定位的实验室辐射报警系统

技术领域

本实用新型涉及实验室报警的技术领域，尤其是涉及一种基于UWB定位的实验室辐射报警系统。

背景技术

一些实验室采用放射性设备进行实验，如果实验室人员没有得到有效的辐射保护，则会受到电离辐射伤害，对其身体或者后代遗传产生影响，可能诱发癌症、导致不孕不育、胎儿畸形等严重危害。因此，防止实验室人员辐射暴露是辐射实验室的基本要求。

目前，对于实验室的辐射防护措施，一般是在辐射源与实验室的操作人员或其他人员之间放置用于吸收或减弱辐射能量的防辐射屏蔽以控制人员的辐射暴露，实验室人员通过屏蔽门出入。如公告号为CN207485287U的中国专利公开了一种低本底实验室专用的超高屏蔽门，通过在门与门框之间的缝隙处改进，使辐射难以折射出去或进入。

但是，该专利仅能解决辐射实验进行过程中的辐射泄漏问题，并不能解决有实验室人员在辐射实验过程中滞留辐射区域的问题。因此，如何防止实验室人员在辐射实验过程中滞留辐射区域是本领域亟需解决的问题。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种基于UWB定位的实验室辐射报警系统，其能够防止实验室人员在辐射实验过程中滞留辐射区域。

本实用新型的上述实用新型目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于UWB定位的实验室辐射报警系统，包括设于实验室辐射区域内的至少三个UWB基站、实验室人员携带的UWB标签、监控主机和报警装置；所述至少三个UWB基站，用于分别向外发送请求脉冲信号；所述UWB标签，分别与所述至少三个UWB基站通讯，用于分别接收所述请求脉冲信号后返回响应脉冲信号；所述至少三个UWB基站，还用于分别接收所述响应脉冲信号后向所述监控主机上传测距信息；所述监控主机，分别与所述至少三个UWB基站通讯，用于根据所述测距信息计算所述UWB标签的当前位置，并当所述UWB标签的当前位置位于所述实验室辐射区域内时，控制所述报警装置发出报警信号。

通过采用上述技术方案，利用UWB基站与UWB标签之间的通讯对UWB标签进行定位，以判断UWB标签是否在在实验室辐射区域内，若是则说明该UWB标签所属的实验室人员还滞留在辐射区域内，监控主机控制报警装置发出报警信号，以提醒滞留人员离开辐射区域，同时提醒其他人员辐射区域内有人员滞留，暂缓辐射实验，待辐射区域内没有人员滞留再开始实验，这样可以防止在辐射实验过程中有实验室人员滞留辐射区域，避免发生辐射暴露。

本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述UWB基站包括第一微处理器、第一UWB无线收发模块、第一电源控制模块和电源接口；所述第一UWB无线收发模块、第一电源控制模块均与所述第一微处理器连接，所述第一电源控制模块与所述电源接口连接。

本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述UWB基站还包括与第一微处理器连接的WiFi模块，所述UWB基站通过所述WiFi模块与所述监控主机进行无线通讯。

通过采用上述技术方案，使UWB基站通过WiFi网络与监控主机进行通信，省去了网线/光缆的安装架设，安装简便。

本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：还包括与所述监控主机连接的交换机；所述UWB基站还包括以太网收发模块和RJ45网络接口，所述以太网收发模块分别与所述第一微处理器和所述RJ45网络接口连接，所述交换机通过网线与所述RJ45网络接口连接。

通过采用上述技术方案，使UWB基站与监控主机进行以太网通讯。

本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述交换机为POE交换机。

通过采用上述技术方案，利用POE交换机为UWB基站供电，不用再进行电源布线，节约成本，对整个网络而言可靠性更高，后期的升级和维护简单。

本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述UWB基站还包括POE模块，所述POE模块分别与所述第一微处理器和所述RJ45网络接口连接。

通过采用上述技术方案，为UWB基站内置POE模块，使UWB基站不用连接电源线进行供电，直接由POE交换机通过网线输送直流供电电压。

本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：还包括POE分离器，所述POE分离器分别与所述电源接口、所述RJ45网络接口和所述POE交换机连接。

通过采用上述技术方案，无需改变UWB基站内部结构，外接POE分离器即可实现POE供电。

本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述UWB标签包括第二微处理器、第二UWB无线收发模块和电池模块；所述第二UWB无线收发模块、所述电池模块均与所述第二微处理器连接。

本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述UWB标签还包括与所述电池模块连接的无线充电接收模块。

通过采用上述技术方案，可以实现UWB标签的无线充电功能，消除有线充电的限制。

本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述报警装置与所述UWB标签均集成在可穿戴设备内。

通过采用上述技术方案，方便实验室人员随身携带UWB标签，不易丢失，并且，实验室人员容易听到报警信号。

综上所述，本实用新型包括以下至少一种有益技术效果：

1.利用UWB基站与UWB标签之间的通讯对UWB标签进行定位，以判断UWB标签是否在在实验室辐射区域内，若是则说明该UWB标签所属的实验室人员还滞留在辐射区域内，监控主机控制报警装置发出报警信号，以提醒滞留人员离开辐射区域，同时提醒其他人员辐射区域内有人员滞留，暂缓辐射实验，待辐射区域内没有人员滞留再开始实验，这样可以防止在辐射实验过程中有实验室人员滞留辐射区域，避免发生辐射暴露；

2. 利用POE交换机为UWB基站供电，不用再进行电源布线，节约成本，对整个网络而言可靠性更高，后期的升级和维护简单。

附图说明

图1是本实用新型实施例的系统结构示意图。

图2是本实用新型实施例中UWB基站的结构示意图。

图3、图4是本实用新型实施例中采用POE供电结构的两种系统结构示意图。

图5是本实用新型实施例中采用WiFi通信结构的系统结构示意图。

图中，1、UWB基站，11、第一微处理器，12、第一UWB无线收发模块，13、电源控制模块，14、电源接口，15、WiFi模块，16、以太网收发模块，17、RJ45网络接口，18、POE模块，2、UWB标签，21、第二微处理器，22、第二UWB无线收发模块，23、电池模块，24、无线充电接收模块，3、监控主机，4、报警装置，5、POE交换机，6、POE分离器。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

参照图1，为本实用新型实施例公开的一种基于UWB定位的实验室辐射报警系统，包括设于实验室辐射区域内的至少三个UWB基站1、实验室人员携带的UWB标签2、监控主机3和报警装置4。

本实施例中，各UWB基站1可以设置在实验室辐射区域内的任意位置，例如墙壁上、实验设备外壳上等。在辐射实验开始前，监控主机3控制各UWB基站1向外发送请求脉冲信号；在UWB有效通信范围内的UWB标签2接收到请求脉冲信号后，返回响应脉冲信号，每个UWB基站1也均接收到响应脉冲信号；利用飞行时间测距法（ToF）通过测量脉冲信号从出发到返回的时间，再乘以传播速度（脉冲信号在空气中的传播速度为3×10⁵km/s），得到往返一次的距离，再除以2，即为UWB标签2到UWB基站1之间的距离；每个UWB基站1将各自测得的距离信息通过无线或有线网络发送至监控主机3。

由于各UWB基站1的坐标预先设定的，因此，监控主机3可以根据测得的每个UWB基站1与该UWB标签2之间的距离，通过三点定位法画3个圈，交点即为UWB标签2的位置；监控主机3根据该UWB标签2的位置判断其是否在实验室辐射区域内，若是则发送报警启动信号至报警装置4进行报警，以提醒滞留辐射区域内的实验室人员尽快离开，同时提醒监控人员有异常，需要暂缓实验；当滞留人员离开辐射区域且其携带的UWB标签2不在有效通信范围内时，UWB基站1与UWB标签不再进行通讯，UWB基站1不会向监控主机3上传测距信息，此时，监控主机3就向报警装置4发送报警关闭信号，报警装置4停止报警，然后安排实验开始。

当UWB有效通信范围内存在多个UWB标签2时，每个UWB基站1均会接收到各UWB标签2响应的脉冲信号，该响应的脉冲信号携带有UWB标签2的ID，而每个UWB标签2各自有一个唯一的ID，UWB基站1上传测距信息的同时也上传该测距信息对应的标签ID至监控主机3，这样，对于同一个UWB标签2，监控主机3根据该UWB标签2与各UWB基站1之间的距离信息计算该UWB标签2的当前位置信息，并进行报警判断。

由于UWB技术的短距离传输距离大概是十几米，因此，可以根据实验室辐射区域的面积设置UWB基站1的数量。例如，如果辐射区域最大的距离为10米，就可以仅设置三个UWB基站1，如果辐射区域较大，最大距离超过10米，就需要四个以上UWB基站1，使在辐射区域任意位置的UWB标签2都能与UWB基站1建立有效通信，实现测距。

另外，由于UWB传输信号持续时间很短，发射功率极低，能够允许成百上千的UWB标签2同时定位，因此，即使辐射区域内有多个人员，也能很准确地对每个人员进行定位，不会出错。

如图2所示，UWB基站1包括第一微处理器11、第一UWB无线收发模块12、电源控制模块13和电源接口14；第一UWB无线收发模块12、电源控制模块13均与第一微处理器11连接，电源控制模块13与电源接口14连接。可选的，第一微处理器11可采用STM32系列单片机；第一UWB无线收发模块12可以采用DWM1000芯片；电源控制模块13可以采用LT1963AE型电源控制芯片。

本实施例中，UWB基站1可以通过有线或无线方式与监控主机3进行有线或无线通讯，其中，在进行有线通信时还可以采用以下POE供电结构对UWB基站1进行供电。

图3示出了利用POE交换机5为UWB基站1供电的一种POE供电结构。如图3所示，该报警系统还包括与监控主机3连接的POE交换机5；UWB基站1还包括以太网收发模块16、RJ45网络接口17和POE模块18，以太网收发模块16分别与第一微处理器11和RJ45网络接口17连接，POE模块18分别与第一微处理器11和RJ45网络接口17连接；POE交换机5通过网线与RJ45网络接口17连接。可选的，以太网收发模块16采用DM9161AEP型以太网收发器、POE模块18采用TPS23753A型POE控制芯片。

图4示出了利用POE交换机5为UWB基站1供电的另一种POE供电结构。如图4所示，该报警系统还包括POE交换机5和POE分离器6，POE交换机5分别与POE分离器6和监控主机3连接；UWB基站1还包括以太网收发模块16和RJ45网络接口17，以太网收发模块16分别与第一微处理器11和RJ45网络接口17连接，POE分离器6分别与电源接口14、RJ45网络接口17连接。

POE分离器6输出两根线，一根电力输出线接入电源接口14，一根网络数据输出线接入RJ45网络接口17，既可以实现以太网数据通信，又可以实现直流电压供电。

图5示出了UWB基站1通过WiFi网络与监控主机3进行无线通讯的结构。如图5所示，UWB基站1还包括与第一微处理器11连接的WiFi模块15，UWB基站1通过WiFi模块15与监控主机3进行无线通讯。可选的，WiFi模块15MT7697型芯片，该芯片为支持5G双频串口WiFi+串口蓝牙的二合一芯片，可以实现UWB基站1与监控主机3的蓝牙和WiFi通信。

当然，UWB基站1可以同时具有无线和有线两种通讯方式。

如图3至图5所示，UWB标签2包括第二微处理器21、第二UWB无线收发模块22和电池模块23；第二UWB无线收发模块22、电池模块23均与第二微处理器21连接，第二UWB无线收发模块22与第一UWB无线收发模块12进行通讯。可选的，第二微处理器21可以采用GD32F130G8U6型MCU芯片；第二UWB无线收发模块22 可以采用DW1000型UWB定位芯片。

可选的，电池模块23可以是可充电电池，例如锂聚合物电池、太阳能电池等，还可以采用无线充电技术对电池模块23进行充电，如图4、图5所示，UWB标签2还包括与电池模块23连接的无线充电接收模块24，无线充电接收模块24可以采用ASC0311C型无线充电接收器芯片。无线充电时，将UWB标签2放置于充电区域，通过无线充电发射器对其进行充电操作。

监控主机3为PC机，设置在用于监控辐射实验的监控室，由实验室的监控人员管理。报警装置4也可以同样设置在监控室内，该报警装置4通过有线或无线方式与监控主机3进行通讯，可以采用声光报警器，通过播放声音和灯光闪烁提醒监控人员实验室辐射区域有滞留异常情况。

本实施例中，UWB标签2可以固定在衣服、包、帽子上，制作成实验室磁卡式胸卡，其体积小巧，适用于多种应用场合。

可选的，报警装置4与UWB标签2均集成在可穿戴设备（例如智能手环、智能手表等）内，报警装置4的ID与UWB标签2的ID一一对应；实验室人员穿戴该可穿戴设备进入实验室，当监控主机3判断UWB标签2在辐射区域内时，监控主机3根据该UWB标签2的ID查找到报警装置4的ID，并根据查找到的ID通过无线方式与报警装置4建立通讯，向报警装置4发送报警启动信号，这样，滞留实验室辐射区域的实验室人员可以及时发现，尽快撤离，以免造成辐射暴露的严重问题，危害身体健康。

本具体实施方式的实施例均为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种基于UWB定位的实验室辐射报警系统，其特征在于，包括设于实验室辐射区域内的至少三个UWB基站（1）、实验室人员携带的UWB标签（2）、监控主机（3）和报警装置（4）；

所述至少三个UWB基站（1），用于分别向外发送请求脉冲信号；

所述UWB标签（2），分别与所述至少三个UWB基站（1）通讯，用于分别接收所述请求脉冲信号后返回响应脉冲信号；

所述至少三个UWB基站（1），还用于分别接收所述响应脉冲信号后向所述监控主机（3）上传测距信息；

所述监控主机（3），分别与所述至少三个UWB基站（1）通讯，用于根据所述测距信息计算所述UWB标签（2）的当前位置，并当所述UWB标签（2）的当前位置位于所述实验室辐射区域内时，控制所述报警装置（4）发出报警信号。

2.根据权利要求1所述的基于UWB定位的实验室辐射报警系统，其特征在于，所述UWB基站（1）包括第一微处理器（11）、第一UWB无线收发模块（12）、电源控制模块（13）和电源接口（14）；所述第一UWB无线收发模块（12）、电源控制模块（13）均与所述第一微处理器（11）连接，所述电源控制模块（13）与所述电源接口（14）连接。

3.根据权利要求2所述的基于UWB定位的实验室辐射报警系统，其特征在于，所述UWB基站（1）还包括与第一微处理器（11）连接的WiFi模块（15），所述UWB基站（1）通过所述WiFi模块（15）与所述监控主机（3）进行无线通讯。

4.根据权利要求2或3所述的基于UWB定位的实验室辐射报警系统，其特征在于，还包括与所述监控主机（3）连接的交换机；所述UWB基站（1）还包括以太网收发模块（16）和RJ45网络接口（17），所述以太网收发模块（16）分别与所述第一微处理器（11）和所述RJ45网络接口（17）连接，所述交换机通过网线与所述RJ45网络接口（17）连接。

5.根据权利要求4所述的基于UWB定位的实验室辐射报警系统，其特征在于，所述交换机为POE交换机（5）。

6.根据权利要求5所述的基于UWB定位的实验室辐射报警系统，其特征在于，所述UWB基站（1）还包括POE模块（18），所述POE模块（18）分别与所述第一微处理器（11）和所述RJ45网络接口（17）连接。

7.根据权利要求5所述的基于UWB定位的实验室辐射报警系统，其特征在于，还包括POE分离器（6），所述POE分离器（6）分别与所述电源接口（14）、所述RJ45网络接口（17）和所述POE交换机（5）连接。

8.根据权利要求1至3、5至7任一项所述的基于UWB定位的实验室辐射报警系统，其特征在于，所述UWB标签（2）包括第二微处理器（21）、第二UWB无线收发模块（22）和电池模块（23）；所述第二UWB无线收发模块（22）、所述电池模块（23）均与所述第二微处理器（21）连接。

9.根据权利要求8所述的基于UWB定位的实验室辐射报警系统，其特征在于，所述UWB标签（2）还包括与所述电池模块（23）连接的无线充电接收模块（24）。

10.根据权利要求1至3、5至7、9任一项所述的基于UWB定位的实验室辐射报警系统，其特征在于，所述报警装置（4）与所述UWB标签（2）均集成在可穿戴设备内。