CN214675692U

CN214675692U - 基于uwb室内定位的粉尘测试自动寻址装置

Info

Publication number: CN214675692U
Application number: CN202121048346.0U
Authority: CN
Inventors: 马仁强; 吴则振
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-05-17
Filing date: 2021-05-17
Publication date: 2021-11-09
Anticipated expiration: 2031-05-17

Abstract

本实用新型涉及一种用于粉尘测试的自动采集装置，特别是一种基于UWB室内定位的粉尘测试自动寻址装置，其结构要点在于，结构部分包括有防尘壳体、安装于防尘壳体上表面的无线专网天线以及粉尘采集设备固定架和UWB定位标签固定架、安装于防尘壳体下方的可转向轮、安装于防尘壳体内腔中的寻址控制盒和驱动装置；控制电路部分包括有终端控制单元、分别与终端控制单元连接的信息传输单元、位置信息处理单元、位置控制与驱动单元；结合了UWB室内定位、差分比对技术，能够根据设定的多组连续计划位置进行自动寻址；突破了现有的空间和时间限制，确保采集测试能够实时、有效进行，大大提高了数据精确度，为保障安全生产提供了有效的评估依据。

Description

基于UWB室内定位的粉尘测试自动寻址装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于粉尘测试的自动采集装置，特别是一种基于UWB室内定位的粉尘测试自动寻址装置。

背景技术

目前航天航空、生物制药、精密制作、半导体加工、食品生产、医疗手术、汽车喷涂等众多行业对生产车间工作环境的技术要求都很高，包括室内温度、湿度、洁净度、室内气流速度与分布、振动及照明及静电等各方面都有具体标准要求。其中，生产车间对空气中的粉尘浓度测试必不可少，另外，粉尘浓度的测定也为研究防尘、降尘、除尘措施提供科学依据。

现有技术中的粉尘浓度测试大多采用以下两种形式，一是便携式粉尘测试设备，由测试人员随身携带进入车间进行采集和测试；二是在车间固定安装若干个粉尘数据采集设备，以定点方式采集并测试粉尘数据。然而上述方式的不足之处在于：

便携式粉尘测试需要人工参与，一方面生产车间特别是无尘车间人员进入条件严格、手续繁琐，操作麻烦；另一方面，人员进入车间的时间有限制，且停留的位置较为主观，因此无法实时且有效获取所需数据。而定点采集方式则由于安装条件限制，安装数量有限，且无法根据需要灵活调整，因此所获得的数据往往偏差较大，难以真实反映车间内的粉尘数据。

发明内容

本实用新型的目的在于根据现有技术的不足之处而提供一种能够实时采集数据、灵活调整采集位置、提高采集精确度、真实有效反映粉尘情况的基于UWB室内定位的粉尘测试自动寻址装置。

本实用新型的目的是通过以下途径来实现的：

基于UWB室内定位的粉尘测试自动寻址装置，其结构要点在于，包括有防尘壳体、安装于防尘壳体上表面的无线专网天线以及粉尘采集设备固定架和UWB定位标签固定架、安装于防尘壳体下方的可转向轮、安装于防尘壳体内腔中的寻址控制盒和驱动装置；UWB定位标签模块安装于UWB定位标签固定架上，粉尘采集设备安装于粉尘采集设备固定架上；驱动装置与可转向轮连接；

寻址控制盒中为控制电路部分，包括有终端控制单元、分别与终端控制单元连接的信息传输单元、位置信息处理单元、位置控制与驱动单元；所述位置处理单元包括实时位置信息模块、计划测试位置模块、差分比对模块和控制脉冲生成模块，其中实时位置信息模块和计划测试位置模块的信号输出端与差分比对模块连接，差分比对模块的触发输出端通过控制脉冲生成模块与位置控制与驱动单元连接；

粉尘采集设备的触发接收端与数据输出端、UWB定位标签模块的信号接收端均分别连接到终端控制单元；实时位置信息模块和计划测试位置模块的信号接收端分别连接到终端控制单元的两个信号输出端；差分比对模块的信号触发端与终端控制单元连接；终端控制单元的信号触发端与位置控制与驱动单元连接；终端控制单元的数据收发端通过信息传输单元和与信息传输单元连接的无线专网天线连接到远程控制中心；UWB定位标签模块则通过UWB网络系统连接到远程控制中心。

本实用新型所述粉尘测试自动寻址装置的各部件作用及工作流程如下：

所述信息传输单元通过无线专网天线接收来自远程控制中心的设定位置信息（包括多个采集测试驻停点）和实时位置信息，并将通过终端控制单元接收粉尘采集设备所采集测试数据以发送给远程控制中心；终端控制单元将接收的设定位置信息转换成递进排序的、基于UWB室内定位设置的多组计划位置数据，根据测试进程逐一发送给位置信息处理单元中的计划测试位置模块。所述终端控制单元为一种数据处理器，用于接收、处理、转换和发送信号。

所述UWB定位标签模块在终端控制单元触发下实时获取寻址装置的定位标签信息，并传送给远程控制中心，远程控制中心根据UWB定位到实时位置信息后，通过无线专网天线和信息传输单元将实时位置信息传送到终端控制单元，并通过终端控制单元传送给位置信息处理单元中的实时位置信息模块。

所述差分比对模块接收实时位置信息模块和计划测试位置模块的位置信息并进行差分比对，当不符合比对结果时（即寻址装置未到达计划测试位置），差分比对模块一方面将差分数据发送给位置控制与驱动单元，另一方面触发控制脉冲生成模块生成触发脉冲，从而通过位置控制与驱动单元触发驱动装置启动，以带动寻址装置到达指定的测试位置。当差分比对符合比对结果时（即寻址装置到达计划测试位置），差分比对模块一方面发送驻停触发脉冲经由控制脉冲生成模块发送给位置控制与驱动单元，以使寻址装置驻停；另一方面发送脉冲反馈给终端控制中心，终端控制中心根据该反馈信号触发粉尘采集设备，启动粉尘采集设备进行采样和测试工作。粉尘采集设备在当下位置完成工作后，寻址控制继续根据下一组计划位置数据进行再次寻址，直至完成所有设定位置信息的寻址和采样测试。

本实用新型将UWB室内定位、差分比对技术结合粉尘采集设备结合在一起，提供了一种能够根据设定的多组连续计划位置进行自动寻址的装置，从而达到如下技术效果：首先车间内无需再安装固定的粉尘采集设备，有利于提升车间内设备的空间利用；其次避免了人员进入车间的各种限制，提高了操作便利性；最后，寻址装置能够灵活安排和调整检测位置，突破了现有的空间和时间限制，确保采集测试能够实时、有效进行，大大提高了数据精确度，为保障安全生产提供了有效的评估依据。

本实用新型可以进一步具体为：

所述信息传输单元包括有依序连接的射频收发模块、信息编码解码模块和信息存储模块；射频收发模块与无线专网天线连接，信息存储模块与终端控制单元的数据接口连接。

信息编码解码模块用于对传送的数据信号进行编码解码转换；信息存储模块一方面存储来自远程控制中心、并经解码处理的各组计划位置数据，然后根据终端控制单元的运行（反馈位置递进控制信号）逐一将指令信息和计划位置传送给终端控制单元，另一方面将来自终端控制单元的所接受的粉尘采样测试数据进行存储，并通过信息编码解码模块编码后经由射频收发模块和无线专网天线发送给远程控制中心。

所述位置控制与驱动单元包括有电机伺服模块、分别连接电机伺服模块的电机驱动模块和舵机驱动模块，所述驱动装置包括电机和陀螺仪，其中电机驱动模块触发端连接电机；而舵机驱动模块则连接陀螺仪。

电机驱动和舵机驱动分别实现寻址装置的前进和转向，其作用于寻址装置上的可转向轮：电机伺服模块触发舵机驱动模块，在陀螺仪配合下控制本装置进行方向调整同时，通过电机驱动模块驱动电机控制寻址装置运行速度与距离，使寻址装置向目标位置靠近。

所述终端控制单元包括有MCU处理器、以及分别与MCU处理器连接的内部存储模块、数据编码模块、显示模块和警示模块；其中，信息传输单元的输出端与MCU处理器的指令信息及位置数据输入端相连；信息传输单元的输入端与MCU处理器的位置递进控制信号及测试数据输出端连接；UWB定位标签模块的信号接收端、粉尘采集设备的触发接收端、实时位置信息模块和计划测试位置模块的信号接收端均分别与MCU处理器的输出端连接，差分比对模块的信号触发端与MCU处理器的接收端连接，粉尘采集设备的数据输出端经由数据编码模块与MCU处理器连接；位置控制与驱动单元的数据接口端与MCU数据接口连接。

MCU处理器连接信息传输单元，一方面传送位置递进控制信号以获取位置数据和指令信息，另一方面接收递进控制信号和粉尘采集测试数据并发送到远程控制中心。MCU处理器连接粉尘采集设备，可根据差分比对模块的比对结果触发粉尘采集设备的启动和停止，粉尘采集设备的测试数据经由数据编码模块处理后经由MCU处理器传送给信息传输单元。此外，终端控制单元中设置有与MCU处理器连接的电源控制单元，以有效监控电源运作状态。MCU处理器还接收位置控制与驱动单元的数据，以与UWB室内定位数据结合，实现寻址反馈。

所述终端控制单元还包括有递进脉冲发生模块和延时模块，二者分别插接于MCU处理器与粉尘采集设备的触发接收端，当递进脉冲发生模块和延时模块的脉冲电平相异时，MCU处理器发送启动的触发脉冲给粉尘采集设备的触发接收端，当递进脉冲发生模块和延时模块的脉冲电平相同时，MCU处理器发送停止的触发脉冲给粉尘采集设备的触发接收端。

所述递进脉冲发生模块的递进脉冲在MCU处理器收到当前位置粉尘测试数据后产生一定宽度的脉冲变化。如果递进脉冲的初始值为0时，当寻址装置到达计划测试位置时，差分比对模块一方面发送驻停触发脉冲给控制脉冲生成模块，另一方面发送触发脉冲给MCU处理器，经由延时模块延时后，延时模块输出的脉冲电平才变为1，此时递进脉冲与延时脉冲电平相异，因此发送信号给粉尘采集设备的触发接收端以启动工作。由于寻址装置在运动到停止的过程中有一个设备稳定过程，延时模块提供了一个寻址装置的稳定时间再触发粉尘采集设备开始工作，从而确保采集测试工作的稳定进行。

另外，在MCU处理器收到采集测试数据后，递进脉冲电平发生（为1），此时在延时模块的作用下延时脉冲保持为1，则发送信号给粉尘采集设备的触发接收端以使其停止测试工作。由于延时脉冲与驻停脉冲均源于差分比对模块，因此二者脉宽是一致的，也就是说，当驻停时间结束后，通过延时模块能够确保对粉尘采集设备触发停止，避免信号触发出现混乱，导致作业流程出现错误。

综上所述，本实用新型提供了一种基于UWB室内定位的粉尘测试自动寻址装置，结合了UWB室内定位、差分比对技术，能够根据设定的多组连续计划位置进行自动寻址，有利于提升车间内设备的空间利用；提高了操作便利性；突破了现有的空间和时间限制，确保采集测试能够实时、有效进行，大大提高了数据精确度，为保障安全生产提供了有效的评估依据。

附图说明

图1为本实用新型所述基于UWB室内定位的粉尘测试自动寻址装置的外形结构示意图。

图2为本实用新型所述基于UWB室内定位的粉尘测试自动寻址装置的电路原理框架结构示意图。

图3为所述寻址控制电路的逻辑电路框架图；图4为寻址控制电路的控制电路时序图。

下面结合实施例对本实用新型做进一步描述。

具体实施方式

最佳实施例：

基于UWB室内定位的粉尘测试自动寻址装置包括结构部分和电路部分。其中结构部分参照附图1，包括有防尘壳体、安装于防尘壳体上表面的无线专网天线1以及粉尘采集设备固定架4和UWB定位标签固定架2、安装于防尘壳体下方的可转向轮7、安装于防尘壳体内腔中的寻址控制盒5和驱动装置；UWB定位标签模块安装于UWB定位标签固定架2上，粉尘采集设备安装于粉尘采集设备固定架4上；驱动装置与可转向轮7连接。所述驱动装置包括电机3、舵机6和陀螺仪，舵机、陀螺仪、电机均通过齿轮传动方式控制可转向轮7的前后、转向运动。无线专网天线1为一种抗腐蚀天线。寻址装置的外形结构或者采用如图1所示平卧式四轮小车，或者采用双轮直立式机器人构造。采用四轮小车时，无线专网天线1以及粉尘采集设备固定架4分别位于车头和车尾两端，UWB定位标签固定架2则设置在车中部位置。

电路部分参照附图2，包括有终端控制单元、分别与终端控制单元连接的信息传输单元、位置信息处理单元、位置控制与驱动单元。连接粉尘采集设备的数据接口（包括触发接收端与数据输出端）、UWB定位标签模块的信号接收端均分别连接到终端控制单元。所述终端控制单元包括有MCU处理器、以及分别与MCU处理器连接的内部存储模块、数据编码模块、显示模块和警示模块。

所述位置处理单元包括实时位置信息模块、计划测试位置模块、差分比对模块和控制脉冲生成模块，其中实时位置信息模块和计划测试位置模块的信号输出端与差分比对模块连接，差分比对模块的触发输出端连接控制脉冲生成模块。

所述信息传输单元包括有依序连接的射频收发模块、信息编码解码模块和信息存储模块；射频收发模块与无线专网天线连接。所述位置控制与驱动单元包括有电机伺服模块、分别连接电机伺服模块的电机驱动模块和舵机驱动模块，所述驱动装置包括电机和陀螺仪，其中电机驱动模块触发端连接电机；而舵机驱动模块则连接陀螺仪。

信息传输单元中信息存储模块输出端与MCU处理器的指令信息及位置数据输入端相连，输入端与MCU处理器的位置递进控制信号及测试数据输出端连接。UWB定位标签模块的信号接收端、粉尘采集设备的触发接收端、实时位置信息模块和计划测试位置模块的信号接收端均分别与MCU处理器的输出端连接；差分比对模块的信号触发端与MCU处理器的接收端连接，粉尘采集设备的数据输出端经由数据编码模块与MCU处理器连接；位置控制与驱动单元的数据接口端中的电机伺服模块与MCU数据接口连接；控制脉冲生成模块的控制输出端与电机伺服模块的输入端连接。所述终端控制单元还包括有固化于MCU处理器的递进脉冲发生模块和延时模块，二者的输出端经由逻辑电路连接到粉尘采集设备的触发接收端。

参照附图3-4，本实用新型所述基于UWB室内定位的粉尘测试自动寻址装置的工作流程原理如下：

1）信息传输单元的射频收发模块收到控制中心发送的无线电信号后，通过信息编码解码模块解码后存储到信息存储模块，并将工作指令及具体测试点发送给MCU处理器（以下简称为MCU）。

2）MCU根据工作指令将具体测试点按轨迹运行顺序分解出一个个独立的、有顺序排列的位置信息，将排列最前的测试点作为第一组位置数据传送到位置信息处理单元的计划测试位置模块中，同时触发UWB定位标签模块，以向远处控制中心发送寻址装置配备的UWB标签信息。

3）UWB基站经由UWB天线收到UWB定位标签信息后，通过无线网络传送到远程控制中心，控制中心根据三个以上的UWB基站接收的脉冲信息计算出寻址装置的实时位置后，再次通过无线电信号及信息传输单元传递给MCU实时位置信息；

4）MCU将实时位置信息传送到位置信息处理单元的实时位置信息模块，在差分比对模块中与前期保存的计划测试位置模块中的位置数据进行比较：如果两者数据不一致，那么位置信息处理单元参照电机伺服系统的控制参数，将具有横向和纵向二维位置信息差分数据编码后发送给位置控制与驱动单元，电机伺服模块触发舵机驱动模块，在陀螺仪配合下控制本装置进行方向调整同时，通过电机驱动模块驱动电机控制本装置运行速度与距离，使本装置向目标点靠近；移动过程中UWB定位标签不断发送最新位置信息，使仪器在移动过程中不断校正位置，最终实现与计划测试点重合。

5）如果两者数据一致说明刚才仪器正处于第一个测试点，此时差分比对模块发送驻停触发脉冲分别发送给控制脉冲生成模块和MCU，经由控制脉冲生成模块发送驻停脉冲至电机伺服模块，寻址装置停止不动，MCU停止触发UWB定位标签模块，不再发送UWB定位标签信息。MCU收到的驻停触发脉冲经由延时模块延时后，与递进脉冲经由逻辑电路生成粉尘测试启动脉冲C，触发粉尘采集设备开始数据采集测试工作。测试结束后，测试数据经由设备数据接口将数据送入数据编码模块进行数据二次开发后传送MCU。

6）数据编码模块将相关二次开发数据检波后，传送555时基电路脉冲整型，触发递进脉冲发送模块，并将产生的递进脉冲B发送MCU；MCU发送指令停止粉尘采集测试工作，并将递进脉冲与粉尘采集测试数据通过信息传输单元同步传送给控制中心；同时将下一组测试位置数据发送给位置信息处理单元的计划测试位置模块，开始准备运行到第二个测试点。

以下提供一种寻址装置的控制逻辑，说明如下：

参照附图3-4，初始状态下设备自检清零后，驻停触发脉冲及其延时信号A与递进脉冲B均为低电平0，此时脉冲C与D均为低电平，粉尘采集设备未启动工作。寻址装置到达计划位置时，驻停触发脉冲输出为1，其延时信号A在延时后也输出为1，递进脉冲 B还是原始状态输出为0，由此在延时信号A和递进脉冲B的共同逻辑控制下发送粉尘测试启动脉冲C给MCU，触发粉尘采集设备开始数据采集测试工作。

当测试数据形成后，递进脉冲B变为高电平1并发送给MCU，MCU促使计划测试序列移位，MCU接收了新的地址并传递给计划测试位置模块，递进后由于实时位置信息与计划测试位置数据地址相异，驻停触发脉冲迅速变为低电平0，而此时延时信号A由于有一定时间延时仍为高电平1，结合高电平1的递进脉冲B，使粉尘测试启动脉冲C为低电平0，从而停止粉尘数据采集程序。此时如果没有对驻停触发脉冲延迟，无法保证有足够的脉冲宽度触发粉尘测试启动脉冲C为低电平0，这也是驻停触发脉冲产生延时信号A的原因。

以上对递进脉冲形成模块清零的清零脉冲D均为低电平0；随着延时信号A的延时时间结束，延时信号A变为低电平0，递进脉冲B仍然为高电平1，启动采集数据脉冲C输出为0，清零脉冲D与 D₁为1，触发对递进脉冲电路进行清零，使递进脉冲B变成低电平。

对D₁进行延时后形成清零脉冲D，目的是使递进脉冲B不因运算过程脉冲D₁出现而马上变成低电平。当清零脉冲D出现时，递进脉冲B马上变成低电平，随着清零脉冲D延时时间结束，控制电路再次回到初始状态。

本实用新型未述部分与现有技术相同，包括但不限于粉尘采集测试技术、电机驱动转动、舵机及陀螺仪对可转向轮的连接和控制技术、UWB室内定位技术等。

Claims

1.基于UWB室内定位的粉尘测试自动寻址装置，其特征在于，包括有防尘壳体、安装于防尘壳体上表面的无线专网天线以及粉尘采集设备固定架和UWB定位标签固定架、安装于防尘壳体下方的可转向轮、安装于防尘壳体内腔中的寻址控制盒和驱动装置；UWB定位标签模块安装于UWB定位标签固定架上，粉尘采集设备安装于粉尘采集设备固定架上；驱动装置与可转向轮连接；

2.根据权利要求1所述的基于UWB室内定位的粉尘测试自动寻址装置，其特征在于，所述信息传输单元包括有依序连接的射频收发模块、信息编码解码模块和信息存储模块；射频收发模块与无线专网天线连接，信息存储模块与终端控制单元的数据接口连接。

3.根据权利要求1所述的基于UWB室内定位的粉尘测试自动寻址装置，其特征在于，所述位置控制与驱动单元包括有电机伺服模块、分别连接电机伺服模块的电机驱动模块和舵机驱动模块，所述驱动装置包括电机和陀螺仪，其中电机驱动模块触发端连接电机；而舵机驱动模块则连接陀螺仪。

4.根据权利要求1所述的基于UWB室内定位的粉尘测试自动寻址装置，其特征在于，所述终端控制单元包括有MCU处理器、以及分别与MCU处理器连接的内部存储模块、数据编码模块、显示模块和警示模块；其中，信息传输单元的输出端与MCU处理器的指令信息及位置数据输入端相连；信息传输单元的输入端与MCU处理器的位置递进控制信号及测试数据输出端连接；UWB定位标签模块的信号接收端、粉尘采集设备的触发接收端、实时位置信息模块和计划测试位置模块的信号接收端均分别与MCU处理器的输出端连接，差分比对模块的信号触发端与MCU处理器的接收端连接，粉尘采集设备的数据输出端经由数据编码模块与MCU处理器连接；位置控制与驱动单元的数据接口端与MCU数据接口连接。

5.根据权利要求1所述的基于UWB室内定位的粉尘测试自动寻址装置，其特征在于，所述终端控制单元还包括有递进脉冲发生模块和延时模块，二者分别插接于MCU处理器与粉尘采集设备的触发接收端，当递进脉冲发生模块和延时模块的脉冲电平相异时，MCU处理器发送启动的触发脉冲给粉尘采集设备的触发接收端，当递进脉冲发生模块和延时模块的脉冲电平相同时，MCU处理器发送停止的触发脉冲给粉尘采集设备的触发接收端。