一種帶行進安全預(yù)測和逃生方向指示功能的有毒氣體報警器及其工作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種帶行進安全預(yù)測和逃生方向指示功能的有毒氣體報警器及其工作方法，報警器至少包括有毒氣體傳感器、GPS定位傳感器、海拔高度傳感器、時鐘日期模塊、報警燈、蜂鳴器、液晶顯示模塊和微處理器。工作方法通過微處理器進行最小二乘法計算并預(yù)測超標報警的時刻及距離，控制液晶顯示模塊及報警燈、蜂鳴器進行聲光報警以提前警示佩戴人；通過GPS定位傳感器及海拔高度傳感器的定位功能，在遭遇實際超標報警時，微處理器迅速計算并指示逃生方向，指引人員撤離。本發(fā)明利用預(yù)測時刻及距離的提前預(yù)報提高了報警器的響應(yīng)速度以及人員的危險警覺度；而逃生方向快速指示的應(yīng)用更是提高了人員撤離的效率，加強了對人身安全的保障力度。
【專利說明】
一種帶行進安全預(yù)測和逃生方向指示功能的有毒氣體報警器及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及有毒氣體環(huán)境中危險報警的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種帶行進安全預(yù)測和逃生方向指示功能的有毒氣體報警器及其工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)中經(jīng)常會出現(xiàn)如⑶等毒性氣體泄漏、釋放等情況發(fā)生，作業(yè)人員在工作時面臨暴露在有毒氣體中的風險，存在中毒危險。目前的解決方法是為作業(yè)人員配備便攜式毒氣報警裝置，作業(yè)人員攜帶裝置進入危險環(huán)境中，如果遇到有毒氣體濃度超過一定限制值，就會發(fā)出聲光報警提示人員遠離危險區(qū)域。
[0003]但由于報警裝置中的毒性氣體檢測儀存在一定的響應(yīng)時間，當發(fā)生突發(fā)性有毒氣體泄漏或者人員快速進入突發(fā)泄漏的高濃度毒性氣體區(qū)域時，報警裝置來不及發(fā)出危險報警，因而產(chǎn)生很大的危險隱患;特別是人員進入突發(fā)泄漏區(qū)域，人員需要感受到報警器報警再給予判斷和反饋，實際上已經(jīng)受到毒氣侵蝕。
[0004]而且對于例如生產(chǎn)設(shè)備集中、管道錯綜復(fù)雜的區(qū)域，當人員行進中遭遇突發(fā)泄漏時，大都難以第一時間發(fā)現(xiàn)或回憶起逃生通道或逃生方向，以至于延誤了逃生時機;在某些事故案例中，由于人員在緊張時刻做出錯誤的逃生方向判斷，致使自己不但沒有逃脫，反而進入更危險區(qū)域，從而導(dǎo)致了人身傷亡。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明要解決的問題是，針對現(xiàn)有工業(yè)作業(yè)報警存在的上述不足，提供一種帶行進安全預(yù)測和逃生方向指示功能的有毒氣體報警器及其工作方法，提高報警器的響應(yīng)速度以及人員的危險警覺度，加強對人身安全的保障力度。
[0006]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種帶行進安全預(yù)測和逃生方向指示功能的有毒氣體報警器，至少包括有毒氣體傳感器、GPS定位傳感器、海拔高度傳感器、時鐘日期模塊、報警燈、蜂鳴器、液晶顯示模塊和微處理器，有毒氣體傳感器、GPS定位傳感器、海拔高度傳感器、時鐘日期模塊分別與微處理器的輸入端連接，微處理器的輸出端分別與液晶顯示模塊、報警燈和蜂鳴器連接。
[0008]按上述方案，所述微處理器主要包括信息處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和預(yù)測及方位運算模塊，信息處理模塊用于接收有毒氣體傳感器、GPS定位傳感器、海拔高度傳感器、時鐘日期模塊的數(shù)據(jù)并進行處理獲得有毒氣體含量、GPS數(shù)據(jù)、海拔高度數(shù)據(jù)和時間數(shù)據(jù)，并通過液晶顯示模塊顯示，執(zhí)行報警器工作流程和調(diào)用預(yù)測及方位運算模塊;數(shù)據(jù)存儲模塊用于存儲有毒氣體含量和時間數(shù)據(jù);預(yù)測及方位運算模塊用于執(zhí)行最小二乘法預(yù)測算法以及方位、方向的計算。
[0009]按上述方案，所述微處理器還用于當有毒氣體含量變化率在5s時間內(nèi)持續(xù)大于O時，記錄此過O時刻GPS數(shù)據(jù)及海拔高度數(shù)據(jù);并當發(fā)生有毒氣體實際超標時，微處理器的預(yù)測及方位運算模塊計算比較超標時刻GPS數(shù)據(jù)及海拔高度數(shù)據(jù)與過O時刻相應(yīng)的GPS數(shù)據(jù)及海拔高度數(shù)據(jù)的差異，并在液晶顯示模塊上指示出方向，即從超標時刻的位置指向過O時刻的位置，指引人員撤離。
[0010]本發(fā)明還提供了一種上述帶行進安全預(yù)測和逃生方向指示功能的有毒氣體報警器的工作方法，包括如下步驟:
[0011]S1、報警器的微處理器通過信息處理模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊分別接收并存儲有毒氣體傳感器檢測的有毒氣體含量、GPS定位傳感器檢測的GPS數(shù)據(jù)、海拔高度傳感器檢測的海拔高度數(shù)據(jù)和時鐘日期模塊顯示的時間數(shù)據(jù)，并通過有毒氣體含量和時間數(shù)據(jù)計算有毒氣體含量變化率；
[0012]S2、當步驟SI中有毒氣體含量變化率在一定時間T內(nèi)持續(xù)大于O，則微處理器記錄此刻GPS數(shù)據(jù)及海拔高度數(shù)據(jù)，并啟動預(yù)測及方位運算模塊，預(yù)測及方位運算模塊計算預(yù)測并顯示一定時間段有毒氣體含量變化；
[0013]S3、當報警器計算預(yù)測有毒氣體含量超過安全報警極限的事件發(fā)生在預(yù)測時間段內(nèi)時，報警器計算并顯示有毒氣體含量超過安全報警極限的時刻，并控制液晶顯示模塊及報警燈、蜂鳴器進行聲光報警提示佩戴人提高警覺，緩行或停止前進；此時，報警器根據(jù)GPS、海拔高度傳感器及時鐘日期模塊數(shù)據(jù)計算人員行進速度和行進方向；
[0014]S4、報警器判斷佩戴人的行進速度是否為O:如果為0，表示佩戴人處于停止狀態(tài)，報警器計算并顯示有毒氣體含量超過安全報警極限的倒計時時刻;如果不為O，除計算并顯示倒計時外，報警器還根據(jù)佩戴人行進瞬時速度及方向，計算與預(yù)測距離超標報警點的距離；
[0015]S5、當有毒氣體實際檢測超標時，報警器發(fā)出強烈聲光報警，提示人員撤離；
[0016]S6、報警器在人員撤離過程中仍然監(jiān)測有毒氣體含量，如果含量沒有降低到報警點以下，報警器繼續(xù)發(fā)出聲光報警，并且給予方向指示;反之，則停止報警和指示。
[0017]按上述方案，步驟S2中一定時間T選取為5s。
[0018]按上述方案，設(shè)定報警器的數(shù)據(jù)采集周期時間為0.5s，報警器以1s時間段窗口的傳感器采樣數(shù)據(jù)，即20個數(shù)據(jù)為樣本數(shù)據(jù)，利用最小二乘法進行線性擬合;對于時間t和有毒氣體含量P的數(shù)組{(丨1，？1)|丨=1，2，...小}，建立線性方程的表達式為:？ = &+1^，利用最小二乘法求得a、b值，再利用求得的線性方程p = a+bt預(yù)測和計算出有毒氣體含量，或者利用變換后的方程t = (p_a)/b計算出有毒氣體含量超過安全報警極限的時刻。
[0019]按上述方案，步驟S2中預(yù)測時間段設(shè)定為60s，報警器的液晶顯示模塊顯示有毒氣體含量變化的時刻分別是當前時刻后第10s、第20s、第30s、第40s、第50s和第60s。
[0020]按上述方案，在步驟S2中當有毒氣體含量變化率在5s時間內(nèi)持續(xù)大于O時，微處理器記錄此過O時刻GPS數(shù)據(jù)及海拔高度數(shù)據(jù);而當步驟S5中發(fā)生有毒氣體實際超標時，微處理器計算比較超標時刻GPS數(shù)據(jù)及海拔高度數(shù)據(jù)與過O時刻相應(yīng)的GPS數(shù)據(jù)及海拔高度數(shù)據(jù)的差異，并在液晶顯示模塊上指示出方向，即從超標時刻的位置指向過O時刻的位置，指引人員撤離。
[0021]本發(fā)明的工作原理:通過微處理器進行最小二乘法計算并預(yù)測超標報警的時刻及距離，控制液晶顯示模塊及報警燈、蜂鳴器進行聲光報警以提前警示佩戴人;通過GPS定位傳感器及海拔高度傳感器的定位功能，在遭遇實際超標報警時，微處理器的預(yù)測及方位運算模塊迅速計算并指示逃生方向，指引人員撤離。
[0022]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明利用預(yù)測時刻及距離的提前預(yù)報提高了報警器的響應(yīng)速度以及人員的危險警覺度;而逃生方向快速指示的應(yīng)用更是提高了人員撤離的效率，加強了對人身安全的保障力度。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明帶行進安全預(yù)測和逃生方向指示功能有毒氣體報警器的構(gòu)成框圖；
[0024]圖2是本發(fā)明帶行進安全預(yù)測和逃生方向指示功能有毒氣體報警器的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0026]如圖1所示，本發(fā)明所述的帶行進安全預(yù)測和逃生方向指示功能的有毒氣體報警器的構(gòu)成框圖，該報警器至少包括有毒氣體傳感器、GPS定位傳感器、海拔高度傳感器、時鐘日期模塊、報警燈、蜂鳴器、液晶顯示模塊和微處理器，有毒氣體傳感器、GPS定位傳感器、海拔高度傳感器、時鐘日期模塊分別與微處理器的輸入端連接，微處理器的輸出端分別與液晶顯示模塊、報警燈和蜂鳴器連接。
[0027]其中，微處理器是信息處理及運算、控制單元，主要包括信息處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和預(yù)測及方位運算模塊，優(yōu)選為TI公司的16位低功耗芯片MSP430F249;信息處理模塊用于接收有毒氣體傳感器、GPS定位傳感器、海拔高度傳感器、時鐘日期模塊的數(shù)據(jù)并進行處理獲得有毒氣體含量、GPS數(shù)據(jù)、海拔高度數(shù)據(jù)和時間數(shù)據(jù)，并通過液晶顯示模塊顯示，執(zhí)行報警器工作流程和調(diào)用預(yù)測及方位運算模塊(進行算法預(yù)測);數(shù)據(jù)存儲模塊用于存儲有毒氣體含量和時間數(shù)據(jù);預(yù)測及方位運算模塊用于執(zhí)行最小二乘法預(yù)測算法以及方位、方向的計算。
[0028]參照圖2所示，本發(fā)明帶行進安全預(yù)測和逃生方向指示功能有毒氣體報警器的工作方法包括如下步驟:
[0029]S1、報警器的微處理器通過信息處理模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊分別接收并存儲有毒氣體傳感器檢測的有毒氣體含量、GPS定位傳感器檢測的GPS數(shù)據(jù)、海拔高度傳感器檢測的海拔高度數(shù)據(jù)和時鐘日期模塊顯示的時間數(shù)據(jù)，并通過有毒氣體含量和時間數(shù)據(jù)計算有毒氣體含量變化率；
[0030]S2、當步驟SI中有毒氣體含量變化率在5s時間內(nèi)持續(xù)大于0，則微處理器記錄此刻GPS數(shù)據(jù)及海拔高度數(shù)據(jù)，并啟動預(yù)測及方位運算模塊，預(yù)測及方位運算模塊計算預(yù)測并顯示一定時間段有毒氣體含量變化；
[0031]優(yōu)選地，設(shè)定報警器的數(shù)據(jù)采集周期時間為0.5s，報警器以1s時間段窗口的傳感器采樣數(shù)據(jù)，即20個數(shù)據(jù)為樣本數(shù)據(jù)，利用最小二乘法進行線性擬合。對于時間t和有毒氣體含量P的數(shù)組Kt1, Pl) i = l,2,...，N}，建立線性方程的表達式為:p = a+bt，利用最小二乘法求得a、b值，再利用求得的線性方程p = a+bt預(yù)測和計算出有毒氣體含量，也可以利用變換后的方程t = (p_a)/b計算出有毒氣體含量超過安全報警極限的時刻；
[0032]報警器總的預(yù)測時間段人工設(shè)定，優(yōu)選地，系統(tǒng)默認設(shè)定的預(yù)測時間段為60s，而系統(tǒng)顯示有毒氣體含量變化的時刻分別是當前時刻后第10s、第20s、第30s、第40s、第50s和第60s ；
[0033]S3、當報警器計算預(yù)測有毒氣體含量超過安全報警極限的事件發(fā)生在60s內(nèi)時，報警器計算并顯示有毒氣體含量超過安全報警極限的時刻，并控制液晶顯示模塊及報警燈、蜂鳴器進行聲光報警提示佩戴人提高警覺，緩行或停止前進;此時，報警器根據(jù)GPS、海拔高度傳感器及時鐘日期模塊數(shù)據(jù)計算人員行進速度和行進方向；
[0034]S4、報警器判斷佩戴人的行進速度是否為O:如果為0，表示佩戴人處于停止狀態(tài)，報警器計算并顯示有毒氣體含量超過安全報警極限的倒計時時刻;如果不為O，除計算并顯示倒計時外，報警器還根據(jù)佩戴人行進瞬時速度及方向，計算與預(yù)測距離超標報警點的距離；
[0035]S5、當有毒氣體實際檢測超標時，報警器發(fā)出強烈聲光報警，提示人員撤離；
[0036]同時，由于在步驟S2中當有毒氣體含量變化率在5s時間內(nèi)持續(xù)大于O，即報警器明確檢測出有毒氣體泄漏時，微處理器記錄了當時的GPS數(shù)據(jù)及海拔高度數(shù)據(jù);而此刻步驟S5中發(fā)生有毒氣體實際超標時，微處理器計算比較此刻GPS數(shù)據(jù)及海拔高度數(shù)據(jù)與步驟S2中當有毒氣體含量變化率持續(xù)大于O時記錄的GPS數(shù)據(jù)及海拔高度數(shù)據(jù)的差異，并在液晶顯示模塊上指示出方向，即從步驟S5中超標時刻的位置指向步驟S2中過O時刻的位置，指引人員撤離；
[0037]S6、報警器在人員撤離過程中仍然監(jiān)測有毒氣體含量，如果含量沒有降低到報警點以下，報警器繼續(xù)發(fā)出聲光報警，并且給予方向指示;反之，則停止報警和指示。
[0038]應(yīng)理解，上述實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍中。
【主權(quán)項】
1.一種帶行進安全預(yù)測和逃生方向指示功能的有毒氣體報警器，其特征在于，至少包括有毒氣體傳感器、GPS定位傳感器、海拔高度傳感器、時鐘日期模塊、報警燈、蜂鳴器、液晶顯示模塊和微處理器，有毒氣體傳感器、GPS定位傳感器、海拔高度傳感器、時鐘日期模塊分別與微處理器的輸入端連接，微處理器的輸出端分別與液晶顯示模塊、報警燈和蜂鳴器連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶行進安全預(yù)測和逃生方向指示功能的有毒氣體報警器，其特征在于，所述微處理器主要包括信息處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和預(yù)測及方位運算模塊，信息處理模塊用于接收有毒氣體傳感器、GPS定位傳感器、海拔高度傳感器、時鐘日期模塊的數(shù)據(jù)并進行處理獲得有毒氣體含量、GPS數(shù)據(jù)、海拔高度數(shù)據(jù)和時間數(shù)據(jù)，并通過液晶顯示模塊顯示，執(zhí)行報警器工作流程和調(diào)用預(yù)測及方位運算模塊;數(shù)據(jù)存儲模塊用于存儲有毒氣體含量和時間數(shù)據(jù);預(yù)測及方位運算模塊用于執(zhí)行最小二乘法預(yù)測算法以及方位、方向的計算。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶行進安全預(yù)測和逃生方向指示功能的有毒氣體報警器，其特征在于，所述微處理器還用于當有毒氣體含量變化率在5s時間內(nèi)持續(xù)大于O時，記錄此過O時刻GPS數(shù)據(jù)及海拔高度數(shù)據(jù);并當發(fā)生有毒氣體實際超標時，微處理器的預(yù)測及方位運算模塊計算比較超標時刻GPS數(shù)據(jù)及海拔高度數(shù)據(jù)與過O時刻相應(yīng)的GPS數(shù)據(jù)及海拔高度數(shù)據(jù)的差異，并在液晶顯示模塊上指示出方向，即從超標時刻的位置指向過O時刻的位置，指引人員撤離。4.一種根據(jù)權(quán)利要求1?3任意一項所述的帶行進安全預(yù)測和逃生方向指示功能的有毒氣體報警器的工作方法，其特征在于，包括如下步驟: 51、報警器的微處理器通過信息處理模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊分別接收并存儲有毒氣體傳感器檢測的有毒氣體含量、GPS定位傳感器檢測的GPS數(shù)據(jù)、海拔高度傳感器檢測的海拔高度數(shù)據(jù)和時鐘日期模塊顯示的時間數(shù)據(jù)，并通過有毒氣體含量和時間數(shù)據(jù)計算有毒氣體含量變化率； 52、當步驟SI中有毒氣體含量變化率在一定時間T內(nèi)持續(xù)大于O，則微處理器記錄此刻GPS數(shù)據(jù)及海拔高度數(shù)據(jù)，并啟動預(yù)測及方位運算模塊，預(yù)測及方位運算模塊計算預(yù)測并顯示一定預(yù)測時間段有毒氣體含量變化； 53、當報警器計算預(yù)測有毒氣體含量超過安全報警極限的事件發(fā)生在預(yù)測時間段內(nèi)時，報警器計算并顯示有毒氣體含量超過安全報警極限的時刻，并控制液晶顯示模塊及報警燈、蜂鳴器進行聲光報警提示佩戴人提高警覺，緩行或停止前進;此時，報警器根據(jù)GPS、海拔高度傳感器及時鐘日期模塊數(shù)據(jù)計算人員行進速度和行進方向； 54、報警器判斷佩戴人的行進速度是否為O:如果為O，表示佩戴人處于停止狀態(tài)，報警器計算并顯示有毒氣體含量超過安全報警極限的倒計時時刻;如果不為O，除計算并顯示倒計時外，報警器還根據(jù)佩戴人行進瞬時速度及方向，計算與預(yù)測距離超標報警點的距離； 55、當有毒氣體實際檢測超標時，報警器發(fā)出強烈聲光報警，提示人員撤離； 56、報警器在人員撤離過程中仍然監(jiān)測有毒氣體含量，如果含量沒有降低到報警點以下，報警器繼續(xù)發(fā)出聲光報警，并且給予方向指示;反之，則停止報警和指示。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的帶行進安全預(yù)測和逃生方向指示功能的有毒氣體報警器的工作方法，其特征在于，步驟S2中一定時間T選取為5s。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的帶行進安全預(yù)測和逃生方向指示功能的有毒氣體報警器的工作方法，其特征在于，設(shè)定報警器的數(shù)據(jù)采集周期時間為0.5s，報警器以1s時間段窗口的傳感器采樣數(shù)據(jù)，即20個數(shù)據(jù)為樣本數(shù)據(jù)，利用最小二乘法進行線性擬合;對于時間t和有毒氣體含量P的數(shù)組{(丨1，？1)|丨=1，2，...小}，建立線性方程的表達式為:？ = &+1^，利用最小二乘法求得a、b值，再利用求得的線性方程p = a+bt預(yù)測和計算出有毒氣體含量，或者利用變換后的方程t = (p_a)/b計算出有毒氣體含量超過安全報警極限的時刻。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶行進安全預(yù)測和逃生方向指示功能的有毒氣體報警器的工作方法，其特征在于，步驟S2中預(yù)測時間段設(shè)定為60s，報警器的液晶顯示模塊顯示有毒氣體含量變化的時刻分別是當前時刻后第10s、第20s、第30s、第40s、第50s和第60s。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的帶行進安全預(yù)測和逃生方向指示功能的有毒氣體報警器的工作方法，其特征在于，在步驟S2中當有毒氣體含量變化率在5s時間內(nèi)持續(xù)大于O時，微處理器記錄此過O時刻GPS數(shù)據(jù)及海拔高度數(shù)據(jù);而當步驟S5中發(fā)生有毒氣體實際超標時，微處理器計算比較超標時刻GPS數(shù)據(jù)及海拔高度數(shù)據(jù)與過O時刻相應(yīng)的GPS數(shù)據(jù)及海拔高度數(shù)據(jù)的差異，并在液晶顯示模塊上指示出方向，即從超標時刻的位置指向過O時刻的位置，指引人員撤離。
【文檔編號】G08B21/14GK106023534SQ201610459403
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】張凱
【申請人】中冶南方工程技術(shù)有限公司