一種帶行進安全預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】本發明提供了一種帶行進安全預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。本發明利用預測時刻及距離的提前預報提高了報警器的響應速度以及人員的危險警覺度；而逃生方向快速指示的應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
技術領域
[0001]本發明涉及有毒氣體環境中危險報警的技術領域，具體涉及一種帶行進安全預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】
[0002]工業中經常會出現如⑶等毒性氣體泄漏、釋放等情況發生，作業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人員配備便攜式毒氣報警裝置，作業人員攜帶裝置進入危險環境中，如果遇到有毒氣體濃度超過一定限制值，就會發出聲光報警提示人員遠離危險區域。
[0003]但由于報警裝置中的毒性氣體檢測儀存在一定的響應時間，當發生突發性有毒氣體泄漏或者人員快速進入突發泄漏的高濃度毒性氣體區域時，報警裝置來不及發出危險報警，因而產生很大的危險隱患;特別是人員進入突發泄漏區域，人員需要感受到報警器報警再給予判斷和反饋，實際上已經受到毒氣侵蝕。
[0004]而且對于例如生產設備集中、管道錯綜復雜的區域，當人員行進中遭遇突發泄漏時，大都難以第一時間發現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，反而進入更危險區域，從而導致了人身傷亡。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的問題是，針對現有工業作業報警存在的上述不足，提供一種帶行進安全預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]本發明為解決上述技術問題采用的技術方案是:
[0007]—種帶行進安全預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、數據存儲模塊和預測及方位運算模塊，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、時鐘日期模塊的數據并進行處理獲得有毒氣體含量、GPS數據、海拔高度數據和時間數據，并通過液晶顯示模塊顯示，執行報警器工作流程和調用預測及方位運算模塊;數據存儲模塊用于存儲有毒氣體含量和時間數據;預測及方位運算模塊用于執行最小二乘法預測算法以及方位、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時間內持續大于O時，記錄此過O時刻GPS數據及海拔高度數據;并當發生有毒氣體實際超標時，微處理器的預測及方位運算模塊計算比較超標時刻GPS數據及海拔高度數據與過O時刻相應的GPS數據及海拔高度數據的差異，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]本發明還提供了一種上述帶行進安全預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據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數據、海拔高度傳感器檢測的海拔高度數據和時鐘日期模塊顯示的時間數據，并通過有毒氣體含量和時間數據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內持續大于O，則微處理器記錄此刻GPS數據及海拔高度數據，并啟動預測及方位運算模塊，預測及方位運算模塊計算預測并顯示一定時間段有毒氣體含量變化；
[0013]S3、當報警器計算預測有毒氣體含量超過安全報警極限的事件發生在預測時間段內時，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GPS、海拔高度傳感器及時鐘日期模塊數據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，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，報警器還根據佩戴人行進瞬時速度及方向，計算與預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，報警器繼續發出聲光報警，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，設定報警器的數據采集周期時間為0.5s，報警器以1s時間段窗口的傳感器采樣數據，即20個數據為樣本數據，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中預測時間段設定為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時間內持續大于O時，微處理器記錄此過O時刻GPS數據及海拔高度數據;而當步驟S5中發生有毒氣體實際超標時，微處理器計算比較超標時刻GPS數據及海拔高度數據與過O時刻相應的GPS數據及海拔高度數據的差異，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]本發明的工作原理:通過微處理器進行最小二乘法計算并預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]本發明的有益效果:本發明利用預測時刻及距離的提前預報提高了報警器的響應速度以及人員的危險警覺度;而逃生方向快速指示的應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是本發明帶行進安全預測和逃生方向指示功能有毒氣體報警器的構成框圖；
[0024]圖2是本發明帶行進安全預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]下面結合實施例和附圖對本發明作進一步說明。
[0026]如圖1所示，本發明所述的帶行進安全預測和逃生方向指示功能的有毒氣體報警器的構成框圖，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、數據存儲模塊和預測及方位運算模塊，優選為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、時鐘日期模塊的數據并進行處理獲得有毒氣體含量、GPS數據、海拔高度數據和時間數據，并通過液晶顯示模塊顯示，執行報警器工作流程和調用預測及方位運算模塊(進行算法預測);數據存儲模塊用于存儲有毒氣體含量和時間數據;預測及方位運算模塊用于執行最小二乘法預測算法以及方位、方向的計算。
[0028]參照圖2所示，本發明帶行進安全預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據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數據、海拔高度傳感器檢測的海拔高度數據和時鐘日期模塊顯示的時間數據，并通過有毒氣體含量和時間數據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時間內持續大于0，則微處理器記錄此刻GPS數據及海拔高度數據，并啟動預測及方位運算模塊，預測及方位運算模塊計算預測并顯示一定時間段有毒氣體含量變化；
[0031]優選地，設定報警器的數據采集周期時間為0.5s，報警器以1s時間段窗口的傳感器采樣數據，即20個數據為樣本數據，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]報警器總的預測時間段人工設定，優選地，系統默認設定的預測時間段為60s，而系統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、當報警器計算預測有毒氣體含量超過安全報警極限的事件發生在60s內時，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GPS、海拔高度傳感器及時鐘日期模塊數據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，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，報警器還根據佩戴人行進瞬時速度及方向，計算與預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時間內持續大于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數據及海拔高度數據;而此刻步驟S5中發生有毒氣體實際超標時，微處理器計算比較此刻GPS數據及海拔高度數據與步驟S2中當有毒氣體含量變化率持續大于O時記錄的GPS數據及海拔高度數據的差異，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，報警器繼續發出聲光報警，并且給予方向指示;反之，則停止報警和指示。
[0038]應理解，上述實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，而不脫離本發明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍中。
【主權項】
1.一種帶行進安全預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.根據權利要求1所述的帶行進安全預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、數據存儲模塊和預測及方位運算模塊，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、時鐘日期模塊的數據并進行處理獲得有毒氣體含量、GPS數據、海拔高度數據和時間數據，并通過液晶顯示模塊顯示，執行報警器工作流程和調用預測及方位運算模塊;數據存儲模塊用于存儲有毒氣體含量和時間數據;預測及方位運算模塊用于執行最小二乘法預測算法以及方位、方向的計算。3.根據權利要求2所述的帶行進安全預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時間內持續大于O時，記錄此過O時刻GPS數據及海拔高度數據;并當發生有毒氣體實際超標時，微處理器的預測及方位運算模塊計算比較超標時刻GPS數據及海拔高度數據與過O時刻相應的GPS數據及海拔高度數據的差異，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。4.一種根據權利要求1?3任意一項所述的帶行進安全預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據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數據、海拔高度傳感器檢測的海拔高度數據和時鐘日期模塊顯示的時間數據，并通過有毒氣體含量和時間數據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內持續大于O，則微處理器記錄此刻GPS數據及海拔高度數據，并啟動預測及方位運算模塊，預測及方位運算模塊計算預測并顯示一定預測時間段有毒氣體含量變化； 53、當報警器計算預測有毒氣體含量超過安全報警極限的事件發生在預測時間段內時，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GPS、海拔高度傳感器及時鐘日期模塊數據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，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，報警器還根據佩戴人行進瞬時速度及方向，計算與預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，報警器繼續發出聲光報警，并且給予方向指示;反之，則停止報警和指示。5.根據權利要求4所述的帶行進安全預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.根據權利要求4所述的帶行進安全預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，設定報警器的數據采集周期時間為0.5s，報警器以1s時間段窗口的傳感器采樣數據，即20個數據為樣本數據，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.根據權利要求6所述的帶行進安全預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中預測時間段設定為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.根據權利要求4所述的帶行進安全預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時間內持續大于O時，微處理器記錄此過O時刻GPS數據及海拔高度數據;而當步驟S5中發生有毒氣體實際超標時，微處理器計算比較超標時刻GPS數據及海拔高度數據與過O時刻相應的GPS數據及海拔高度數據的差異，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
【發明人】張凱
【申請人】中冶南方工程技術有限公司