一种潜水员安全预警系统及其控制方法与流程

本发明涉及潜水安全预警技术领域，具体涉及一种潜水员安全预警系统及其控制方法。

背景技术：

潜水时潜水员通过气瓶中的空气维持生命和调节自身浮力，要求潜水员在一定深度内活动，超过预定深度会带来生命危险，同时过快的下潜或上浮会给潜水员带来健康损伤，为避免风险，一定时间的安全停留是必要的。为了安全起见，潜水时要求至少两人同行，由于海流、能见度等环境因素或身体、心理等因素易出现潜伴走失的情况。目前在潜水活动中潜水员会佩戴潜水表，潜水表能将潜水员所处位置深度、潜水速度、安全停留等信息通过屏幕显示、闪烁的方式使潜水员准确获知信息。在气瓶上会配备有机械式压力表，潜水员通过密切关注压力表获知自己气瓶的剩余气量并通过手势询问潜伴的剩余气量或通过手势应答潜伴关于剩余气量的询问。潜伴走失后通常的做法是原地寻找一分钟，找不到潜伴应立即上浮到水面等待。

为便于读取数据，潜水表佩戴在手腕或者手臂上，警示的闪烁容易因屏幕尺寸小或者潜水员注意力的原因被忽略，警示音容易被呼吸声、气泡声等水中噪声淹没而被潜水员忽略。气瓶中剩余气量通过压力表查看并通过手势询问方式效率低。目前没有有效的潜伴走失预警，发现潜伴走失后只能按照常规程序处理，大大影响潜水体验且危险性高。

因此亟需开发一种全面的潜水员安全预警系统，从潜水深度速率、水下信息互通、剩余气量几方面来保障潜水安全。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种潜水员安全预警系统及其控制方法，满足潜水员水下信息快速互通、自身潜水深度速率、剩余气量实时监测的需求，保障潜水完全。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：一种潜水员安全预警系统，其特征在于：包括可佩戴的预警主机和无线压力传感器，预警主机佩戴在潜水员耳朵位置，无线压力传感器安装在气瓶调节器的一级阀门上；所述预警主机包括壳体和位于壳体上的固定装置，壳体内设置有第一mcu模块、扬声器、第一警示灯、第一电源模块、第一水声换能器和液压传感器，第一mcu模块依次通过音频编解码电路、音频功放电路与扬声器连接，第一警示灯、第一电源模块、第一水声换能器和液压传感器均与第一mcu模块信号连接；所述无线压力传感器包括第二mcu模块、气压传感器、第二水声换能器、显示器、第二电源模块和第二警示灯，气压传感器、第二水声换能器、显示器、第二电源模块和第二警示灯均与第二mcu模块电连接；第一水声换能器与第二水声换能器信号连接。

本发明还公开了一种潜水员安全预警系统的控制方法，其特征在于：所述潜水员安全预警系统包括领队机和队员机，领队机和队员机均包括可佩戴的预警主机和无线压力传感器；具体步骤如下：

s1.在进行潜水活动前，对各潜水员携带的预警主机行进配对，配对时选择其中一位潜水员的预警主机作为领队机，余下作为队员机，领队机逐一与队员机进行配对，配对完成后，所有预警主机亮起同样颜色的第一警示灯；预警主机关机后配对信息进行保留，直到重新进行配对为止；

s2.入水后，预警主机自动开机，扬声器发出开机提示音，第一mcu模块开始计时，液压传感器将采集到的信号传递至第一mcu模块，第一mcu模块将其转化为当前深度值并记录；当潜水深度变化一定值或间隔一定时间后，第一mcu模块通过扬声器播报当前深度；当深度达到阈值或潜水时间达到设定时间时，扬声器播报警示音；

s3.上浮或下潜过程中，第一mcu模块通过计时和深度信息，计算得出当前的潜水速率，当潜水速率超过安全阈值时，第一mcu模块通过扬声器播报警示音；当需要进行安全停留时，扬声器进行语音提示，当潜水员开始停留时进行计时，安全停留完成时，扬声器播报安全停留完成提示；

s4.领队机间隔一定时间与队员机逐一进行测距和通信，当领队机与队员机的距离接近安全距离极限时，领队机和队员机的扬声器会响起提示音，同时队员机的第一警示灯缓慢闪烁；当队员机与领队机超过安全距离时，走失队员机与领队机的第一警示灯快速闪烁，扬声器进行语音提示，同时领队机通过水声换能器发送特定频率的超声波提示其他队员有潜伴失散；

s5.同一潜水员佩戴的预警主机和气瓶上的无线压力传感器进行配对，配对成功后，气压传感器实时采集气瓶压力，并将压力值通过水声换能器发送给预警主机；当领队机与队员机进行通信时，将队员机气瓶压力同步传递给领队机；当队员机中有气瓶压力接近预警值时，无线压力传感器的第二警示灯缓慢闪烁，同时领队机扬声器播放预警提示音并通过第一水声换能器向各个队员机发送气瓶压力接近预警值提示，队员机收到预警值提示后其扬声器播放提示音；当队员机中的气瓶压力低于预警值时，无线压力传感器的第二警示灯快速闪烁，领队机扬声器播放剩余气量低于预警警告，并通过第一水声换能器向各个队员机发送气瓶压力低于预警值提示，队员机收到剩余气量低于预警警告信息后其扬声器播放提示音。

更进一步的技术方案是所述领队机与队员机进行配对时，将领队机的第一水声换能器与队员机的第一水声换能器相贴，按下领队机的配对按键，领队机将配对信息发送给队员机；配对信息包括团队识别码、领队机给队员机分配的编号、配对成功后警示灯的颜色；队员机接收到配对信息后将配对信息重复给领队机，领队机收到配对信息并确认信息正确后标记该队员机配对成功并按照配对信息里面的警示灯颜色亮起警示灯，领队机再次将配对信息发送给队员机，队员收到配对信息并确认信息正确后，标记配对成功并按照配对信息里面的警示灯颜色亮起警示灯；预警主机关机后配对信息进行保留，直到接收新的配对信息。

更进一步的技术方案是所述领队机与队员机进行测距具体步骤为领队机通过第一水声换能器发送带有某一队员机编号的特定长度、特定频率的超声波，队员机收到含有自己编号的超声波后立即通过第一水声换能器向领队机发送含有自己编号的特定长度、特定频率的超声波；领队机通过开始发送信息与接收到信息之间的时间差结合超声波在水中传输的速度计算出领队机与队员机之间的距离；测距完成后领队机通过第一水声换能器发送带有队员机编号、距离信息和特定频率的超声波，队员机收到带有自己编号的超声波后解析出距离信息。

更进一步的技术方案是所述预警主机与无线压力传感器进行配对时，将第一水声换能器与第二水声换能器相贴，按下预警主机的配对按键，预警主机将配对信息通过第一水声换能器发送给无线压力传感器，配对信息包括主机的序列号、主机分配给无线压力传感器的编号和警示灯颜色；无线压力传感器接收到预警主机的配对信息，并以配对信息中的主机序列号和主机分配给无线压力传感器的编号组合的方式形成自己唯一的识别码，无线压力传感器将上述唯一识别码通过第二水声换能器发送给预警主机，预警主机接收到上述识别码并确认识别码正确后确认配对成功，此时预警主机的第一警示灯按照配对信息中的颜色值亮起，并通过第一水声换能器向无线压力传感器发送识别成功指令，无线压力传感器接收到配对成功的指令后将第二警示灯按配对信息中的颜色值点亮。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.将预警主机佩戴于耳朵位置，通过扬声器将对应的语音、警示音进行播报，使潜水员直接接收相关信息，同步通过警示灯加以辅助，有效向潜水员进行安全相关的预警；

2.使用水声换能器进行信息的收发，实现气瓶压力监测与预警主机间的相互通讯，实现对剩余气量的安全进行预警；通过水声换能器实现各预警主机之间的配对，实现潜伴之间进行测距和信息互通，实现对潜伴安全进行预警；

3.本发明实现了在潜水活动中为潜水员提供全方面的安全预警。

附图说明

图1为本发明中安全预警系统的原理框图。

图2为本发明中预警主机控制方法的流程示意图。

图中：1-第一mcu模块，2-扬声器，3-第一警示灯，4-第一电源模块，5-第一水声换能器，6-液压传感器，7-第二mcu模块，8-气压传感器，9-第二水声换能器，10-显示器，11-第二电源模块，12-第二警示灯，13-音频编解码电路，14-音频功放电路。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了一种潜水员安全预警系统，包括可佩戴的预警主机和无线压力传感器，预警主机佩戴在潜水员耳朵位置，无线压力传感器安装在气瓶调节器的一级减压阀门上。所述预警主机包括壳体和位于壳体上的固定装置，固定装置可以是头带或者卡扣件，通过头带将预警主机捆绑在头部，或者通过卡扣件将预警主机固定在潜水面罩上，保持预警主机位于耳朵位置，方便接收扬声器2内的语音。

壳体内设置有第一mcu模块1、扬声器2、第一警示灯3、第一电源模块4、第一水声换能器5和液压传感器6，第一mcu模块1依次通过音频编解码电路13、音频功放电路14与扬声器2连接。第一mcu模块1通过警示灯驱动电路与第一警示灯3连接，通过换能器驱动电路与第一水声换能器5连接，第一电源模块4和液压传感器6均与第一mcu模块1信号连接。为便于第一电源模块4的充电，第一电源模块4通过充放电管理电路与外接电源连接。

所述无线压力传感器包括第二mcu模块7、气压传感器8、第二水声换能器9、显示器10、第二电源模块11和第二警示灯12，第二mcu模块7通过警示灯驱动电路与第二警示灯12连接，通过换能器驱动电路与第二水声换能器9连接，通过显示器驱动电路与显示器10连接，气压传感器8和第二电源模块11均与第二mcu模块7信号连接。为便于第二电源模块11的充电，第二电源模块11通过充放电管理电路与外接电源连接。第一水声换能器5与第二水声换能器9信号连接。其中，第一mcu模块1、第二mcu模块7可选择型号为stm32f407系列的微控制器。

上述一种潜水员安全预警系统在使用过程中每个潜水员都佩戴预警主机、气瓶上均安装无线压力传感器，具体步骤如下：

s1.在进行潜水活动前，对各潜水员携带的预警主机行进配对，配对时选择其中一位潜水员的预警主机作为领队机，余下作为队员机，领队机逐一与队员机进行配对，配对完成后，所有预警主机亮起同样颜色的第一警示灯3。

领队机与队员机进行配对时，将领队机的第一水声换能器5与队员机的第一水声换能器5相贴，按下领队机的配对按键，领队机将配对信息发送给队员机；配对信息包括团队识别码、领队机给队员机分配的编号、配对成功后警示灯的颜色。

队员机接收到配对信息后将配对信息重复给领队机，领队机收到配对信息并确认信息正确后标记该队员机配对成功并按照配对信息里面的警示灯颜色亮起第一警示灯3，领队机再次将配对信息发送给队员机，队员收到配对信息并确认信息正确后，标记配对成功并按照配对信息里面的警示灯颜色亮起第一警示灯3。预警主机关机后配对信息进行保留，直到接收新的配对信息。

s2.入水后，如图2所示，预警主机自动开机，扬声器2发出开机提示音，第一mcu模块1开始计时，液压传感器6将采集到的信号传递至第一mcu模块1，第一mcu模块1将其转化为当前深度值并记录；当潜水深度变化一定值或间隔一定时间后，第一mcu模块1通过扬声2器播报当前深度；当深度达到阈值或潜水时间达到设定时间时，扬声器2播报警示音。

s3.上浮或下潜过程中，第一mcu模块1通过计时和深度信息，计算得出当前的潜水速率，当潜水速率超过安全阈值时，第一mcu模块1通过扬声器播报警示音和语音提示。当需要进行安全停留时，扬声器发出需要进行安全停留的语音提示，当潜水员开始停留时进行计时，安全停留完成时，扬声器播报安全停留完成提示。

s4.领队机间隔一定时间与队员机逐一进行测距和通信，当领队机与队员机的距离接近安全距离极限时，领队机和队员机的扬声器会响起提示音，同时队员机的第一警示灯3缓慢闪烁；当队员机与领队机超过安全距离时，走失队员机与领队机的第一警示灯3快速闪烁，扬声器2进行语音提示，同时领队机通过第一水声换能器5发送特定频率的超声波提示其他队员有潜伴失散。

测距时，领队机通过第一水声换能器5发送带有某一队员机编号的特定长度、特定频率的超声波，队员机收到含有自己编号的超声波后立即通过第一水声换能器5向领队机发送含有自己编号的特定长度、特定频率的超声波。领队机通过开始发送信息与接收到信息之间的时间差结合超声波在水中传输的速度计算出领队机与队员机之间的距离。测距完成后领队机通过第一水声换能器5发送带有队员机编号、距离信息和特定频率的超声波，队员机收到带有自己编号的超声波后解析出距离信息。

s5.同一潜水员佩戴的预警主机和气瓶上的无线压力传感器进行配对，配对成功后，气压传感器实时采集气瓶压力，并将压力值通过第二水声换能器9发送给预警主机；当领队机与队员机进行通信时，将队员机气瓶压力同步传递给领队机；当队员机中有气瓶压力接近预警值时，无线压力传感器的第二警示灯12缓慢闪烁，同时领队机扬声器2播放预警提示音并通过第一水声换能器5向各个队员机发送气瓶压力接近预警值提示，队员机收到预警值提示后其扬声器3播放提示音；当队员机中的气瓶压力低于预警值时，无线压力传感器的第二警示灯12快速闪烁，领队机扬声器2播放剩余气量低于预警警告，队员机收到剩余气量低于预警警告信息后其扬声器2播放提示音。

预警主机与无线压力传感器进行配对时，将第一水声换能器5与第二水声换能器9相贴，按下预警主机的配对按键，预警主机将配对信息通过第一水声换能器5发送给无线压力传感器，配对信息包括主机的序列号、主机分配给无线压力传感器的编号和警示灯颜色。无线压力传感器接收到预警主机的配对信息，并以配对信息中的主机序列号和主机分配给无线压力传感器的编号组合的方式形成自己唯一的识别码，无线压力传感器将上述唯一识别码通过第二水声换能器9发送给预警主机，预警主机接收到上述识别码并确认识别码正确后确认配对成功，此时预警主机的第一警示灯3按照配对信息中的颜色值亮起，并通过第一水声换能器5向无线压力传感器发送识别成功指令，无线压力传感器接收到配对成功的指令后将第二警示灯12按配对信息中的颜色值点亮。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。