一种环境安全检测报警及人员定位一体式检测系统及方法与流程

1.本发明属于环境安全检测技术领域，尤其涉及一种环境安全检测报警及人员定位一体式检测系统及方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.有限空间是指封闭或部分封闭、进出口受阻但人员可以进入，未被设计为固定工作场所，通风不良，易造成有毒有害、易燃易爆物质积聚或氧含量不足的空间。由于有限空间自身的特殊性，涉及特殊行业较多，人员安全保障不到位，极易出现中毒窒息等危险事故。
4.检测分机设备主要检测有限空间环境中有毒有害、易燃易爆气体或粉尘等数据。
5.监控平台利用该检测分机设备检测的信息，判断有限空间的可否满足作业条件，若不符合，则不进入该空间，直至判断符合作业条件再进入。该检测装置、系统，可全程监控作业过程中作业空间的各项环境状况，随时监控作业人员的安全状态保证安全操作。最大限度避免环境未知的有限空间对作业人员的伤害。
6.当前市场上的检测设备集成度低，功能单一，缺乏智能化，测量数据不准确，容易出现误测误报的情况。设备灵活性差，适应性不强，组合相对繁琐笨重。大多为单向报警模式，紧急情况下会出现发现不及时、发现不全面的问题，导致后台管理人员不能够准确地判断现场工作人员情况，增加事故发生风险。


技术实现要素：

7.为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种环境安全检测报警及人员定位一体式检测系统及方法。
8.为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
9.本发明第一方面提供了一种环境安全检测报警及人员定位一体式检测系统，包括检测分机、移动手环和智能处理系统；
10.所述检测分机与智能处理系统以及移动手环通信连接；
11.所述检测分机获取密闭环境中的环境参数以及移动手环的状态信息和位置数据，并将环境参数以及移动手环的状态信息和位置数据进行显示，当环境参数以及移动手环的状态信息和位置数据异常时进行预警或者报警；
12.所述检测分机将获取的环境数据、移动手环的状态信息和位置数据、以及检测分机的状态参数发送至智能处理系统；
13.所述智能处理系统接收检测分机传输的各种数据，对检测分机发送来的数据进行集中显示，同时对数据进行处理，自动判断现场环境状态，自主预警报警。
14.本发明第二方面提供了一种环境安全检测报警及人员定位一体式检测方法，基于
一种环境安全检测报警及人员定位一体式检测系统，包括：
15.进行分机参数设置，进行分机位置标定，绑定移动手环；
16.点击分机按键模块的测试按键，启动分机自检功能，绿灯表示当前传感器检测模块工作正常，故障时绿灯熄灭并主动报警；
17.分机自检完成后，检测分机实时获取密闭环境中的环境参数以及移动手环的状态信息和位置数据，并将环境参数以及移动手环的状态信息和位置数据进行显示，状态指示灯亮，同时将数据上传至智能处理系统；
18.分机控制器进行数据分析处理，判断某种环境参数含量超过/低于设定的允许上限/下限时，检测分机控制报警器开始报警，lcd显示屏上优先显示报警信息，报警指示灯亮；
19.判断移动手环相对于两个不同定位基站之间无线电信号传播的时间差，得出定位手环相对于定位基站的位置，实现0-3维定位。
20.以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
21.(1)检测分机集成各类传感器检测模块，检测工作环境中氧气、一氧化碳、甲醛、硫化氢、氨气、挥发性气体、粉尘、湿温度等指标，在分机上显示检测结果，解决了现有检测机器搭载传感器类别单调的问题。
22.(2)检测分机结合安全监测、人员侦测、环境检测、智能预警、反向报警、实时定位、双重报警等功能，为方便管理，还配有远程管理、应急救援等功能，解决了目前检测设备功能单一的问题。
23.(3)检测分机通过与智能处理系统连接，传感器物联网、移动互联网、大数据分析等技术融为一体，能够自主判断是否发出警示信息。
24.(4)本设备研发了反向报警和双重报警模式，通过检测分机、检测主机和移动手环之间的数据实时通讯，工作人员通过检测分机自主调整工作进度和工作强度，必要时通过一键报警按键及时上报警情，解决了目前检测设备仅有传统单向报警模式，报警方式单一，对后台监测人员的整体素质要求较高，容易出现人员疲惫导致错报漏报的情况。
25.(5)当工作空间区域复杂时，工作人员工作位置难以捕捉，极易出现人员遗漏，昏迷丢失等问题；本设备采用uwb定位技术、获取工作人员数量、位置以及工作状态，采用lora扩频调制技术传输数据，解决密闭空间信号频闭及信号传输困难的技术难点。
26.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
27.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
28.图1为实施例1的检测分机组成框图。
29.图2为实施例1的检测分机本体结构示意图。
具体实施方式
30.下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
31.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
32.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
33.实施例一
34.如图1、图2所示，本发明提出一种环境安全检测报警及人员定位一体式检测系统，包括检测分机、移动手环以及后台智能处理系统；
35.所述检测分机用于获取密闭环境中的环境数据以及移动手环的状态信息和位置数据，并将环境数据以及移动手环的状态信息和位置数据进行显示，当环境数据以及移动手环的状态信息和位置数据异常时进行预警或者报警，同时检测分机将环境数据、移动手环的状态信息和位置数据、以及检测分机的状态参数等各种参数通过lora无线通讯方式发送至智能处理系统；
36.后台智能处理系统接收检测分机传输的各种数据，对检测分机发送来的信息进行集中显示，同时对数据进行处理，自动判断现场环境状态，自主预警报警；
37.所述智能处理系统包括监测主机以及安全监控中心，所述监测主机通过lora无线通讯方式与主服务器连接，主服务器与管理客户端以及安全监控中心通信通过网络连接；
38.所述检测分机无线连接监测主机，通过监测主机对某个分机或同时对所有分机进行远程管理，包括设置分机通讯参数、设置各个环境检测指标的预警值、报警值以及分机电量报警值等；
39.所述监测主机接收检测分机传输的数据，将数据上传至主服务器进行存储，安全监控中心通过连接主服务器获取数据进行显示，实时监督环境参数，当环境状态异常时自主预警报警，警示后台管理人员及时进行救援，管理客户端通过访问主服务器获取环境检测数据。客户管理端可以为手机、平板等设备，管理人员通过管理客户端可以查询环境状况，接收警情推送等操作。
40.所述检测分机包括分机mcu控制器、电源模块、无线通讯模块、基站定位模块、环境检测模块、分机报警器、分机指示灯、分机显示模块以及分机按键模块；所述分机mcu控制器分别连接无线通讯模块、基站定位模块、传感器检测模块、分机报警器、分机指示灯、分机显示模块以及分机按键模块；
41.所述电源模块用于给分机的各个组件提供电能；
42.所述分机显示模块为lcd显示屏，在检测分机本体上设有lcd显示屏、状态指示灯以及多个按键；
43.所述lcd显示屏用来显示环境检测模块的各项检测数据，本机及远程报警信息、电池电量信息，以及运动手环的各项状态数据及手环报警信息；其中，手环定位距离、电池电量、pm2.5、pm10、vocs、温度、湿度数据进行轮巡显示，遇到紧急报警则优先显示报警信息。
44.所述状态指示灯包括用于展示分机状态、手环状态、环境数据的状态指示灯，具体包括分机在线、手环在线、温度指示、湿度指示、vocs指示、氧气指示、粉尘指示、手环侦测、
手环电量、分机电量、电源指示等指示灯。
45.所述分机按键模块包括返回按键、确认按键、测试按键、消除按键、报警按键以及多个方向按键；
46.其中，返回按键：用于返回到主页面。
47.确认按键：用于确认菜单。
48.测试按键：用于测试分机是否正常工作，报警器是否正常。
49.消除按键：用于测试完成按下消除按键，分机将退出测试模式。
50.报警按键：按下报警按键，看到分机报警灯常亮，蜂鸣器长响，表示已经手动进行紧急报警，分机主机开始报警并上传控制室报警；
51.方向按键：用于“上、下、左、右”方向翻页，查询环境信息，手环电量，手环侦测、报警等。
52.所述基站定位模块通过uwb信号与移动手环进行通讯，数据输出端采用ttl232端口与分机控制器定位模块接口相连与分机进行数据传输；
53.所述基站定位模块用于获知移动手环的位置，基站定位模块采用ttl232端口与分机主控板的定位模块接口相连，与分机进行数据传输。分机主控芯片通过定位模块对手环进行数据采集、报警上传、位置检测、电量上传等功能。
54.基站定位模块采用的uwb定位技术，uwb定位基于测距原理，采用tdoa(到达时间差原理)，测得定位手环相对于两个不同定位基站之间无线电信号传播的时间差，从而得出定位手环相对于定位基站的位置，实现0-3维定位。
55.0维：当只有一个检测分机工作时，可以检测手环是否在定位区域内以及到检测分机的距离；
56.1维：当有两个检测分机同时工作时，通过uwb定位模块可以实现1维线性定位，定位手环在两个检测分机构成的直线中的位置
57.2维：当有三个检测分机同时工作时，通过uwb定位模块可以实现二维定位，定位手环在三个检测分机构成的平面中的具体位置。
58.3维：当有四个检测分机同时工作时，通过uwb定位模块可以实现三维定位，定位手环三维空间中的具体位置。
59.所述环境检测模块包括多个具有不同检测功能的传感器，用于检测多种气体的浓度，包括氧气检测传感器、二氧化碳检测传感器、一氧化氮气体检测传感器、二氧化硫气体检测传感器、硫化氢气体检测传感器、氨气气体检测传感器、pm2.5检测传感器、pm10检测传感器；传感器检测模块通过串行接口将检测的环境数据发送给分机mcu控制器；
60.传感器检测模块可对氧气、二氧化碳等vocs浓度含量以及pm2.5、pm10浓度含量进行检测并通过串行接口将数据发送给分机mcu控制器，分机mcu控制器通过远距离无线通讯模块将传感器检测模块的数据发送到检测主机和后台安全监控中心；
61.分机mcu控制器对数据进行处理，当分机mcu控制器判断某种气体含量超过/低于设定的允许上限/下限时，检测分机将控制报警器开始报警，lcd显示屏上优先显示报警信息，
62.所述传感器检测模块还包括温度检测传感器和湿度检测传感器；温度检测传感器和湿度检测传感器用于对环境的温度、湿度数据进行检测，当分机mcu控制器判断数值超
过/低于设定的允许上限/下限时，分机将开始报警，分机mcu控制器将数据上传至检测主机和后台安全监控中心。
63.所述分机mcu控制器是整个检测分机的核心部分，分机mcu控制器用以对输入检测分机的各种信号进行处理，判断信号所含的各种信息，然后做出相应的控制；
64.所述分机控制器通过无线通讯模块连接监测主机；所述检测主机接收检测分机传输的数据进行显示，通过检测主机进行分机的远程管理；远程管理主要是指通过上位机软件可以对检测分机进行参数设置、手环绑定、位置标定、状态监控等功能；
65.参数设置：通过上位机可以对某个分机或同时对所有分机进行远程参数设置。可设置分机通讯参数、各个环境检测指标的预警值、报警值以及分机电量报警值等参数；
66.手环绑定：可远程设置与分机绑定手环列表；
67.位置标定：检测分机可以随时更换位置，位置更换后可远程标定该检测分机在地图中的新位置；
68.状态监控：可以远程监控检测分机的在线状态、通讯状态、电池电量，报警状态等。
69.超远距离无线通讯模块是分机与主机数据传输的桥梁，在使数据可靠的传输前提也保证了无线信号能够覆盖较远距离。
70.超远距离通讯模块支持两种设置方式，一种是内置于检测分机中，通过串行接口与主控芯片进行通讯，另一种是置于外置报警器内部，通过延长线与检测分机连接，通过rs232转rs485模块用通讯电缆和分机主控板连接以达到数据传输，在对信号屏蔽的密闭空间内部，通过延长无线通讯模块的通讯电缆使之达到增强信号的作用。在屏蔽严重的密闭空间(如金属罐体内)，可将外置报警器安装于密闭空间外部，以提高设备通讯能力，报警器置于外部也便于发生报警时提醒外部救援人员并根据外置报警器的位置及时准确的找到求救人员。
71.超远距离通讯模块为lora扩频无线通讯模块，本设备采用llcc68芯片实现lora扩频无线通讯；lora扩频通信技术，是一种基于扩频的调制方式来扩展信号带宽，使同样的信号能量在一个更大的带宽上传播，通过宽带传输来提高信号的信噪比，增加了信号的抗干扰容限，大大提高了信号的传输距离和穿透能力。
72.检测分机具备智能预警功能，检测模块的监测数据实时传输给分机mcu控制器，分机mcu控制器进行数据处理后，将相应数据信息传输给液晶lcd显示屏进行数据显示，如果检测结果超标，通过警报器进行报警提示，检测分机智能预警功能根据安全管理参考数值实时预警和报警，当环境状况出现变化时，led显示屏幕上显示信息，状态指示灯亮，报警器发出警示提醒工作人员采取措施。
73.检测分机具备双重报警功能，分机mcu控制器对环境检测数据分析处理后，如果检测结果超标，则控制警报器进行报警提示；同时，后台智能分析系统可以自动识别现场环境，自主预警报警，解决工作人员在空间作业时危害警示不及时的问题，避免盲目施救，造成二次伤害。
74.检测分机具备反向报警功能，使检测分机具有更强的操作性；检测分机可以不连接检测主机独立工作。工作人员通过检测分机的屏幕显示、指示灯指示、报警警示等多种方式及时了解当前的环境状态，自主调整工作进度和工作强度，必要时通过按下报警按键及时上报警情，主动撤离，做到“防患于未然”。
75.检测分机具有实时自检功能，绿灯表示当前传感器工作正常，故障时绿灯熄灭并主动报警。检测分机具有参数设置功能，通过按键，可以方便地设置参数或者查阅当前环境指标数据。
76.检测分机采用uwb定位技术、获取工作人员数量、位置以及工作状态，采用扩频调制技术传输数据，解决密闭空间信号频闭及信号传输困难的技术难点，极大降低了作业安全风险，为平稳生产提供了安全保障。
77.检测分机软硬件均为自主研发，可以方便地修改电路和程序，可以根据需要增加系统支持所有的传感器，灵活性强，解决因不同环境而导致设备无法适用的问题。
78.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。