專利名稱：智能火場救援報警裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于火場救援技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種智能火場救援報警裝置及其控制方法。
背景技術(shù)：
通過走訪消防隊及查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)消防員在營救行動中心源性疾病突發(fā)成為造成消防員死亡的主要因素。其次在火場搜救中與控制臺失去聯(lián)系而耗盡氧氣，以及高溫灼傷，也是造成消防員死亡的兩個重要因素。據(jù)美國消防局協(xié)會記載，在2000年在火場救援中死亡的37名消防員中，14人死于心臟病發(fā)作，8人死于窒息，7人死于體內(nèi)創(chuàng)傷，5人死于燒傷，2人死于創(chuàng)傷后肺炎，I人死于中風(fēng)。針對這樣的調(diào)查結(jié)果，發(fā)明人對現(xiàn)有的火場救援報警裝置進行了創(chuàng)新和改進。目前，現(xiàn)有的氧氣呼吸器報警裝置大部分是通過壓力表顯示氧氣瓶剩余壓力，通過哨聲來進行報警。但存在以下缺點哨聲并不能準確的顯示壓力值，是剩余15M Pa或是IOM Pa，這樣顯然會帶來不便。同時，現(xiàn)有裝置沒有實現(xiàn)對消防員心率的監(jiān)測；通過走訪發(fā)現(xiàn)心源性疾病也是造成消防員死亡的一個重要因素，因此心率的監(jiān)測也應(yīng)該被列為一項重要的指標。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種可有效地保證消防員安全的智能火場救援報警裝置及其控制方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，一種智能火場救援報警裝置，包括壓力傳感器、溫度傳感器、心率傳感器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、無線收發(fā)模塊、語音芯片及單片機；所述壓力傳感器、溫度傳感器及心率傳感器的輸出端分別與A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連接，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端和語音芯片的輸入端分別與單片機的數(shù)據(jù)端口相連接，所述無線收發(fā)模塊與單片機的數(shù)據(jù)端口相連接。所述壓力傳感器采用的型號為Ibest-PTOOl。所述溫度傳感器采用的型號為DS18B20。所述心率傳感器采用的型號為HKX-08A。所述無線收發(fā)模塊采用的型號為UTC4432。所述語音芯片采用的型號為ISD4004。采用所述的智能火場救援報警裝置的控制方法，具體包括如下步驟步驟一 A/D轉(zhuǎn)換模塊將壓力傳感器、溫度傳感器及心率傳感器采集的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并發(fā)送給單片機；步驟二 通過單片機對接收的各數(shù)字信號進行分析，若溫度值高于溫度預(yù)設(shè)值，則通過語音芯片進行溫度報警；若壓力值低于壓力預(yù)設(shè)值，則通過語音芯片進行壓力報警；步驟三由單片機通過無線收發(fā)模塊將檢測信號傳送給控制臺。
步驟二中所述的壓力報警采用二級報警，當(dāng)壓力值低于第一級壓力預(yù)設(shè)值時，通過語音芯片進行一級壓力報警；當(dāng)壓力值低于第二級壓力預(yù)設(shè)值時，通過語音芯片進行二級壓力報警。所述溫度預(yù)設(shè)值為80°C。所述第一級壓力預(yù)設(shè)值為15MPa，第二級壓力預(yù)設(shè)值為lOMPa。本發(fā)明的有益效果1、本發(fā)明改變之前單一的壓力提醒，形成溫度、壓力、心率三位一體的更全面的監(jiān)控報警網(wǎng)絡(luò)；2、本發(fā)明采用模塊化設(shè)計，互不影響工作，便于拆卸維修；3、本發(fā)明采用聲音提醒，在第一時間內(nèi)使消防員清楚地掌握氧氣瓶的壓力情況，而不用花費時間去看顯示屏或是壓力表；4、本發(fā)明的氧氣壓力報警采用二級報警，更能引起人注意，而不是單一的一次報警，更有利于消防員的安全防護；5、本發(fā)明增加了對心率的監(jiān)測，使控制臺能及時的掌握消防員的身體情況，以便于及時做出救援措施；6、本發(fā)明加上對面部附近溫度的監(jiān)測，之前溫度靠單獨的儀器進行測量，現(xiàn)將其融合在消防服上面，減輕了消防員的負重，更直觀更清晰的提示消費員溫度是否為安全溫度，即時提醒撤離。


圖1為本發(fā)明的智能火場救援報警裝置的電路原理框圖；圖2為本發(fā)明的智能火場救援報警裝置的電路原理圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。如圖1所示，一種智能火場救援報警裝置，包括壓力傳感器、溫度傳感器、心率傳感器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、無線收發(fā)模塊、語音芯片及單片機；所述壓力傳感器、溫度傳感器及心率傳感器的輸出端分別與A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連接，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端和語音芯片的輸入端分別與單片機的數(shù)據(jù)端口相連接，所述無線收發(fā)模塊與單片機的數(shù)據(jù)端口相連接。本發(fā)明采用模塊化設(shè)計，將功能分解，降低之間的耦合性。從而，為了替換某個模塊達到質(zhì)量或效率的提升，就不會改變整個結(jié)構(gòu)，只需要改相應(yīng)的模塊，這樣工作量就會明顯減少。共包括五大模塊壓力模塊、溫度模塊、心率模塊、無線收發(fā)模塊及語音模塊。所述壓力模塊為壓力傳感器，采用的型號為Ibest-PTOOl ;所述溫度模塊為溫度傳感器，采用的型號為DS18B20 ;所述心率模塊為心率傳感器，采用的型號為HKX-08A ； 所述無線收發(fā)模塊采用的型號為UTC4432，所述語音模塊為語音芯片，采用的型號為 ISD4004。下面對各模塊做進一步的詳細說明I)、壓力模塊
Ibest-PTOOl壓力傳感器采用硅壓阻傳感器芯片，經(jīng)集成信號放大轉(zhuǎn)化線路處理，輸出信號為4 20mA DC標注信號。適用于石油、冶金、電力、水力、環(huán)保、城市供水等領(lǐng)域?qū)Ψ歉g性流體(氣體或液體)的檢測和控制。1、量程50MPa，2、使用介質(zhì)氣體壓力，3、輸出信號4 20mA DC,4、電源15 30V DC，5、過載標準量程的150%,6、精度等級O. 5，O. 3，7、長期穩(wěn)定性< O. 2% FS /年2)、溫度模塊考慮到1、適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍3. O 5. 5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電；2、獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊；3、測溫范圍一55°C +125°C，在-10 +85°C時精度為 ±0. 5°C，本發(fā)明采用DS18B20溫度傳感器。DS18B20 有三支引腳VCC、DQ 和 VDD。3)、心率模塊一般的心率傳感器測量心率時，對脈搏有一定的壓力，從而影響消防員的救援。而用紅外、光電傳感器，則會受火場環(huán)境影響，從而使測得的數(shù)據(jù)不準確。而HKX-08A是一款檢測心率的集成了模擬信號處理與數(shù)字處理技術(shù)于一體的電路模塊。通過心電電極檢測人體心電信號,輸出同步于心臟搏動的脈沖信號。檢測部位有手心、手腕、手臂、胸部等。對消防員進行心率監(jiān)測時，傳感器與消防員外衣做在一起，心電電極安裝在袖口處，信號通過無線方式發(fā)送到指揮車或指揮中心，用于消防員在救援時監(jiān)測其心率數(shù)據(jù)。4)、無線收發(fā)模塊通過查詢相關(guān)資料，考慮到距離、靈敏度、耗電等一些因素，本發(fā)明選用了 UTC4432這種無線收發(fā)模塊。UTC4432模塊是一款具備收發(fā)一體、超遠距離、超低功耗的無線透明傳輸模塊。工作于433MHz免費ISM頻段，支持無線喚醒，提供多個頻道選擇，可通過PC設(shè)置常規(guī)參數(shù)，也可通過MCU在線修改，透明傳輸無需編程，二次開發(fā)簡單方便?？梢淮伟l(fā)送長達384字節(jié)數(shù)據(jù)包，極大地方便了需發(fā)送大量數(shù)據(jù)的場合。開闊地通信距離可達2000米，適合遠距離無線數(shù)據(jù)傳輸、手持設(shè)備應(yīng)用開發(fā)、替換串口線纜等。5)、語音模塊本發(fā)明用語音提醒來代替顯示屏顯示，因此，需要一個適合火場救援這個復(fù)雜環(huán)境的語音芯片。ISD4004，工作電壓3V，單片錄放時間8至16分鐘，音質(zhì)好。芯片采用CMOS技術(shù)，內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列?？稍跀嚯娗闆r下保存100年，可反復(fù)錄音10萬次。鑒于火場復(fù)雜的環(huán)境以及消防員需要聽到清晰地聲音，本發(fā)明選擇了這種語音芯片。其錄放音時序放音1.發(fā)上電命令；2.等待TPUD (上電延時)；3.發(fā)地址值的SETPLAY命令；4.發(fā) PLAY 命令。此時,芯片就會從指定地址開始放音，當(dāng)出現(xiàn)EOM時,立即中斷停止放音。錄音1.發(fā)上電命令；2.等待TPUD(上電延時)；3.發(fā)上電命令；4.等待 2 倍 TPUD ；5.發(fā)地址值的SETREC命令；6.發(fā) REC 命令。此時，芯片就會從指定的地址開始錄音，一直到出現(xiàn)OVF (存貯器末尾)時，錄音停止。本發(fā)明的電路原理圖，如圖2所示，其中壓力傳感器的輸出信號為ADO，與ATMEGA128單片機的61管腳(PR))連接。溫度傳感器DS18B20( JP7)的VDD管腳與直流電源24V連接，DQ管腳與ATMEGA128單片機的46管腳(PA5)連接，GND管腳與地連接。心率傳感器HKX-08A (JP8)的PLS管腳與ATMEGA128單片機的48管腳(PA3)連接，PULSE管腳與ATMEGA128單片機的47管腳(PA4)連接，GND管腳與地連接，VCC管腳與直流電源3. 3V連接，INCl和INC2管腳直接與人體表面皮膚接觸。無線收發(fā)模塊UTC4432 (JP3)的GND管腳與地連接，VCC管腳與直流電源3. 3V連接，SET A管腳與ATMEGA128單片機的29管腳(PD4)連接，TXD管腳與ATMEGA128單片機的28管腳(PD3)連接，RXD管腳與ATMEGA128單片機的27管腳(PD2)連接，AUX管腳與ATMEGA128單片機的44管腳(PA7)連接，SET B管腳與ATMEGA128單片機的45管腳(PA6)連接。采用所述的智能火場救援報警裝置的控制方法，具體包括如下步驟步驟一檢測氧氣瓶壓力及模數(shù)轉(zhuǎn)化部分，把壓力傳感器用三岔螺絲接口接到氧氣瓶上，用A/D轉(zhuǎn)換模塊把壓力傳感器采集的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；步驟二 檢測消防員在火場中耐壓的最高溫度，將溫度傳感器安裝在消防服上，對面部附近的溫度進行監(jiān)測，再用A/D轉(zhuǎn)換模塊把溫度傳感器采集的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號;步驟三將黏貼式心率傳感器安裝在人手腕處，再用A/D轉(zhuǎn)換模塊把心率傳感器采集的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；步驟四將各數(shù)字信號發(fā)送給單片機，其中，溫度信號和壓力信號傳往單片機的I/o 口，心率信號送往單片機的中斷口，心率傳感器輸出的是同步于心臟搏動的脈沖信號，通過編程讀出中斷數(shù)，通過計算可求得心率；通過單片機對接收的各數(shù)字信號進行分析，若溫度值高于溫度預(yù)設(shè)值80°C (通過與消防員溝通后初定為80°C，可根據(jù)實際情況進行修改調(diào)整)，則由單片機控制通過語音芯片進行溫度報警，通過急促蜂鳴聲提示消防員；若壓力值低于壓力預(yù)設(shè)值，則由單片機控制通過語音芯片進行壓力報警，通過聲音提示消防員；所述的壓力報警采用二級報警，當(dāng)壓力值低于第一級壓力預(yù)設(shè)值15MPa時，通過語音芯片進行一級壓力報警，提醒消防員加快救援步伐，聲音為“短促蜂鳴，還有15MPa”;當(dāng)壓力值低于第二級壓力預(yù)設(shè)值IOMPa時，通過語音芯片進行二級壓力報警，提醒消防員盡快撤離，聲音為“尖銳蜂鳴，還有l(wèi)OMPa”。步驟五溫度、壓力和心率信號經(jīng)由單片機整合后成為數(shù)據(jù)組，送往串行口緩沖發(fā)送寄存器SBUF，通過CPU編程利用微功率無線收發(fā)模塊，將檢測信號以無線電波形式傳出火場，而在火場外部的控制臺利用無線接收模塊接收該信號，以實現(xiàn)無線傳輸。外部的控制臺終端為PC機，其接收到數(shù)據(jù)后，采用VB界面串行口調(diào)試助手分析所得數(shù)據(jù)；并通過單片機控制LED顯示消防員的心率、氧氣壓力及周圍溫度，出現(xiàn)異樣狀況就組織救援；同時將這些信號傳給消防員，以消防面罩的喇叭提醒出來，實現(xiàn)實時監(jiān)控，雙向反饋。本發(fā)明由語音芯片內(nèi)部程序控制聲音提醒的界限，在語音芯片內(nèi)部地址I上寫入音頻信號I (此處為溫度報警音頻急促蜂鳴聲)，地址2上寫入音頻信號2 (此處為壓力報警I級提醒音頻短促蜂鳴，“還有15MPa”)，地址3上寫入音頻信號3 (此處為壓力報警II級提醒音頻尖銳蜂鳴，“還有l(wèi)OMPa”)。
權(quán)利要求
1.一種智能火場救援報警裝置，其特征在于包括壓力傳感器、溫度傳感器、心率傳感器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、無線收發(fā)模塊、語音芯片及單片機；所述壓力傳感器、溫度傳感器及心率傳感器的輸出端分別與A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連接，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端和語音芯片的輸入端分別與單片機的數(shù)據(jù)端口相連接，所述無線收發(fā)模塊與單片機的數(shù)據(jù)端口相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能火場救援報警裝置，其特征在于所述壓力傳感器采用的型號為 Ibest-PTOOl。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能火場救援報警裝置，其特征在于所述溫度傳感器采用的型號為DS18B20。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能火場救援報警裝置，其特征在于所述心率傳感器采用的型號為HKX-08A。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能火場救援報警裝置，其特征在于所述無線收發(fā)模塊采用的型號為UTC4432。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能火場救援報警裝置，其特征在于所述語音芯片采用的型號為 ISD4004。
7.采用權(quán)利要求1所述的智能火場救援報警裝置的控制方法，其特征在于具體包括如下步驟 步驟一 A/D轉(zhuǎn)換模塊將壓力傳感器、溫度傳感器及心率傳感器采集的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并發(fā)送給單片機； 步驟二 通過單片機對接收的各數(shù)字信號進行分析，若溫度值高于溫度預(yù)設(shè)值，則通過語音芯片進行溫度報警；若壓力值低于壓力預(yù)設(shè)值，則通過語音芯片進行壓力報警； 步驟三由單片機通過無線收發(fā)模塊將檢測信號傳送給控制臺。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的智能火場救援報警裝置的控制方法，其特征在于步驟二中所述的壓力報警采用二級報警，當(dāng)壓力值低于第一級壓力預(yù)設(shè)值時，通過語音芯片進行一級壓力報警；當(dāng)壓力值低于第二級壓力預(yù)設(shè)值時，通過語音芯片進行二級壓力報警。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的智能火場救援報警裝置的控制方法，其特征在于所述溫度預(yù)設(shè)值為80°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的智能火場救援報警裝置的控制方法，其特征在于所述第一級壓力預(yù)設(shè)值為15MPa，第二級壓力預(yù)設(shè)值為lOMPa。
全文摘要
智能火場救援報警裝置及其控制方法，屬于火場救援技術(shù)領(lǐng)域。裝置包括壓力傳感器、溫度傳感器、心率傳感器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、無線收發(fā)模塊、語音芯片及單片機；壓力傳感器、溫度傳感器及心率傳感器的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連， A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端和語音芯片的輸入端與單片機相連，無線收發(fā)模塊與單片機相連。控制方法A/D轉(zhuǎn)換模塊將傳感器采集的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并發(fā)送給單片機；通過單片機對接收的各數(shù)字信號進行分析，若溫度值高于溫度預(yù)設(shè)值，則通過語音芯片進行溫度報警；若壓力值低于壓力預(yù)設(shè)值，則通過語音芯片進行壓力報警；由單片機通過無線收發(fā)模塊將檢測信號傳送給控制臺。
文檔編號G08B21/02GK103021127SQ201210589798
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月29日
發(fā)明者唐傳茵, 許二豐, 計偉, 洪旭東, 喻先勇, 袁海輝, 朱順平, 項偉 申請人:東北大學(xué)