一種氣體檢測裝置及檢測方法與流程
2023-08-08 22:10:46 1
本發明涉及氣體檢測技術領域，特別涉及一種氣體檢測裝置及檢測方法。
背景技術：
氣體檢測裝置是一種檢測分析氣體洩露濃度的儀器儀表工具，該裝置通過將氣體傳感器採集的物理或者化學非電信號轉化為電信號，再通過外部電路對以上電信號進行整流、濾波等處理，並通過這些處理後的信號，顯示氣體濃度信息和控制相應的模塊實現氣報警、記錄、分析等具體功能。
氣體分析裝置可檢測硫化氫，一氧化碳，氧氣，二氧化硫，磷化氫，氨氣，二氧化氮，氰化氫，氯氣，二氧化氯，臭氧和可燃氣體等多種氣體。煤礦、礦山、市政、化工、煉化、油氣生產現場、工業、鋼鐵、家具生產等很多行業都需要檢測不同種類的氣體，檢測爆炸性氣體、有毒性氣體、揮發性氣體，以達到安全生產、健康生產。
由於氣體現場環境的複雜性，尤其是存在氣體爆炸、有毒性氣體洩露隱患的環境，生產作業和巡檢人員進入或身處該氣體現場就存在著健康甚至生命的威脅。傳統便攜與手持式氣體檢測裝置功能單一，一般只顯示氣體濃度，並進行本地記錄存儲，超標後報警。傳統手持式氣體檢測裝置一般只能通過現場人員使用對講設備進行語音匯報或視頻監控進行了解，當危險出現時，使用者急於奔跑逃命，可能沒有時間用對講機進行呼救；或者當氣體傳感器失效或故障時，可能出現使用者已發現有氣體洩漏但檢測裝置無法檢測出的情況，此時使用者有可能已經暈倒，無法實時傳遞信息報警，也就無法對一線現場做出準確判斷、有效處置和及時救援。
技術實現要素：
本發明提供一種氣體檢測裝置及檢測方法，能夠獲取識別使用者的姿態信息，從而判斷使用者的狀態是否安全，並及時傳遞預警信號。
一方面，為實現上述目的，本發明提供了一種氣體檢測裝置，包括：
微控制器；
對氣體濃度進行檢測的氣體傳感器，所述氣體傳感器通過a/d傳感器與所述微控制器連接；
對人體姿態信息進行獲取識別的九軸姿態傳感器，所述九軸姿態傳感器與所述微控制器連接；
對數據通信傳輸的無線通信模塊，與所述微控制器連接；
本安電源模塊，與所述微控制器連接，為所述氣體檢測裝置提供電源；
其中，所述微控制器獲取所述人體姿態信息後確定危險狀態信息，根據所述危險狀態信息產生報警信號並通過所述無線通信模塊進行數據傳輸，實現及時預警。
進一步地，還包括對數據進行傳輸的藍牙通信模塊，所述藍牙通信模塊與所述微控制器連接。
進一步地，還包括nb-iot傳輸模塊，所述nb-iot傳輸模塊與所述微控制器連接。
進一步地，還包括對語音指令進行識別的語音識別模塊，所述語音識別模塊與所述微控制器連接。
進一步地，還包括報警驅動電路模塊，所述報警驅動電路模塊與所述微控制器連接。
進一步地，還包括獲取使用者位置信息的衛星定位模塊，所述衛星定位模塊與所述微控制器連接。
進一步地，還包括對氣體傳感器使用時間進行計時的計時模塊，所述計時模塊分別與所述氣體傳感器和所述微控制器連接。
進一步地，還包括對數據進行存儲的flash存儲器，所述flash存儲器與所述微控制器連接。
另一方面，本發明提供了上述氣體檢測裝置的檢測方法，包括：
獲取氣體濃度數據和/或人體姿態信息；
根據所述氣體濃度數據和/或人體姿態信息確定危險狀態信息；
根據所述危險狀態信息，產生報警信號；
將所述報警信號無線傳輸至監控中心，以便及時預警及處置。
進一步地，還包括：
獲取使用者位置信息；
將所述使用者位置信息無線傳輸至監控中心，以便及時救援。
本發明實施例中提供的一個或多個技術方案，至少具有如下技術效果或優點：
1、本發明實施例提供的氣體檢測裝置，包括：微控制器；對氣體濃度進行檢測的氣體傳感器，所述氣體傳感器通過a/d傳感器與所述微控制器連接；對人體姿態信息進行獲取識別的九軸姿態傳感器，所述九軸姿態傳感器與所述微控制器連接；對數據通信傳輸的無線通信模塊，所述無線通信模塊與所述微控制器連接；本安電源模塊，與所述微控制器連接，為所述氣體檢測裝置提供電源；其中，所述微控制器獲取所述人體姿態信息後確定危險狀態信息，根據所述危險狀態信息產生報警信號並通過所述無線通信模塊進行數據傳輸，實現及時預警。由於採用九軸姿態傳感器對使用者的姿態進行獲取與識別，從而判斷使用者的狀態是否安全，並通過無線通信模塊及時傳遞信息至監控中心，以便第一時間對危險做出預判，有利於及時救援，避免潛在危險的發生或現實危險的擴大。
2、本發明實施例提供的氣體檢測裝置的檢測方法，包括：獲取氣體濃度數據和/或人體姿態信息；根據所述氣體濃度數據和/或人體姿態信息確定危險狀態信息；根據所述危險狀態信息，產生報警信號；將所述報警信號無線傳輸至監控中心，以便及時預警及處置，有利於及時救援，提高了氣體檢測裝置的使用安全係數。
附圖說明
圖1是本發明實施例提供的氣體檢測裝置的結構示意圖；
圖2是本發明實施例提供的氣體檢測裝置的檢測方法示意圖。
圖中，1-微控制器，2-本安電源模塊，3-無線通信模塊，4-藍牙通信模塊，5-flash存儲器，6-信息輸入模塊，7-語音識別模塊，8-報警驅動電路模塊，9-顯示模塊，10-衛星定位模塊，11-nb-iot傳輸模塊，12-九軸姿態傳感器，13-a/d傳感器，14-閃光燈報警模塊，15-語音報警模塊，16-振動報警模塊，17-氣體傳感器，18-計時模塊。
具體實施方式
本發明實施例提供一種氣體檢測裝置及檢測方法，能夠獲取識別使用者的姿態信息，從而判斷使用者的狀態是否安全，並及時傳遞預警信號，以便於對危險做出預判，有利於及時救援。
本文中術語「和/或」，僅僅是一種描述關聯對象的關聯關係，表示可以存在三種關係，例如，a和/或b，可以表示：單獨存在a，同時存在a和b，單獨存在b這三種情況。另外，本文中字符「/」，一般表示前後關聯對象是一種「或」的關係。
參見圖1，本發明實施例提供了一種氣體檢測裝置，包括：
微控制器1；
對氣體濃度進行檢測的氣體傳感器17，所述氣體傳感器17通過a/d傳感器13與所述微控制器1連接；
對人體姿態信息進行獲取識別的九軸姿態傳感器12，所述九軸姿態傳感器12與所述微控制器1連接；
對數據通信傳輸的無線通信模塊3，與所述微控制器1連接；
本安電源模塊2，與所述微控制器1連接，為所述氣體檢測裝置提供電源；
其中，所述微控制器1獲取所述人體姿態信息後確定使用者是否處於危險狀態，並通過所述無線通信模塊3進行數據傳輸，實現及時預警。
本實施例中，所述微控制器1(mcu)採用低功耗arm內核微處理器，微控制器1的型號可選stm32f103r8t6、stm32l152c8t6或stm32f107rx。
所述a/d傳感器13採用24位a/d傳感器，可採集多路氣體傳感器處理的電壓信號，將氣體傳感器檢測的電壓信號轉換為數位訊號並發送給微控制器1。a/d傳感器13的型號可選ad7799、ad7793、ad7705、mcp3421或tm7707。
優選的，無線通信模塊3的型號為sx1278lora。具體通過以下方式實現數據的通信傳輸：
在監控中心附近高樓上架設無線通信基站，基站通過網絡連接到監控中心伺服器。建立了高性能無線擴頻通信鏈路，可以達到10km長距離，低功耗，低速率3kbps的lpwan窄帶廣域網通信。無線通信模塊3採用現有先進的物聯網lpwan窄帶廣域網通信標準，採用ism組織規定的免授權免費公用頻段，具有超低功耗，長距離通信的特點。微控制器1通過spi數據接口控制無線通信模塊3的啟動、休眠、發送數據，無線通信模塊3接收到數據後觸發微控制器1進行解析處理。實現了氣體分析裝置終端單機與監控中心之間、終端單機與單機之間互聯互通、傳輸數據、實現通信，滿足現場使用終端單體與監控中心實時分享數據，實時報警、迅捷決策、快速處置的實際應用需求。
本實施例中，所述九軸姿態傳感器12採用單晶片mems傳感器，內置三軸加速度計、三軸陀螺儀、三軸地磁力等九個傳感器，能夠獲取計步、姿態、速度、方向等姿態數據，輸出站立、行走、跑步、平躺、跌倒等狀態信息。優選的，優選的，九軸姿態傳感器12的型號為mpu9250。
本實施例中，所述本安電源模塊2具有本安多級防護電路，具有充放電電路，保護過流、過壓、過充，為氣體檢測裝置的其他模塊提供穩定的直流5vdc和3.3vdc。
本實施例中，所述氣體檢測裝置還包括藍牙通信模塊4，所述藍牙通信模塊4與所述微控制器1連接，用於進行數據傳輸。所述藍牙通信模塊4採用低功耗藍牙4.2ble協議，具有主從一體，廣播和點對點通信功能。具體的，將所述藍牙通信模塊4與移動控制終端連接，進行藍牙通信，可利用移動控制終端進行參數設置及查詢歷史數據，還可在移動控制終端上看到使用者的姿態畫面，實現人機互動。所述移動控制終端為具有無線通信功能的智能終端，包括但不限於：智慧型手機及平板電腦。藍牙通信模塊4的型號可選hc-6cc2540、cc2541或esp32。
進一步地，所述氣體檢測裝置還包括nb-iot傳輸模塊11，所述nb-iot傳輸模塊11與所述微控制器1連接。所述nb-iot傳輸模塊11為可擴充的物聯網通信模塊，使移動控制終端具有冗餘的通信鏈路，增加了通信數據的可靠性。
本實施例中，所述氣體檢測裝置還包括語音識別模塊7，所述語音識別模塊7與所述微控制器1連接。所述語音識別模塊7採用非特定人聲命令識別，從而進行相應功能的實現，例如：語音命令說出「氣體濃度」，氣體檢測裝置語音播報當前氣體種類和濃度數據，免去在顯示屏上查看，增強了交互性。又例如：語音命令說出「濃度超標」或「有危險」或「氣體洩漏」或「救命」等類似詞語，語音識別模塊7進行識別後將信息發送至微控制器1，微控制器1將信息通過無線通信模塊3傳輸至監控中心，實現向監控中心緊急告警的功能，與對講機相比，提升了信息傳遞速率及用戶使用體驗。語音識別模塊7的型號可選ld3320或wtk6900b02。
本實施例中，所述氣體檢測裝置還包括報警驅動電路模塊8，所述報警驅動電路模塊8與所述微控制器1連接。當所述微控制器1獲取的氣體濃度信息超標時，微控制器1控制所述報警驅動電路模塊8進行報警。優選的，所述報警驅動電路模塊8分別連接閃光燈報警模塊14、語音報警模塊15和振動報警模塊16，可分別或同時實現聲、光、振動報警。其中，所述閃光燈報警模塊14採用led閃光燈，且可採用多種不同顏色，例如，紅、綠、藍等，根據報警級別和設定，可組成任意色彩、不同亮度、不同頻率的報警效果。語音報警模塊15採用預先錄製的高音質mp3音頻，可實現任意語音、警笛聲的報警，可設定不同音量，不同音頻內容，容易更改，適合個性化需求。振動報警模塊16採用振動電機實現振動效果。語音報警模塊15和振動報警模塊16可避免使用者未看到閃光報警時通過聲音和/或振動及時提醒使用者危險情況。
本實施例中，所述氣體檢測裝置還包括衛星定位模塊10，所述衛星定位模塊10與所述微控制器1連接。其中，所述衛星定位模塊10用於獲取使用者位置信息，並將所述使用者位置信息發送給微控制器1，微控制器1通過無線通信模塊3將使用者位置信息傳輸至監控中心，以便在遇到危險情況時監控中心及時獲取使用者位置信息，從而及時找到使用者並對險情進行處置，避免危險發生。所述衛星定位模塊10可採用所有gps、bd衛星定位模塊，如：u-bloxneo-7m-0-000gps模塊、sim868模塊。優選的，採用gps/bd雙模導航定位模塊，室外可獲取gps/北鬥衛星定位的數據，適用性強，如：um220-iiinlbd2+gps雙模定位模塊。
本實施例中，所述氣體檢測裝置還包括計時模塊18，所述計時模塊18分別與所述氣體傳感器17和所述微控制器1連接，用於記錄所述氣體傳感器17的使用壽命。計時模塊18具有計時及倒計時的功能，可對氣體傳感器17的開始使用時間和/或剩餘壽命時間進行計時和/或倒計時，從而在氣體傳感器17壽命終止前進行報警，以便及時更換。優選的，所述計時模塊18的型號為pcf8563t或ds3231。
本實施例中，所述氣體檢測裝置還包括flash存儲器5，所述flash存儲器5與所述微控制器1連接，用於存儲數據。
本實施例中，還包括信息輸入模塊6，所述信息輸入模塊6與所述微控制器1連接。所述信息輸入模塊為按鍵輸入模塊和/或觸屏輸入模塊，通過按鍵輸入模塊和/或觸屏輸入模塊輸入信息，進行數據查詢。所述按鍵輸入模塊可採用4鍵，每個鍵可對應多種操作方式形成復用，例如，單擊、雙擊、連擊、長按等。
本實施例中，所述氣體檢測裝置還包括顯示模塊9，所述顯示模塊9與所述微控制器1連接，用於顯示各種信息數據，例如：氣體濃度數據、使用者位置信息、環境狀態數據、人體姿態信息數據、緊急告警數據等。優選的，所述顯示模塊9採用耐低溫、高亮的oled顯示屏，在陽光下也能清晰查看數據。
下面對本實施例提供的氣體檢測裝置的工作過程進行詳細說明。
使用時，根據需要採集的氣體種類選擇一個或多個不同精度的氣體傳感器17。使用者手持氣體檢測裝置進行檢測時，通過九軸姿態傳感器12識別使用者的站立、行走、跑步、平躺、跌倒等姿態，通過微控制器1對姿態信息的危險狀態進行確認，在出現中毒跌倒或快速跑動等危險狀態時通過無線通信模塊3向監控中心發出緊急告警，監控中心及時對現場情況進行確認或派人救援，同時控制報警驅動電路模塊8進行報警，提醒現場其他人員有危險情況發生；也可直接通過無線通信模塊3將姿態信息傳輸至監控中心，以便進一步對使用者是否處於安全狀態進行確認。如果使用者已經暈倒，還可通過衛星定位模塊10獲取使用者的位置信息，及時進行救援。
通過無線通信模塊3可實現氣體濃度數據、使用者位置信息、環境狀態數據、人體姿態信息數據、緊急告警數據等的快速通信傳輸，數據傳輸時間小於100ms。監控中心也可以反向控制氣體檢測裝置終端，設置參數，修改功能。
另一方面，本實施例還提供了一種氣體檢測裝置的檢測方法，如圖2所示，包括：
步驟s110：獲取氣體濃度數據和/或人體姿態信息；具體而言，通過氣體傳感器17檢測氣體濃度數據並發送至微控制器1，通過九軸姿態傳感器12檢測人體姿態信息並發送至微控制器1。
步驟s120：根據所述氣體濃度數據和/或人體姿態信息確定危險狀態信息；
具體而言，微控制器1獲取氣體濃度數據和/或人體姿態信息後確定使用者是否安全，所述危險狀態信息是指使用者可能處於危險狀態的信息，例如：氣體濃度超標的信息、奔跑姿態信息、跌倒姿態信息等。
步驟s130：根據所述危險狀態信息，產生報警信號；
具體而言，如果微控制器1獲取到危險狀態信息則產生報警信號，如果獲取的是使用者正常行走等安全信息，則不產生報警信號。
步驟s140：將所述報警信號無線傳輸至監控中心，以便及時預警及處置。具體而言，微控制器1通過無線通信模塊3將報警信號傳輸至監控中心伺服器。
進一步地，本實施例的檢測方法還包括：
獲取使用者位置信息；具體而言，通過衛星定位模塊10追蹤使用者的位置信息並發送至微控制器1。
將所述使用者位置信息無線傳輸至監控中心，以便及時救援。具體而言，微控制器1通過無線通信模塊3將使用者位置信息傳輸至監控中心伺服器，以便及時對危險進行確認及處置。
下面通過一具體示例對本實施例的檢測方法予以詳細說明。
煉化廠工作人員佩戴本實施例的氣體檢測裝置進入現場，氣體傳感器17採集煉化廠當前h2s(硫化氫)氣體濃度為0，當到達某管線閥門附近，檢測裝置濃度超標報警，濃度數據顯示為3ppm，工作人員立即奔跑撤離，九軸姿態傳感器12採集到奔跑姿態發送至微控制器1；微控制器1根據獲取的氣體濃度數據以及奔跑姿態為危險狀態信息，確定出現了危險狀況；微控制器1產生報警信號；並將所述報警信號、氣體濃度數據、奔跑數據、工人所處位置信息無線傳輸至監控中心；監控中心立即控制關閉氣體管道閥門，安排緊急疏散，啟動應急預案。
本發明實施例中提供的一個或多個技術方案，至少具有如下技術效果或優點：
1、本發明實施例提供的氣體檢測裝置，包括：微控制器；對氣體濃度進行檢測的氣體傳感器，所述氣體傳感器通過a/d傳感器與所述微控制器連接；對人體姿態信息進行獲取識別的九軸姿態傳感器，所述九軸姿態傳感器與所述微控制器連接；對數據通信傳輸的無線通信模塊，所述無線通信模塊與所述微控制器連接；本安電源模塊，與所述微控制器連接，為所述氣體檢測裝置提供電源；其中，所述微控制器獲取所述人體姿態信息後確定危險狀態信息，根據所述危險狀態信息產生報警信號並通過所述無線通信模塊進行數據傳輸，實現及時預警。由於採用九軸姿態傳感器對使用者的姿態進行獲取與識別，從而判斷使用者的狀態是否安全，並通過無線通信模塊及時傳遞信息至監控中心，以便第一時間對危險做出預判，有利於及時救援，避免潛在危險的發生或現實危險的擴大。
2、本發明實施例提供的氣體檢測裝置的檢測方法，包括：獲取氣體濃度數據和/或人體姿態信息；根據所述氣體濃度數據和/或人體姿態信息確定危險狀態信息；根據所述危險狀態信息，產生報警信號；將所述報警信號無線傳輸至監控中心，以便及時預警及處置，有利於及時救援，提高了氣體檢測裝置的使用安全係數。
最後所應說明的是，以上具體實施方式僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照實例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。