專利名稱：智能火場救援報(bào)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(bào)警裝置及其控制方法。
背景技術(shù)：
通過走訪消防隊(duì)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(gè)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(bào)警裝置進(jìn)行了創(chuàng)新和改進(jìn)。目前，現(xiàn)有的氧氣呼吸器報(bào)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(jìn)行報(bào)警。但存在以下缺點(diǎn)哨聲并不能準(zhǔn)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(shí)，現(xiàn)有裝置沒有實(shí)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(gè)重要因素，因此心率的監(jiān)測也應(yīng)該被列為一項(xiàng)重要的指標(biāo)。

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(bào)警裝置及其控制方法。為了實(shí)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(bào)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(jī)；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(jī)的數(shù)據(jù)端口相連接，所述無線收發(fā)模塊與單片機(jī)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(bào)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(jī)；步驟二 通過單片機(jī)對接收的各數(shù)字信號進(jìn)行分析，若溫度值高于溫度預(yù)設(shè)值，則通過語音芯片進(jìn)行溫度報(bào)警；若壓力值低于壓力預(yù)設(shè)值，則通過語音芯片進(jìn)行壓力報(bào)警；步驟三由單片機(jī)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(bào)警采用二級報(bào)警，當(dāng)壓力值低于第一級壓力預(yù)設(shè)值時(shí)，通過語音芯片進(jìn)行一級壓力報(bào)警；當(dāng)壓力值低于第二級壓力預(yù)設(shè)值時(shí)，通過語音芯片進(jìn)行二級壓力報(bào)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(bào)警網(wǎng)絡(luò)；2、本發(fā)明采用模塊化設(shè)計(jì)，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(shí)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(fèi)時(shí)間去看顯示屏或是壓力表；4、本發(fā)明的氧氣壓力報(bào)警采用二級報(bào)警，更能引起人注意，而不是單一的一次報(bào)警，更有利于消防員的安全防護(hù)；5、本發(fā)明增加了對心率的監(jiān)測，使控制臺能及時(shí)的掌握消防員的身體情況，以便于及時(shí)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(dú)的儀器進(jìn)行測量，現(xiàn)將其融合在消防服上面，減輕了消防員的負(fù)重，更直觀更清晰的提示消費(fèi)員溫度是否為安全溫度，即時(shí)提醒撤離。


圖1為本發(fā)明的智能火場救援報(bào)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(bào)警裝置的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。如圖1所示，一種智能火場救援報(bào)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(jī)；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(jī)的數(shù)據(jù)端口相連接，所述無線收發(fā)模塊與單片機(jī)的數(shù)據(jù)端口相連接。本發(fā)明采用模塊化設(shè)計(jì)，將功能分解，降低之間的耦合性。從而，為了替換某個(gè)模塊達(dá)到質(zhì)量或效率的提升，就不會改變整個(gè)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(jìn)一步的詳細(xì)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(biāo)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(biāo)準(zhǔn)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(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)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(shí)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(shí)，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(zhǔn)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(jìn)行心率監(jiān)測時(shí)，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(shí)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(yuǎn)距離、超低功耗的無線透明傳輸模塊。工作于433MHz免費(fèi)ISM頻段，支持無線喚醒，提供多個(gè)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。可一次發(fā)送長達(dá)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(dá)2000米，適合遠(yuǎn)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(gè)適合火場救援這個(gè)復(fù)雜環(huán)境的語音芯片。ISD4004，工作電壓3V，單片錄放時(shí)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(shí)序放音1.發(fā)上電命令；2.等待TPUD (上電延時(shí))；3.發(fā)地址值的SETPLAY命令；4.發(fā) PLAY 命令。此時(shí),芯片就會從指定地址開始放音，當(dāng)出現(xiàn)EOM時(shí),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(shí))；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(shí)，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(shí)，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(jī)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(jī)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(jī)的48管腳(PA3)連接，PULSE管腳與ATMEGA128單片機(jī)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(jī)的29管腳(PD4)連接，TXD管腳與ATMEGA128單片機(jī)的28管腳(PD3)連接，RXD管腳與ATMEGA128單片機(jī)的27管腳(PD2)連接，AUX管腳與ATMEGA128單片機(jī)的44管腳(PA7)連接，SET B管腳與ATMEGA128單片機(jī)的45管腳(PA6)連接。采用所述的智能火場救援報(bào)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(jìn)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(jī)，其中，溫度信號和壓力信號傳往單片機(jī)的I/o 口，心率信號送往單片機(jī)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(jì)算可求得心率；通過單片機(jī)對接收的各數(shù)字信號進(jìn)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(shí)際情況進(jìn)行修改調(diào)整)，則由單片機(jī)控制通過語音芯片進(jìn)行溫度報(bào)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(jī)控制通過語音芯片進(jìn)行壓力報(bào)警，通過聲音提示消防員；所述的壓力報(bào)警采用二級報(bào)警，當(dāng)壓力值低于第一級壓力預(yù)設(shè)值15MPa時(shí)，通過語音芯片進(jìn)行一級壓力報(bào)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(shí)，通過語音芯片進(jìn)行二級壓力報(bào)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(jī)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(shí)現(xiàn)無線傳輸。外部的控制臺終端為PC機(jī)，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(jī)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(shí)將這些信號傳給消防員，以消防面罩的喇叭提醒出來，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)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(bào)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(bào)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(bào)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(bào)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(jī)；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(jī)的數(shù)據(jù)端口相連接，所述無線收發(fā)模塊與單片機(jī)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(bào)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(bào)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(bào)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(bào)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(bào)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(bào)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(jī)； 步驟二 通過單片機(jī)對接收的各數(shù)字信號進(jìn)行分析，若溫度值高于溫度預(yù)設(shè)值，則通過語音芯片進(jìn)行溫度報(bào)警；若壓力值低于壓力預(yù)設(shè)值，則通過語音芯片進(jìn)行壓力報(bào)警； 步驟三由單片機(jī)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(bào)警裝置的控制方法，其特征在于步驟二中所述的壓力報(bào)警采用二級報(bào)警，當(dāng)壓力值低于第一級壓力預(yù)設(shè)值時(shí)，通過語音芯片進(jìn)行一級壓力報(bào)警；當(dāng)壓力值低于第二級壓力預(yù)設(shè)值時(shí)，通過語音芯片進(jìn)行二級壓力報(bào)警。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的智能火場救援報(bào)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(bào)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(bào)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(jī)；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(jī)相連，無線收發(fā)模塊與單片機(jī)相連?？刂品椒ˋ/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(jī)；通過單片機(jī)對接收的各數(shù)字信號進(jìn)行分析，若溫度值高于溫度預(yù)設(shè)值，則通過語音芯片進(jìn)行溫度報(bào)警；若壓力值低于壓力預(yù)設(shè)值，則通過語音芯片進(jìn)行壓力報(bào)警；由單片機(jī)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(jì)偉, 洪旭東, 喻先勇, 袁海輝, 朱順平, 項(xiàng)偉 申請人:東北大學(xué)