本發(fā)明涉及一種多種傳感器融合的智能檢測(cè)系統(tǒng)，用于各種危險(xiǎn)場(chǎng)景的智能檢測(cè)以及人員基本信息監(jiān)測(cè)。

背景技術(shù)：

隨著智能檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)也越加的先進(jìn)，以及傳感器的輕型化、智能化以及準(zhǔn)確度的提高，這也為智能檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展以及運(yùn)用提供了先天的基本條件。智能檢測(cè)技術(shù)被廣泛運(yùn)用于環(huán)境信息檢測(cè)、人員信息檢測(cè)以及高精度設(shè)備的信息檢測(cè)，被運(yùn)用于工業(yè)、軍事、消防救援、交通等領(lǐng)域。

在工業(yè)化快速發(fā)展的情況下，同時(shí)也制造了許多的危險(xiǎn)場(chǎng)景。在對(duì)于危險(xiǎn)環(huán)境信息的檢測(cè)，往往不止檢測(cè)一種信息，而是多種信息的同時(shí)檢測(cè)，這樣才能詳細(xì)了解環(huán)境基本情況。在于危險(xiǎn)環(huán)境中，也應(yīng)當(dāng)注重人員保護(hù)，檢測(cè)人員身體信息和環(huán)境基本情況，及時(shí)預(yù)警危險(xiǎn)情況以及方便快速的人員救援。

在于危險(xiǎn)未知環(huán)境的檢測(cè)中，無論是對(duì)環(huán)境的檢測(cè)或者是對(duì)于人員，此時(shí)都需要一款可以智能檢測(cè)多個(gè)信息的以及可以嵌入人員服裝或者是便于探險(xiǎn)小車或機(jī)器人攜帶的一款智能裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于對(duì)危險(xiǎn)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種基于多傳感器融合的智能檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括多個(gè)傳感器融合檢測(cè)裝置，每個(gè)傳感器融合檢測(cè)裝置通過無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送至云端，若干個(gè)傳感器融合檢測(cè)裝置之間通過zigbee協(xié)議進(jìn)行自組網(wǎng)，組網(wǎng)后，傳感器融合檢測(cè)裝置作為節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)傳輸至協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器將數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)或者通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至云端：

傳感器融合檢測(cè)裝置包括傳感器模塊、zigbee組網(wǎng)無線傳輸模塊、無線通訊模塊以及數(shù)據(jù)處理核心控制模塊，其中：

傳感器模塊至少包括紅外溫度傳感器以及電化學(xué)傳感器；

當(dāng)前傳感器融合檢測(cè)裝置通過zigbee組網(wǎng)無線傳輸模塊與其他傳感器融合檢測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)自組網(wǎng)；

數(shù)據(jù)處理核心控制模塊基于非線性自校正與溫度自補(bǔ)償算法對(duì)電化學(xué)傳感器獲得的實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，包括以下步驟：

步驟1、通過統(tǒng)計(jì)獲得電化學(xué)傳感器的自身特性曲線隨著溫度而變化的特性圖；

步驟2、獲得電化學(xué)傳感器的實(shí)時(shí)檢測(cè)信號(hào)u，依據(jù)公式：

p＝a0(t)+a1(t)u+a2(t)u²計(jì)算得到數(shù)據(jù)融合補(bǔ)償以后的檢測(cè)信號(hào)p，式中，a0(t)、a1(t)、a2(t)為隨溫度變化的系數(shù)，通過以下公式迭代得到：

a0(t)＝a0+a1t+a2t²；

a1(t)＝b0+b1t+b2t²；

a2(t)＝c0+c1t+c2t²，式中，t為溫度，a0、a1、a2、b0、b1、b2、c0、c1、c2為通過步驟1的特性圖所獲得的系數(shù)；

無線通訊模塊，將經(jīng)過數(shù)據(jù)處理核心控制模塊處理的檢測(cè)數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至云端。

優(yōu)選地，若干個(gè)所述傳感器融合檢測(cè)裝置通過樹狀結(jié)構(gòu)組網(wǎng)。

優(yōu)選地，所述傳感器模塊還包括三軸加速度傳感器，通過三軸加速度傳感器得出佩戴者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，將人體運(yùn)動(dòng)分為三軸運(yùn)動(dòng)，正常運(yùn)動(dòng)時(shí)，加速度小于4g，當(dāng)人體摔倒時(shí)，加速度達(dá)6g以上，配合姿態(tài)檢測(cè)，由所述數(shù)據(jù)處理核心控制模塊判斷此時(shí)人體的姿態(tài)是否平躺，從而判斷出佩戴者是否意外摔倒，同時(shí)判斷其在摔倒后是否重新站立，若未重新站立則判斷此時(shí)需要及時(shí)的救援。

優(yōu)選地，所述傳感器融合檢測(cè)裝置還包括電源模塊，電源模塊采用鋰電池，鋰電池的輸出經(jīng)線性穩(wěn)壓芯片以后供電傳感器模塊、zigbee組網(wǎng)無線傳輸模塊、無線通訊模塊以及數(shù)據(jù)處理核心控制模塊。

優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)處理核心模塊、所述zigbee組網(wǎng)無線傳輸模塊及所述無線通訊模塊采用高度集中設(shè)計(jì)，同時(shí)采用密封式結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：1)溫度、濕度、一氧化碳、硫化氫、加速度、心率和gps多傳感器的實(shí)時(shí)監(jiān)控；2)多個(gè)裝置通過zigbee無線組網(wǎng)；3)上位機(jī)和安卓客服端遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控；4)大數(shù)據(jù)融合分析，得出多個(gè)數(shù)據(jù)多時(shí)段信息。

附圖說明

圖1為系統(tǒng)整體框圖；

圖2為電化學(xué)傳感器自校正示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。

本發(fā)明基于多傳感器的融合以及傳感器信息的智能處理，實(shí)現(xiàn)例如消防救援環(huán)境中危險(xiǎn)氣體和基本信息的檢測(cè)，例如一氧化碳、硫化氫、溫度、濕度等狀態(tài)信息的檢測(cè)；同時(shí)也可以對(duì)人員的基本信息進(jìn)行檢測(cè)，例如人員的體溫、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、gps定位信息等基本信息的檢測(cè)。便于檢測(cè)危險(xiǎn)環(huán)境信息以及保護(hù)人員的安全。同時(shí)該裝置為黑匣子式設(shè)計(jì)，可以嵌入于人員的服裝中，也可以放置在機(jī)器人身體上，通過zigbee的組網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于多個(gè)裝置的實(shí)時(shí)并行監(jiān)測(cè)。通過4g網(wǎng)絡(luò)可以將信息傳輸至云端，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程pc的實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)配合安卓軟件，可以在移動(dòng)客戶端遠(yuǎn)程監(jiān)控。云端儲(chǔ)存不同時(shí)段的多個(gè)歷史數(shù)據(jù)信息，可以在安卓查看歷史變化曲線以及對(duì)比分析數(shù)據(jù)，得出環(huán)境或者人體狀況分析。

為了達(dá)到上述的效果，本發(fā)明提供的一種基于多傳感器融合的智能檢測(cè)系統(tǒng)是通過下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

包括多個(gè)傳感器融合檢測(cè)裝置，每個(gè)傳感器融合檢測(cè)裝置通過無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送至云端，若干個(gè)傳感器融合檢測(cè)裝置之間通過zigbee協(xié)議進(jìn)行自組網(wǎng)，組網(wǎng)后，傳感器融合檢測(cè)裝置作為節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)傳輸至協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器將數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)或者通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至云端。

結(jié)合圖1，多傳感器融合檢測(cè)裝置包括各個(gè)傳感器模塊、電源模塊、zigbee組網(wǎng)無線傳輸模塊、4g通訊模塊以及數(shù)據(jù)處理核心控制模塊。

傳感器模塊主要包含紅外溫度傳感器、濕度傳感器、一氧化碳傳感器、硫化氫傳感器、心率傳感器、加速度傳感器和gps模塊等。通過紅外溫度傳感器、電化學(xué)一氧化碳傳感器、電化學(xué)硫化氫傳感器、紅外心率傳感器、三軸加速度傳感器和gps傳感器分別可以檢測(cè)人員溫度和環(huán)境溫度、一氧化碳濃度、硫化氫濃度、人員心率、人員運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和gps坐標(biāo)信息?？梢砸暰唧w情況以及環(huán)境增減傳感器，傳感器與數(shù)據(jù)處理核心控制模塊通過通用uart串口直接連接，方便于如消防救援環(huán)境不同需要的運(yùn)用。

各個(gè)傳感器為獨(dú)立模塊，通過通用usb接口與控制模塊連接，在具體應(yīng)用情況下可以改變傳感器的種類，比如在消防救援時(shí)，救援人員佩戴，可以檢測(cè)人員的體溫、心率、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和gps信息，同時(shí)還可以檢測(cè)環(huán)境的溫度、一氧化碳濃度和硫化氫濃度等信息。在運(yùn)用于探險(xiǎn)小車時(shí)則可以減去心率模塊，改為霍爾傳感器，實(shí)時(shí)檢測(cè)小車電量。此種通用的傳感器接口式設(shè)計(jì)以及傳感器獨(dú)立模塊設(shè)計(jì)大大增廣應(yīng)用場(chǎng)景，同時(shí)提高運(yùn)用便捷性。

在傳感器模塊中，例如一氧化碳傳感器和氧氣濃度傳感器之類的電化學(xué)傳感器存在先天的缺點(diǎn)，就是自身的特性曲線隨著溫度而變化。本發(fā)明通過統(tǒng)計(jì)得出變化的特性圖，在本裝置內(nèi)提前內(nèi)置高精度紅外溫度傳感器，基于回歸分析法，編寫了一氧化碳濃度電化學(xué)傳感器和硫化氫濃度電化學(xué)傳感器的非線性自校正與溫度自補(bǔ)償算法，基本系統(tǒng)模型如圖2。非線性自校正算法采用一元二階三項(xiàng)式的逆模型進(jìn)行刻度轉(zhuǎn)換，公式如下：

p＝a0(t)+a1(t)u+a2(t)u²

式中，u為獲得的電化學(xué)傳感器的實(shí)時(shí)檢測(cè)信號(hào)，p為計(jì)算得到的數(shù)據(jù)融合補(bǔ)償以后的檢測(cè)信號(hào)。

a0(t)、a1(t)、a2(t)為隨溫度變化的系數(shù)，通過以下公式迭代得到：

a0(t)＝a0+a1t+a2t²；

a1(t)＝b0+b1t+b2t²；

a2(t)＝c0+c1t+c2t²，式中，t為溫度，a0、a1、a2、b0、b1、b2、c0、c1、c2為通過特性圖所獲得的系數(shù)。

將參數(shù)值帶入公式，得到我們溫度自補(bǔ)償公式，可以使最終濃度值與實(shí)際值誤差小于1％。

同時(shí)加減傳感器時(shí)，對(duì)于數(shù)據(jù)處理核心控制模塊的主頻也會(huì)造成一定的影響，這種變化會(huì)直接影響到對(duì)時(shí)鐘頻率精度要求極高的心率傳感器，通過統(tǒng)計(jì)核心數(shù)據(jù)傳感器的主頻變化特性，從而寫出糾正算法，糾正頻率變化，最后將誤差控制與千分之一以下，大大優(yōu)于市面上心率檢測(cè)模塊的精度。

通過三軸加速度傳感器可以得出佩戴者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，將人體運(yùn)動(dòng)分為三軸運(yùn)動(dòng)，正常運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度是在一定范圍，通常小于4g，而當(dāng)人體摔倒時(shí)加速度可高達(dá)6g，配合姿態(tài)檢測(cè)，判斷此時(shí)人體的姿態(tài)是否平躺，完全可以判斷出佩戴者是否意外摔倒，同時(shí)判斷其在摔倒后是否重新站立，若未重新站立則判斷此時(shí)需要及時(shí)的救援。

zigbee模塊可以幫助多個(gè)裝置自動(dòng)無線組網(wǎng)，將多個(gè)裝置數(shù)據(jù)信息共同傳輸至遠(yuǎn)程pc端，遠(yuǎn)程上位機(jī)可以同步監(jiān)控多個(gè)裝置數(shù)據(jù)信息，同時(shí)4g模塊可以將數(shù)據(jù)信息發(fā)送至云端，利用大數(shù)據(jù)分析，實(shí)時(shí)分析傳感器信息，得出數(shù)據(jù)報(bào)告，配合安卓客服端，可以遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)得到裝置各個(gè)傳感器歷史和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)處理核心控制模塊與各個(gè)模塊采用有線通用usb接口連接，可以適應(yīng)多個(gè)傳感器，采集多個(gè)傳感器的信息，以及處理，通過多個(gè)傳感器的配合和智能算法來修正各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，以得出高精度的傳感器數(shù)據(jù)。最后通過uart串口通訊將數(shù)據(jù)傳輸至無線模塊將數(shù)據(jù)傳輸，無線模塊將數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程客服端或者云端，數(shù)據(jù)將會(huì)與安全值進(jìn)行智能對(duì)比，數(shù)據(jù)超過預(yù)設(shè)值，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)緊急提示人員注意。

本發(fā)明的各個(gè)傳感器融合檢測(cè)裝置之間可以通過zigbee模塊進(jìn)行組網(wǎng)，數(shù)據(jù)可以同時(shí)同步無線傳輸至上位機(jī)和遠(yuǎn)程終端，各個(gè)裝置之間組網(wǎng)主要通過樹狀結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)傳輸至協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器將數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)或者通過4g發(fā)送至云端，上位機(jī)采用vb編寫，實(shí)現(xiàn)同步刷新數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)顯示各個(gè)節(jié)點(diǎn)詳細(xì)信息。

接收到的數(shù)據(jù)通過4g實(shí)時(shí)傳回云端，云端保存每一刻數(shù)據(jù)，通過配合安卓手機(jī)app，可以查看實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，還可以分析各項(xiàng)數(shù)據(jù)的走勢(shì)和基本情況表，在人員佩戴時(shí)，可以結(jié)合人員的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、體溫、環(huán)境溫度和心率數(shù)據(jù)分析得出人員的健康狀況，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度以及實(shí)時(shí)的基本情況。

本發(fā)明設(shè)計(jì)為黑匣子型，采用鋰電池供電，經(jīng)線性穩(wěn)壓芯片以后供電cpu和各個(gè)傳感器模塊，數(shù)據(jù)處理核心模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊采用高度集中設(shè)計(jì)，同時(shí)密封式具有一定的防水能力，通用接口式連接，方便拆卸，連接傳感器無需操作，核心控制單元自動(dòng)識(shí)別同時(shí)各節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器自動(dòng)連接，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至上位機(jī)與遠(yuǎn)程服務(wù)器?？梢苑奖惴胖糜谔诫U(xiǎn)小車或者嵌入于人員服裝中，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。