专利名称：智能数据采集服务器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种智能数据采集服务器。该^Il务器主要用来对煤矿、化工厂、电厂、水厂、药厂、加油站等危险行业所处的瓦斯、 一氧化碳、氯气、汽油等有毒有害易燃易爆物体的监测，同时可视化监视现场情况，并提供现场的环境背景参数，以及应急救援时定位搜寻。
背景技术：
在我国工业迅速发展的同时，生产重大事故时有发生，尽管采取了多种行政和技术手段，效果还是不理想，究其原因不能从整体上实时把握有毒有
害易燃易爆气体的分布情况。目前所使用的生产安全监控系统，如KJ系列，
用于监测易燃易爆气体的前端只能监测某一位置的气体浓度，而整个坑道内
部的气体浓度是不均匀的；有效解决的办法是采用多点方式，利用成熟的传感器技术，音频定位技术，音视频压缩技术，无线传输技术，从多角度实现现场监测的可见、可听，可度量，可操作，为事故的预警、应急救援、事后处理提供科学依据和实用工具。
发明内容
本发明的目的是针对上述提到的现有使用的生产安全监控系统，用于监测易燃易爆气体的前端只能监测某一位置的气体浓度的问题，向社会提供一种集成度高、可多参数检测的智能数据采集服务器。
本发明的另一个目的是本智能数据采集服务器还可以实现定位搜寻的作用。
本发明的技术方案是设计一种智能数据采集服务器，包括外壳、在外壳内设有电路板，所述电路板上设有中央处理器，分别受控于中央处理器的视频信号采集单元、音频信号采集单元、环境参数采集单元、有害气体采集
单元；所述视频信号釆集单元包括串联的视频信号采集;f莫块的摄像头；所述音频信号采集单元包括串联的音频信号采集模块与麦克风；所述环境参数采集单元包括环境参数采集模块与环境参数采集传感器；所述有害气体采集单元包括串联的害气体采集模块与有害气体传感器，所述有害气体传感器设置在所述外壳上。
所述有害气体传感器是瓦斯传感器、 一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、氧气传感器、烟雾传感器、氯气传感器或硫化氢传感器及其组合。
还包括与中央处理器相接的无线接收和发射单元。
作为对本发明的改进，本发明还包括救援搜寻模块，所述救援搜寻模块由多组并联的子模块组成，每组子模块包括一个前置放大电路和一个背景噪音过滤电路，每组子模块输入端与一个声音传感器相连接，每组子模块输出端接多工器MUX，从多工器MUX传出的声音信号经模数转换及编码单元后送给声波匹配单元，在此单元经与语音模板库的预留音比较后输出。
所述环境参it采集传感器是温度传感器、湿度传感器、气压传感器、风向传感器及其组合。
本发明具有集成度高、可多参数;险测的优点，不仅可实现对有毒有害易燃易爆气体的浓度检测，而且还可对实现现场环境温度湿度压力风向及位置的检测，对现场设备人员的视频音频监测，通过总线或以太网或无线，实时地将这些数据发送到控制主机，在这些数据的基础上进行仿真、预警、处理等等的优点。
定位搜寻模块是在事故发生时实施救援的辅助工具，适合搜寻被困在混凝土、瓦砾或其他固体下的幸存者。
图1是本发明装置立体结构示意图。图2是图1中基本单元结构示意图。
图3是图1中的音视频编码压缩方框结构示意图。
图4是气体及环境参数采集结构方框示意图。
图5是定位搜寻单元结构示意图。
图6是本发明装置网络拓朴示意图。
图7是本发明装置内置的嵌入式软件构造示意图。
具体实施例方式
下面将结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。图中，l是外壳，12、 13是工作状态指示灯，IO是中央控制器(CPU)，20是视频采集单元，21是视频信号采集模块，22是摄像头，30是音频采集单元，31是音频信号采集模块，32是麦克风，40是有害气体采集单元，41是有害气体信号采集模块，42是有害气体传感器，50是环境参数采集单元，51环境参数采集模块，52是环境参数采集传感器，60是无线发射和接收单元，70是总线接口， 80是搜寻单元。
请参见图1和图2，图l是本发明装置立体结构示意图，图2是图1中基本单元结构示意图。它是一种智能数据采集服务器，包括外壳l、在外壳1内设有电路板，所述电路板上设有中央处理器10，分别受控于中央处理器10的视频信号采集单元20、音频信号采集单元3G、环境参数采集单元50;在所述外壳1上设有受控制于中央处理器10的有害气体采集单元40,与视频信号采集模块21相连的摄像头22，与音频信号采集模块31相连接的麦克 风32，与环境参数釆集模块51相连的环境参数采集传感器52;中央处理器 10还可与无线发射和接收单元60、总线接收单元70,以太网接收单元90 及搜寻单元80相接，其中无线发射和接收单元60、总线接收单元70,以太 网接收单元90可以单独设置，也可以任选两个进行组合设置，以及三个同 时设置。组合设置时，本发明可以构成无线网或有线网，以及无线网与有线 网相结构的混合网络。在外壳1上还设有用于显示本发明工作状态的指示灯 12、 13等。
所述有害气体传感器是瓦斯传感器、 一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、 氧气传感器、烟雾传感器、氯气传感器或硫化氢传感器及其组合。 所述摄像头为CMOS/CCD摄像头。
所迷救援搜寻模块由多组并联的子模块组成，每组子^t块包括一个前置 放大电路和一个背景噪音过滤电路，每组子模块输入端与一个声音传感器相 连接，每组子模块输出端接多工器MUX，从多工器MUX传出的声音信号经模 数转换及编码单元后送给声波匹配单元，在此单元经与语音模板库的预留音 比较后输出。
所迷环境参数采集传感器是温度传感器、湿度传感器、气压传感器、风 向传感器及其组合。
请参见图3，图3是图1中的音视频编码压缩方框结构示意图。所述视 频图像采集根据使用条件分为2种情况 一种是使用电池供电的情况下，内 置CMOS/CCD摄像头，图像信号经过白平衡调整背光补偿数字化处理后送到 緩存，另一种是在充足的供电情况下，视频接口的BNC接头直接接入外置摄像机输出的标准CCTV信号，，信号制式可能是PAL、 NTSC或混合制式，支持 CIF、 Dl、 half-dl三种清晰度；所有图像清晰度必须支持CIF格式，压缩算 法遵循H. 264和JPEG2000标准，帧频在0到30帧连续可调；视频功能支持 抓拍、动态检测、自动跟踪，在外接硬盘等存储系统情况下，支持本地录像 功能。
音频采集采用去除背景噪声，噪音压制、主动噪音控制及声音回波抵消 相结合的方式，压缩标准遵循MP3。
请参见图4，图4是气体及环境参数采集结构方框示意图。有毒有害易 燃易爆气体包括甲烷、 一氧化碳、氯气、硫化氢等，也涵盖了二氧化碳、氧 气、烟雾，或负压、水位、顶板压力等工作条件，内置的专用气体检测传感 器根据气体浓度的不同输出不同的模拟电压，经过前置放大、低通滤波、增 益补偿，送到A/D转换单元，变成16位精度的数字量；外置气体传感器输 出的标准4到20毫安电流环信号，经过I/V转换、低通滤波、增益补偿， 送到A/D转换单元。气体检测频率从每秒10次到每分1次，根据实际可适 当调整。
环境物理参数包括温度、湿度、气压、风向，特殊的环境可以由不同的 环境参数，依据实际，适当增减；采样方法与气体采样相同，有效数字为12 位，采样频率固定。
请参见图5，图5是定位搜寻单元结构示意图。所述救援搜寻单元由全 方位声音传感器、前置放大器、背景噪音过滤、模数转换、声波匹配单元组 成，来自幸存者的呼喊、拍打、敲击，会在空气中传播或在固体中产生微小 震动，被声音传感器接收后转换为电信号，这一有规律信号的识别依赖于声波匹配单元，声波匹配单元比对已存在内存中的声波^^莫版，经比对确i人的， 直接向远程的主控设备发送救援请求，不能确认的，可以将接收声波直接发 送给主控设备(未画出)。
请参见图6，图6是本发明装置网络拓朴示意图。本发明可采用无线通信 方式，它是基于目前先进的无线局域网标准802. lln技术，包括基本的PHY 和MAC能力，以及多输入多输出天线技术和OFDM技术，具有无线通道评估、 时间及频率同步、距离修正、QoS流量调节、自动负载平衡等优点； IEEE802. lln标准全面改进了 802. 11标准，不仅涉及物理层标准，同时也采 用新的高性能无线传输技术提升MAC层的性能，优化数据帧结构，提高网络 的吞吐量性能；天线分为上行和下行2组工作方式，有利于无线中继，以扩 展更远的传输距离。
本发明中的电源管理系统(未画出)提供不同的标准时钟给中央处理 器(CPU) 10、 DRAM、 DSP、 AD、 AV编码，接受外部5伏DC输入，并变换产 生l. 8伏、2. 5伏、3. 3伏DC，供给其它功能单元，同时监测整个系统的过 流和死机的发生。本发明的形式可以是板上系统s ob ，也可以是片上系统s oc 。 图6显示了煤矿井下石亢道所使用的综合了以太网网络、无线网络、现场 总线网络的监测监控网络。
从系统的连接拓朴看，图中画出了 8个结构相同的本发明服务器，分别 编号为100、 200、 300、 400、 500、 600、 700、 800,它们构成了主干网络， 该网络是无线的，带宽在10Mbps左右，从道的底部逐渐延伸到顶部，由于 坑道弯曲的原因，装置200、 300启用了中继功能；服务器100与主控设备 通过以太网电缆连接起来，带宽在100Mbps左右；服务器600、 700、 800挂
9接到同一现场总线上，最大带宽在1Mbps左右，主要用来采集传感器信息。 从数据流向来看，主控设备发出获取或配置指令给服务器800，如取得 服务器800的传感器数据，指令首先通过以太网发送给服务器100,服务器 100内部判断发给的指令不是给自己的，将该指令通过下行无线PHY发给服 务器200，同样的，服务器200发送给服务器600，服务器600通过现场总 线收发器发送给服务器800;服务器800内部驻留的后台守护程序经解析指 令后，将16位传感器数据以现场总线帧发送给服务器600，服务器600将该 数据打包成无线帧发送给服务器200的下行无线PHY,同样地服务器200将 该帧转发给服务器100,服务器100通过以太网PHY上传给主控设备；对于 主控设备而言，整个过程是通明的。
本发明装置内部的FLASH固化有嵌入式软件，结构组成如图7所示，嵌 入式软件是由设备驱动程序，中断处理程序，控制输出程序，操作系统，应 用守护程序组成的；LINUX操作系统内置TCP/IP协议栈，负责整个系统的任 务管理和调度；应用守护程序主要有流媒体伺服，音视频压缩，无线通信， 总线通信，以太网通信，无线路由，数据存储，搜寻定位，LCD显示；驱动 程序主要和硬件通信，和中断处理程序，控制输出程序协调工作，保证硬件 处于正常的工作状态。
上述实施例为本发明优选实施方式，其它凡其原理和基本结构与本发明 相同或相近的，均在本发明保护范围之内。
权利要求
1、一种智能数据采集服务器，其特征在于包括外壳、在外壳内设有电路板，所述电路板上设有中央处理器，分别受控于中央处理器的视频信号采集单元、音频信号采集单元、环境参数采集单元、有害气体采集单元；与中央处理器相接的以太网接收单元、总线接收单元或无线接收和发射单元以及它们的组合；与所述视频信号采集单元包括串联的视频信号采集模块的摄像头；所述音频信号采集单元包括串联的音频信号采集模块与麦克风；所述环境参数采集单元包括环境参数采集模块与环境参数采集传感器；所述有害气体采集单元包括串联的有害气体采集模块与有害气体传感器，所述有害气体传感器设置在所述外壳上。
2、 根据权利要求1所述的智能数据采集服务器，其特征在于所述有害气体传感器是瓦斯传感器、 一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、氧气传感器、烟雾传感器、氯气传感器或^^u化氢传感器及其组合。
3、 根据权利要求1或2所述的智能数据采集服务器，其特征在于还包括与中央处理器相接的无线接收和发射单元。
4、 根据权利要求3所述的智能数据采集服务器，其特征在于还包括救援搜寻模块，所述救援搜寻模块由多组并联的子模块组成，每组子模块包括一个前置放大电路和一个背景噪音过滤电路，每组子模块输入端与 一个声音传感器相连接，每组子模块输出端接多工器(MUX),从多工器(固X)传出的声音信号经模数转换及编码单元后送给声波匹配单元，在此单元经与语音模板库的预留音比專交后l叙出。
5、 根据权利要求4所述的智能数据釆集服务器，其特征在于所述环境参数采集传感器是温度传感器、湿度传感器、气压传感器、风向传感器及其组合。
6、 根据权利要求1所述的智能数据采集服务器，其特征在于本装置组成的监测监控网络，既可以组成单一的工业总线网络或无线网络或以太网络，也可以组成混合拓朴网络。
全文摘要
一种智能数据采集服务器，包括外壳、在外壳内设有电路板，所述电路板上设有中央处理器，分别受控于中央处理器的视频信号采集单元、音频信号采集单元、环境参数采集单元、有害气体采集单元，所述有害气体传感器设置在所述外壳上。本发明具有集成度高、可多参数检测的优点，不仅可实现对有毒有害易燃易爆气体的浓度检测，而且还可对实现现场环境温度湿度压力风向及位置的检测，对现场设备人员的视频音频监测，通过总线或以太网或无线，实时地将这些数据发送到控制主机，在这些数据的基础上进行仿真、预警、处理等等的优点。
文档编号G08C17/00GK101533553SQ20081006584
公开日2009年9月16日 申请日期2008年3月14日 优先权日2008年3月14日
发明者陈坤源, 陈德元 申请人:深圳市华威世纪科技发展有限公司