专利名称：智能地震报警手机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及地震预警技术领域，具体涉及一种智能地震报警手机。
背景技术：
目前针对地震报警的设备主要包括基于振动原理的报警器以及基于重力传感原理的报警器。(一)基于振动原理的报警器，如图1所示的自制开关，用一个金属环作为电路一极，另一极通过一金属丝加重锤穿过，震动时金属丝会与金属环接触，电路闭合，发出警报。 该电路对金属环与摆锤间隙有较高的要求，也有利用重力球使电路开关断开，当振动发生时重力球位移使报警电路接通。还有一些利用水银开关、滚珠开关及弹簧开关作为振动感应器所构成的地震报警装置，这类技术结构简单、灵敏度高、制作方便，但因此类感应器仅起到开关作用，对于振动程度的大小它是无法判断，因而存在如下不足无法区分地震及其他振动，容易产生误报警；需要特殊的安放地点，使用条件苛刻；无智能，不能对振动程度进行鉴别；无法携带使用，对临时外出居住人员不适。( 二)接下来，关于基于重力传感原理的报警器，重力传感器(亦称加速度传感器)与振动开关的不同主要在于，它不是开关元件，它可以感知移动速度大小并输出相应信号。所以在地震报警器中使用重力传感器比单纯采用振动开关更有效。目前采用重力传感器构成的地震报警装置，不仅有更高的灵敏度，还可以对地震烈度进行判别。目前提供有一种依据重力传感器实现地震报警功能的手机。由于手机便于携带，功能齐全，在满足日常使用所需以外具有了地震报警功能，不失为一种很好的选择。但该技术也有下述不足之处 安装了多个振动传感器和信号处理电路等其他辅助部件，以全方位的感受振动，但使得成本增加，设计安装难度加大；不能区别地震与其他方式振动的不同，会产生误报；由于多个振动传感器的安装，故对手机安放位置和方法有一定要求，否则会引发误报或漏报；当手机用于报警时，手机其他功能禁止使用，需频繁开启、关闭手机报警功能，对使用者带来不便。由于地震是由纵波和横波共同作用的结果，按传播方式分为纵波(Primary Wave/ Pressure Wave，P波)、横波(Secondary wave/ShearWave, S波)和面波(Love Wave，L波或RayIeigh Wave, R波)。地震发生时，一般是破坏力较小但速度较快的P波先活动，P波时间维持较短，不注意感觉出来。接着是破坏力大但速度慢的S波。两种震波之间存在几秒到几十秒的时间差。面波是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波，其波长大、振幅强，是造成建筑物强烈破坏的主要因素。可见，如能有效地感知较弱的P波，并迅速发出预警，则可以在破坏性巨大的S波来临之前，得到几秒到几十秒的宝贵逃生时间。由于地震所造成的振动与常见的人工振动有所不同，主要部分为0. 1 10HZ，而因地质等因素地震波也会产生几十HZ的波动。雷鸣、爆破和撞击等引起的振动，都是音频振动，其波频要远高于地震波动，故从振动频谱上就可以将地震与其他振动源区别开来
实用新型内容
[0006](一)要解决的技术问题本实用新型要解决的技术问题是如何提供一种智能地震报警手机，具备通过波形识别、滤波处理，剔出非地震引发的振动干扰，并得到相应的时间及波动记录，为地震科技研究提供参考。( 二 )技术方案为解决上述技术问题，本实用新型提供一种智能地震报警手机，所述手机包括三轴加速度传感器，设置于手机内部，用于获取手机当前状态下X、Y、Z三轴方向上的加速度传感数据；手机状态参数预设置模块，设置于手机内部，用于预先设置手机在使用状态下所对应的x、Y、z三轴方向上的加速度传感数据预设定值；所述手机仅在非使用状态下允许执行地震报警功能；地震报警处理器，分别与所述三轴加速度传感器及手机状态参数预设置模块相连接，用于根据所述当前加速度传感数据及加速度传感数据预设定值判断手机的当前状态，并根据当前加速度传感数据生成振动波形，在确认所述振动波形中存在地震波形的情况下，发出报警信号。所述地震报警处理器具体包括手机状态判定模块，分别与所述三轴加速度传感器及手机状态参数预设置模块相连接，用于判断手机当前是否处于使用状态；地震波形分析模块，分别与所述三轴加速度传感器及手机状态判定模块相连接，用于在所述手机状态判定模块判定手机处于非使用状态下时，分析处理所述当前传感数据并输出是否存在地震波形的结果；报警结果输出模块，连接所述地震波形分析模块，用于在所述地震波形分析模块输出存在地震波形的结果的情况下，发出报警信号。所述手机状态判定模块具体包括手机放置状态判断模块，用于将所述当前加速度传感数据与所述加速度传感数据预设定值进行比较，判断手机当前的放置状态；手机使用状态判断模块，用于根据所述手机当前的放置状态并结合手机当前是否处于按键操作或通话状态来判断手机是否处于使用状态中。所述地震波形分析模块具体包括地震波形数据库，用于预先存储地震纵波、横波以及面波的特征波形数据；振动波形分析模块，用于根据所述当前传感数据生成当前所感应到的振动波形数据；地震波判断模块，用于将所述当前所感应到的振动波形数据与所述地震波形数据库中存储的地震特征波形数据进行比较，生成并输出是否存在地震波形的结果。所述地震波判断模块具体包括地震纵波判断模块，用于将所述当前所感应到的振动波形数据与所述地震波形数据库中存储的地震纵波特征波形数据进行比较，生成是否存在地震纵波的结果；地震横波判断模块，用于将所述当前所感应到的振动波形数据与所述地震波形数据库中存储的地震横波特征波形数据进行比较，生成是否存在地震横波的结果；地震面波判断模块，用于将所述当前所感应到的振动波形数据与所述地震波形数据库中存储的地震面波特征波形数据进行比较，生成是否存在地震面波的结果；在所述地震波形分析模块及报警结果输出模块之间包括波幅及时间记录模块， 连接所述地震波形分析模块，用于记录当前振动的波幅及振动持续时间；报警生成模块，分别连接所述波幅及时间记录模块和所述报警结果输出模块，用于根据是否存在地震纵波、 地震横波及地震面波的结果，并结合所记录的当前振动的波幅及振动持续时间来生成当前振动波的类型是否是破坏型地震波的结果；在确认当前振动波的类型是破坏型地震波的情况下，所述报警结果输出模块还用于输出破坏型地震波的报警信号。(三)有益效果与现有技术相比较，本实用新型具备如下几点有益效果(1)与现有的开关类地震报警技术相比，本实用新型所提供的技术方案可以检测 P波，可以有效区分非地震引发的振动；(2)本实用新型技术方案与现有的采用了重力传感器构成的地震报警技术相比较，集成有手机的特点，具备很强的通用性、便于携带、并且价格低廉；(3)与在现有的手机中增设一个或多个加速度传感器及信号处理电路的技术相比较，本实用新型技术方案的成本更低，可操作性更强，更具有智能性；不需要进行任何报警功能的开启/关闭动作，仅仅根据手机的使用状态及安放位置的不同而自动开启或关闭报警功能，方便操作使用；显然，具有上述特点的地震报警手机具有很高的智能性，极大地方便了使用者。
图1为现有技术中自制的地震开关；图2为本实用新型的智能地震报警手机的硬件模块示意图；图3为本实用新型的智能地震报警手机的结构示意图；图4为三轴加速度传感器与手机通用接口的连接示意图；图5为手机安放状态下的示意图，其中，(a)、(b)、(c)、(d)分别为手机水平安放状态、左侧水平安放状态、反面水平安放状态以及竖直水平安放状态下的示意图；图6为本实用新型的系统控制模块在手机启动过程中的流程图；图7为本实用新型的智能地震报警手机设置操作过程的流程图；图8为本实用新型的智能地震报警手机设置操作处理过程流程；图9为本实用新型地震报警手机的地震报警处理过程的流程图；图10-1为展示Y轴-Z轴重力加速度的改变状态的立体示意图；图10-2为展示Y轴-Z轴重力加速度的改变状态的截面示意图；图10-3为展示X轴-Z轴重力加速度的改变状态的立体示意图；图10-4为展示X轴-Z轴重力加速度的改变状态的截面示意图；图11为本实用新型的短信模块接收处理报警信号的流程图；图12为本实用新型的语音呼入模块接收处理报警信号的流程图；图13为本实用新型的智能地震报警方法的流程图；图14为本实用新型的简化后的全自动地震报警处理流程图；图15为本实用新型的简化后的地震报警手机短信接收处理流程；图16为本实用新型的简化后的地震报警手机来电呼入处理流程；图17-1为本实用新型的非报警时手机的状态示意图；图17-2为本实用新型的报警时手机的状态示意图。
具体实施方式
[0042]为使本实用新型的目的、内容、和优点更加清楚，
以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细描述。首先对本实用新型技术方案所涉及的智能地震报警手机的硬件模块组成进行介绍，如图2所示，所述手机中，由手机芯片组(包括数字逻辑处理芯片、射频芯片、电源管理芯片等)、PCB，IXD、键盘、扬声器、MIC等周界电路和相应的软件构成具有无线通信功能的部件；由三轴加速度计(传感器)及相应地功能处理模块组成振动感应部件。由手机芯片组、周界电路、振动感应部件、加上手机外壳组成本实用新型所提供的具有地震报警功能的手机。下面对所述手机的各个功能组成模块进行介绍，如图3所示，所述手机包括三轴加速度传感器，设置于手机内部，用于获取手机当前状态下X、Y、Z三轴方向上的加速度传感数据；加速度传感器的数据既是手机是否处于报警状态的依据，也是地震振动数据的来源。当系统认为需要报警时，手机利用周界电路中的扬声器、LED予以声光报
Sfc目。如图4所示，为三轴加速度传感器与手机通用接口的连接示意图，通过在现有普通的手机硬件基础上增加一个能够测量加速力的MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电系统)三轴加速度传感器，从而能够感知手机在当前状态下X、Y、Z三轴方向上的振动强度、倾斜角度等传感数据。目前，随着制作技术的进步使得MEMS加速度传感器体积微型化，通常三轴加速度传感器的尺寸为5mmX5mmX 1. 2mm ；3mmX3mmX Imm ；3mmX3mmX0. 9mm目前最小的MEMS三轴加速度传感器，其体积还不及绿豆大，与普通的贴片阻容器件相同，远远小于常见的由滚珠、弹簧及水银构成的振动开关。该器件的微型化使得在现有普通手机技术方案中可以非常方便地添加它，同时由于该器件已经有自带模/数转换的产品，还可以省去相应的转换电路及处理软件。加速度传感器具备X，Y，Z三个轴向，因此可以获得三个方向的传感数据，如图5所示，为在手机内对三轴加速度传感器所感应的各个轴向进行定义的示意图；当然也可以将传感器在手机内以不同的角度来安装，从而带来各轴的方向改变，这也可以通过不同的定义规则来调整实现。根据相关知识可知，三个正交设置的传感轴可以检测得到来自各个方向力的变化。如图5(a)所示的位置的情况下，各轴检测数据为X = 9. 81、Y = 9. 81、Z = 0，此处各数值的单位均为加速度单位；当手机处于如图5(b)所示的位置的情况下，各轴数据分别为 X = O, Y = 9. 81, Z = 9. 81 ；当手机处于如图5(c)所示的位置的情况下，各轴数据分别为即X = 9. 81、Y = 9. 81、Z = 9. 81 ；当手机处于如图5(d)所示的位置的情况下，各轴数据分别为即X = 9. 81、Y = 0、Z = 9. 81。同理，若手机处在其他位置或并非水平安放时各轴的数据均会有相应得改变。据此可以感知手机处于何种位置，以便对振动参数作相应的调整， 以适应手机处于任意位置时的报警检测。而对于目前大多数的智能手机，已经在内部嵌入了加速度传感器，以便检测手机的倾斜角度，为使用者提供横屏、游戏等辅助功能。对具备这种功能的手机而言，直接增加与加速度传感器相关联的地震报警系统即可，大大降低了因增加地震报警功能而付出的制作成本。6[0052]下面对所述智能地震报警手机中所包括的与三轴加速度传感器相关联的地震报警系统进行说明，所述地震报警系统具体包括(1)系统控制模块，设置于手机内部，原系统控制模块主要是为了控制用户界面， 根据输入的各种命令完成相应的功能。如果把地震报警系统作为一个应用模块，则需要每次开机后都要专门启动执行它，才能使其具有地震报警功能。对于一些上了年纪或对手机、 电脑操作不熟悉的使用者来说，让其频繁的开启/关闭地震报警功能，并输入相应的一些参数，并非易事。显然，这会使操作十分不便。本实用新型技术方案将地震报警系统作为手机系统控制的一部分，即只要开机， 手机系统就自动运行地震报警系统。如图5所示，为具有地震报警功能的手机的系统控制模块运行流程，其中框线加粗的步骤是增加的部分，可以看出手机启动后会自动运行地震报警系统。当手机关机时会将与地震报警处理系统相关的一些标志位保存，以便于下次开机后使用，避免了每次开机要重新设置。(2)报警功能预设值模块，设置于手机内部，该模块主要完成地震报警功能的初始设置，使其具有地震报警能力。如图所示，图7为初始设置的界面操作流程图；如图8所示， 为实现该界面设置操作处理过程的流程图。首先在手机主界面下选择“地震”图标，进入设置或退出地震报警子界面B，若选择退出报警，则确认后会将〖报警〗标志清除，此后手机不具备报警功能了，直至重新设置为报警状态；在界面B，若选择设置报警，则会将〖报警〗标志置位，并进入选择手机使用方式界面C。在界面C中，可选择使用或者不使用手机。若选择了不使用手机，则确认后系统会将 K禁用〗标志置位。此后当手机处于报警时将屏蔽语音呼入及短信到来，此时手机的状态与待机时一样，用户也不知呼入及消息的接收；若在在界面C中选择了使用手机，则会将K禁用3标志清除并进入选择手机提示方式的界面D。在界面D选择了信息提示功能后，系统将 K屏蔽3标志清除，以后当手机处于报警状态时，有来电呼入、短信接收等事件发生时，手机会给予正常振铃、振动提示，通知用户操作；若选择了屏蔽提示功能后，系统就会将〖屏蔽3 标志置位，之后遇有来电来信后，系统会以间歇闪动屏幕的形式提醒用户。此功能保证了使用手机的情况下，不至因振动、振铃提示干扰地震波动的检测。至此，地震报警预设置过程完成。从上述叙述内容可以看出，所述报警功能的设置与退出，主要是建立了与报警处理相关的标志位，以便为地震报警处理的运行提供依据。可以看出，上述标志位一旦建立则始终有效，并由于地震报警系统是在系统控制模块运行时同时运行的，所以一经开机启动， 就会自动进行地震报警的处理，而无需像现有的一部分技术方案中那样“连续按动某个按键两次开启或关闭报警功能，或通过输入密码来关闭或开启”。(3)手机状态参数预设置模块，设置于手机内部，用于预先设置手机在使用状态下所对应的χ、γ、ζ三轴方向上的加速度传感数据预设定值；所述手机在使用状态下不允许执行地震报警功能，而在非使用状态下允许执行地震报警功能；(4)地震报警处理器，分别与所述三轴加速度传感器及手机状态参数预设置模块相连接，用于根据所述传感数据及传感数据预设定值判断手机的当前状态，并根据当前传感数据生成振动波形，在确认所述振动波形中存在地震波形的情况下，发出报警信号。该模块主要完成对手机状态的判断、地震波性的识别以及发出报警消息等功能。如图9所示，为该模块进行地震报警处理的流程图，可以看出，首先要检查在界面B中设置的K报警〗标志状态，若该标志被清除(〖报警〗标志=0)表示手机不执行报警功能，则此时手机与普通手机没有不同，直接退出流程；若该标志已经置位(〖报警3标志=1)则表明手机处于报警状态，但是否进行对三轴加速度传感器的数据读取还要取决于手机是否在使用中。 所述地震报警处理器主要包括(1. 1)手机状态判定模块，分别与所述三轴加速度传感器及手机状态参数预设置模块相连接，用于判断手机当前是否处于使用状态；其具体包括手机放置状态判断模块， 用于将所述当前加速度传感数据与所述加速度传感数据预设定值进行比较，判断手机当前的放置状态；手机使用状态判断模块，用于根据所述手机当前的放置状态并结合手机当前是否处于按键操作或通话状态来判断手机是否处于使用状态中。因手机不是地震报警的专用设备，而人们也不可能天天处于紧张的防范地震发生的气氛中。很难做到使用电话时将报警功能关闭(且不说很多老年人根本不会相关的操作)，电话使用结束后再将报警功能开启。因现代手机与座机只用于通话完全不同，它除了通话外，还有短信、游戏、股票操作、购货支付、网上浏览等等，可以说日常生活中已经很难离开手机了。不可能为了兼顾手机和报警功能的使用，而不停的操作开启/关闭手机的地震报警功能，稍不慎则会出现误报或漏报。显然，这样的地震报警手机是很不适用的。如图9所示，本实用新型技术方案除了初次需设置一个〖报警〗标志外，还在地震报警处理过程中增设了一个K手机使用状态3标志，只有当K报警3标志与K手机使用状态3 标志同时有效才进行报警处理。手机使用状态的判别有两个原则(a)手机位置的判别如图5所示，当手机(亦即三轴加速度感应器)处在不同的位置时，各轴输出数据是不同的。因此通过读取感应器的数据也就方便得知手机目前所处位置。通过手机状态参数预设置模块设定一个报警数据采集的手机安放基准位置，这样会避免产生混乱。假如设定图5(b)为基准报警位置，一旦出现手机摆放成图5 (c)、(d)或其它位置，并非不能报警， 只需将相应传感轴给予替换即可，如将原Z轴采集垂直波动改为由X轴采集。即流程图9 中的调整参数。可以直接设定手机如图5(a)那样正面朝上时(此时也便于查看手机显示状态) 为手机使用状态；而图5(b)、(c)、(d)及其它位置为非使用状态。所谓“手机使用状态”就是此时不允许执行报警功能；“手机非使用状态”即允许执行报警功能。(b)手机正在使用中手机是否处于正在使用中可以通过按键操作，持续通话来判断，同时还可以通过手机处在不同位置来决定。首先使用手机肯定是要正面朝上的，再者手机在使用中其各轴数据不会像摆放时一样，一定会有倾斜。如下面的表1所示，是其中X轴和Y轴方向上的数据输出表IX轴和Y轴方向上在手机使用过程中的数据输出
权利要求1.一种智能地震报警手机，其特征在于，所述手机包括三轴加速度传感器，设置于手机内部，用于获取手机当前状态下X、Y、Z三轴方向上的加速度传感数据；手机状态参数预设置模块，设置于手机内部，用于预先设置手机在使用状态下所对应的X、Y、Z三轴方向上的加速度传感数据预设定值；所述手机仅在非使用状态下允许执行地震报警功能；地震报警处理器，分别与所述三轴加速度传感器及手机状态参数预设置模块相连接， 用于根据所述当前加速度传感数据及加速度传感数据预设定值判断手机的当前状态，并根据当前加速度传感数据生成振动波形，在确认所述振动波形中存在地震波形的情况下，发出报警信号。
2.如权利要求1所述的智能地震报警手机，其特征在于，所述地震报警处理器具体包括手机状态判定模块，分别与所述三轴加速度传感器及手机状态参数预设置模块相连接，用于判断手机当前是否处于使用状态；地震波形分析模块，分别与所述三轴加速度传感器及手机状态判定模块相连接，用于在所述手机状态判定模块判定手机处于非使用状态下时，分析处理所述当前传感数据并输出是否存在地震波形的结果；报警结果输出模块，连接所述地震波形分析模块，用于在所述地震波形分析模块输出存在地震波形的结果的情况下，发出报警信号。
专利摘要本实用新型涉及一种智能地震报警手机，属于地震预警技术领域，所述手机包括三轴加速度传感器，用于获取手机的当前加速度传感数据；手机状态参数预设置模块，用于预先设置手机的加速度传感数据预设定值；地震报警处理器，用于判断手机的当前状态，并生成振动波形，在确认存在地震波形的情况下，发出报警信号。本实用新型技术方案与现有技术相比较，其成本更低，可操作性更强，更具有智能性；不需要进行任何报警功能的开启/关闭动作，仅仅根据手机的使用状态及安放位置的不同而自动开启或关闭报警功能，方便操作使用，因此具有很高的智能性。
文档编号G08B21/10GK202033876SQ20102070118
公开日2011年11月9日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者张彩琴, 高金铎 申请人:内蒙古电子信息职业技术学院, 高金铎