一种具有定位功能的有害气体泄漏源探测装置的制作方法

本实用新型属于有害气体探测技术领域，尤其涉及一种具有定位功能的有害气体泄漏源探测装置。

背景技术：

随着社会发展，有害气体的泄漏会对社会安全和工业生产造成了很大的损失，严重威胁生产人员的生命安全。在探测有害气体的泄漏源过程中，派遣人力去搜救往往会因为有害气体的毒性对进行探测的工作人员的身体健康造成不可挽回的危害。因此，为了保证工作人员的身体健康，有害气体的探测工作一般都委托给机器人进行。

传统的有害气体探测机器人通过尽可能地多接触到有害气体，但是在探测过程中遇到泄漏源在视野不足的情况，工作人员无法对探测机器人进行准确定位。无法准确定位容易造成探测路径的重复或错误等状况发生，严重耽误了探测工作的进行，更严重的情况是将会导致有害气体随着时间进一步地向外界扩散，引起安全风险。

技术实现要素：

为解决上述的问题，本实用新型提供一种具有定位功能的有害气体泄漏源探测装置，该装置能够在有害气体泄漏源的探测过程中进行定位，从而有效地规划探测路线，提高探测效率。

本实用新型采用如下技术方案实现：

一种具有定位功能的有害气体泄漏源探测装置，包括若干个可移动的用于测量待测区域有害气体浓度的子探测器和控制所述子探测器的上位机，所述子探测器和所述上位机均设有ZigBee通讯模块，所有的所述子探测器通过ZigBee 通讯模块连接并建立一个具有相对坐标系的群组网络；每个所述子探测器将当前所在位置的坐标和所测得的有害气体浓度上传至所述群组网络，所述上位机连接于所述群组网络并根据所述群组网络的数据控制所述子探测器探测有害气体的泄漏源。

进一步地，每个所述子探测器均设有主控模块、气体传感器和电机驱动机构，所述气体传感器与所述主控模块电连接并测量待测区域的有害气体浓度，所述电机驱动机构受控于所述主控模块并驱动所述子探测器进行移动，所述子探测器的ZigBee通讯模块与所述主控模块电连接。

进一步地，所述子探测器还包括避障模块，所述避障模块与所述主控模块电连接。

进一步地，所述电机驱动机构包括直线移动电机、方向控制电机和轮子，所述直线移动电机的输出端连接于所述轮子并控制所述轮子沿直线方向移动的速率，所述方向控制电机的输出端连接于所述轮子并控制所述轮子转动的方向。

进一步地，所述电机驱动机构还包括脉冲宽度调制模块，所述脉冲宽度调制模块分别与所述直线移动电机和所述方向控制电机电连接。

进一步地，所述上位机包括探测路线规划模块和浓度阈值判定模块，所述探测路线规划模块接收所述群组网络的坐标，所述浓度阈值判定模块接收所述群组网络的有害气体浓度数据；所述浓度阈值判定模块与所述探测路线规划模块电连接。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型公开了一种具有定位功能的有害气体泄漏源探测装置，多个子探测器利用ZigBee通讯模块形成群族网络并共享坐标信息和有害气体浓度信息，上位机对上述两种信息进行处理以规划最佳的探测路线，最后子探测器根据上位机所规划的探测路线以最短的时间找到有害气体泄漏源。本实用新型能够在有害气体泄漏源探测过程中对子探测器进行定位，从而获得最佳的探测路线，提高探测效率。

附图说明

图1是本实用新型的连接示意图；

图2是本实用新型的有害气体泄漏源探测步骤图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

如图1所示，本实用新型公开一种具有定位功能的有害气体泄漏源探测装置。包括若干个可移动的用于测量待测区域有害气体浓度的子探测器和控制子探测器的上位机。在探测期间所派出的子探测器的数量根据有害气体的泄漏范围而决定。每个子探测器均设有避障模块、主控模块、气体传感器和电机驱动机构，气体传感器与主控模块电连接并测量待测区域的有害气体浓度。气体传感器由阴极和阳极组成，阴极和阳极之间设有一层电解质。当有害气体与气体传感器接触时，有害气体并会与电解质产生氧化还原反应，该氧化还原反应所产生的电流与有害气体浓度成正比。气体传感器将有害气体和电解质反应所产生的电流信号发送至主控模块。主控模块分别与ZigBee通讯模块以及避障模块电连接，主控模块是采用Arduino技术作为核心控制器。避障模块包括一个超声波发射模块和超声波接收模块，超声波发射模块在子探测器工作期间向四周方向发射超声波，在发射的同时主控模块开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来。当超声波接收模块收到反射波后，主控模块停止计时。主控模块根据计时期间所测得的时间计算子探测器与障碍物之间的距离，当该距离对子探测器构成威胁时，主控模块使能电机驱动机构避开障碍。本实施例中，电机驱动机构包括直线移动电机、方向控制电机和轮子，直线移动电机的输出端连接于轮子并控制轮子沿直线方向移动的速率，方向控制电机的输出端连接于轮子并控制轮子转动的方向。电机驱动机构还包括脉冲宽度调制模块，脉冲宽度调制模块分别与直线移动电机和方向控制电机电连接，脉冲宽度调制模块可以控制直线移动电机和方向控制电机的方波，电机的方波在频率固定情况下，方波宽度越大其平均电流越大，方波宽度越小其输出平均电流越小。因此，脉冲宽度调制模块用于控制直线移动电机和方向控制电机的转速从而实现控制轮子转动的速率和转动的方向。当子探测器在行驶过程中主控模块通过避障模块识别周围存在障碍物时，主控模块向脉冲宽度调制模块发出信号，脉冲宽度调制模块调整直线移动电机和方向控制电机两者的方波宽度以改变轮子的减速、加速或转向，最终实现避障。

每个子探测器和上位机均设有ZigBee通讯模块，所有的子探测器通过 ZigBee通讯模块连接并建立一个具有相对坐标系的群组网络。上位机包括探测路线规划模块和浓度阈值判定模块，探测路线规划模块接收群组网络的坐标，浓度阈值判定模块接收群组网络的有害气体浓度数据；浓度阈值判定模块与探测路线规划模块电连接。ZigBee通讯模块采用RSSI算法的定位策略对每个子探测器进行定位。每个子探测器将当前所在位置的坐标和气体传感器所测得的有害气体浓度通过ZigBee通讯模块上传至群组网络，上位机连接于群组网络并根据群组网络的数据控制子探测器探测有害气体的泄漏源。如图2所示，在探测开始阶段，建立群组网络和定位后的子探测器首先以期望拓扑结构排列进行全局采集气体浓度并调用Z字形搜索策略探测烟羽。当子探测器发现烟羽后结束全局搜索，探测到烟羽意味着气体传感器的电流值将增大且有害气体泄漏源在附近。所有子探测器在全局搜索过程所测得到的有害气体浓度数值上传至上位机的ZigBee通讯模块，上位机的ZigBee通讯模块把所有子探测器所测得的有害气体浓度数值发送至浓度阈值判定模块。浓度阈值判定模块将所有子探测器所测得的有害气体浓度进行比对，采用非线性最小二乘方法对有害气体源泄漏源位置进行估计，并将位置估计结果发送给路线规划模块。路线规划模块开始调用局部搜索策略，路线规划模块根据浓度梯度法针浓度阈值判定模块所提供的有害气体源泄漏源位置结合每个子探测器提供在群组网络的坐标进行路线规划。并且结合蚁群优化算法令子探测器分工合作，使子探测器更有效地沿着路线规划模块所提供的路线往气体浓度更高的方向移动，从而可以跟踪烟羽。当浓度阈值判定模块从群组网络接收到多个数值接近相等的有害气体浓度值时，即判定有害气体的浓度已经达到阈值时，子探测器所处的位置即为有害气体的泄漏源。工作人员根据子探测器当前所发送的坐标即可马上到达有害气体的泄漏源，并对该有害气体的泄漏源进行进一步处理，避免危险发生。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。