一种基于UWB的探险预警系统及方法与流程

本发明涉及考古探险领域，尤其涉及一种基于UWB的探险预警系统及方法。

背景技术：

在考古、探险、矿井开采等未知环境中，对人员进行精确定位是确保人员安全的关键所在。在专利号为CN201320757732.6的专利文件中，公开了一种煤矿井下无线定位安全帽，帽檐内安装GPS定位装置和无线传输装置，在发生紧急情况时能获得工人的位置信息和语音通报。但GPS信号在地下、丛林等环境中容易被遮挡，定位效果不能得到保证。

UWB定位技术是目前发展前景较高的一种室内定位技术，具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位等优点，可以应用于室内静止或者移动物体(或人)的定位跟踪与导航。

技术实现要素：

本发明提供一种基于UWB的探险预警系统，包括探险帽、帽体功能模块、电源模块、外部服务器、以及UWB基站，其中：

所述探险帽用于穿戴；

所述帽体功能模块安装在探险帽上，包括报警模块、通信模块、二氧化碳浓度传感器、探照灯、红外线摄像头、UWB定位模块、氧气含量传感器、温湿度传感器、以及控制单元；所述报警模块用于发出警报提醒探险者；所述通信模块用于探险者与外部服务器之间的通信；所述二氧化碳浓度传感器用于检测探险者周围环境中的二氧化碳浓度；所述探照灯用于照明；所述红外线摄像头用于在光照条件不佳的情况下拍摄探险者周围的环境画面；所述UWB定位模块用于获取探险者的位置信息；所述氧气含量传感器用于检测探险者周围环境中的氧气含量；所述温湿度传感器用于检测探险者周围环境中的温度和湿度；所述控制单元用于控制所述帽体功能模块。

所述电源模块采用可拆卸的充电电源，用于帽体功能模块供电；

所述外部服务器与所述帽体功能模块中的通信模块进行无线通信，用于处理来自帽体功能模块的数据并实时反馈给监测者，优选为PC端或者云平台；

所述UWB基站与所述帽体功能模块中的UWB定位模块配合，用于获取探险者的位置信息。

进一步地，所述帽体功能模块中的报警模块为发声装置。

进一步地，所述帽体功能模块中的通信模块采用NB-IoT通信，与外部服务器无线连接。

进一步地，所述帽体功能模块中的UWB定位模块由DWM1000超宽带组网通信模块构成，所述DWM1000超宽带组网通信模块通过与所述UWB基站相互通信获取探险者的位置信息。

进一步地，所述帽体功能模块中的控制单元采用STM32单片机。

本发明还提供一种基于UWB的探险预警方法，包括以下过程：

所述帽体功能模块中的二氧化碳浓度传感器、氧气含量传感器、以及温湿度传感器采集探险者周围的环境信息；所述帽体功能模块中的控制单元处理分析采集到的环境信息，当判定环境信息超出安全值时，控制所述帽体功能模块中的报警模块发声警报；

所述帽体功能模块中的UWB定位模块通过与所述UWB基站相互通信获取探险者的位置信息；

所述帽体功能模块中的红外摄像头拍摄探险者周围的环境画面；

所述帽体功能模块中的控制单元控制通信模块将所述环境信息、位置信息以及环境画面传输给外部服务器，外部服务器处理数据并实时反馈给监测者，在探险者发生意外或发出求救信号时可以及时救援。

本发明的有益效果是：可以实现探险人员的实时精确定位并将位置信息通过无线传输发送到外部PC端，同时可以实时监测探险者所处环境的氧气浓度、二氧化碳浓度、温湿度等，并反馈给探险者和检测者，提高探险活动的安全性。

附图说明

图1是本发明的实施例提供的基于UWB的探险预警系统示意图；

图2是本发明的实施例提供的基于UWB的探险预警系统中帽体功能模块示意图；

图3是本发明的实施例提供的基于UWB的探险预警系统的框架图；

图4是本发明的实施例提供的基于UWB的探险预警方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步地描述。

请参考图1，本发明的实施例提供了一种基于UWB的探险预警系统，包括探险帽1、帽体功能模块2、电源模块3、外部服务器4以及UWB基站5。

帽体功能模块2安装在探险帽1上，请参考图2与图3，帽体功能模块2包括报警模块21、通信模块22、二氧化碳浓度传感器23、探照灯24、红外摄像头25、UWB定位模块26、氧气含量传感器27、温湿度传感器28、以及控制单元 29；电源模块3采用可拆卸的充电电源，给帽体功能模块2供电；外部服务器4 为PC端或者云平台，外部服务器4与帽体功能模块2中的通信模块22进行无线通信，外部服务器4快速处理来自帽体功能模块2的数据并实时反馈给监测者，在探险者发生意外或者发出求救信号时可以及时救援；UWB基站5与UWB定位模块26配合，用于获取探险者的位置信息。

具体地，在帽体功能模块2中，报警模块21采用发声装置，用于在检测到危险时发声提醒探险者；二氧化碳浓度传感器23、氧气含量传感器27、以及温湿度传感器28用于实时采集环境信息；探照灯24用于照明，红外摄像头25即使在光照条件不佳的情况下也能拍摄出探险者周围的环境画面；

UWB定位模块26由DWM1000超宽带组网通信模块构成，所述DWM1000超宽带组网通信模块通过与UWB基站5相互通信获取探险者的位置信息，UWB信号穿透能力强，定位精度可达到厘米级别；

通信模块22采用NB-IoT通信模块，用于与外部服务器4进行无线通信， NB-IoT传输距离长，抗干扰能力强，通信稳定且功耗低。

控制单元29采用STM32单片机，用于控制整个帽体功能模块2。

请参阅图4，本实施例提供的基于UWB的探险预警方法，包括如下过程：

二氧化碳浓度传感器23、氧气含量传感器27、以及温湿度传感器28采集探险者周围的环境信息；控制单元29处理分析采集到的环境信息，当判定环境信息超出安全值时，控制报警模块21发声警报；

UWB定位模块26通过与UWB基站5相互通信获取探险者的位置信息；

红外摄像头25拍摄探险者周围的环境画面；

控制单元29控制通信模块22将所述环境信息、位置信息以及环境画面传输给外部服务器4，外部服务器4处理数据并实时反馈给监测者，在探险者发生意外或发出求救信号时可以及时救援。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。