用于电子剂量计的无线采集传输适配器及数据采集方法与流程

本发明涉及核电领域，更具体地说，涉及一种用于电子剂量计的无线采集传输适配器及数据采集方法。

背景技术：

电子剂量计(简称epd)是核电站从事放射性工作人员佩带的一种个人剂量报警仪，佩带在左胸的固定位置，是能够准确测量辐射剂量以确保使辐照工作人员的辐射剂量保持在合理水平。剂量率或累计剂量值显示在液晶显示屏上，epd内设剂量和剂量率的报警阈值，当佩带的epd显示超过预置值时就响起声音报警。epd可以和计算机进行连接,可以在计算机上编辑或读取从设备的剂量计中测量到的数据,为了控制高放场所工作人员所受的累积剂量,合理安排工作时间等提供依据。

当前存在的问题：现有的epd采用bypass通过式的数据交互方式，因此辐射剂量管理系统仅能采集记录工作人员在一段确定工作时间内的累计辐射剂量值和最大剂量率。

核电站工作环境异常复杂，某些工作区域剂量率很高且可能存在不可预知的热粒子，工作人员需要穿气衣进行工作，如反应堆水池、构件池的清洗等工作，很难查看epd读数，外界监护人员也无法得知工作人员所处位置的剂量率及人员受照剂量情况，存在超剂量限值的风险。

更加精细化的辐射剂量管理，需要获取epd个人剂量计实时、连续的测量数据，并结合员工工号、工作单任务号、位置信息等多维数据，通过大数据分析支持这对辐射剂量的智能化管理。

更深度的辐射防护考虑，需要对现场佩带epd人员的位置及生命状态信息进行获取，特别是在高温、高压和高辐射等恶劣环境中长时间工作人员，监测工作人员的安全状态，提供及时准确的救援。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述现有采集一段确定时间内的累计辐射剂量值和剂量率，不能实时监测电子剂量计测量数据和工作状态的缺陷，提供一种用于电子剂量计的无线采集传输适配器及数据采集方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种用于电子剂量计的无线采集传输适配器，包括：

通过串口与电子剂量计连接、用于读取所述电子剂量计采集的剂量数据的数据读取电路；

与所述数据读取电路连接、用于接收并处理所述剂量数据的核心控制单元；

通过总线接口与所述核心控制单元连接、用于通过无线方式发射数据的无线发射模块；所述无线发射模块包括用于发射无线信号的发射天线；

用于为所述无线采集传输适配器供电的电源模块。

进一步，本发明所述的用于电子剂量计的无线采集传输适配器，所述无线发射模块包括：用于通过4g调制模式调制无线发射数据的4g调制发射模块；

所述发射天线包括：与所述4g调制发射模块连接、用于发射4g信号的第一发射天线。

进一步，本发明所述的用于电子剂量计的无线采集传输适配器，所述无线发射模块包括：用于通过wifi调制模式调制无线发射数据的wifi调制发射模块；

所述发射天线包括：与所述wifi调制发射模块连接、用于发射wifi信号的第二发射天线。

进一步，本发明所述的用于电子剂量计的无线采集传输适配器，还包括：与所述核心控制单元连接、用于采集所述电子剂量计的加速度的惯性导航传感器。

进一步，本发明所述的用于电子剂量计的无线采集传输适配器，还包括：与所述核心控制单元连接、用于采集所述电子剂量计佩戴人员的生命体征参数的生命体征传感器。

进一步，本发明所述的用于电子剂量计的无线采集传输适配器，还包括：与所述核心控制单元连接、用于存储所述电子剂量计采集的剂量数据的数据存储器。

进一步，本发明所述的用于电子剂量计的无线采集传输适配器，还包括：与所述核心控制单元连接、用于根据报警信号发出报警信息的报警指示模块，所述报警指示模块发出灯光报警、声音报警、震动报警中的至少一种。

另，本发明还提供一种用于电子剂量计的数据采集方法，所述方法应用于上述用于电子剂量计的无线采集传输适配器，包括：

s1：无线采集传输适配器通过串口读取电子剂量计采集的剂量数据，以及通过惯性导航传感器获取所述电子剂量计的加速度，以及通过生命体征传感器获取所述电子剂量计佩戴人员的生命体征参数；

s2：核心控制单元接收并处理所述剂量数据、加速度、以及生命体征参数，并通过总线接口传输至无线发射模块；

s3：所述无线发射模块将处理后的所述剂量数据、加速度、以及生命体征参数通过发射天线发送出去；

s4：通过核电厂无线网络和所述惯性导航传感器得到所述电子剂量计佩戴人员的位置和移动速度，根据预设规则监测所述剂量数据和生命体征参数；

s5：在监控终端上显示并监测所述电子剂量计佩戴人员的位置和移动速度、所述剂量数据、以及所述生命体征参数，并在异常时发出报警信息。

优选地，本发明所述的用于电子剂量计的数据采集方法，所述无线发射模块包括4g调制发射模块和/或wifi调制发射模块，则所述步骤s3包括：

s31：所述4g调制发射模块将处理后的所述剂量数据、加速度、以及生命体征参数通过第一发射天线发送出去；或

s32：所述wifi调制发射模块将处理后的所述剂量数据、加速度、以及生命体征参数通过第二发射天线发送出去；

所述步骤s3还包括：

s33：若所述无线发射模块发生网络异常时，则将所述剂量数据、加速度、以及生命体征参数暂存在数据存储器内，待所述无线发射模块恢复正常后再发送。

优选地，本发明所述的用于电子剂量计的数据采集方法，在所述步骤s1之前，还包括：

s01：所述无线采集传输适配器通过所述无线发射模块发出登陆网络申请；

s02：进行无线发射模块登陆鉴权；

s03：若合法，则允许接入网络，并上报初始化信息，所述初始化信息包括所述电子剂量计的表号、网络信息、以及位置信息；

s04：检测所述电子剂量计的工作状态；

s05：若所述电子剂量计处于测量状态，则下发命令参数，所述电子剂量上传数据；

s06：若所述电子剂量计处于暂停状态，则发出休眠指令，同时批量上传存储数据。

实施本发明的一种用于电子剂量计的无线采集传输适配器及数据采集方法，具有以下有益效果：该适配器包括：通过串口与电子剂量计连接、用于读取电子剂量计采集的剂量数据的数据读取电路；与数据读取电路连接、用于接收并处理剂量数据的核心控制单元；通过总线接口与核心控制单元连接、用于通过无线方式发射数据的无线发射模块；无线发射模块包括用于发射无线信号的发射天线；用于为无线采集传输适配器供电的电源模块。通过实施本发明，通过无线方式实时获取电子剂量计采集的数据以及工作人员的位置信息和生命体征信息，并通过监控终端进行实施监控，提高核电厂现场工作人员的防护系数。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一种用于电子剂量计的无线采集传输适配器的结构示意图；

图2是本发明一种用于电子剂量计的数据采集方法的流程示意图；

图3和图4是本发明一种用于电子剂量计的数据采集方法的无线发射流程示意图；

图5是本发明一种用于电子剂量计的数据采集方法的无线采集传输适配器初始化流程图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

图1是本发明一种用于电子剂量计的无线采集传输适配器的结构示意图。

具体的，该用于电子剂量计的无线采集传输适配器包括：数据读取电路、核心控制单元、无线发射模块、发射天线、定位模块、生命体征传感器、数据存储器、报警指示模块、电源模块，其中，

数据读取电路通过串口与电子剂量计连接，该数据读取电路提供的串口与电子剂量计的输出端口相匹配，通过串口连接后自动与电子剂量计建立通信连接。数据读取电路用于实时读取电子剂量计采集的剂量数据以及电子剂量计的工作状态，并将采集到的数据上传至核心控制单元。

核心控制单元分别连接数据读取电路、定位模块、生命体征传感器、数据存储器等，作为无线采集传输适配器的主处理器，可通过预设程序或接收系统指令的方式控制测量数据的上传工作方式，如实时透传、可变周期上传、查询等。核心控制单元用于接收并处理数据读取电路获取的电子剂量计采集的剂量数据、定位模块获取的位置信息、生命体征传感器采集的电子剂量计佩戴人员的生命体征参数、电池的电量信息及提示信息等。

优选地，核心控制单元选用8位的80c51单片机芯片。可以理解，也可选用具有类似处理功能的其他芯片。

生命体征传感器用于采集电子剂量计佩戴人员的生命体征参数。生命体征传感器包括但不限于心率、体温、血压等，可以理解，不同的生命体征参数使用对应的传感器采集。优选地，生命体征传感器与无线采集传输适配器分体设计，工作人员可将生命体征传感器穿戴在合适的位置，方便准确采集生命体征参数。进一步，生命体征传感器通过无线方式连接至无线采集传输适配器，无线方式包括蓝牙、wifi等，建立连接后，生命体征传感器将采集的生命体征参数上传至核心控制单元。

数据存储器用于存储电子剂量计采集的剂量数据、定位模块获取的位置信息、生命体征传感器采集的电子剂量计佩戴人员的生命体征参数、电池的电量信息及提示信息等。进一步，在无线发射模块无网络连接或无线采集传输适配器断网时，数据存储器用于暂存电子剂量计采集的剂量数据、定位模块获取的位置信息、生命体征传感器采集的电子剂量计佩戴人员的生命体征参数、电池的电量信息及提示信息等，在无线发射模块重新连接网络或无线采集传输适配器重新接入网络后，自动将暂存在数据存储器内的数据通过无线发射模块发射出去。优选地，数据存储器选用体积小、存储空间大、读写速度快的存储设备，例如闪存，以减小无线采集传输适配器的体积，提高便携性。

无线发射模块通过总线接口与核心控制单元连接，总线接口为核心控制单元的数据接口；无线采集传输适配器通过无线发射模块与核电厂的无线网络建立连接，接入核电厂的无线网络中。优选地，无线发射模块发射用于识别无线发射模块身份的身份信息，使监控终端获知接入设备的身份信息，方便监控和管理。无线发射模块按照预设调制方式调制数据并通过无线方式发射数据；无线发射模块还包括用于发射无线信号的发射天线。

无线发射模块包括但不限于3g调制发射模块、4g调制发射模块、wifi调制发射模块等，其中，

4g调制发射模块用于通过4g调制模式调制无线发射数据，发射天线包括与4g调制发射模块连接、用于发射4g信号的第一发射天线。优选地，根据无线采集传输适配器所处的网络环境制定工作4g调制发射模块的工作频率和cat速率，以适应工业物联网的低速率、低宽带、低功耗的需求。

wifi调制发射模块无线发射模块包括用于通过wifi调制模式调制无线发射数据，发射天线包括与wifi调制发射模块连接、用于发射wifi信号的第二发射天线。

优选地，当无线发射模块包括至少两个发射模块时，无线发射模块还包括信号检测单元，用于检测无线发射模块内发射模块的信号质量，并选择信号质量好的发射模块调制发射数据。例如，发射模块包括4g调制发射模块和wifi调制发射模块，信号检测单元检测到wifi信号的质量好于4g信号的质量，则选择使用wifi调制发射模块调制并发射信号。或者，当正在使用的发射模块断网时，自动检测并切换到其他可用的发射模块。例如，发射模块包括4g调制发射模块和wifi调制发射模块，且正在使用的4g调制发射模块出现断网，信号检测单元检测到4g调制发射模块可用，则自动切换到4g调制发射模块。

电源模块与核心控制电源连接以及其他组成部分连接，用于为无线采集传输适配器的各个组成部分供电，以及将电池的电量信息及提示信息上报至核心控制单元。优选的，电源模块还包括用于提示电量信息的电量监测电路，当电源模块的电量低于电量阈值时，电量监测电路发出提示信息，提醒工作人员注意及时充电或更换电池。电源模块的电池包括但不限于锂电池、化学电池等。

定位模块与核心控制单元连接、用于获取无线采集传输适配器的位置信息以及移动状态信息。定位模块包括但不限于卫星定位、基站定位、惯性导航传感器等。优选地，本实施例采用惯性导航传感器获取无线采集传输适配器的加速度，结合核电厂无线高速公路网络，经过预设算法的积分和运算得到无线采集传输适配器当前的位置信息和移动速度，进而获取电子剂量计的位置信息和移动速度，也就是佩戴电子剂量计和无线采集适配器的工作人员的位置信息和移动速度。本领域技术人员应当理解惯性导航传感器的导航原理，在此不再赘述。

报警指示模块与核心控制单元连接，用于根据报警信号发出报警信息，报警指示模块发出灯光报警、声音报警、震动报警中的至少一种，相应的，报警指示模块包括对应的灯光电路和发光器件、声控电路和音响、震动电路和震动马达等。报警指示模块根据核心控制单元发出的报警指令或系统下发的报警指令发出报警信息。

参考图2至图5，是一种用于电子剂量计的数据采集方法，该方法用于上述用于电子剂量计的无线采集传输适配器。

首先，无线采集传输适配器与核电厂无线网络建立连接，参考图5，本发明一种用于电子剂量计的数据采集方法的无线采集传输适配器初始化流程图。无线采集传输适配器初始化流程为：

s01：无线采集传输适配器通过串口连接电子剂量计，无线采集传输适配器上电，并通过无线发射模块发出登陆网络申请。

s02：进行无线发射模块登陆鉴权，判断无线采集传输适配器是否合法。

s03：若该无线采集传输适配器合法，则允许其接入核电厂无线网络，并上报初始化信息，初始化信息包括但不限于电子剂量计的表号、网络信息、位置信息、电子剂量计的状态信息等。若该无线采集传输适配器为非法，则系统发出非法登陆报警。优选地，无线采集传输适配器接收参数设置信息，若参数设置信息正确，则根据参数设置信息设置适配器；若参数设置信息错误，则返回错误信息。

s04：检测电子剂量计的工作状态，即判断电子剂量计处于测量状态还是暂停状态。

s05：若电子剂量计处于测量状态，则下发命令参数，电子剂量上传数据，并循环接收数据；

s06：若电子剂量计处于暂停状态，则发出休眠指令，可批量上传存储数据。

无线采集传输适配器与核电厂无线网络建立连接后，开始采集并传输数据。参考图2，图2是本发明一种用于电子剂量计的数据采集方法的流程示意图。具体的，包括：

s1：无线采集传输适配器通过串口读取电子剂量计采集的剂量数据，以及通过惯性导航传感器获取电子剂量计的加速度，以及通过生命体征传感器获取电子剂量计佩戴人员的生命体征参数。

具体的，无线采集传输适配器通过串口读取电子剂量计采集的剂量数据，优选地，可设置无线采集传输适配器通过串口读取电子剂量计采集的剂量数据的频率，可选择实时读取，或间隔预设时间周期性读取。以及通过惯性导航传感器获取电子剂量计的加速度，优选地，可设置通过惯性导航传感器获取电子剂量计的加速度的频率，可选择实时读取，或间隔预设时间周期性读取。生命体征传感器用于采集电子剂量计佩戴人员的生命体征参数，优选地，可设置通过生命体征传感器采集电子剂量计佩戴人员的生命体征参数的频率，可选择实时读取，或间隔预设时间周期性读取。生命体征传感器包括但不限于心率、体温、血压等，可以理解，不同的生命体征参数使用对应的传感器采集。

优选地，生命体征传感器与无线采集传输适配器分体设计，工作人员可将生命体征传感器穿戴在合适的位置，方便准确采集生命体征参数。进一步，生命体征传感器通过无线方式连接至无线采集传输适配器，无线方式包括蓝牙、wifi等，建立连接后，生命体征传感器将采集的生命体征参数上传至核心控制单元。

s2：核心控制单元接收并处理剂量数据、加速度、以及生命体征参数，并通过总线接口传输至无线发射模块。

具体的，核心控制单元分别连接数据读取电路、定位模块、生命体征传感器、数据存储器等，作为无线采集传输适配器的主处理器，可通过预设程序或接收系统指令的方式控制测量数据的上传工作方式，如实时透传、可变周期上传、查询等。核心控制单元用于接收并处理数据读取电路获取的电子剂量计采集的剂量数据、定位模块获取的位置信息、生命体征传感器采集的电子剂量计佩戴人员的生命体征参数、电池的电量信息及提示信息等。处理后通过总线接口传输至无线发射模块，总线接口为核心控制单元的数据接口。优选地，核心控制单元可设置无线发射模块的发送频率，可选择实时发送或者间隔预设时间周期性发送。

s3：无线发射模块将处理后的剂量数据、加速度、以及生命体征参数通过发射天线发送出去。

具体的，参考图3和图4，是本发明一种用于电子剂量计的数据采集方法的无线发射流程示意图。如图3所示，无线发射模块为4g调制发射模块，则步骤s3包括：

s31：4g调制发射模块将处理后的剂量数据、加速度、以及生命体征参数通过第一发射天线发送出去。优选地，根据无线采集传输适配器所处的网络环境制定工作4g调制发射模块的工作频率和cat速率，以适应工业物联网的低速率、低宽带、低功耗的需求。

s33：若无线发射模块发生网络异常时，则将剂量数据、加速度、以及生命体征参数暂存在数据存储器内，待无线发射模块恢复正常后再发送。

如图4所示，无线发射模块为wifi调制发射模块，则步骤s3包括：

s32：wifi调制发射模块将处理后的剂量数据、加速度、以及生命体征参数通过第二发射天线发送出去；

s33：若无线发射模块发生网络异常时，则将剂量数据、加速度、以及生命体征参数暂存在数据存储器内，待无线发射模块恢复正常后再发送。

优选地，还包括步骤：信号检测单元检测无线发射模块内发射模块的信号质量，并选择信号质量好的发射模块调制发射数据。

具体的，当无线发射模块包括至少两个发射模块时，无线发射模块还包括信号检测单元，用于检测无线发射模块内发射模块的信号质量，并选择信号质量好的发射模块调制发射数据。例如，发射模块包括4g调制发射模块和wifi调制发射模块，信号检测单元检测到wifi信号的质量好于4g信号的质量，则选择使用wifi调制发射模块调制并发射信号。或者，当正在使用的发射模块断网时，自动检测并切换到其他可用的发射模块。例如，发射模块包括4g调制发射模块和wifi调制发射模块，且正在使用的4g调制发射模块出现断网，信号检测单元检测到4g调制发射模块可用，则自动切换到4g调制发射模块。

s4：通过核电厂无线网络和惯性导航传感器得到电子剂量计佩戴人员的位置和移动速度，根据预设规则监测剂量数据和生命体征参数。

具体的，本实施例采用惯性导航传感器获取无线采集传输适配器的加速度，结合核电厂无线高速公路网络，经过预设算法的积分和运算得到无线采集传输适配器当前的位置信息和移动速度，进而获取电子剂量计的位置信息和移动速度，也就是佩戴电子剂量计和无线采集适配器的工作人员的位置信息和移动速度。本领域技术人员应当理解惯性导航传感器的导航原理，在此不再赘述。另外，可利用卫星定位或基站定位等定位技术替代本申请中的惯性导航传感器，其作用都是获取电子剂量计佩戴人员的位置和移动速度。

s5：在监控终端上显示并监测电子剂量计佩戴人员的位置和移动速度、剂量数据、以及生命体征参数，并在异常时发出报警信息。

具体的，监控终端上安装有用于处理无线采集传输适配器上传数据的应用程序，并按照预设算法处理数据，将处理结果在监控终端上显示。分别设置安全位置区域、剂量安全阈值、生命体征安全阈值范围，用于判断工作人员是否处于安全状态。具体的，判断无线采集传输适配器的位置是否在安全位置区域内，若否，则发出报警信息；判断工作人员的剂量和剂量率是否大于剂量安全阈值，若是，则发出报警信息；判断工作人员的生命体征参数是否在生命体征安全阈值范围内，若否，则发出报警信息。

报警信息通过报警指示模块发出。报警指示模块与核心控制单元连接，报警指示模块发出灯光报警、声音报警、震动报警中的至少一种，相应的，报警指示模块包括对应的灯光电路和发光器件、声控电路和音响、震动电路和震动马达等。报警指示模块根据核心控制单元发出的报警指令或系统下发的报警指令发出报警信息。

s6：监测电源模块的电量，当电量低于电量阈值是，电量监测电路发出提示信息。

具体的，电源模块与核心控制电源连接以及其他组成部分连接，用于为无线采集传输适配器的各个组成部分供电，以及将电池的电量信息及提示信息上报至核心控制单元。优选的，电源模块还包括用于提示电量信息的电量监测电路，当电源模块的电量低于电量阈值时，电量监测电路发出提示信息，提醒工作人员注意及时充电或更换电池。

综上，本发明通过串口将epd的数据实时读取出来，并通过无线发射模块经网络传送到监控终端显示，可远距离跟踪监测工作人员所处位置的剂量率情况及人员受照剂量情况，管理人员通过大数据分析对各项工作风险及个人剂量限值进行预判，防止超剂量限值事件的发生。通过对佩带epd人员进行实时定位及生命状态信息获取，提高现场工作人员的防护系数。

以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。