一种基于多传感器融合的智能检测系统的制作方法

本发明涉及一种多种传感器融合的智能检测系统，用于各种危险场景的智能检测以及人员基本信息监测。

背景技术：

随着智能检测技术的发展，现代检测技术也越加的先进，以及传感器的轻型化、智能化以及准确度的提高，这也为智能检测技术的发展以及运用提供了先天的基本条件。智能检测技术被广泛运用于环境信息检测、人员信息检测以及高精度设备的信息检测，被运用于工业、军事、消防救援、交通等领域。

在工业化快速发展的情况下，同时也制造了许多的危险场景。在对于危险环境信息的检测，往往不止检测一种信息，而是多种信息的同时检测，这样才能详细了解环境基本情况。在于危险环境中，也应当注重人员保护，检测人员身体信息和环境基本情况，及时预警危险情况以及方便快速的人员救援。

在于危险未知环境的检测中，无论是对环境的检测或者是对于人员，此时都需要一款可以智能检测多个信息的以及可以嵌入人员服装或者是便于探险小车或机器人携带的一款智能装置。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于对危险环境进行监测的系统。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于多传感器融合的智能检测系统，其特征在于，包括多个传感器融合检测装置，每个传感器融合检测装置通过无线网络将数据发送至云端，若干个传感器融合检测装置之间通过zigbee协议进行自组网，组网后，传感器融合检测装置作为节点将数据传输至协调器，协调器将数据传输至上位机或者通过无线网络发送至云端：

传感器融合检测装置包括传感器模块、zigbee组网无线传输模块、无线通讯模块以及数据处理核心控制模块，其中：

传感器模块至少包括红外温度传感器以及电化学传感器；

当前传感器融合检测装置通过zigbee组网无线传输模块与其他传感器融合检测装置实现自组网；

数据处理核心控制模块基于非线性自校正与温度自补偿算法对电化学传感器获得的实时检测数据进行处理，包括以下步骤：

步骤1、通过统计获得电化学传感器的自身特性曲线随着温度而变化的特性图；

步骤2、获得电化学传感器的实时检测信号u，依据公式：

p＝a0(t)+a1(t)u+a2(t)u²计算得到数据融合补偿以后的检测信号p，式中，a0(t)、a1(t)、a2(t)为随温度变化的系数，通过以下公式迭代得到：

a0(t)＝a0+a1t+a2t²；

a1(t)＝b0+b1t+b2t²；

a2(t)＝c0+c1t+c2t²，式中，t为温度，a0、a1、a2、b0、b1、b2、c0、c1、c2为通过步骤1的特性图所获得的系数；

无线通讯模块，将经过数据处理核心控制模块处理的检测数据通过无线网络发送至云端。

优选地，若干个所述传感器融合检测装置通过树状结构组网。

优选地，所述传感器模块还包括三轴加速度传感器，通过三轴加速度传感器得出佩戴者的运动状态，将人体运动分为三轴运动，正常运动时，加速度小于4g，当人体摔倒时，加速度达6g以上，配合姿态检测，由所述数据处理核心控制模块判断此时人体的姿态是否平躺，从而判断出佩戴者是否意外摔倒，同时判断其在摔倒后是否重新站立，若未重新站立则判断此时需要及时的救援。

优选地，所述传感器融合检测装置还包括电源模块，电源模块采用锂电池，锂电池的输出经线性稳压芯片以后供电传感器模块、zigbee组网无线传输模块、无线通讯模块以及数据处理核心控制模块。

优选地，所述数据处理核心模块、所述zigbee组网无线传输模块及所述无线通讯模块采用高度集中设计，同时采用密封式结构。

本发明具有以下优点：1)温度、湿度、一氧化碳、硫化氢、加速度、心率和gps多传感器的实时监控；2)多个装置通过zigbee无线组网；3)上位机和安卓客服端远程实时监控；4)大数据融合分析，得出多个数据多时段信息。

附图说明

图1为系统整体框图；

图2为电化学传感器自校正示意图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

本发明基于多传感器的融合以及传感器信息的智能处理，实现例如消防救援环境中危险气体和基本信息的检测，例如一氧化碳、硫化氢、温度、湿度等状态信息的检测；同时也可以对人员的基本信息进行检测，例如人员的体温、运动状态、gps定位信息等基本信息的检测。便于检测危险环境信息以及保护人员的安全。同时该装置为黑匣子式设计，可以嵌入于人员的服装中，也可以放置在机器人身体上，通过zigbee的组网，可以实现对于多个装置的实时并行监测。通过4g网络可以将信息传输至云端，实现远程pc的实时监控，同时配合安卓软件，可以在移动客户端远程监控。云端储存不同时段的多个历史数据信息，可以在安卓查看历史变化曲线以及对比分析数据，得出环境或者人体状况分析。

为了达到上述的效果，本发明提供的一种基于多传感器融合的智能检测系统是通过下列技术方案来实现的：

包括多个传感器融合检测装置，每个传感器融合检测装置通过无线网络将数据发送至云端，若干个传感器融合检测装置之间通过zigbee协议进行自组网，组网后，传感器融合检测装置作为节点将数据传输至协调器，协调器将数据传输至上位机或者通过无线网络发送至云端。

结合图1，多传感器融合检测装置包括各个传感器模块、电源模块、zigbee组网无线传输模块、4g通讯模块以及数据处理核心控制模块。

传感器模块主要包含红外温度传感器、湿度传感器、一氧化碳传感器、硫化氢传感器、心率传感器、加速度传感器和gps模块等。通过红外温度传感器、电化学一氧化碳传感器、电化学硫化氢传感器、红外心率传感器、三轴加速度传感器和gps传感器分别可以检测人员温度和环境温度、一氧化碳浓度、硫化氢浓度、人员心率、人员运动状态和gps坐标信息。可以视具体情况以及环境增减传感器，传感器与数据处理核心控制模块通过通用uart串口直接连接，方便于如消防救援环境不同需要的运用。

各个传感器为独立模块，通过通用usb接口与控制模块连接，在具体应用情况下可以改变传感器的种类，比如在消防救援时，救援人员佩戴，可以检测人员的体温、心率、运动状态和gps信息，同时还可以检测环境的温度、一氧化碳浓度和硫化氢浓度等信息。在运用于探险小车时则可以减去心率模块，改为霍尔传感器，实时检测小车电量。此种通用的传感器接口式设计以及传感器独立模块设计大大增广应用场景，同时提高运用便捷性。

在传感器模块中，例如一氧化碳传感器和氧气浓度传感器之类的电化学传感器存在先天的缺点，就是自身的特性曲线随着温度而变化。本发明通过统计得出变化的特性图，在本装置内提前内置高精度红外温度传感器，基于回归分析法，编写了一氧化碳浓度电化学传感器和硫化氢浓度电化学传感器的非线性自校正与温度自补偿算法，基本系统模型如图2。非线性自校正算法采用一元二阶三项式的逆模型进行刻度转换，公式如下：

p＝a0(t)+a1(t)u+a2(t)u²

式中，u为获得的电化学传感器的实时检测信号，p为计算得到的数据融合补偿以后的检测信号。

a0(t)、a1(t)、a2(t)为随温度变化的系数，通过以下公式迭代得到：

a0(t)＝a0+a1t+a2t²；

a1(t)＝b0+b1t+b2t²；

a2(t)＝c0+c1t+c2t²，式中，t为温度，a0、a1、a2、b0、b1、b2、c0、c1、c2为通过特性图所获得的系数。

将参数值带入公式，得到我们温度自补偿公式，可以使最终浓度值与实际值误差小于1％。

同时加减传感器时，对于数据处理核心控制模块的主频也会造成一定的影响，这种变化会直接影响到对时钟频率精度要求极高的心率传感器，通过统计核心数据传感器的主频变化特性，从而写出纠正算法，纠正频率变化，最后将误差控制与千分之一以下，大大优于市面上心率检测模块的精度。

通过三轴加速度传感器可以得出佩戴者的运动状态，将人体运动分为三轴运动，正常运动时加速度是在一定范围，通常小于4g，而当人体摔倒时加速度可高达6g，配合姿态检测，判断此时人体的姿态是否平躺，完全可以判断出佩戴者是否意外摔倒，同时判断其在摔倒后是否重新站立，若未重新站立则判断此时需要及时的救援。

zigbee模块可以帮助多个装置自动无线组网，将多个装置数据信息共同传输至远程pc端，远程上位机可以同步监控多个装置数据信息，同时4g模块可以将数据信息发送至云端，利用大数据分析，实时分析传感器信息，得出数据报告，配合安卓客服端，可以远程实时得到装置各个传感器历史和实时数据。

数据处理核心控制模块与各个模块采用有线通用usb接口连接，可以适应多个传感器，采集多个传感器的信息，以及处理，通过多个传感器的配合和智能算法来修正各个传感器的数据，以得出高精度的传感器数据。最后通过uart串口通讯将数据传输至无线模块将数据传输，无线模块将数据传输至远程客服端或者云端，数据将会与安全值进行智能对比，数据超过预设值，此时系统会紧急提示人员注意。

本发明的各个传感器融合检测装置之间可以通过zigbee模块进行组网，数据可以同时同步无线传输至上位机和远程终端，各个装置之间组网主要通过树状结构组网，各个节点将数据传输至协调器，协调器将数据传输至上位机或者通过4g发送至云端，上位机采用vb编写，实现同步刷新数据，实时显示各个节点详细信息。

接收到的数据通过4g实时传回云端，云端保存每一刻数据，通过配合安卓手机app，可以查看实时的数据和历史数据，还可以分析各项数据的走势和基本情况表，在人员佩戴时，可以结合人员的运动状态、体温、环境温度和心率数据分析得出人员的健康状况，运动强度以及实时的基本情况。

本发明设计为黑匣子型，采用锂电池供电，经线性稳压芯片以后供电cpu和各个传感器模块，数据处理核心模块和数据传输模块采用高度集中设计，同时密封式具有一定的防水能力，通用接口式连接，方便拆卸，连接传感器无需操作，核心控制单元自动识别同时各节点与协调器自动连接，将数据实时传输至上位机与远程服务器。可以方便放置于探险小车或者嵌入于人员服装中，进行数据采集。