基于toa测距的消防应急救援系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线射频通信网络、应急救援领域，具体涉及基于无线射频网络的消防搜救系统。
[0002]
【背景技术】
[0003]随着我国经济的飞速发展，各种高层建筑和大跨度厂房不断涌现，各种复杂的火灾和各种突发性事故也日益增多。消防部队面临的灭火救援形势日趋严峻，各类事故处置的难度和危险性越来越高。2013年以来全国发生的10起较大火灾中，就有20多名消防员牺牲在一线。面对建筑物坍塌、爆炸、轰燃、有毒气体等复杂局面，消防员救援时容易出现分不清方向，也很难感知自身所处位置的情况，同时，场外指挥人员无法摸清火场中人员的行踪状态，也无法做出有效的判断和指挥，因此，在灭火救援作业或训练中保护消防员自身安全成为亟待解决的问题。为了确保消防员能够有效地逃生，如何准确地确定被困消防员在火场中的位置成为当前研究重点。
【发明内容】
[0004]针对消防应急救援安全问题，本发明实施例的目的是提供一种基于无线传感器网络的消防应急救援系统，便于确定消防员在火场中的位置，保证对火场中遇险消防员的有效施救。
[0005]为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案:
一种基于无线通信网络的消防应急救援系统，其特征在于，包括:搜救器，手持终端机和服务器，搜救人员佩戴搜救器与服务器无线通信，消防人员携带手持终端机与服务器无线通信，指挥人员通过服务器与搜救器和手持终端机无线通信，搜救器由MCU、LCD显示屏、近距离测距TOA模块、远距离无线通信模块、近距离测距定向天线、远距离定向天线、扬声器、蜂鸣器和按键构成，手持终端机由MCU、近距离测距TOA模块、远距离无线通信模块、近距离测距定向天线、远距离无线通信定向天线和按键构成，服务器由便携式计算机、远距离无线通信模块、远距离无线通信全向天线构成，其中，搜救器的远距离无线通信模块、近距离测距TOA模块分别与远距离定向天线、近距离测距定向天线相连接，手持终端机的远距离无线通信模块、近距离测距TOA模块分别与远距离全向天线、近距离测距全向天线相连接。
[0006]作为上述技术方案的优选，所述远距离无线通信模块的频率是900Mhz或者433Mhz，具有通信距离远，信号不易被遮挡，穿透能力强，所述近距离测距TOA模块的频率是2.4~2.483Ghz，通信距离较近，容易受环境遮挡，穿透能力弱。
[0007]作为上述技术方案的优选，所述服务器具有用于存储搜救器和手持终端机位置信息的数据库。
[0008]作为上述技术方案的优选，所述服务器通过远距离无线通信模块与手持终端机进行远距离无线通信，用于接收佩戴着手持终端机的被困消防员发出的求救指令。
[0009]作为上述技术方案的优选，所述服务器通过远距离无线通信模块与搜救器进行远距离无线通信，用于操作服务器的指挥人员向搜救器发送搜救指令，救援人员携带搜救器进入火灾现场，通过与手持终端机的远距离无线通信模块进行定向通信，搜救器将从远距离无线通信模块和近距离测距TOA模块获得RSSI信号强度，用于确定被困消防人员的大致方向，在此基础上，通过与手持终端机的近距离测距模块进行测距通信，搜救器再从近距离测距模块获得与被困人员的测距值，用于确定与被困人员的距离，并显示到搜救器LCD显示屏，扬声器和蜂鸣器配合提醒和报警使用。搜救人员找到被困消防员后，通过搜救器远距离通信模块向服务器发送救援成功指令，服务器接收救援成功指令后解除该消防员的被困状态。
【附图说明】
[0010]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0011]图1为本发明实施例搜救器的结构示意图；
图2为本发明实施例手持终端机的结构示意图；
图3为本发明TOA测距的原理图；
图4为本发明搜救器和手持终端机测距的示意图。
【具体实施方式】
[0012]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
[0013]基于TOA测距的消防应急救援系统，消防人员携带手持终端进入火灾现场，出现紧急情况需要救援时，消防员通过手持终端机向服务器发出求救指令，服务器接收到求救指令之后，进而向佩戴有搜救器的救援人员发出救援指令，通知搜救人员进入火灾现场寻找被困消防员，搜救器和手持终端机通过从远距离无线通信模块和近距离测距TOA模块获得RSSI信号强度，以及通过近距离TOA测距模块发送、接收数据包之间的时间延迟实现测距过程，根据手持式终端相对于搜救器的大致方向和距离信息，准确地确定手持式终端相对于搜救器的位置信息；
图1展示搜救器的结构示意图，搜救器是由MCU、LCD显示屏、近距离测距TOA模块、远距离无线通信模块、近距离测距定向天线、远距离定向天线、扬声器、蜂鸣器和按键构成；所述远距离无线通信模块与远距离定向天线连接，用于将控制数据通过定向天线发送出去，或者通过定向天线接收控制数据；
所述近距离测距TOA模块与近距离测距定向天线连接，用于将测距数据通过定向天线发送出去，或者通过定向天线接收测距数据；
所述搜救器和手持终端机的近距离测距TOA模块之间发送、接收测距数据，根据发送、接收数据之间的时间延迟，计算搜救器和手持终端机之间的距离；
所述搜救器和服务器的远距离无线通信模块之间发送、接收控制命令，用于服务器向搜救器发送搜救命令，搜救器将测距得到的位置数据返回给服务器，或者将救援成功指令发送给服务器；
MCU处理器与近距离测距TOA模块、远距离无线通信模块、扬声器、蜂鸣器和按键协调工作，在搜救器接收到服务器发出的救援指令之后，MCU根据搜救器和手持终端机之间发送、接收数据的时间延迟，计算确定救援人员与被困消防员之间的距离，并将相对位置信息显示在搜救器LCD显示屏，触发扬声器和蜂鸣器在收到救援命令时进行鸣叫，向救援人员进行提醒和报警。
[0014]为了方便使用，所述搜救器还可以设置有LED显示屏、电源模块和存储模块，LED显示屏用于显示测距数据信息；存储模块用于存储方向、距离等信息并上传给服务器。
[0015]找到被困消防员后，搜救人员按下按键，停止测距并通过远距离通信模块发送搜救成功指令到服务器。
[0016]图2展示手持终端机的结构示意图，手持终端机是由MCU处理器、近距离测距TOA模块、远距离无线通信模块、近距离测距全向天线、远距离全向天线和按键构成；
所述远距离无线通信模块与远距离全向天线连接，用于将控制命令通过定向天线发送出去，或者通过全向天线接收控制命令；
所述近距离测距TOA模块与近距离测距全向天线连接，用于将测距数据通过全向天线发送出去，或者通过全向天线接收测距数据；
所述手持终端机与搜救器之间通过近距离测距TOA模块发送、接收测距数据，根据发送、接收数据之间的时间延迟，计算手持终端机和搜救器之间的距离；
所述手持终端机和服务器的远距离无线通信模块之间发送、接收控制命令，用于向服务器发送求救命令，或者手持终端机接收搜救器发出的测距数据；
所述手持终端机的MCU处理器与近距离测距TOA模块、远距离无线通信模块协调工作，用于在手持终端机和搜救器之间发送、接收数据的时间延迟，计算确定救援人员与被困消防员之间的距离；
图3展示TOA测距的原理图，本发明的手持终端机和搜救器通过近距离测距TOA模块共同实现精确定位，同时