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:工矿企业或市政施工现场的作业人员因作业环境中毒害气体超标导致中毒或窒息引起伤亡事件时有发生。为实时监测和预警作业环境中的毒害气体并及时反馈给作业人员和现场负责人,设计开发了一种用于作业现场危害气体的智能预警穿戴系统。首先给出该系统的架构设计,再进行硬件和软件子系统设计,其中硬件部分包括系统主控平台和电化学气体(ECG)传感模块,软件部分包括系统主控平台程序和安卓平台。本系统具有体积小、携带方便、成本低、检测气体种类灵活可变等特点,可以实时监测作业环境中的气体浓度值并及时告警,从而保障作业人员的人身安全。

0引言

笔者对近2年内工人因毒气泄露中毒的新闻报道进行了统计整理,并统计出危害气体导致作业人员中毒的数目,从中发现,近年来毒气泄露造成现场工作人员死伤的报道逐年增加。所以保护作业时人员的安全,营造安全的工作环境刻不容缓。

1系统架构分析与设计

本文介绍了一种毒害气体预警系统,能够实时检测现场毒害气体浓度,并将浓度值反馈到手机中。本文以CO为例,介绍毒害气体预警系统的硬件和软件架构

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图1是系统的网络拓扑图。系统由上位机、无线路由(AP)和气体预警单元组成。上位机和气体预警单元通过AP连接,气体预警单元将采集的数据发送到手机中,手机显示实时数据,设置危害气体的告警阈值和绑定作业人员的信息。同时,气体预警单元也可以直接进行本地的视觉、听觉和触觉的告警[1-2]。

2系统硬件设计

2.1硬件子系统设计

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系统分为两大部分:系统主控平台和电化学气体(ECG)传感模块,其框架如图2所示。其中系统主控平台包括电源管理模块、微控制器和短距无线通信模块;ECG传感模块则可以根据实际需求,添加CH4、CO、O2、H2S等气体传感模块,包括模拟前端(AFE)模块、A/D模块、参考电压、ECG传感器[3]。

ECG传感器模块中的ECG传感器将采集到的气体浓度数据转换为电流信号,AFE模块将该信号放大并转为电压信号输出,A/D模块将AFE输出的模拟电压信号转为15位的数字信号。参考电压电路为AFE模块提供一个较为精准的电压,在进行气体浓度计算时确保数据准确。

系统主控平台和ECG传感器模块之间通过I2C进行数据传输、AFE和AD寄存器的配置等。系统主控平台中的微控制器将传入的15位数字信号转换为对应气体的浓度值,通过SPI总线控制短距无线通信模块,以一定的数据帧格式发送至移动终端。

2.2系统主控平台

(2)微控制器:采用TI公司的MSP430FR5739,采用铁电存储器,超低功耗,支持硬件I2C和SPI总线等;微控制器与ECG传感模块通信使用I2C总线。

(3)短距无线通信模块:选取TI公司的CC3000芯片,它是一种低成本和低功耗的WiFi通信芯片。

传感模块

(2)A/D模块:为了实现更高精度的转换,本系统另外添加A/D转换芯片,选用TI公司的ADS1110,16位分辨率,支持I2C;AFE模块通过Vout端口向A/D模块传输电压模拟量,微控制器通过I2C总线控制转换结果的输出。

(3)参考电压:为了保证A/D转换精度,外接的参考电压,本系统选用TI公司的LM4120-2.5芯片,它的输入电压为电源管理模块的输出电压,它的输出电压为。

3软件子系统设计

3.1系统主控平台程序设计

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3.2安卓平台应用软件设计

安卓平台开发使用Eclipse开发环境,所开发的界面如图5所示,包括主界面、实时数据界面和设置界面。

(1)主界面:开启TCP服务器,等待多个毒害气体监测设备连接(最多同时支持5个设备),选择设备号查看实时CO的浓度,同时可以跳转进入设置界面。

(3)设置界面:可以设置CO的阈值,绑定设备号、使用者姓名和工号等信息[5]。

4实现与验证

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图6是系统硬件的实物图,其中图6(a)是正面图,主要是系统主控平台,图6(b)是背面图,其中①是微控制器,②是短距无线通信模块,③是ECG模块,④是LiFePO4电池。ECG模块通过接插件安装在系统主控平台的背面。

4.1系统测试方案设计

本文设计了如下实验环境:将已连接AP(TL-WR740N)的系统主控平台放入一个密闭的玻璃器皿中,并用蘸有酒精的医用棉点燃并放入其中,以此来制造CO。从刚开始到最后医用棉因缺氧而熄灭,CO的浓度是逐渐增加;将密闭的空间人为地制造一个缝隙,让空气扩散进入,等待一段时间,最后将密闭容器移除,CO的浓度将逐渐降到0PPM

4.2实验数据分析

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CO浓度变化曲线如图7所示,CO浓度数据每隔30s传输1次。从0时刻开始,系统主控平台刚放入密闭的器皿中,所以CO浓度为0PPM;在60s的时刻,医用棉点燃,过了3s因缺氧而熄灭,CO浓度迅速增加;在120s的时刻,CO浓度达到最大值;从150s的时刻开始,空气扩散进入器皿,CO浓度缓慢降低,直到600s的时刻还有一定浓度的CO;在750s的时刻,密闭容器全部移除,系统主控平台暴露在空气中,CO浓度迅速下降;到780s的时刻,CO浓度又恢复为0PPM。

5结论

本文介绍了一种用于作业现场危害气体的智能预警穿戴系统的软硬件设计。传统的气体检测仪多为固定设备,不灵活,需要人工读数,从而降低作业人员的效率。与之相比,本系统的硬件具有体积小、携带方便、检测气体种类灵活可变等特点。本文验证了COECG传感器能实时检测变化的CO浓度并转换为PPM值,并传到安卓平台,而给CO浓度值做标定是下一步的工作。

参考文献

[2]RADUT,FAYC,LAUKT,[J].InternationalConferenceonEnvironmentalSystemsEngineering,ICESE2009,Venice,Italy,2009.

[3]陈征,刘开华.基于MSP430的多用便携式测量仪的设计[J].电子测量技术,2012(5):36-39.

[5]李刚.疯狂Android讲义[M].北京:电子工业出版社,2013.

看看游戏里的效果是这样的:

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首先要安装如下插件:

以上两个插件是单独下载的,不用漏掉。

首先在TidyPlates里主题设置为threatplates。

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然后在TidyPlates_ThreatPlates里做如下图设置;

比如台服球的名称是魔化炸弹,那就在setname下面输入魔化炸弹,然后回车确定

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然后下面再设置炸弹的血条,如下图:

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设置的意思是,血条放大140%

最下面一栏是设置血条上设置什么标记,比如我设置的标记是插件里自带的模板迦顿男爵的造型,代码是:

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