一种人员位置检测装置

1.本实用新型涉及人员位置定位技术领域，尤其是涉及一种烟热模拟训练人员位置检测装置。


背景技术：

2.烟热模拟训练系统，可模拟黑暗、烟雾、噪音、障碍、局部高温等救援环境，使受训人员在佩戴救援设备的情况下，开展抢险、营救、自救等科目训练。在黑暗和浓烟的训练条件下无法实时监测金属网栅通道内训练人员的位置，无法实现训练环境与受训人员的实时互动，无法实现对受训人员开展训练评价，在突发状况时无法及时开展救援，不能保障其人身安全，因此需要人员位置检测装置对人员位置进行检测。
3.传统的人员位置检测装置需要在地板下方安装用于恢复的弹簧，并在其下方装有机械式压感开关，且信号传输至上位机需要大量在金属网栅通道内布置大量信号线，施工复杂，检修困难。随着科技发展，出现采用中间夹有圆孔海绵，上下层刷有碳浆作为人员位置检测装置，这种方式仍需大量信号线接入采用采集板卡并周期性的上传人员位置数据，施工仍然很复杂，无法将人员位置检测单元模块化，周期性的上传数据具有一定的延时性，采用中间夹海绵的方式灵敏度较低，且海绵容易风化使用寿命也会降低。


技术实现要素：

4.为了解决现有人员位置检测装置灵敏度低、时效性差、使用寿命低和非模块化等问题，本实用新型提出了一种人员位置检测装置。
5.实现本实用新型所采用的技术方案是：
6.一种人员位置检测装置，包括位置检测传感器和控制处理单元；
7.所述位置检测传感器包括支撑板、中空上盖，中空上盖将由下至上依次设置的感应层、缓冲层、防护层压紧在支撑板上；所述感应层包括上、中、下三层，所述感应上层的下表面、感应下层的上表面均设有导电棋盘网格，并在棋盘格每个交点处设有导电点；所述感应中层在对应棋盘格的每个交点处均开有通孔，使得施加压力于感应层上方时感应上层下表面的导电点与感应下层上表面的导电点接触；
8.所述控制处理单元设在支撑板内，所述控制处理单元包括控制处理单元保护外壳和设在外壳内的控制电路板，控制电路板通过导线连接感应上层的导电棋盘网格、感应下层的导电棋盘网格。
9.在所述感应上层的上表面对应于下表面每个棋盘网格交点处还粘贴有圆形凸点。
10.所述感应上层的下表面、感应下层的上表面的每个棋盘格交点处的导电点为圆形或方形，圆形导电点直径小于单位网格边长，方形导电点边长小于单位网格边长。所述圆形导电点半径10
‑
12mm，方形导电点边长为10
‑
12mm，所述感应中层在对应棋盘格的每个交点处的通孔半径为10
‑
12mm。
11.所述中空上盖周边开有通孔，通过螺钉透过通孔依次将感应层、缓冲层、防护层固
定在支撑板上表面。
12.所述支撑板下表面开设有放置支撑片的十字形槽，所述支撑片为不锈钢材质。
13.所述支撑板一侧开方形槽，方形槽里放置所述控制处理单元，所述控制处理单元的控制电路板引出导线连接设于该检测装置外部的信号接线端子；所述感应上层的导电棋盘网格、感应下层的导电棋盘网格还引出导线连接设置于该检测装置外部的传感器接线端子，传感器接线端子与所述信号接线端子连接；所述中空上盖的一侧设有开口，所述开口尺寸大于支撑板一侧开设的方形槽尺寸。
14.所述控制电路板包括控制单元和与其连接的信号采集单元、通讯单元、电源转换单元；所述控制单元采用arm芯片；电源转换单元为电源转换芯片，将外部12v转换为3.3v和5v电源为控制电路板其他单元供电。
15.所述通讯单元采用485通讯模块、can通讯模块和lora通讯模块中任意一个或几个组合；信号采集单元包括信号接线端连接隔离电路、再连接信号放大电路。
16.所述隔离电路采用光耦隔离器件，感应层的开关信号通过光耦隔离器件后输出信号至信号放大电路，信号放大电路通过运算放大器放大后将信号传输到控制单元，控制单元将信号传输到通讯单元，通讯单元通过总线或无线输出位置检测信号。
17.所述支撑板采用木板或聚乙烯板；所述感应层采用聚氨酯弹性体；所述缓冲层采用海绵，所述缓冲层的厚度在3
‑
5mm之间；所述防护层采用聚氨酯弹性体，所述防护层上表面设有防滑凸点或凸棱；所述中空上盖采用金属材料。
18.本实用新型的有益效果是：所提出的人员位置检测装置可以实时发送当前人员位置，能够将人员检测装置模块化，安装简易，使用寿命长。采用arm的核心控制器，具有功耗低，运行处理快，抗干扰性强等优点。人员位置检测装置具有485接口、can接口、lora无线接口，易于扩大安装规模，方便接入任意一种需要定位的室内或室外环境，特别是常见烟热模拟训练场景中。
附图说明
19.图1为本实用新型的人员位置检测装置的结构示意图；
20.图2为本实用新型的控制处理单元电路结构及连接示意图；
[0021]1‑
支撑层；101
‑
方形槽；102
‑
十字形槽；103
‑
支撑板；2
‑
感应层；201
‑
圆形凸点；202
‑
传感器接线端子；3
‑
缓冲层；4
‑
防护层；5
‑
中空上盖；501
‑
沉头眼；502
‑
方形开口；6
‑
控制处理单元；601
‑
控制处理单元外壳；602
‑
控制电路板；603
‑
信号接线端；7
‑
信号采集单元；701
‑
隔离电路；702
‑
信号放大电路； 703
‑
信号接线端子；8
‑
通讯单元；9
‑
控制单元；10
‑
电源转换单元；
具体实施方式
[0022]
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型的目的，但不用来限定本实用新型的范围。
[0023]
本实用新型方便接入任意一种需要定位的室内或室外环境，例如，可以实用若干个本装置安装在地面或墙壁上，当有压力施加于该装置防护层4表面时，缓冲层3对外力进行缓冲，感应层2的上层上表面的圆形凸点201受力使得感应上层下表面导电凸点与感应下
层上表面导电凸点接触，产出接触力信号经过传感器接线端子202至信号接线端603至信号接线端子703接入信号采集单元7 的隔离电路701后转换为弱电信号，再经过信号放大电路702放大输出至控制单元9，最后经过通讯单元8输出表征人员位置的检测信号。本装置预先安装在预设位置，因此预设位置已知情况下可以检测输出人员碰触该装置时的位置信号。
[0024]
以下以常见烟热模拟训练场景中本实用新型装置为例进行说明。本装置预先安装在烟热模拟网栅格走廊的预设位置(地面或墙壁上)，因此预设位置已知情况下可以检测输出人员碰触该装置时其所处在何地的位置信号。
[0025]
如图1所示本实用新型的一种烟热模拟训练人员位置检测装置包括位置检测传感器和控制处理单元。位置检测传感器包括支撑板1、感应层2、缓冲层3、防护层4和中空上盖5五部分构成。
[0026]
支撑板1采用30mm厚橡木，整体呈正方形边长为960mm，其中方形的一边距离顶角150mm处开长70mm*50mm*23mm方形槽101，支撑板1面上表面高度误差小于1mm，支撑板1下表面开有3mm厚的25mm宽的十字形槽102，十字形槽 102内水平镶有支撑片，支撑片材质为304的不锈钢片宽度为24mm长度为9600mm，不锈钢片上每隔100mm旋有沉头眼501，使用25mm沉头木纹螺钉固定于支撑面 1下表面。感应层2采用采用聚氨酯弹性体，分为上中下三层，上层下表面、上层上表面以棋盘网格式喷涂或刷碳粉，棋盘格边缘距感应层边缘80mm,棋盘格为8x8方格，每个方格为正方形且边长为80mm，上层下表面按棋盘方格交点为中心喷涂半径11mm圆形导电点,下层上表面按棋盘方格交点为中心，喷涂半径 12mm圆形导电点，中层按棋盘方格交点为圆心开有半径为10mm圆孔。此外，圆形凸点201与感应层材料相同，为半径为5mm圆形。圆形凸点201通过3m胶粘贴在感应层上层上表面，并且网格交点与圆形凸点201中心一致。将上、下表面棋盘网格与传感器接线端子202连接。缓冲层3采用弹性海绵，其厚度是3mm，其形状为正方形边长为960mm,将弹性海绵平铺于感应层2正上方，海绵几何中心与感应层几何中心重合。防护层4采用聚氨酯弹性体或胶皮厚度为3.5mm，胶皮可大幅弯曲属于软性胶皮，胶皮上表面带有竖条纹，其形状为正方形，边长为960mm,下表面平整,胶皮平铺于弹性海绵正上方且几何中心重合。中空上盖5 采用30mmx30mmx3mm角铁进行切割并焊接成边长为965mm的正方形铁框，角铁水平面旋有4个沉头眼，沉头眼均分于中空上盖5的每一条边上，其中一个角铁垂直面距离方形铁框顶点150mm处开有70mm*23mm的方形开口502，安装中空上盖5时应将方形开口501与支撑板方形槽101配合，中空上盖5将防护层4、缓冲层3、感应层2紧压于封边框内，并通过25mm沉头木工螺纹钉固定于橡木的支撑板1上。
[0027]
如图2所示，控制处理单元6包括控制处理单元外壳601和控制电路板602，控制电路板602通过φ5mm铜柱固定在控制处理单元外壳中，控制电路板602通过带有与传感器接线端子202相匹配信号接线端的双股导线电气连接。控制电路板602包括核心控制单元9、电源转换单元10、通讯单元8和信号采集单元7；核心控制单元9的控制芯片采用arm芯片stm32f103，电源转换单元10通过经电源转换芯片aoz1282ci、asm1117将外部输入电源转化为5v、3.3v为控制电路板602和其他单元供电，通讯单元8采用485通讯模块、can通讯模块和lora 通讯模块；信号采集单元7包括信号接线端703、隔离电路701、信号放大电路702。隔离电路701采用光耦隔离方式，感应层的开关信号通过光耦tpl521隔离，光耦隔离后的弱电信号输入到信号放大电路702信号放大电路通过运算放大器放大后ad8565将信号传输到核心控制单元9，核心控制单元9将信号进行限幅滤波、逻辑判断后传输到通讯单元8中485通讯
模块、can通讯模块和lora 通讯模块任意一种，本实施中采用can通讯，人员位置检测装置通过can通讯模块发送当前表征人员位置检测信号至上位机的烟热模拟训练人员定位监控系统。
[0028]
本实用新型的烟热模拟训练人员位置检测装置的工作过程包括：
[0029]
s1：将人员位置检测装置安装于金属网栅通道内，从烟热模拟训练控制室内引出4芯线，分别24v电源线和can总线；
[0030]
s2：将24v导线和can总线分别连接到控制电路板602的电源接线端子和 can通讯端子；
[0031]
s3：在将控制电路板602通过带有与传感器接线端子202相匹配信号接线端的双股导线电气连接；
[0032]
s4：训练人员进入到网栅通道内，身体各部位给与人员位置检测装置防护层4一定压力，在压力作用下防护层4向下凹陷，缓冲层3给予一定的缓冲空间；
[0033]
s5：经过缓冲后的剩余压力作用到感应层2的圆形凸点201，圆形凸点201 将感应层上、下层在中层圆孔处相接触产生接触开关信号；
[0034]
s6：接触开关信号通过光耦隔离后变成为稳定的弱跳变信号，经过放大器放大后变为stm32控制器可识别的信号；
[0035]
s7：stm32控制器将信号滤波处理后，输出表征是否有人处于人员位置检测装置上的检测信号，根据can通讯将人员位置检测信号发送至can总线；
[0036]
s7：烟热模拟训练系统上位机接收并解析can总线上的人员位置信号，再由上位机进行后续处理实现对人员位置的实时检测。
[0037]
综上所述，本实用新型的一种烟热模拟训练人员位置检测装置可以用于烟热模拟训练人员位置的实时检测。能够精准快速的检测人员训练位置，采用arm 控制芯片，性能更强，处理速度更快，同时也更加稳定；系统可以通过485通讯模块、can通讯模块和lora通讯模块容易搭载到烟热模拟人员定位系统中；本装置结构简单，安装方便，使用寿命更长，适合安装在各种金属网栅通道的金属支架中用于烟热训练远程人员跟踪。
[0038]
以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰应视为本实用新型的保护范围。