基于LTE的智能头盔设计与系统应用
发布时间：2021-06-17 21:46
消防事业在各国都是高危行业,近些年火灾事件频发,对人们的财产和生命安全构成了极大威胁。目前,我国消防装备发展缓慢,大部分作为防具仅加入照明,警报功能,研究方向还停留在材料选择和结构设计方面,缺乏对火场环境信息的动态监测以及数据无线传输功能;较少数消防装备运用WiFi,蓝牙,NFC（Near Field Communication）等技术实现信息传输,但搭建WiFi网络成本高,耗电量大;蓝牙传输速度慢且传播距离受限,其续航性和覆盖性都不理想;故研究一款具有无线数据传输功能的消防装备对消防事业的发展具有重要意义。针对现阶段消防头盔功能单一,存在环境信息采集与数据无线传输的功能缺陷,本文提出了一种基于LTE（Long Term Evolution）无线通信技术的消防头盔设计方案,实现消防头盔的智能化。智能头盔以物联网技术为核心,与华为云平台、客户端软件构成一套救援通信系统,实现火场环境数据的采集与无线传输功能。首先,基于消防装备的应用环境提出新的功能需求,对比分析无线通信技术,确定智能头盔系统的整体设计方案。本设计在传统消防头盔的基础上进行升级改造,搭建硬件环境,通过LTE无线通信技术与TC...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SOLOunifit多功能消防头盔20185“C-THRU”1.2AR[8]
西安科技大学硕士学位论文2展起来。2017年6月14日凌晨，英国伦敦北肯辛顿区24层的格伦费尔公寓发生火灾，消防局先后调集45辆消防车和200多名消防员赶往现场进行救援工作，由于室内火势发展迅猛及视线受浓烟的影响，最终造成80名人员葬身火海。这场惨重的事件引起了英国政府的高度重视。之后英国SOLO公司对已有消防装备改进升级，推出SOLOunifit多功能消防头盔及头盔式热像仪等一系列多功能集成消防装备，如图1.1。该消防装备在耳垫上装有喇叭，头盔上装置PTT（Push-to-talk）和对讲插头，来实现消防通信，同时在头盔里内置免提按键，简化了消防通信操作流程，可实现“即按即说”。自此，消防装备的智能化才受到国内外广泛重视。而2018年的张家口爆炸火灾事故，让更多的国内群众把关注点集中在消防员的人身安全和及时通信方面。图1.1SOLOunifit多功能消防头盔2018年5月，美国加州开发出“C-THRU超级消防头盔”，如图1.2。该头盔以AR技术[8]为核心，头盔内部的计算机模块把热感摄像头捕捉的画面传输至指挥中心，由指挥中心将画面增强后再回传至消防头盔。外部事物以几何结构线框的形式呈现在消防员眼前，消防员能更容易辨识出周围环境，可以更为准确地搜索被困人员。图1.2C-THRU超级消防头盔近些年国内对于消防装备的智能化研究也取得了不错的进展，只是更多的倾向于理论研
2系统总体方案设计11表2.1无线通信技术对比比较性能4GBluetoothIEEE802.11b红外通信ZigBee频率1880-1900MHz2.4GHz2.4GHz3.53*10e5Hz2.4GHz数据传输速率100Mbps2Mbps11Mbps16Mbps250kbps调制方式OFDMFHSSOFDMPWMQPSK传输距离1Km内10~100m高于50m1~3m10~100m通信保密性强强弱强强传输类型语音数据视频语音数据数据数据数据抗干扰性强强弱弱强考虑到高层建筑室内复杂的构造环境和传输视频信息的数据量，本设计采用4G无线通信技术，采集传输视频数据。2.4智能头盔系统架构本课题所研究的智能头盔主要包含无线通信，视频回传和环境信息采集等内容。通过对比当下无线通信技术，结合应用场景分析，选择4G无线通信技术为本设计的核心通信技术。智能头盔的核心器件是由核心控制器、无线通信模块、多传感器、摄像头等组成，在保障消防员安全的同时，监测周围环境信息，由无线通信技术对采集到的数据进行传输，实现智能化。2.4.1总体系统架构本文研究的智能头盔与云平台和客户端构成完整的消防通信系统。智能头盔由嵌入主控模块、无线通信模块、OLED、摄像头以及传感器等构成。摄像头和传感器采集的环境数据经LTE无线网络发送至云平台，云平台最终通过TCP协议[23]将数据传至客户端软件，在OLED显示界面也可查看传感器采集的实时数据；消防员通过LTE模块进行无线通信。系统架构如图2.1。图2.1系统架构图
【参考文献】：
期刊论文
[1]微机和单片机串行通讯接口的电路设计[J]. 范舒颜. 计算机产品与流通. 2020(08)
[2]基于华为云平台发放虚拟机的研究[J]. 李建蕊. 数字通信世界. 2019(12)
[3]基于MKL16Z128VFM4和EC20的4G通信系统设计[J]. 柯建兴,薛曼玉,田召宝. 通信电源技术. 2019(09)
[4]无线通信技术的分析与研究[J]. 具振华. 电子技术与软件工程. 2019(14)
[5]基于LoRa的心率血氧实时监测系统的研究[J]. 吴磊,胡维平. 电子设计工程. 2019(14)
[6]基于ARM嵌入式系统QT软件模拟调试技术[J]. 吕兴朝,王泽同. 电子技术与软件工程. 2019(13)
[7]信息化消防灭火装备的研究与开发[J]. 高禹,冯怡然,雷晓静,陶学恒,芦金石,吴世豪,刘磊. 机械工程师. 2019(04)
[8]传感器技术在自动控制中的应用研究[J]. 李宇贺. 电子世界. 2019(05)
[9]基于物联网技术的智能消防头盔研制[J]. 唐鑫,金佳旺,曹文辉,程家贵,杜宇人. 无线互联科技. 2019(04)
[10]基于Zynq与Qt的视频采集与图像边缘检测系统[J]. 宁效龙,何子力,张昕昱,徐景宏,刘文. 信息技术与网络安全. 2019(02)
硕士论文
[1]智能消防员头盔的研制[D]. 李元丰.哈尔滨工业大学 2017
[2]基于多源信息融合的智能消防头盔关键技术研究[D]. 张成.东华大学 2016
[3]基于Cortex的消防装备模拟训练系统的设计与实现[D]. 马圣博.中国海洋大学 2015
[4]火灾自动报警系统联网平台的设计与实现[D]. 伍良.电子科技大学 2014
本文编号：3235978
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SOLOunifit多功能消防头盔20185“C-THRU”1.2AR[8]
西安科技大学硕士学位论文2展起来。2017年6月14日凌晨，英国伦敦北肯辛顿区24层的格伦费尔公寓发生火灾，消防局先后调集45辆消防车和200多名消防员赶往现场进行救援工作，由于室内火势发展迅猛及视线受浓烟的影响，最终造成80名人员葬身火海。这场惨重的事件引起了英国政府的高度重视。之后英国SOLO公司对已有消防装备改进升级，推出SOLOunifit多功能消防头盔及头盔式热像仪等一系列多功能集成消防装备，如图1.1。该消防装备在耳垫上装有喇叭，头盔上装置PTT（Push-to-talk）和对讲插头，来实现消防通信，同时在头盔里内置免提按键，简化了消防通信操作流程，可实现“即按即说”。自此，消防装备的智能化才受到国内外广泛重视。而2018年的张家口爆炸火灾事故，让更多的国内群众把关注点集中在消防员的人身安全和及时通信方面。图1.1SOLOunifit多功能消防头盔2018年5月，美国加州开发出“C-THRU超级消防头盔”，如图1.2。该头盔以AR技术[8]为核心，头盔内部的计算机模块把热感摄像头捕捉的画面传输至指挥中心，由指挥中心将画面增强后再回传至消防头盔。外部事物以几何结构线框的形式呈现在消防员眼前，消防员能更容易辨识出周围环境，可以更为准确地搜索被困人员。图1.2C-THRU超级消防头盔近些年国内对于消防装备的智能化研究也取得了不错的进展，只是更多的倾向于理论研
2系统总体方案设计11表2.1无线通信技术对比比较性能4GBluetoothIEEE802.11b红外通信ZigBee频率1880-1900MHz2.4GHz2.4GHz3.53*10e5Hz2.4GHz数据传输速率100Mbps2Mbps11Mbps16Mbps250kbps调制方式OFDMFHSSOFDMPWMQPSK传输距离1Km内10~100m高于50m1~3m10~100m通信保密性强强弱强强传输类型语音数据视频语音数据数据数据数据抗干扰性强强弱弱强考虑到高层建筑室内复杂的构造环境和传输视频信息的数据量，本设计采用4G无线通信技术，采集传输视频数据。2.4智能头盔系统架构本课题所研究的智能头盔主要包含无线通信，视频回传和环境信息采集等内容。通过对比当下无线通信技术，结合应用场景分析，选择4G无线通信技术为本设计的核心通信技术。智能头盔的核心器件是由核心控制器、无线通信模块、多传感器、摄像头等组成，在保障消防员安全的同时，监测周围环境信息，由无线通信技术对采集到的数据进行传输，实现智能化。2.4.1总体系统架构本文研究的智能头盔与云平台和客户端构成完整的消防通信系统。智能头盔由嵌入主控模块、无线通信模块、OLED、摄像头以及传感器等构成。摄像头和传感器采集的环境数据经LTE无线网络发送至云平台，云平台最终通过TCP协议[23]将数据传至客户端软件，在OLED显示界面也可查看传感器采集的实时数据；消防员通过LTE模块进行无线通信。系统架构如图2.1。图2.1系统架构图
【参考文献】：
期刊论文
[1]微机和单片机串行通讯接口的电路设计[J]. 范舒颜. 计算机产品与流通. 2020(08)
[2]基于华为云平台发放虚拟机的研究[J]. 李建蕊. 数字通信世界. 2019(12)
[3]基于MKL16Z128VFM4和EC20的4G通信系统设计[J]. 柯建兴,薛曼玉,田召宝. 通信电源技术. 2019(09)
[4]无线通信技术的分析与研究[J]. 具振华. 电子技术与软件工程. 2019(14)
[5]基于LoRa的心率血氧实时监测系统的研究[J]. 吴磊,胡维平. 电子设计工程. 2019(14)
[6]基于ARM嵌入式系统QT软件模拟调试技术[J]. 吕兴朝,王泽同. 电子技术与软件工程. 2019(13)
[7]信息化消防灭火装备的研究与开发[J]. 高禹,冯怡然,雷晓静,陶学恒,芦金石,吴世豪,刘磊. 机械工程师. 2019(04)
[8]传感器技术在自动控制中的应用研究[J]. 李宇贺. 电子世界. 2019(05)
[9]基于物联网技术的智能消防头盔研制[J]. 唐鑫,金佳旺,曹文辉,程家贵,杜宇人. 无线互联科技. 2019(04)
[10]基于Zynq与Qt的视频采集与图像边缘检测系统[J]. 宁效龙,何子力,张昕昱,徐景宏,刘文. 信息技术与网络安全. 2019(02)
硕士论文
[1]智能消防员头盔的研制[D]. 李元丰.哈尔滨工业大学 2017
[2]基于多源信息融合的智能消防头盔关键技术研究[D]. 张成.东华大学 2016
[3]基于Cortex的消防装备模拟训练系统的设计与实现[D]. 马圣博.中国海洋大学 2015
[4]火灾自动报警系统联网平台的设计与实现[D]. 伍良.电子科技大学 2014
本文编号：3235978
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