[发明专利]一种基于雷达避障小车平台的室内火灾预警系统及方法

权利要求书

1.一种基于雷达避障小车平台的室内火灾预警系统，其特征在于：包括有小车平台以及安装在小车平台上的激光雷达模块、路径规划模块、电机驱动模块、温度传感器、近红外温室气体检测仪、信号变送器、A/D转换模块、电源模块、主控制器和声光报警器，所述的激光雷达模块设置于小车平台的前端，所述的电机驱动模块驱动小车平台前进，所述的近红外温室气体检测仪通过信号变送器与A/D转换模块连接，温度传感器与A/D转换模块连接，A/D转换模块与主控制器连接，所述的激光雷达模块、路径规划模块、电机驱动模块和声光报警器均与主控制器连接，电源模块用于整个系统不间断供电，近红外温室气体检测仪检测室内燃烧产生的CO气体和CO2气体的浓度,并将采集的气体浓度信号发送给信号变送器，信号变送器将检测的非电信号转换为电信号，温度传感器实时采集室内温度数据，信号变送器和温度传感器将采集的信号发送给A/D转换模块，A/D转换模块将温度传感器和信号变送器检测采集的模拟信号转换为数字信号传给主控制器，主控制器处理计算A/D转换模块传输的信号参量，控制声光报警器报警，并控制电机驱动模块工作，激光雷达模块用于探测小车平台前方障碍物，并将障碍物信息发送给主控制器，主控制器根据路径规划模块规划的路径控制小车平台按轨迹行走自动避开障碍物。

2.根据权利要求1所述的一种基于雷达避障小车平台的室内火灾预警系统，其特征在于：所述的路径规划模块包括有坐标系建立模块、地图构建模块和定位模块。

3.根据权利要求2所述的一种基于雷达避障小车平台的室内火灾预警系统，其特征在于：所述的地图构建模块只针对有无障碍物构建出一个全局环境地图，即显示出整个区域的边界轮廓，然后在有障碍物的地方提取出障碍物的轮廓，再在无障碍物的地方规划出小车行驶路径。

4.根据权利要求3所述的一种基于雷达避障小车平台的室内火灾预警系统，其特征在于：所述的坐标系建立模块根据小车所处的位置不同，建立坐标系，对所构建的地图内各种信息进行数值化处理。

5.根据权利要求4所述的一种基于雷达避障小车平台的室内火灾预警系统，其特征在于：所述的定位模块根据小车所处的位置不同，实时定位出小车的位置坐标信息，并传输到主控制器进行处理。

6.根据权利要求1所述的一种基于雷达避障小车平台的室内火灾预警系统，其特征在于：所述的激光雷达模块采用的是单线激光雷达，通过激光脉冲测距技术测量激光脉冲在雷达和目标之间来回飞行时间获取目标距离的信息来实时探测小车在行进过程中周围的障碍物情况，从而控制小车能够顺利避开障碍物。

7.根据权利要求1所述的一种基于雷达避障小车平台的室内火灾预警系统，其特征在于：近红外温室气体检测仪用的是基于TDLAS技术的气体检测激光管，采用DFB激光器作为光源，激光透过不同浓度的气体，吸收的强度不同，通过信号变送器将检测到的光强信号转换为电信号，再乘以光强吸收比，得到检测室内燃烧产生CO气体和CO2气体的浓度。

8.根据权利要求7所述的一种基于雷达避障小车平台的室内火灾预警系统，其特征在于：所述的信号变送器为光强探测器，把光信号转化为电信号。

9.根据权利要求1所述的一种基于雷达避障小车平台的室内火灾预警系统，其特征在于：所述的主控制器的型号为STM32F1。

10.一种基于雷达避障小车平台的室内火灾预警方法，其特征在于：以小车平台的初始位置为原点，以小车平台前进的方向建立y轴的正半轴，以垂直于小车平台前进的方向的右侧为x轴的正半轴，建立平面直角坐标系，确定气体着火点的计算方法如下：

所测气体为CO和CO2，两种气团密度均不小于空气的气团密度，所以燃烧产生时沿着地面扩散，根据不同位置的气体浓度大小与跟着火点的距离成反比，即离着火点越近的地方相应的气体浓度越大，离着火点越远的地方相应的气体浓度越小，首先系统通过路径规划模块在检测区域内根据相应算法规划出小车行驶路径，小车按规划好的路径行进检测，每行进一小段距离，可测得相应区域的气体浓度数值，这样通过对行驶过程中每一小段测得的气体浓度数据的处理，提取出浓度相等的位置，即可画出气体浓度信号等势线，然后通过在高浓度等势线上找点，做垂直平分线，通过交点即可确定着火点的位置，再低浓度等势线任意取点，做垂直平分线，来验证所确定的疑似着火点；具体算法过程如下，假设小车在检测行进的过程中，A、B、C、D为气体高浓度信号等势线上的两点，E、F为气体低浓度信号等势线上的两点，根据定位模块所定位的坐标为A(x_A，y_A)，B(x_B，y_B)，C(x_C，y_C)，D(x_D，y_D)，E(x_E，y_E)，F(x_F，y_F)，再根据两点式直线方程公式可以求出直线AB的方程为和直线CD的方程为根据中点公式求出AB的中点的坐标为求出CD的中点的坐标为再根据求出的直线AB和直线CD的方程得出两直线斜率分别为设为k₁和k₂，进而求出直线AB的垂直平分线方程为L₁：直线CD的垂直平分线方程为L₂：最后根据两直线交点公式求出L₁与L₂的交点P即为一次计算所近似确定的着火点,同理求出直线EF的方程其中点坐标再根据其斜率k₃，求出EF的垂直平分线L₃：通过计算L₃与L₁和L₃与L₂的交点坐标位置与一次计算所近似确定的着火点P点位置比较，来验证算法的准确性，并对算法做相应的修正，最终经过大量浓度数据的采集、提取、滤波验证运算处理，即可以确定出疑似着火点的所在区域。