[发明专利]一种基于Arduino小车搭载传感器对气体溯源的系统及其算法

说明书

本发明公开了一种基于Arduino小车搭载传感器对气体溯源的系统及其算法，涉及气体源定位技术领域，解决人工排查泄露情况与泄漏源是及其危险的技术问题，本发明包括小车、气体传感器、小车的定位系统和气体源定位系统，所述小车具有主板为Arduino UNO R3的主板连接于所述气体传感器为半导体气体传感器，小车具有基于Zigbee协议的CC2530射频模块，所述CC2530射频模块连接气体传感器，CC2530射频模块具有发射节点和接收节点，所述发射节点和接收节点之间进行Zigbee组网，采用三角形定位和质心算法定位以及遗传进化算法搜索，实现气体浓度的检测结合相关的算法对泄漏源进行定位的优点。

技术领域

本发明涉及气体源定位技术领域，涉及一种气体源定位装置，尤其是涉及一种基于Arduino小车搭载传感器对气体溯源的系统及其算法。

背景技术

近年来，我国化工业发生了许多的化学事故，严重威胁人民群众生命安全，造成巨大的经济损失，使生态环境受到破坏，甚至严重者还会影响社会稳定，大约70％的危险化学品意外爆炸起因是泄露，而一旦发生危险气体的泄露，人工排查泄露情况与泄漏源是及其危险的，比如城市管道老化，或者有毒工业气体的泄露，如果处理不得当，可能会给人们的生命财产安全造成巨大损失。而一旦发生危险气体的泄露，考虑到人工排查泄露情况与泄漏源是及其危险的，不符合科技发展的初衷，科技的发展带来的不止好处，还有很多潜在的危机，针对室内危险气体源泄露问题，目前只能通过人为的排查的危险性，但是人为的排查气体的溯源危险性较高，而且排查效率低，还不容易能够检查到，不能有效的保障人民生命财产安全。

危险气体泄漏会严重威胁人民群众生命安全，造成巨大的经济损失，使生态环境受到破坏，还会影响社会稳定，近年来国内外发生过多次由于危险气体泄露造成严重损失的案例，危险气体散发进入空气，不仅很容易随风大面积扩散，还会随着呼吸道进入人体造成机体损伤，因此当室内发生危险气体源泄露时，要迅速疏散人群，确定泄漏源，采取紧急措施来避免损失的进一步扩大。

由于本设计目前仅考虑室内场景，与本发明相关的现有技术一的目前室内定位技术主要有：

(1)基于超声波定位技术；(2)基于红外线的定位技术；(3)基于超宽带的定位技术；(4)射频识别定位技术(WLAN、ZigBee)等。

超声波定位是采用反射式测量方法，根据发射超声波到参考节点响应回波的时间差计算与参考节点之间的距离，通过三角定位方法计算出待测目标的位置。

红外线定位通过室内的光学传感器接收到的红外线发射器发射出的特定红外线后进行定位。红外线室内定位精度较高，但由于波长特性红外线无法穿透障碍物，仅能在直线可视距离内传播，有效距离短，成本高，实际应用不大。

超宽带(UWB)技术通过发送纳秒级或纳秒级以下的超窄脉冲来传输数据，可以获得GHz级的数据带宽，常采用TDOA演示测距定位算法，就是通过信号到达的时间差，通过双曲线交叉来定位的超宽带系统包括产生、发射、接收、处理极窄脉冲信号的无线电系统，定位精度很高但造价同样很高。

射频识别(RFID)技术是一种操控简易，适用于自动控制领域的技术，它利用了电感和电磁耦合或雷达反射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。射频(RF)是具有一定波长的电磁波，它的频率描述为：kHz、MHz、GHz，范围从低频到微波不一，RFID技术传输范围大、成本很低，但作用距离短，最长只有几十米。

室内定位系统有最基本的4种算法：(1)时间到达法(TOA)；(2)时间到达差法(TDOA)；(3)到达角度差法(AOA)；(4)信号强度法(RSSI)。

解方程组即可得到节点M的坐标。

在以上定位技术中的缺点有：

(1)超声波定位精度高且误差较小，但是超声波信号传输衰减严重，定位范围有限，设备成本较高，仅适用于特定环境下的室内定位应用。