游泳池溺水报警及定位系统的设计与实现

摘要

近年来，随着游泳运动人数的增加，泳池溺水事故发生率也在逐年上升。传统救生员人力管理模式很难对突发溺水事件做出及时反应。因此如何在溺水事故发生时迅速找到溺水位置并及时通知救生员营救成为人们普遍关心的问题。
　　针对以上需求，论文设计出一种游泳池溺水报警及定位系统，系统由四部分组成：水下声信标、水下长基线基阵、水上信号采集器和上位机信号处理软件。当发生溺水时，游泳者通过腕部声信标发射声信号，信号采集器同步采集长基线阵接收到的信标声信号，并将采集信号数字化后通过 USB传送到上位机软件中，软件对该信号进行分析处理，最终在人机交互界面中给出解算结果，此时救生员可通过软件给出的位置信息展开救援。
　　论文首先对比分析了几种适用于TDOA长基线定位模型的解算方法，根据仿真结果选择Fang-Chan联合算法进行软件实现，同时采用拷贝相关及包络检波等技术，对定位信号进行有效时延估计。接着设计并实现了水下声信标和水上信号处理软件的相应功能。声信标内部软件基于STM8L系列低功耗MCU平台进行开发，运用IIC通信技术实现信标的压力检测，并通过RTC定时唤醒手段使信标在非信号发送状态处于活跃停机模式，进一步降低了平均功耗。水上信号处理软件选用Qt Creator开发平台，软件可拆分为低耦合度的若干模块，主要包括信号采集、相关峰检测、定位解算及显示控制等模块。其中信号采集模块进行信号的预处理，定位解算模块进行数据算法解算，最后集成后的软件平台给出综合处理结果。
　　为了验证系统性能，本文在混响水池和标准游泳池进行了多次测试，测试表明，系统能够稳定实时地实现信号发射、信号采集、定位信息显示等功能，满足游泳池溺水报警及定位需求。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 长基线定位系统的国内外研究现状

1.3 游泳池溺水监测系统的国内外研究现状

1.4 游泳池溺水报警及定位系统的设计思路

1.5 论文研究内容

第2章 系统基本原理研究

2.1 定位模型搭建

2.2 定位算法理论研究

2.3 定位算法仿真分析

2.4 定位信号的分析处理

2.5 本章小结

第3章 系统整体框架与硬件设计

3.1 系统整体框架

3.2 水下声信标的硬件设计

3.3 水上信号采集器的硬件设计

3.4 本章小结

第4章 系统软件的设计与实现

4.1 水下声信标的软件设计与实现

4.2 水上信号处理软件的设计

4.3 水上信号处理软件的模块化实现

4.4 本章小结

第5章 实验验证

5.1 混响水池实验验证

5.2 游泳池实验验证

5.3 后续测试与改进

5.4 本章小结

结论

参考文献

致谢