CN103839371A - 一种室内无人值守安全巡检系统 - Google Patents

Abstract

本发明专利公开了一种室内无人值守安全巡检系统，属家居安全领域。本发明包括：PC机、左轮伺服电机、无线数传模块、无线网卡、红外避障模块、红外热释电、烟雾检测模块、电源模块、STC15F模块、S3C2440模块、右轮伺服电机、DS18B20、USB摄像头；此外，火焰烟雾检测模块根据红外热释电、烟雾检测模块获取的信号，判断室内是否出现火焰或烟雾，GSM模块在S3C2440模块的控制下拨打预先设定的电话号码拨打电话或向所述电话号码发送短消息；灭火模块包含水泵和喷枪，所述水泵抽取小车上储水箱中装载的水进行前期火焰的扑灭。本发明智能机器人小车可以自由在房屋内行进，更具备火灾远程报警能力，以及初期火灾控制能力。

Description

一种室内无人值守安全巡检系统

技术领域

    本发明涉及一种室内无人值守安全巡检系统，属于家居安全领域。

背景技术

智能家居是指利用先进的计算机技术、网络通信技术、综合布线技术，将与家居生活有关的各种系统有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更孰舒适、安全、有效。近几年，在各大公司和媒体的强大概念宣传攻势下，我国智能家居行业逐渐形成，可用的、接近现实需求的产品不断增加，集成商、开发商以及装修公司己经积累了很多经验。如何建立一个高效率、低成本的智能家居系统己成为当前社会一个热点问题。而国家政府机构及各大信息家电生产厂商不失时机地开展了中国智能家庭网络的标准化制定工作，为中国智能家居的发展提供了一个开放的标准化平台，指明了智能家居研究领域正确的发展方向。目前我国的家庭智能化系统还处于从无到有的初级发展阶段，家庭智能化系统构成形式和手段还没有统一的标准。

智能家庭监控系统具有安全、方便、高效、快捷、智能化，个性化的独特魅力，对于改善现代人类的生活质量，创造舒适、安全、便利的生活空间有着非常重要的意义。而无人值守安全巡检系统是一种无人自动监控的智能家居系统，具有成本低、安装和维护方便快捷、运作和更新费用低等优点，能够实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，适合应用于楼宇内家居的环境监测，正逐步走向实用，具有非常广阔的市场前景。

据统计，火灾发生的初期是扑灭火灾的黄金时期，而当主人不在家中时，扑灭初期火灾的可能性几乎为零，只能任由灾难愈演愈烈。通常无人值守的情况下，火灾会直到发展到中后期才会被他人发现，此时已经错过火情控制的黄金时期，家之房屋主人并不知情，更使扑灭工作难以开展。

发明内容

    本发明的目的在于通过提供一种用于室内家居安全巡检监控的智能机器人小车，及其上位机监控系统。该系统能够及时将初期火灾迹象通报主人，并且在主人和消防人员赶到之前进行火灾的初期控制。

为解决上述技术问题，现提供一种室内无人值守安全巡检系统，该系统包含PC机、左轮伺服电机、右轮伺服电机、无线数传模块、无线网卡、红外避障模块、红外热释电、烟雾检测模块、STC15F模块、S3C2440模块、DS18B20、USB摄像头以及摄像头动作单元；其中无线网卡和USB摄像头分别与S3C2440模块连接，左轮伺服电机、右轮伺服电机、无线数传模块、红外热释电、烟雾检测模块、电源模块、DS18B20、红外避障模块分别与STC15F模块连接；

该系统还包含火焰烟雾检测模块、GSM模块和灭火模块；

火焰烟雾检测模块根据红外热释电、烟雾检测模块获取的信号，判断室内是否出现火焰或烟雾，如果是，向S3C2440模块发出报警信号；S3C2440模块在接收到所述报警信号后进行以下操作：

所述GSM模块在S3C2440模块的控制下拨打预先设定的电话号码拨打电话或向所述电话号码发送短消息；

所述灭火模块包含水泵和喷枪，所述水泵通过S3C2440模块的I/O口输出高低电平控制三极管的导通与关断，由所述水泵抽取小车上储水箱中装载的水进行前期火焰的扑灭；所述喷枪的朝向与所述USB摄像头的视野中心重合，喷枪与USB摄像头相对位置固定且固定于摄像头动作单元；所述喷枪与USB摄像头在摄像头动作单元的驱动下实现朝向变化。

作为优选的技术方案，该系统还包含语音识别模块，所述语音识别模块在语音识别包的基础上，以PC机1为载体，通过语音来控制室内电器的工作。

作为优选的技术方案，该系统还包含空调状态监测模块、窗帘状态监测模块以及房门状态监测模块，S3C2440模块接收所述空调状态监测模块、窗帘状态监测模块以及房门状态监测模块获得的信号，通过所述GSM模块向所述预先设定的电话号码发送反应空调状态、窗帘状态以及房门状态的短消息。

作为优选的技术方案，所述摄像头动作单元包含固定端和自由端，所述固定端固定于小车上，所述自由端能够进行水平和垂直方向的转动，所述喷枪与USB摄像头固定连接在所述自由端。

作为优选的技术方案，所述S3C2440模块根据USB摄像头采集的视频信号，通过模式识别获得火焰中心角方位坐标，并控制所述摄像头动作单元，使所述喷枪与USB摄像头朝向该火焰中心。

作为优选的技术方案，所述PC机以WIFI方式通过无线网卡与S3C2440模块进行无线通信，以无线方式通过无线数传模块与STC15F模块进行无线通信，无线数传模块使用APC220A-43通过PC机串口设置模块参数。

作为优选的技术方案，所述小车能够自由行进，行进过程中USB摄像头可以实时采集环境图像，并通过无线网络上传到PC机上，实现了网络摄像机功能。

作为优选的技术方案，所述S3C2440模块中内嵌Linux操作系统，实现程序的交叉编译和移植。

本发明的有益效果是，本发明通过ARM处理器S3C2440模块与PC机的无线网络通信实现对家居环境的异地监视和控制。系统现场通过摄像头进行图像采集，通过WIFI无线网络把采集到的图像传送给PC机监控界面，可以实现远程视频实时监控，同时通过传感器采集环境参数并上传到上位机监控界面。这样主人即使到了异地，只要能上网，就可以实现对家居环境的远程监视控制。并且，该智能机器人小车具备智能报警能力，能够及时将家中危险情况发送至主人，并且在主人以及消防力量赶到前，进行初期火灾的破灭与抑制。

本发明具有如下优点：

（1）维护简单，由于没有复杂的布线，使得无人值守安全巡检系统的维护变得非常简单，无需破坏墙面等设施就可以轻松进行维护。

（2）无线自动组网，它能实现无线通信传输，感知信息通过护联网实现信息传输。自动组网、自主修复的能力。大大简化了系统的调试，使无人值守安全巡检系统真正实现智能化。

（3）双向通讯功能，本发明具有双向通讯的功能，感知信息可以无线上传，控制命令也能够通过上位机无线下传，彻底摆脱布线的烦恼。　　 

（4）性价比高，安全巡检系统移动灵活、扩张性强，还具有低成本，低功耗的特点，符合“低碳生活”的绿色家居概念。

（5）该系统能够及时将初期火灾迹象通报主人，并且在主人和消防人员赶到之前进行火灾的初期控制。

附图说明

图1是本发明的系统硬件结构框图；

图2是本发明的红外避障模块原理图；

图3是本发明的烟雾检测模块7原理图；

图4是本发明网络摄像头采集的图像；

图5是基于本发明PC机1监控界面；

图6是本发明软件总体控制思路流程图；

图7是伺服电机控制程序流程图；

图8是家居环境监测模块程序流程图；

图9是本发明机器人小车实物图。

具体实施方式

在图1中，1- PC机；2-语音识别模块；3-无线网卡；4-无线数传模块；5-左轮伺服电机； 6-红外避障模块；7-红外热释电；8-火焰烟雾检测模块；9-电源模块；10-右轮伺服电机；11-DS18B20；12-空调状态监测模块；13-窗帘状态监测模块；14-房门状态监测模块；15- STC15F模块；16-S3C2440模块；17-语音处理；18-GSM模块；19- USB摄像头；20-报警模块；21-灭火模块。摄像头动作单元被图9中USB摄像头与小车间的线束遮挡而未示出。喷头与USB摄像头一体设计，可集成在摄像头外壳中，位于镜头下方。

本发明无线网卡4和USB摄像头13分别与S3C2440模块10连接，左轮伺服电机2、无线数传模块3、红外热释电6、火焰烟雾检测模块8、电源模块9、右轮伺服电机11、DS18B20 12、红外避障模块5分别与STC15F模块连接，整体构成了可以无线自动巡检的智能机器人小车。

火焰烟雾检测模块根据红外热释电、烟雾检测模块获取的信号，判断室内是否出现火焰或烟雾，如果是，向S3C2440模块发出报警信号；S3C2440模块在接收到所述报警信号后进行以下操作：

所述GSM模块在S3C2440模块的控制下拨打预先设定的电话号码拨打电话或向所述电话号码发送短消息；

所述灭火模块包含水泵和喷枪，所述水泵通过S3C2440模块的I/O口输出高低电平控制三极管的导通与关断，由所述水泵抽取小车上储水箱中装载的水进行前期火焰的扑灭；所述喷枪的朝向与所述USB摄像头的视野中心重合，喷枪与USB摄像头相对位置固定且固定于摄像头动作单元；所述喷枪与USB摄像头在摄像头动作单元的驱动下实现朝向变化。

摄像头动作单元包含固定端和自由端，所述固定端固定于小车上，所述自由端能够进行水平和垂直方向的转动，所述喷枪与USB摄像头固定连接在所述自由端。

所述语音识别模块2在语音识别包的基础上，以PC机1为载体，通过语音来控制家中空调等电器的工作，同时了解家中一切是否正常。这种方案的最大好处在于在不需要走动的情况下了解家中安全状态，且可以通过说话来直接控制家中电器的工作。

所述语音处理17实现本地的语音播放功能，它可通过咪头录取多段语音，并且存储所录取语音模块的地址，当需要播放某一段语音时，直接查询其地址即可，可顺序播放也可重读播放。

所述GSM模块18的功能包括：打电话和发短信，在该模块中插入电话卡按要求设置相应参数值，进行调试后即可使用，当家中出现危险情况时， GSM模块18可以向主人手机发送短信，同时拨打主人电话。报警模块20用来在现场进行危险信号的报警，提示主人进行处理。

所述灭火模块21用来当火焰烟雾检测模块8检测出火焰小苗时，进行现场灭火处理。模块中的水泵通过S3C2440模块16的I/O口输出高低电平控制三极管的导通与关断，从而实现对水泵的控制，由水泵抽取智能机器人小车上瓶中装载的水进行前期火焰的扑灭，同时报警模块20发出报警信号。

该系统还包含空调状态监测模块、窗帘状态监测模块以及房门状态监测模块，S3C2440模块接收所述空调状态监测模块、窗帘状态监测模块以及房门状态监测模块获得的信号，通过所述GSM模块向所述预先设定的电话号码发送反应空调状态、窗帘状态以及房门状态的短消息。

所述PC机1以WIFI方式通过无线网卡与S3C2440模块10进行无线通信，以无线方式通过无线数传模块与STC15F模块9进行无线通信，无线数传模块使用APC220A-43通过PC机1串口设置模块参数。

所述智能机器人小车在家居环境中可以自由行进，行进过程中USB摄像头13可以实时采集环境图像，并通过无线网络上传到PC机1上，实现了网络摄像机功能。

所述核心控制模块S3C2440模块10，其中内嵌Linux操作系统，实现程序的交叉编译和移植。

本发明智能机器人小车可以自由在房屋内行进，在行进过程中如遇到障碍物体，则可以通过红外避障模块5探测到障碍物的具体方位并避开障碍物。所述S3C2440模块10为控制核心，通过USB摄像头13获取家居监控图像进行处理，并使用无线网卡4传输到PC机1上的监控界面，监控界面可以动态显示家居的实时图像，并且可通过监控界面控制机器人小车的动作，家中成员即使远在千里也可以随时查看家居安全情况。STC15F模块9主要通过控制左轮伺服电机2和右轮伺服电机11实现小车的运动，小车上安装了各类家居安全信息检测传感器，通过红外热释电6、烟雾检测模块7、DS18B20 12实现对家居环境参数的采集，采集数据通过无线数传模块3以无线方式发送给PC机1，实现对家居安全的动态监测。

 

图2为所述红外避障模块5原理图，红外避障模块具有一对红外线发射与接收管，发射管发射出一定频率的红外线，当检测方向遇到障碍物（反射面）时，红外线反射回来被接收管接收，经过比较器电路处理之后，绿色指示灯会亮起，同时信号输出接口输出数字信号（低电平信号）。

图3为所述烟雾检测模块7原理图，所用传感器为MQ-2烟雾传感器，其使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡。当烟雾传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用本电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。

图4为网络摄像头采集图像，所述S3C2440模块10在Linux操作系统下实现了网络摄像机的功能，实现该功能需要满足的条件如下：S3C2440模块10和PC机1直接能使用网络正常通信；S3C2440模块10的文件系统中已经存在；相关组件和可执行文件都已具备；S3C2440模块10使用的Linux-2.6.30.4内核中已经包含USB摄像头的驱动。在PC机1端（PC用的是Windows平台），打开viewer.exe程序，然后在IP栏中输入S3C2440模块10的IP和打开的端口号，然后点击“connect”即可看到摄像头采集到的图像。

图5为所述PC机1监控界面，主要分为三个部分：串口信息、智能机器人小车控制、家居环境监测，每个部分都完成其特定的功能。智能机器人小车控制是核心部分，布局上居于中间位置，主要控制机器人小车前进、后退、左转、右转、停止这几个基本动作，右侧的滑动杆起调速的作用；最右侧的是环境监测界面，当家居环境参数出现异常时，开关会有报警显示。本发明整个界面设计简洁、合理，能够满足室内无人值守安全巡检系统的需要。

Claims (8)

1.一种室内无人值守安全巡检系统，该系统包含PC机、左轮伺服电机、右轮伺服电机、无线数传模块、无线网卡、红外避障模块、红外热释电、烟雾检测模块、STC15F模块、S3C2440模块、DS18B20、USB摄像头以及摄像头动作单元；其中无线网卡和USB摄像头分别与S3C2440模块连接，左轮伺服电机、右轮伺服电机、无线数传模块、红外热释电、烟雾检测模块、电源模块、DS18B20、红外避障模块分别与STC15F模块连接；

其特征在于：该系统还包含火焰烟雾检测模块、GSM模块和灭火模块；

火焰烟雾检测模块根据红外热释电、烟雾检测模块获取的信号，判断室内是否出现火焰或烟雾，如果是，向S3C2440模块发出报警信号；S3C2440模块在接收到所述报警信号后进行以下操作：

所述GSM模块在S3C2440模块的控制下拨打预先设定的电话号码拨打电话或向所述电话号码发送短消息；

所述灭火模块包含水泵和喷枪，所述水泵通过S3C2440模块的I/O口输出高低电平控制三极管的导通与关断，由所述水泵抽取小车上储水箱中装载的水进行前期火焰的扑灭；所述喷枪的朝向与所述USB摄像头的视野中心重合，喷枪与USB摄像头相对位置固定且固定于摄像头动作单元；所述喷枪与USB摄像头在摄像头动作单元的驱动下实现朝向变化。

2.根据权利要求1所述的一种室内无人值守安全巡检系统，其特征在于：该系统还包含语音识别模块，所述语音识别模块在语音识别包的基础上，以PC机1为载体，通过语音来控制室内电器的工作。

3.根据权利要求1所述的一种室内无人值守安全巡检系统，其特征在于：该系统还包含空调状态监测模块、窗帘状态监测模块以及房门状态监测模块，S3C2440模块接收所述空调状态监测模块、窗帘状态监测模块以及房门状态监测模块获得的信号，通过所述GSM模块向所述预先设定的电话号码发送反应空调状态、窗帘状态以及房门状态的短消息。

4.根据权利要求1所述的一种室内无人值守安全巡检系统，其特征在于：所述摄像头动作单元包含固定端和自由端，所述固定端固定于小车上，所述自由端能够进行水平和垂直方向的转动，所述喷枪与USB摄像头固定连接在所述自由端。

5.根据权利要求4所述的一种室内无人值守安全巡检系统，其特征在于：所述S3C2440模块根据USB摄像头采集的视频信号，通过模式识别获得火焰中心角方位坐标，并控制所述摄像头动作单元，使所述喷枪与USB摄像头朝向该火焰中心。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的一种室内无人值守安全巡检系统，其特征在于：所述PC机以WIFI方式通过无线网卡与S3C2440模块进行无线通信，以无线方式通过无线数传模块与STC15F模块进行无线通信，无线数传模块使用APC220A-43通过PC机串口设置模块参数。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的一种室内无人值守安全巡检系统，其特征在于：所述小车能够自由行进，行进过程中USB摄像头可以实时采集环境图像，并通过无线网络上传到PC机上，实现了网络摄像机功能。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的一种室内无人值守安全巡检系统，其特征在于：所述S3C2440模块中内嵌Linux操作系统，实现程序的交叉编译和移植。

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