CN109714401A - 一种基于无人机智能机库的环境及安防监测硬件实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无人机技术领域，尤其为一种基于无人机智能机库的环境及安防监测硬件实现方法，包括无人机智能机库环境及安防监测联动系统总体构架和无人机智能机库环境及安防监测联动系统硬件设计。本发明以电力线路智能巡检下的无人机智能机库建设需求为依托，以成熟的嵌入式技术和数据服务技术为基础，并结合网络传输技术，对智能机库进行远程、实时监控，并且对仓库环境进行实时监测，并从环境监测和安防监测出发，在充分最优化指标的前提下，实现智能机库环境监测系统中的温度、湿度、灯光、烟雾准确监控和安防系统中的视频、门禁顺利采集，并实现动态温湿度调节、视频片段截取与门禁出入相关联、电子围栏划分等高级功能。

Description

一种基于无人机智能机库的环境及安防监测硬件实现方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体为一种基于无人机智能机库的环境及安防监测硬件实现方法。

背景技术

一方面，近年来，无人机在电网中的应用程度不断加强，范围更加扩大，尤其是在电力线路巡检方面不断深化，无人机以及电池，遥控，中继基站等支撑设备数量不断增长，管理维护日益繁琐复杂，落后的管理如温湿度的不调控或者不合理调控导致无人机的使用寿命和实际利用率降低，同时更使无人机各设备的安全性降低，堆积存储引发高温火灾、无人机部件丢失等等问题时常发生。

另一方面，传统的安防系统，都是将安防监控与环境监测分离进行，且环境监测大部分依靠传统的仪器及人工观察，主要依靠现场人员的经验进行判断和分析，不能准确反应机库的安全性，也不能进行有效的科学分析。对人力物力耗费较大，存在较大的安全隐患。因此建立一个智能化的无人机机库显得尤为迫切。鉴于此，我们提供一种基于无人机智能机库的环境及安防监测硬件实现方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于无人机智能机库的环境及安防监测硬件实现方法，以解决上述背景技术中提出目前无人机安防监控与环境监测的安全性差以及成本高问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于无人机智能机库的环境及安防监测硬件实现方法，包括无人机智能机库环境及安防监测联动系统总体构架和无人机智能机库环境及安防监测联动系统硬件设计。

作为优选，所述无人机智能机库环境及安防监测联动系统总体构架包括四个部分：节点、网关、中心服务器以及管理员终端；

所述节点包括环境监测节点和安防监控节点，所述环境监测节点包括温度传感器、湿度传感器、光敏传感器和烟雾传感器，直接安装于机库内部，对仓库的实时环境信息进行采集；所述安防监控节点包括门禁和视频采集点，对门禁信息和视频流进行采集并实时上传；

所述网关对现场各采集终端采集的数据进行归并整理并转发至中心服务器；

所述中心服务器采用高性能服务器作为中心服务器，中心服务器通过线程控制接收数据并储存至数据库并提供查询功能，查看机库环境及安防的历史数据，且由Zigbee向采集端发送对应的指令；同时，中心服务器设置仓库内部环境参数，且针对参数异常时进行湿度、温度调节,或者在无法控制时向管理员发出报警，由管理员进行手动调节。

作为优选，所述管理员终端中管理员可通过PC终端，实时查看机库环境和安防信息，监控机库环境安全及人工工作情况,并且接受系统在异常情况下发送的报警信息。

作为优选，所述无人机智能机库环境及安防监测联动系统硬件设计包括主控制端与数据采集端；

所述主控制端采用S5PC100作为核心处理器，挂载2MNor Flash、128MNand Flash、64M SDRAM储存器，并且对主控制模块的外围电路进行设计；

所述数据采集端采用基于Cortex-M0核心内核的LPC11C14的嵌入式微处理器，并通过温度传感器、湿度传感器、光敏传感器、烟传感器，视频监控装置以及门禁监测装置实现对仓库温度、湿度、光照、烟感、视频信息的实时采集。

作为优选，所述主控制端是仓库安防系统设计的核心部分，包括ARM主处理器、时钟、JTAG接口、电源、VGA接口、摄像头接口、复位电路、Wi-Fi发送模块、64M SDRAM储存器以及Zigbee接收模块，实现视频采集功能，信息存储功能，无线发送功能，控制、运算、分析功能以及供电功能，ARM主处理器模块采用三星公司的S5PC100处理器，Zigbee接收模块由Zigbee模块组成的Zigbee网络连接数据采集处理器M0和中心服务器。

作为优选，所述外围电路的设计包括存储器电路模块、时钟和复位电路、JTAG接口电路、UART接口电路以及USB接口电路的设计。

作为优选，所述存储器电路模块包括主存储器和辅助储存器，所述主存储器通过SDRAM储存芯片用于储存接收到的代码或数据；辅助储存器为备份主储存器储存的代码；所述时钟和复位电路设计中复位电路的开关为轻触开关，大小为6×6mm，主服务器的CPU中内置独立的RTC时钟控制器。

作为优选，所述主控制端的开发板自带TMS/TCK/TDI/TDO四线标准的20pin2.54mm间距接口。

作为优选，所述UART接口电路采用的芯片为SP3232，将串口信号转换为RS-232信号。

作为优选，所述USB接口电路采用4个USB HOST接口。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本基于无人机智能机库的环境及安防监测硬件实现方法相对于传统的视频监控系统，基于嵌入式的智能机库监控系统无论在技术还是功能上,都有了实质性的变革。其服务器终端体积小，功能集成、性能稳定、能耗低、成本低、传输距离远、便于大面积普及使用的特点，发展前景良好，符合智能化电网的要求，适应变电站现场的实际环境和工作要求，故在其基础上研究一款基于嵌入式技术的无人机智能机库环境及安防监测联动系统，针对机库的具体特性，对将视频信息采集、现场环境拍照、温度湿度监测、异常情况报警等功能进行整合，通过摄像头及传感器对环境进行实时采集,并且对采集到的信息数字化后通过嵌入式处理器将其发送至网络，并提前设置环境监测异常数值报警，实现仓库管理员对仓库的远程、实时有效调控和监控。随着无人机的推广不断加大，建设无人机智能机库是大势所趋，本发明提出的环境及安防监测对于智能机库的建设具有极大地指导意义，是智能机库建设的重要的基础性研究，它将极大地促进智能机库向着更科学、智能化方向发展，保证无人机具有更加规范科学的存储环境和管理规范，保障无人机对于电力线路巡检的支持业务，促进无人机的深化应用和研究。

附图说明

图1为本发明无人机智能机库环境及安防监测联动系统总体构架图；

图2为本发明系统的整体硬件设计图；

图3为本发明的数据采集的硬件电路；

图4为本发明主控模块硬件框架图；

图5为本发明主处理器硬件图；

图6为本发明Zigbee硬件第一部分电路图；

图7为本发明Zigbee硬件第二部分电路图；

图8为本发明Zigbee硬件第三部分电路图；

图9为本发明的DDR存储器硬件电路连接示意图；

图10为本发明的复位电路的电路图；

图11为本发明的异步串行口硬件第一部分电路图；

图12为本发明的异步串行口硬件第二部分电路图；

图13为本发明USB接口电路的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种基于无人机智能机库的环境及安防监测硬件实现方法，包括无人机智能机库环境及安防监测联动系统总体构架和无人机智能机库环境及安防监测联动系统硬件设计。

具体如图1所示，无人机智能机库环境及安防监测联动系统总体构架包括四个部分：节点、网关、中心服务器以及管理员终端；

节点包括环境监测节点和安防监控节点，环境监测节点包括温度传感器、湿度传感器、光敏传感器和烟雾传感器，直接安装于机库内部，对仓库的实时环境信息进行采集；安防监控节点包括门禁和视频采集点，对门禁信息和视频流进行采集并实时上传；

网关对现场各采集终端采集的数据进行归并整理并转发至中心服务器；

中心服务器采用高性能服务器作为中心服务器，中心服务器通过线程控制接收数据并储存至数据库并提供查询功能，查看机库环境及安防的历史数据，且由Zigbee向采集端发送对应的指令；同时，中心服务器设置仓库内部环境参数，且针对参数异常时进行湿度、温度调节,或者在无法控制时向管理员发出报警，由管理员进行手动调节。

管理员终端：管理员可通过PC终端，实时查看机库环境和安防信息，监控机库环境安全及人工工作情况,并且接受系统在异常情况下发送的报警信息。

进一步的，如图2所示，无人机智能机库环境及安防监测联动系统硬件设计包括主控制端与数据采集端；

主控制端采用S5PC100作为核心处理器，挂载2MNor Flash、128MNand Flash、64MSDRAM储存器，并且对主控制模块的外围电路进行设计。

数据采集端采用基于Cortex-M0核心内核的LPC11C14的嵌入式微处理器，并通过温度传感器、湿度传感器、光敏传感器、烟传感器，视频监控装置以及门禁监测装置实现对仓库温度、湿度、光照、烟感、视频信息的实时采集。

主控制端的硬件框图如图4所示，主控制端是仓库安防系统设计的核心部分，包括ARM主处理器、时钟、JTAG接口、电源、VGA接口、摄像头接口、复位电路、Wi-Fi发送模块、64MSDRAM储存器以及Zigbee接收模块，实现视频采集功能，信息存储功能，无线发送功能，控制、运算、分析功能以及供电功能，ARM主处理器模块采用三星公司的S5PC100处理器，Zigbee接收模块由Zigbee模块组成的Zigbee网络连接数据采集处理器M0和中心服务器。

ARM主处理器模块采用三星公司的S5PC100处理器，该处理器具有低成本、低功耗、高性能的特点，为手持终端设备等小型微控制器提供了解决方案。该处理器是基于Cortex-A8内核的32/64位内部总线结构的处理器，解码能力很强大且省电。运行速度快，可以达到833mhz，硬件编码格式适用性广，为高性能要求的应用系统的开发提供条件。

如图5所示为S5PC100主处理器的硬件图，S5PC100主处理器有一巨大优势就是可以与SD/MMC/SDIO等借口的记忆相接，因此支持最高32GB的扩展，不仅如此，在配备RS232、RS485和高速串口下，Wi-Fi、蓝牙、3G和GPS等外部模块都可以在其上应用。除此之外，正如图3-图4所显示的那样，S5PC100处理器可以为系统节省许多功耗，而且也为开发提供了便利，这一优势有两大原因：第一、处理器自带通用外围设备；第二、减省额外的配置组件。优势本身是对自身配置的高要求，表现在处理器芯片存储器的使用，如DDR、SDRAM等双倍速率同步动态随机性；3线、5线各2路的串口混合，额外亦需支持2路485串口。

如图6-图8所示为Zigbee硬件电路图，Zigbee模块选用ZIC2410，这就使得整个设计可通过单芯片解决功能需求。它由modem的射频收发器/硬连线的MAC/内嵌8051内核的微控制器组成,可完全满足使用要求。

本发明的基于无人机智能机库的环境及安防监测硬件实现方法对硬件电路进行了详细设计，以保证各个模块之间的连接，保证工作的连续性与稳定性。同时，对主处理器模块、Zigbee接收模块以及外围电路进行设计，明确了机库安防系统的硬件情况，构建了硬件系统的基本要素，完成了无人机智能仓库环境及安防的硬件设计。

此外，本发明基于Zigbee和嵌入式技术的智能机库环境及安防监测联动系统，其以电力线路智能巡检下的无人机智能机库建设需求为依托，以成熟的嵌入式技术和数据服务技术为基础，并结合网络传输技术，对智能机库进行远程、实时监控，并且对仓库环境进行实时监测，异常情况实时报警，以辅助人工进行智能机库管理。及时发现潜在危险点，并且最大程度保留证据，消除安全隐患。该方法主要从环境监测和安防监测出发，在充分最优化指标的前提下，实现智能机库环境监测系统中的温度、湿度、灯光、烟雾准确监控和安防系统中的视频、门禁顺利采集，并实现动态温湿度调节、视频片段截取与门禁出入相关联、电子围栏划分等高级功能。构建安全、智能、绿色的无人机机库环境，保障无人机对于正常和应急巡检作业的支持，推动无人机的深度推广应用。

实施例2

作为本发明的第二种实施例，外围电路的设计包括存储器电路模块、时钟和复位电路、JTAG接口电路、UART接口电路以及USB接口电路的设计。

进一步的，如图9所示，存储器电路模块包括主存储器和辅助储存器，主存储器通过SDRAM储存芯片用于储存接收到的代码或数据；辅助储存器为备份主储存器储存的代码。

具体的，时钟和复位电路设计中复位电路的开关为轻触开关，大小为6×6mm，主服务器的CPU中内置独立的RTC时钟控制器，在S5PC100的开发板上自带复位按键不需要额外增加复位按键，复位电路设计如图10所示，复位开关的芯片为MAX811T，使用MAX811T可以保证系统在稳定的状态下保持工作。在主服务器的CPU中内置独立的RTC时钟控制器，因此，主服务器外部不需要额外增加时钟控制芯片。S5PC100开发板上电后，由VDD3_IO为RTC供电。在其掉电时，由外部配置的1220型号的纽扣电池BT1进行供电，以保证RTC能持续工作。

此外，主控制端的开发板自带TMS/TCK/TDI/TDO四线标准的20pin2.54mm间距接口作为JTAG接口电路。

值得说明的是，UART接口电路采用的芯片为SP3232，S5PC100一共有4路串行端口，端口COM1、2有5线串行接口，端口COM2、3有3线串行接口，端口COM1默认为调试端口，仓库安防终端的UART硬件电路所选用的芯片为SP3232,SP3232芯片的主要作用是能够将串口信号转换为我们需要的RS-232信号，当将拨码开关拨至SW2时，串口信号直接通过引脚输出TTL电平，或者通过此芯片直接将串口信号转化为RS-232信号输出，将串口信号转换为RS-232信号，UART异步串行口硬件电路图如图11和图12所示，UART的电路硬件设计中，还为UART预留了异步串行端口，可以通过此端口实现PC机和机库安防终端的实时数据的通信，方便在PC机对仓库安防终端进行测试。

值得注意的是，USB接口电路采用4个USBHOST接口，UT-S5PC100同时兼容两个协议，他们分别是OHCIRev1.0和USBRev1.1协议，并且4个USBHOST接口可以同时在其上使用。其中侧插A型USB接口，即J3接口，它可以连接到3G、蓝牙、USB、键盘、U盘、移动硬盘、USB鼠标等USB设备上。如图13的电路图清晰的显示，本发明中USB接口主要作为处理器与Wi-Fi模块和Zigbee模块的连接。

本发明相对于传统的视频监控系统，基于嵌入式的智能机库监控系统无论在技术还是功能上,都有了实质性的改变，其服务器终端体积小，功能集成、性能稳定、能耗低、成本低、传输距离远、便于大面积普及使用的特点，发展前景良好，符合智能化电网的要求，适应变电站现场的实际环境和工作要求，故在其基础上设计一款基于嵌入式技术的无人机智能机库环境及安防监测联动系统，针对机库的具体特性，对将视频信息采集、现场环境拍照、温度湿度监测、异常情况报警等功能进行整合，通过摄像头及传感器对环境进行实时采集,并且对采集到的信息数字化后通过嵌入式处理器将其发送至网络，并提前设置环境监测异常数值报警，实现仓库管理员对仓库的远程、实时有效调控和监控。

本发明的基于无人机智能机库的环境及安防监测硬件实现方法，基于无人机智能机库的环境及安防监测的硬件实现方法设计，从无人机智能机库建设的安全性、智能性需求出发，着眼无人机的长期深入发展，结合嵌入式技术、无线通信技术、数据处理技术，分析了无人机智能机库环境及安防监测的监测要点，包括环境监测的温湿度、灯光、烟感和安防监测中的视频、门禁等，进而确定系统的总体实现框架，再进一步设计各个模块的硬件实现以及模块之间的配合，详细设计了基于无人机智能机库的环境及安防监测硬件实现。

随着无人机的推广不断加大，建设无人机智能机库是大势所趋，本发明提出的环境及安防监测对于智能机库的建设具有极大地指导意义，是智能机库建设的重要的基础性设计，它将极大地促进智能机库向着更科学、智能化方向发展，保证无人机具有更加规范科学的存储环境和管理规范，保障无人机对于电力线路巡检的支持业务，促进无人机的深化应用和设计。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种基于无人机智能机库的环境及安防监测硬件实现方法，其特征在于：包括无人机智能机库环境及安防监测联动系统总体构架和无人机智能机库环境及安防监测联动系统硬件设计。

2.根据权利要求1所述的基于无人机智能机库的环境及安防监测硬件实现方法，其特征在于：所述无人机智能机库环境及安防监测联动系统总体构架包括四个部分：节点、网关、中心服务器以及管理员终端；

所述节点包括环境监测节点和安防监控节点，所述环境监测节点包括温度传感器、湿度传感器、光敏传感器和烟雾传感器，直接安装于机库内部，对仓库的实时环境信息进行采集；所述安防监控节点包括门禁和视频采集点，对门禁信息和视频流进行采集并实时上传；

所述网关对现场各采集终端采集的数据进行归并整理并转发至中心服务器；

所述中心服务器采用高性能服务器作为中心服务器，中心服务器通过线程控制接收数据并储存至数据库并提供查询功能，查看机库环境及安防的历史数据，且由Zigbee向采集端发送对应的指令；同时，中心服务器设置仓库内部环境参数，且针对参数异常时进行湿度、温度调节,或者在无法控制时向管理员发出报警，由管理员进行手动调节。

3.根据权利要求2所述的基于无人机智能机库的环境及安防监测硬件实现方法，其特征在于：所述管理员终端中管理员通过PC终端，实时查看机库环境和安防信息，监控机库环境安全及人工工作情况,并且接受系统在异常情况下发送的报警信息。

4.根据权利要求1所述的基于无人机智能机库的环境及安防监测硬件实现方法，其特征在于：所述无人机智能机库环境及安防监测联动系统硬件设计包括主控制端与数据采集端；

所述主控制端采用S5PC100作为核心处理器，挂载2M Nor Flash、128M Nand Flash、64M SDRAM储存器，并且对主控制模块的外围电路进行设计；

所述数据采集端采用基于Cortex-M0核心内核的LPC11C14的嵌入式微处理器，并通过温度传感器、湿度传感器、光敏传感器、烟传感器，视频监控装置以及门禁监测装置实现对仓库温度、湿度、光照、烟感、视频信息的实时采集。

5.根据权利要求4所述的基于无人机智能机库的环境及安防监测硬件实现方法，其特征在于：所述主控制端是仓库安防系统设计的核心部分，包括ARM主处理器、时钟、JTAG接口、电源、VGA接口、摄像头接口、复位电路、Wi-Fi发送模块、64M SDRAM储存器以及Zigbee接收模块，实现视频采集功能，信息存储功能，无线发送功能，控制、运算、分析功能以及供电功能，ARM主处理器模块采用三星公司的S5PC100处理器，Zigbee接收模块由Zigbee模块组成的Zigbee网络连接数据采集处理器M0和中心服务器。

6.根据权利要求4所述的基于无人机智能机库的环境及安防监测硬件实现方法，其特征在于：所述外围电路的设计包括存储器电路模块、时钟和复位电路、JTAG接口电路、UART接口电路以及USB接口电路的设计。

7.根据权利要求6所述的基于无人机智能机库的环境及安防监测硬件实现方法，其特征在于：所述存储器电路模块包括主存储器和辅助储存器，所述主存储器通过SDRAM储存芯片用于储存接收到的代码或数据；辅助储存器为备份主储存器储存的代码；所述时钟和复位电路设计中复位电路的开关为轻触开关，大小为6×6mm，主服务器的CPU中内置独立的RTC时钟控制器。

8.根据权利要求6所述的基于无人机智能机库的环境及安防监测硬件实现方法，其特征在于：所述主控制端的开发板自带TMS/TCK/TDI/TDO四线标准的20pin 2.54mm间距接口。

9.根据权利要求6所述的基于无人机智能机库的环境及安防监测硬件实现方法，其特征在于：所述UART接口电路采用的芯片为SP3232，将串口信号转换为RS-232信号。

10.根据权利要求6所述的基于无人机智能机库的环境及安防监测硬件实现方法，其特征在于：所述USB接口电路采用4个USB HOST接口。