CN110427054A - 一种应用于野生动物活动检测的云台监控装置及其监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种应用于野生动物活动检测的云台监控装置及其监控方法，属于应用于野生动物活动检测的云台监控技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种应用于野生动物活动检测的云台监控装置硬件结构及其使用方法的改进；解决该技术问题采用的技术方案为：包括本体外壳，所述本体外壳的前方设置有红外线捕捉透镜装置，所述红外线捕捉透镜装置的内侧设置有热释电传感器的探测单元，所述热释电传感器的信号输出端与红外传感模块相连；所述本体外壳的内部封装有步进电机，所述步进电机的转轴从本体外壳的顶部引出，所述步进电机的信号输入端与电机控制模块相连；所述本体外壳的底部设置有电源模块；本发明应用于野生动物活动检测场所。

Description

一种应用于野生动物活动检测的云台监控装置及其监控方法

技术领域

本发明一种应用于野生动物活动检测的云台监控装置及其监控方法，属于应用于野生动物活动检测的云台监控技术领域。

背景技术

野生动物检测是自然保护区的一项重要工作内容，检测野生动物数量与种群动态变化对于保护濒危物种、评估管理效果以及制定管理策略至关重要；传统的野生动物检测方法主要以人工检测为主，人工检测随意性较大，检测工作量大，效率低，且出现弄虚作假行为时监管困难，使得对野生动物活动区域及时间的检测存在错报漏报现象。

随着科技的发展，红外相机作为一种野外检测记录装置，对于野生动物活动记录有着良好的应用，红外相机具有人为因素限制少、对动物影响较小、物种鉴定准确、可全天候实时连续工作等特点，基于红外相机技术，我国在野生动物生态学研究、动物行为学研究、稀有物种的探测与记录、生物多样性检测及保护地管理与保护评价等领域取得了众多成果。

但目前使用的用于记录野生动物活动情况的红外相机仍然存在较多缺陷，相机取景角度固定，对于活动的野生动物来说不能采集到理想的活动图像，要求在相应区域设置多台红外相机才能取得良好的监控效果，增加了监控成本，监控效率低；另外对动物活动的监控要求设置在隐蔽处的红外相机工作过程处于低功耗状态，工作时发出的声音和光线微弱，使其不易被野生动物察觉发现，否则不能取得理想的监控画面，而这些功能要求都是目前监控装置所不具备的，需要改进。

发明内容

本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种应用于野生动物活动检测的云台监控装置硬件结构及其使用方法的改进。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种应用于野生动物活动检测的云台监控装置，包括本体外壳，所述本体外壳的前方设置有红外线捕捉透镜装置，所述红外线捕捉透镜装置的内侧设置有热释电传感器的探测单元，所述热释电传感器的信号输出端与红外传感模块相连；

所述本体外壳的内部封装有步进电机，所述步进电机的转轴从本体外壳的顶部引出，所述步进电机的信号输入端与电机控制模块相连；

所述本体外壳的底部设置有电源模块；

所述本体外壳的内部还设置有控制电路板，所述控制电路板设置在步进电机的下侧，所述控制电路板上集成有中央控制器，所述中央控制器通过导线分别与红外传感模块、电机控制模块相连，所述中央控制器的电源输入端与电源模块相连；

所述中央控制器还连接有串口通信模块，所述串口通信模块通过导线与监控计算机相连；

所述步进电机的转轴通过传动装置与相机壳体相连，所述相机壳体的内部设置有红外相机，所述红外相机的控制端通过导线与中央控制器相连。

所述红外线捕捉透镜装置具体为菲涅尔透镜阵列；所述红外线捕捉透镜装置中菲涅尔透镜的数量为5个，通过螺丝与本体外壳连接固定，所述相邻菲涅尔透镜之间设置位置的夹角为120度。

所述传动装置具体为设置有内螺纹的管型零件，所述传动装置的侧壁上开有销轴孔，所述传动装置与步进电机转轴连接后通过销轴固定；所述传动装置的顶部向上延伸设置有螺柱，所述螺柱与相机壳体的底部螺孔固定连接。

所述传动装置的螺柱直径、内螺纹内径均为6mm，所述整个传动装置高为15mm。

所述中央控制器还连接有数据存储模块。

所述中央控制器中使用的芯片为控制芯片U1，型号为STM32F103C6；

所述红外传感模块中使用的芯片为放大器芯片U2，型号为HT9274；

所述串口通信模块中使用的芯片为通信芯片U3，型号为MAX3232；

所述电机控制模块中使用的控制器为无触点继电器U4，型号为G6A-234P-ST-US；

所述电源模块中使用的芯片为稳压器U5，型号为LT1763。

一种应用于野生动物活动检测的云台监控装置的监控方法，包括如下步骤：

步骤一：将监控装置设置在野生动物活动区域并开机，此时本体外壳内部的红外线捕捉透镜装置处于动作捕捉状态，热释电传感器实时接收周边环境中动物发出的红外线；

步骤二：当有野生动物经过监控装置时，动物自身发出的红外线通过红外线捕捉透镜装置聚焦在热释电传感器的敏感单元上，所述热释电传感器将接收到的红外信号转换成电信号经过红外传感模块输入MOS管，将变化的模拟电压信号转化成数字信号输入到中央控制器中；

步骤三：所述中央控制器使用定时器中断定时检测信号来源方向，并与当前步进电机所处位置进行比较，计算出步进电机需要转动的角度，中央控制器向电机控制模块发出相应控制信号，控制步进电机转动；

步骤四：所述中央控制器通过步进电机自带的编码器使用定时器中断定时检测步进电机旋转的角度，当步进电机的旋转角度与目标角度一致时，中央控制器控制步进电机停止转动；

步骤五：当野生动物位置发生变化时，重复上述过程，控制步进电机转动，使红外相机采集图像始终跟随动物活动位置，从而实现监控装置对野生动物活动情况的跟踪监测。

所述红外线捕捉透镜装置具体为5个菲涅尔透镜组成的阵列，所述每个菲涅尔透镜采集信号分别对应相应的热释电传感器及红外传感模块，所述中央控制器将5路输入信号进行均值滤波、从大到小排序，并根据如下规则控制电机旋转相应角度：

设红外线捕捉透镜装置由左向右的透镜序号为1号至5号；

当中央控制器判断接收到的信号最大值来源于1号或者5号透镜时，中央控制器将控制电机旋转角度设置为对应旋转方向的最大旋转角度；

当中央控制器判断接收到的信号最大值来源于2号、3号或者4号透镜时，中央控制器将接收到的红外信号强度进行归一化处理，消除量纲的影响，处理过程如下：

设红外信号最大值来源于i号透镜，则与其相邻的透镜编号分别为i+1和i-1，上述透镜对应的红外信号强度分别为V_i+1，V_i-1，归一化处理后的结果设为V_result，则归一化算法公式为：

将上述得到的归一化值经过中央控制器内部的PID算法程序处理，最终得到电机旋转的期望角度信号，中央控制器将该信号发送至电机控制模块控制步进电机动作，同时中央控制器中的编码器实时监测当前旋转角度是否与期望角度相等，若检测值相等，则中央控制器控制电机停止转动，并控制红外相机开始工作，若检测值不相等，则中央控制器控制电机继续旋转，并重复上述过程。

本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明提供一种低成本、简单实用、可以实时跟踪野生动物活动的摄像系统，可将其应用于野外各种恶劣的监控环境中，提高监控野生动物活动情况的效率；本发明由内部设置的一套红外线感应跟随系统对路过的野生动物进行跟随摄像，有效提高监控画面的质量，且在工作过程中，设置在监控装置内部的用于控制电机转动的继电器采用无触点噪声、无导通火花、动作时间少，在其工作期间，不会对野生动物产生影响。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明本体外壳的结构示意图；

图3为本发明传动装置的装配结构图；

图4为本发明的电路结构示意图；

图5为本发明中央控制器的电路图；

图6为本发明红外传感模块的电路图；

图7为本发明串口通信模块的电路图；

图8为本发明步进电机的电路图；

图9为本发明电源模块的电路图；

图10为本发明将红外信号转换为电机角度的算法流程图；

图中：1为本体外壳、2为红外线捕捉透镜装置、3为热释电传感器、4为红外传感模块、5为步进电机、6为电机控制模块、7为电源模块、8为中央控制器、9为串口通信模块、10为监控计算机、11为传动装置、12为相机壳体、13为红外相机、14为数据存储模块。

具体实施方式

如图1至图10所示，本发明一种应用于野生动物活动检测的云台监控装置，包括本体外壳（1），所述本体外壳（1）的前方设置有红外线捕捉透镜装置（2），所述红外线捕捉透镜装置（2）的内侧设置有热释电传感器（3）的探测单元，所述热释电传感器（3）的信号输出端与红外传感模块（4）相连；

所述本体外壳（1）的内部封装有步进电机（5），所述步进电机（5）的转轴从本体外壳（1）的顶部引出，所述步进电机（5）的信号输入端与电机控制模块（6）相连；

所述本体外壳（1）的底部设置有电源模块（7）；

所述本体外壳（1）的内部还设置有控制电路板，所述控制电路板设置在步进电机（5）的下侧，所述控制电路板上集成有中央控制器（8），所述中央控制器（8）通过导线分别与红外传感模块（4）、电机控制模块（6）相连，所述中央控制器（8）的电源输入端与电源模块（7）相连；

所述中央控制器（8）还连接有串口通信模块（9），所述串口通信模块（9）通过导线与监控计算机（10）相连；

所述步进电机（5）的转轴通过传动装置（11）与相机壳体（12）相连，所述相机壳体（12）的内部设置有红外相机（13），所述红外相机（13）的控制端通过导线与中央控制器（8）相连。

所述红外线捕捉透镜装置（2）具体为菲涅尔透镜阵列；所述红外线捕捉透镜装置（2）中菲涅尔透镜的数量为5个，通过螺丝与本体外壳（1）连接固定，所述相邻菲涅尔透镜之间设置位置的夹角为120度。

所述传动装置（11）具体为设置有内螺纹的管型零件，所述传动装置（11）的侧壁上开有销轴孔，所述传动装置（11）与步进电机（5）转轴连接后通过销轴固定；所述传动装置（11）的顶部向上延伸设置有螺柱，所述螺柱与相机壳体（12）的底部螺孔固定连接。

所述传动装置（11）的螺柱直径、内螺纹内径均为6mm，所述整个传动装置（11）高为15mm。

所述中央控制器（8）还连接有数据存储模块（14）。

所述中央控制器（8）中使用的芯片为控制芯片U1，型号为STM32F103C6；

所述红外传感模块（4）中使用的芯片为放大器芯片U2，型号为HT9274；

所述串口通信模块（9）中使用的芯片为通信芯片U3，型号为MAX3232；

所述电机控制模块（6）中使用的控制器为无触点继电器U4，型号为G6A-234P-ST-US；

所述电源模块（7）中使用的芯片为稳压器U5，型号为LT1763。

一种应用于野生动物活动检测的云台监控装置的监控方法，包括如下步骤：

步骤一：将监控装置设置在野生动物活动区域并开机，此时本体外壳（1）内部的红外线捕捉透镜装置（2）处于动作捕捉状态，热释电传感器（3）实时接收周边环境中动物发出的红外线；

步骤二：当有野生动物经过监控装置时，动物自身发出的红外线通过红外线捕捉透镜装置（2）聚焦在热释电传感器（3）的敏感单元上，所述热释电传感器（3）将接收到的红外信号转换成电信号经过红外传感模块（4）输入MOS管，将变化的模拟电压信号转化成数字信号输入到中央控制器（8）中；

步骤三：所述中央控制器（8）使用定时器中断定时检测信号来源方向，并与当前步进电机（5）所处位置进行比较，计算出步进电机（5）需要转动的角度，中央控制器（8）向电机控制模块（6）发出相应控制信号，控制步进电机（5）转动；

步骤四：所述中央控制器（8）通过步进电机（5）自带的编码器使用定时器中断定时检测步进电机（5）旋转的角度，当步进电机（5）的旋转角度与目标角度一致时，中央控制器（8）控制步进电机（5）停止转动；

步骤五：当野生动物位置发生变化时，重复上述过程，控制步进电机（5）转动，使红外相机（13）采集图像始终跟随动物活动位置，从而实现监控装置对野生动物活动情况的跟踪监测。

所述红外线捕捉透镜装置（2）具体为5个菲涅尔透镜组成的阵列，所述每个菲涅尔透镜采集信号分别对应相应的热释电传感器（3）及红外传感模块（4），所述中央控制器（8）将5路输入信号进行均值滤波、从大到小排序，并根据如下规则控制电机旋转相应角度：

设红外线捕捉透镜装置（2）由左向右的透镜序号为1号至5号；

当中央控制器（8）判断接收到的信号最大值来源于1号或者5号透镜时，中央控制器（8）将控制电机旋转角度设置为对应旋转方向的最大旋转角度；

当中央控制器（8）判断接收到的信号最大值来源于2号、3号或者4号透镜时，中央控制器（8）将接收到的红外信号强度进行归一化处理，消除量纲的影响，处理过程如下：

设红外信号最大值来源于i号透镜，则与其相邻的透镜编号分别为i+1和i-1，上述透镜对应的红外信号强度分别为V_i+1，V_i-1，归一化处理后的结果设为V_result，则归一化算法公式为：

将上述得到的归一化值经过中央控制器（8）内部的PID算法程序处理，最终得到电机旋转的期望角度信号，中央控制器（8）将该信号发送至电机控制模块（6）控制步进电机（5）动作，同时中央控制器（8）中的编码器实时监测当前旋转角度是否与期望角度相等，若检测值相等，则中央控制器（8）控制电机停止转动，并控制红外相机（13）开始工作，若检测值不相等，则中央控制器（8）控制电机继续旋转，并重复上述过程。

本发明提供的云台监控装置主要由本体和红外相机构成，两者由传动装置连接，通过内部设置的中央控制器根据使用环境自行调节电机转动角度及时间，实现对野生动物的全天候无死角监控，减少装置设置与设备维护人员数量，提高监控效率；装置内部使用的步进电机采用继电器控制型电机，控制静音，监控效果好。

具体安装时，预先在本体外壳内部封装好步进电机，将电机转轴从外壳顶部引出，并将步进电机转轴通过传动装置与相机壳体底部连接固定，使步进电机动作时可以带动相机壳体进行转动，将传动零件安装就位，所述步进电机的信号控制端通过导线与本体外壳内部电机控制模块相连；所述相机壳体的内部设置有红外相机本体，该红外相机具备广角、夜间拍照摄像功能，具备对生物种群全天候活动及迁徙特性监控的功能。

所述传动装置M6规格的螺柱通过红外相机底部的螺孔连接，传动装置下面直径为6mm的圆孔用于连接电机的转轴，M3规格的螺孔通过螺栓固定电机的转轴，防止电极发生空转。

所述本体外壳侧壁上设置有多个用于放置热释电传感器3的通孔和用于增强接收红外信号能量幅值的红外线捕捉透镜装置2，使用的透镜具体为菲涅尔透镜；实际使用时，所述热释电传感器3、通孔、红外线捕捉透镜装置2的数量可以根据具体监控角度及精度需求增加或减少。

本发明实施例中将菲涅尔透镜的数量设置为5个，步进电机设置在外壳的中央，步进电机转轴通过外壳表面的圆孔伸出，中央控制器的电路板放置在步进电机下边，使用螺丝固定；所述菲涅尔透镜通过螺丝固定在外壳前部，相邻透镜之间的夹角为120度，热释电传感器和红外传感模块通过螺丝固定在外壳内部。

所述电源模块7使用稳压器芯片LT1763可以将6V输入电压降低到3.3V进行输出，给整套监控装置相应的控制模块供电。

本发明的主控芯片采用STM32F103单片机作为处理器，用于处理接受到的红外信号，并根据内部特定的算法程序控制步进电机的旋转角度和旋转时间。

所述串口通信模块9使用串口通信芯片MAX232用于下载和调试程序，同时具备远程发送监控视频数据到监控计算机10的功能；

所述电机控制模块6由型号为G6A-234P-ST-US的无触点继电器及其外围电路组成，该类继电器具备无触点噪声、无导通火花、动作时间少等优点，使得本发明在控制步进电机动作时会出现极其微弱的声光反应，对敏感的野生动物来说产生的影响可以忽略。

本发明使用的红外传感模块4控制电路，主要包括型号为RD624的热释电传感器3，所述热释电传感器3用于采集装置捕捉到的动物体活动时向外发出辐射的红外线，并将该信号通过红外传感模块4中设置的型号为HT9274的放大器对其进行进行放大和预处理，再将其发送至中央控制器8。

本发明云台监控装置的工作方式为：当野生动物进入检测范围时，动物体辐射的红外线经过菲涅尔透镜被聚集到热释电传感器的探测单元上，热释电传感器首先将红外信号转化成一个微弱的电信号，然后将所述电信号经过红外输入电路预处理输入到信号处理电路，经过中央控制器特定算法处理得到步进电机动作参数，电机控制模块根据所述动作数据控制步进电机的旋转角度及旋转时间，从而实现跟踪野生动物的功能。

进一步的，本发明提供的云台监控装置在其本体外壳中设置有6个红外信号输入模块、1个信号处理中央控制器、1个步进电机控制模块，可以用于监控180度范围内的动物活动图像；

所述红外信号输入模块将通过菲涅尔透镜收集到的红外信号使用功率放大器HT9274进行放大，然后将放大后的模拟信号输入到中央控制器中，经过中央控制器中信号处理电路分析处理后，将得到的结果输出到电机控制模块6中，步进电机控制电路发送相应动作指令控制步进电机做出相应动作，从而实现实时跟踪野生动物的功能。

如图10所示，为红外信号转化为电机旋转角度的算法流程，当动物自身发出的红外线信号通过放大电路（上述红外传感模块电路）和模数转换电路输入到中央控制电路，中央控制电路对输入信号进行预处理，将各透镜按顺序进行标号1-5，中央控制器将5路输入信号进行均值滤波、从大到小排序。当最大值为1号或者5号探头时，将电机旋转角度设置为对应旋转方向的最大旋转角度。当最大值为2号、3号或者4号探头时，中央控制器将接收到的红外信号强度进行归一化处理，消除量纲的影响，处理过程如下：

设红外信号最大值来源于i号透镜，则与其相邻的透镜编号分别为i+1和i-1，上述透镜对应的红外信号强度分别为V_i+1，V_i-1，归一化处理后的结果设为V_result，则归一化算法公式为：

将上述得到的归一化值经过中央控制器内部的PID算法程序处理，最终得到电机旋转的期望角度信号，中央控制器将该信号发送至电机控制模块控制步进电机动作，同时中央控制器中的编码器实时监测当前旋转角度是否与期望角度相等，若检测值相等，则中央控制器控制电机停止转动，并控制红外相机开始工作，若检测值不相等，则中央控制器控制电机继续旋转，并重复上述过程。

如图3所示，所述中央控制器8具体由单片机STM32F103及其外围电路构成，所述控制芯片U1引脚1通过电阻R6与3.3V电源正极相连；所述芯片的引脚2、3、4、7、18、19、21、22、27、28、29、32、33、38、39、40、45悬空；所述芯片引脚5和引脚6之间串联一个晶振Y1，所述晶振Y1的一边串联电容C10，另一边串联电容C11，所述电容C10和C11的另一端相连，然后和GND相连；所述芯片引脚8和9分别连接网络标号VSSA和VDDA；所述芯片引脚10经过电阻R19与网络标号WEAK相连；所述芯片引脚11、12、13、14、15分别串联电阻R18、R17、R16、R15、R14与3.3V电源正极相连，除此之外，所述引脚还与网络标号T1、T2、T3、T4、T5相连；所述芯片引脚16、17直接与网络标号A和B相连；所述芯片引脚20串联电阻R7，然后与GND相连；所述芯片的引脚23、35、47直接与GND相连；所述芯片引脚24、36、48直接与3.3V电源正极相连；所述芯片的引脚25、26、30、31、34、37、46分别直接与网络标号ctrl_vcc6、ctrl_6v、STM_USART-TX、STM_USART-RX、TMS、TCK、WEAK相连；所述芯片的引脚44经过电阻R5与GND相连。

如图4所示，包括热释电传感器3、放大器U2A、U2B，以及比较器U2C、U2D；

所述红外传感模块4的电路结构为：所述热释电传感器3的D引脚并接电容C23的一端，电容C2的一端，有极电容C1的正极后与电阻R1的一端相连，所述电阻R1的另一端并接电容C23的一端，电阻R7的一端后与6V电源输入端相连；

所述热释电传感器3的S引脚并接电阻R2的一端，电容C17的一端，电阻R3的一端后与电阻R4的一端相连，所述热释电传感器3的GND接地引脚并接电阻R2的另一端，电容C17的另一端后接地；

所述电阻R4的另一端并接电容C4的一端，电阻R5的一端后与放大器芯片U2的2脚相连；

所述放大器芯片U2的3脚并接电阻R3的另一端后与电容C3的一端相连，所述电容C3的另一端接地；

所述放大器芯片U2的4脚并接电容C15的一端，有极电容C16的正极后与6V电源输入端相连；

所述放大器芯片U2的1脚并接电容C4的另一端，电阻R5的另一端后与有极电容C5的负极相连；

所述有极电容C5的正极与电阻R6的一端相连，所述电阻R6的另一端并接电容C6的一端，电阻R11的一端后与放大器芯片U2的6脚相连，所述电阻R11的另一端与电阻R12的一端相连；

所述放大器芯片U2的5脚并接电阻R8的一端，电阻R9的一端，电容C14的一端后与有极电容C13的正极相连，所述电阻R8的另一端并接电阻R7的另一端，电容C19的一端后与放大器芯片U2的9脚相连；

所述电阻R9的另一端并接电阻R10的一端，电容C18的一端后与放大器芯片U2的12脚相连；

所述放大器芯片U2的7脚并接电容C6的另一端，电阻R12的另一端，放大器芯片U2的10脚后与放大器芯片U2的13脚相连；

所述放大器芯片U2的8脚并接电容C20的一端后与二极管D1的正极相连，

所述放大器芯片U2的14脚并接电容C21的一端后与二极管D2的正极相连，

所述电容C20的另一端并接电容C21的另一端后接地；

所述二极管D1的负极并接二极管D2的负极，电阻R13的一端后与中央控制器8的信号输入端相连。

所述电容C23、C2、C1作为滤波电容，分别并联在所述6V电源的正负极之间；

所述放大器U2A的反向输入端经过电阻R4与热释电传感器的引脚S相连，同时反向输入端经过电阻R5和电容C4的并联电路后与放大器U2A的输出端相连；

所述放大器U2A的正向输入端经过电容C3与GND相连，经过电阻R3与热释电传感器3的引脚S相连；所述正向输入端直接与6V电源正极相连，电容C15和C16并联在6V电源的正负极之间，作为滤波电容。

所述放大器U2B的正向输入端经过两个并联电容C13、C14与GND相连；所述正向输入端经过两个串联电阻R7、R8与6V电源的正极相连；所述正向输入端经过两个串联电阻R9和R10后与GND相连；

所述放大器U2B的反向输入端经过电阻R6和电容C5的串联电路与所述U2A的输出端相连；所述反向输入端经过一个电容C6和串联电阻R11、R12的并联电路与所述放大器U2B的输出端相连；

所述U2C的反向输入端经过电容C19与GND相连；所述反向输入端分别与所述电阻R7和R8并联；

所述U2C的正向输入端与所述U2B的输出端相连；

所述U2D的正向输入端分别与所述电阻R10和电容C18并联；

所述U2D的反向输入端与所述U2B的输出端相连；

如图5所示，所述串口通信模块9主要由通信芯片MAX232及其外围电路构成；所述通信芯片U3的引脚1和引脚3经过一个电容C29相连；所述芯片的引脚2经过一个电容C3与GND相连；所述芯片的引脚4和5经过一个电容C30相连；所述芯片的引脚6与电容C32串联，所述电容的另一端与所述芯片的引脚15相连，所述引脚15与GND相连；所述芯片的引脚7、8、9、10悬空；所述芯片的引脚11、12、13、14分别与网络标号STM_USART-TX、STM_USART-RX、RS232_RX1、RS232_TX1相连；所述芯片的引脚16直接与3.3V电源正极相连。

如图6所示，所述电机控制模块6由一个无触点继电器G6A-234P-ST-US及其外围电路构成，所述无触点继电器U4的引脚1经过二极管与6V电源的正极相连；所述继电器的引脚4、13分别与网络标号V6CC1、V6CC2相连；所述继电器的引脚8、11与网络标号Vcc_6连接；所述继电器的引脚16与MOS管（型号为BSS138）的漏极相连，与电容C40和电阻R27串联然后与6V电源正极相连；所述MOS管的源极与GND相连；所述MOS管的栅极与网络标号ctrl_vcc6相连，然后与电阻R25并联，所述电阻的另一端连接GND。

如图7所示，所述电源模块7主要用来协调步进电机、热释电传感器、主控芯片的用电需求；所述稳压器U5可以满足主控芯片对于外围电路的要求，用于给主控电路供电，该电路主要由集成芯片LT1763组成，所述芯片的引脚1作为整个电路的输出，输出电压为3.3V；所述芯片的引脚2和所述引脚1直接连接在一起；所述芯片的引脚3作为接地端，通过电容C4和所述引脚1连接；所述芯片引脚4和引脚2通过电容相连；所述芯片的引脚5直接和6V电压的正极相连；所述芯片的引脚6直接和所述芯片的引脚7相连，然后通过电容C2与所述芯片的引脚8相连；所述引脚8作为整个电路的输入端，与6V电源的正极相连。

关于本发明具体结构需要说明的是，本发明采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本发明提出的技术问题，本发明中出现的部件、模块、具体元器件的型号、连接方式除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的已公开专利、已公开的期刊论文、或公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种应用于野生动物活动检测的云台监控装置，其特征在于：包括本体外壳（1），所述本体外壳（1）的前方设置有红外线捕捉透镜装置（2），所述红外线捕捉透镜装置（2）的内侧设置有热释电传感器（3）的探测单元，所述热释电传感器（3）的信号输出端与红外传感模块（4）相连；

所述本体外壳（1）的内部封装有步进电机（5），所述步进电机（5）的转轴从本体外壳（1）的顶部引出，所述步进电机（5）的信号输入端与电机控制模块（6）相连；

所述本体外壳（1）的底部设置有电源模块（7）；

所述本体外壳（1）的内部还设置有控制电路板，所述控制电路板设置在步进电机（5）的下侧，所述控制电路板上集成有中央控制器（8），所述中央控制器（8）通过导线分别与红外传感模块（4）、电机控制模块（6）相连，所述中央控制器（8）的电源输入端与电源模块（7）相连；

所述中央控制器（8）还连接有串口通信模块（9），所述串口通信模块（9）通过导线与监控计算机（10）相连；

所述步进电机（5）的转轴通过传动装置（11）与相机壳体（12）相连，所述相机壳体（12）的内部设置有红外相机（13），所述红外相机（13）的控制端通过导线与中央控制器（8）相连。

2.根据权利要求1所述的一种应用于野生动物活动检测的云台监控装置，其特征在于：所述红外线捕捉透镜装置（2）具体为菲涅尔透镜阵列；所述红外线捕捉透镜装置（2）中菲涅尔透镜的数量为5个，通过螺丝与本体外壳（1）连接固定，所述相邻菲涅尔透镜之间设置位置的夹角为120度。

3.根据权利要求2所述的一种应用于野生动物活动检测的云台监控装置，其特征在于：所述传动装置（11）具体为设置有内螺纹的管型零件，所述传动装置（11）的侧壁上开有销轴孔，所述传动装置（11）与步进电机（5）转轴连接后通过销轴固定；所述传动装置（11）的顶部向上延伸设置有螺柱，所述螺柱与相机壳体（12）的底部螺孔固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种应用于野生动物活动检测的云台监控装置，其特征在于：所述传动装置（11）的螺柱直径、内螺纹内径均为6mm，所述整个传动装置（11）高为15mm。

5.根据权利要求4所述的一种应用于野生动物活动检测的云台监控装置，其特征在于：所述中央控制器（8）还连接有数据存储模块（14）。

6.根据权利要求5所述的一种应用于野生动物活动检测的云台监控装置，其特征在于：

所述中央控制器（8）中使用的芯片为控制芯片U1，型号为STM32F103C6；

所述红外传感模块（4）中使用的芯片为放大器芯片U2，型号为HT9274；

所述串口通信模块（9）中使用的芯片为通信芯片U3，型号为MAX3232；

所述电机控制模块（6）中使用的控制器为无触点继电器U4，型号为G6A-234P-ST-US；

所述电源模块（7）中使用的芯片为稳压器U5，型号为LT1763。

7.一种应用于野生动物活动检测的云台监控装置的监控方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：将监控装置设置在野生动物活动区域并开机，此时本体外壳（1）内部的红外线捕捉透镜装置（2）处于动作捕捉状态，热释电传感器（3）实时接收周边环境中动物发出的红外线；

步骤二：当有野生动物经过监控装置时，动物自身发出的红外线通过红外线捕捉透镜装置（2）聚焦在热释电传感器（3）的敏感单元上，所述热释电传感器（3）将接收到的红外信号转换成电信号经过红外传感模块（4）输入MOS管，将变化的模拟电压信号转化成数字信号输入到中央控制器（8）中；

步骤三：所述中央控制器（8）使用定时器中断定时检测信号来源方向，并与当前步进电机（5）所处位置进行比较，计算出步进电机（5）需要转动的角度，中央控制器（8）向电机控制模块（6）发出相应控制信号，控制步进电机（5）转动；

步骤四：所述中央控制器（8）通过步进电机（5）自带的编码器使用定时器中断定时检测步进电机（5）旋转的角度，当步进电机（5）的旋转角度与目标角度一致时，中央控制器（8）控制步进电机（5）停止转动；

步骤五：当野生动物位置发生变化时，重复上述过程，控制步进电机（5）转动，使红外相机（13）采集图像始终跟随动物活动位置，从而实现监控装置对野生动物活动情况的跟踪监测。

8.根据权利要求7所述的一种应用于野生动物活动检测的云台监控装置的监控方法，其特征在于：所述红外线捕捉透镜装置（2）具体为5个菲涅尔透镜组成的阵列，所述每个菲涅尔透镜采集信号分别对应相应的热释电传感器（3）及红外传感模块（4），所述中央控制器（8）将5路输入信号进行均值滤波、从大到小排序，并根据如下规则控制电机旋转相应角度：

设红外线捕捉透镜装置（2）由左向右的透镜序号为1号至5号；

当中央控制器（8）判断接收到的信号最大值来源于1号或者5号透镜时，中央控制器（8）将控制电机旋转角度设置为对应旋转方向的最大旋转角度；

当中央控制器（8）判断接收到的信号最大值来源于2号、3号或者4号透镜时，中央控制器（8）将接收到的红外信号强度进行归一化处理，消除量纲的影响，处理过程如下：

设红外信号最大值来源于i号透镜，则与其相邻的透镜编号分别为i+1和i-1，上述透镜对应的红外信号强度分别为V_i+1，V_i-1，归一化处理后的结果设为V_result，则归一化算法公式为：

将上述得到的归一化值经过中央控制器（8）内部的PID算法程序处理，最终得到电机旋转的期望角度信号，中央控制器（8）将该信号发送至电机控制模块（6）控制步进电机（5）动作，同时中央控制器（8）中的编码器实时监测当前旋转角度是否与期望角度相等，若检测值相等，则中央控制器（8）控制电机停止转动，并控制红外相机（13）开始工作，若检测值不相等，则中央控制器（8）控制电机继续旋转，并重复上述过程。