CN110794732A - 一种智能安全监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能安全监控系统，利用计算机、振动传感器、信号处理电路、太阳能电池板、整流稳压电路、蓄电池、温度传感器、湿度传感器、图像采集模块、图像处理模块、无线传输单元、监测端、报警单元、显示单元以及校准单元以保障村民和游客的人生安全和村庄的生态不遭破坏，结合传感器和无线通信等技术，实现了对山坡的振动信号、森林的温度信号、森林的土壤湿度信号以及村庄道路的图像信息的实时检测、精准记录和远程监测，其结构简单、通用性好、集成度高、成本低廉、实时性好、检测精度高、易于维护、智能化高、可扩展性好等优点。

Description

一种智能安全监控系统

技术领域

本发明涉及智能测试领域，尤其涉及一种智能安全监控系统。

背景技术

随着我国经济的快速发展，目前，我国农村发展日新月异，有的农村主打旅游产业，吸引了周边众多人前往旅游度假，但是，如何保障村民和游客的人生安全，以及如何保证村庄的生态不遭破坏，是目前亟待解决的问题。

现有的农村安全保障体系还是仅仅采用工作人员巡查的方式，即通过工作人员巡查易发生灾害的地段，或通过工作人员分段排查易造成污染的地段，这种仅靠人力对村庄安全进行检测，存在几个问题，首先，浪费了人力，其次，监测精度不高，人力监测仅能靠人的经验对安全隐患进行预判，再者，不能做到全方位、全时间段的全面监测，容易形成安全死角。

鉴于上述原因，亟待研发人员开发一种高精度的智能安全监控系统。

发明内容

因此，为了解决上述问题，本发明提供一种智能安全监控系统，利用计算机、振动传感器、信号处理电路、太阳能电池板、整流稳压电路、蓄电池、温度传感器、湿度传感器、图像采集模块、图像处理模块、无线传输单元、监测端、报警单元、显示单元以及校准单元以保障村民和游客的人生安全和村庄的生态不遭破坏，结合传感器和无线通信等技术，实现了对山坡的振动信号、森林的温度信号、森林的土壤湿度信号以及村庄道路的图像信息的实时检测、精准记录和远程监测，工作人员能够通过监测端直接获取山坡的振动信号、森林的温度信号、森林的土壤湿度信号以及村庄道路的图像信息，其结构简单、通用性好、集成度高、成本低廉、实时性好、检测精度高、易于维护、智能化高、可扩展性好等优点。工作人员能够通过监测端和显示单元获知山坡的振动信号、森林的温度信号、森林的土壤湿度信号以及村庄道路的图像信息以能对村庄安全性进行准确判断。

根据本发明的一种智能安全监控系统，其包括计算机、振动传感器、信号处理电路、太阳能电池板、整流稳压电路、蓄电池、温度传感器、湿度传感器、图像采集模块、图像处理模块、无线传输单元、监测端、报警单元、显示单元以及校准单元。

其中，振动传感器的输出端与信号处理电路的输入端连接，太阳能电池板的输出端与整流稳压电路的输入端连接，整流稳压电路的输出端与蓄电池的输入端连接，图像采集模块的输出端与图像处理模块的输入端连接，信号处理电路的输出端、蓄电池的输出端、温度传感器的输出端、湿度传感器的输出端以及图像处理模块的输出端均与计算机的输入端连接，报警单元的输入端和显示单元的输入端均与计算机的输出端连接，计算机通过无线传输单元与监测端无线连接。

其中，校准单元用于对振动传感器进行校准；

其中，振动传感器和校准单元均设置于村庄内山坡土壤内，振动传感器用于采集山坡的振动信号，温度传感器设置于村庄内森林内，温度传感器用于采集森林的温度信号，湿度传感器设置于村庄内森林的土壤内，湿度传感器用于采集森林的土壤湿度信号，图像采集模块设置于村庄内的道路上，用于采集村庄道路的图像信息，并将采集到的图像信息传输至图像处理模块。

优选的是，振动传感器设置于村庄内山坡土壤内，振动传感器用于采集山坡的振动信号，并将采集的振动信号传输至信号处理电路，信号处理电路对接收到的振动信号依次进行信号放大和信号滤波处理，并将处理后的信号传输至计算机。

优选的是，图像采集模块设置于村庄内的道路上，用于采集村庄道路的图像信息，并将采集到的图像信息传输至图像处理模块，图像处理模块对接收到的图像信息依次进行图像降噪、图像增强和图像锐化处理，并将处理后的图像信息传输至计算机。

优选的是，计算机内存储有预设振动阈值、预设温度阈值以及预设湿度阈值；计算机将接收到的振动信号转换为相应的振动值，计算机通过无线传输单元将振动值传输至监测端，计算机将振动值传输至显示单元进行显示，计算机将振动值与预设振动阈值进行比较，若振动值大于或等于预设振动阈值，则计算机控制报警单元发出山体滑坡预警信息；计算机将接收到的温度信号转换为相应的温度值，计算机将接收到的湿度信号转换为相应的湿度值，计算机通过无线传输单元将温度值和湿度值传输至监测端，计算机将温度值和湿度值传输至显示单元进行显示，计算机将温度值与预设温度阈值进行比较、将湿度值与预设湿度阈值进行比较，若温度值大于或等于预设温度阈值且湿度值小于或等于预设湿度阈值，则计算机控制报警单元发出森林火灾预警信息；计算机将接收到的图像信息通过无线传输单元传输至监测端，计算机将接收到的图像信息传输至显示单元进行显示。

优选的是，振动传感器设置于村庄内山坡土壤内，振动传感器用于采集山坡的振动信号，将采集的振动信号转换为电压信号V0，并将电压信号V0传输至信号处理电路，V1为经过信号处理电路处理后的电压信号，信号处理电路包括信号放大单元和信号滤波单元，振动传感器的输出端与信号放大单元的输入端连接，信号放大单元的输出端与信号滤波单元的输入端连接，信号滤波单元的输出端与计算机的ADC端口连接。

优选的是，信号放大单元包括集成运放A1-A4和电阻R1-R14。

其中，振动传感器的输出端分别与集成运放A3的同相输入端、集成运放A2的同相输入端、集成运放A1的同相输入端连接，电阻R1的一端接地，电阻R1的另一端与集成运放A1的反相输入端连接，电阻R1的另一端还与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与集成运放A1的输出端连接，电阻R3的一端与集成运放A1的输出端连接，电阻R3的另一端与电阻R11的一端连接，电阻R4的一端接地，电阻R4的另一端与集成运放A2的反相输入端连接，电阻R4的另一端还与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与集成运放A2的输出端连接，电阻R5的另一端还与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与电阻R10的一端连接，电阻R6的另一端还与电阻R11的一端连接，电阻R7的一端接地，电阻R7的另一端与集成运放A3的反相输入端连接诶，电阻R7的另一端还与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与集成运放A3的输出端连接，电阻R8的另一端还与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与电阻R10的一端连接，电阻R10的另一端与集成运放A4的同相输入端连接，集成运放A4的反相输入端接地，电阻R11的另一端与集成运放A4的输出端连接，电阻R12的一端接地，电阻R12的另一端与电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端与集成运放A4的输出端连接，电阻R14的一端与集成运放A4的输出端连接，电阻R14的另一端与信号滤波单元的输入端连接。

优选的是，信号滤波单元包括电阻R15-R21、电容C6-C7以及集成运放A5-A7。

其中，信号放大单元的输出端与电阻R15的一端连接，电阻R15的另一端与电阻R17的一端并联后与集成运放A5的同相输入端连接，电阻R17的另一端与集成运放A5的输出端连接，电阻R16的一端接地，电阻R16的另一端与电阻R21并联后与集成运放A5的同相输入端连接，电阻R21的另一端与集成运放A5的输出端连接，电阻R17的另一端与集成运放A5的输出端并联后与电阻R18的一端连接，电阻R18的另一端与电容C1的一端并联后与集成运放A6的反相输入端连接，电容C1的另一端与集成运放A6的输出端并联后与电阻R19的一端连接，集成运放A6的同相输入端接地，电阻R19的另一端与电容C2的一端并联后与集成运放A7的反相输入端连接，集成运放A7的同相输入端接地，电容C2的另一端与集成运放A7的输出端连接，电阻R20的一端与集成运放A5的反相输入端连接，电阻R20的另一端与集成运放A7的输出端连接，电阻R21的一端与集成运放A5的同相输入端连接，电阻R21的另一端与集成运放A6的输出端连接，集成运放A7的输出端与计算机的ADC端口连接，信号滤波单元将处理后的电压信号V1传输至计算机的ADC端口。

优选的是，振动传感器为三轴加速度传感器，温度传感器为双金属片式温度传感器，湿度传感器为电阻式氯化锂湿度计，图像采集模块为CCD图像传感器。

优选的是，监测端为工作人员随身携带的移动通讯设备，移动通讯设备为手机、平板电脑或笔记本电脑。

优选的是，计算机包括一8位微处理器Atmega128，显示单元为LCD显示单元，无线传输单元为一WiFi模块。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

（1）本发明提供的智能安全监控系统，利用计算机、振动传感器、信号处理电路、太阳能电池板、整流稳压电路、蓄电池、温度传感器、湿度传感器、图像采集模块、图像处理模块、无线传输单元、监测端、报警单元、显示单元以及校准单元以保障村民和游客的人生安全和村庄的生态不遭破坏，结合传感器和无线通信等技术，实现了对山坡的振动信号、森林的温度信号、森林的土壤湿度信号以及村庄道路的图像信息的实时检测、精准记录和远程监测，工作人员能够通过监测端直接获取山坡的振动信号、森林的温度信号、森林的土壤湿度信号以及村庄道路的图像信息，其结构简单、通用性好、集成度高、成本低廉、实时性好、检测精度高、易于维护、智能化高、可扩展性好等优点。工作人员能够通过监测端和显示单元获知山坡的振动信号、森林的温度信号、森林的土壤湿度信号以及村庄道路的图像信息以能对村庄安全性进行准确判断。

（2）本发明提供的智能安全监控系统，图像处理模块对采集的图像依次进行图像降噪、图像增强、图像锐化处理，可高效、快速的提取图像采集模块的图像信息，可提高对村庄道路图像的辨识精度，有效地减少误判情况发生。

（3）由于振动传感器采集的信号为微弱的电压信号，因而信号放大单元通过集成运放A1-A4和电阻R1-R14对振动传感器输出的电压V0进行放大处理，由集成运放A1-A4和电阻R1-R14构成的信号放大单元只有0.1μV/℃的漂移、2μV以内的偏移、100pA偏置电流和0.1Hz到10Hz宽带内20nV的噪声。其中，信号滤波单元使用电阻R15-R21、电容C1-C2以及集成运放A5-A7对经过放大后的电压信号进行低通滤波处理，从而提高了振动检测的精度。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的智能安全监控系统的示意图；

图2为本发明的信号处理电路的电路图；

图3为本发明的图像处理模块的示意图。

附图标记：

1-计算机；2-振动传感器；3-信号处理电路；4-太阳能电池板；5-整流稳压电路；6-蓄电池；7-温度传感器；8-湿度传感器；9-图像采集模块；10-图像处理模块；11-无线传输单元；12-监测端；13-报警单元；14-显示单元；15-校准单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明提供的智能安全监控系统进行详细说明。

如图1所示，智能安全监控系统包括计算机1、振动传感器2、信号处理电路3、太阳能电池板4、整流稳压电路5、蓄电池6、温度传感器7、湿度传感器8、图像采集模块9、图像处理模块10、无线传输单元11、监测端12、报警单元13、显示单元14以及校准单元15。

其中，振动传感器2的输出端与信号处理电路3的输入端连接，太阳能电池板4的输出端与整流稳压电路5的输入端连接，整流稳压电路5的输出端与蓄电池6的输入端连接，图像采集模块9的输出端与图像处理模块10的输入端连接，信号处理电路3的输出端、蓄电池6的输出端、温度传感器7的输出端、湿度传感器8的输出端以及图像处理模块10的输出端均与计算机1的输入端连接，报警单元13的输入端和显示单元14的输入端的输入端均与计算机1的输出端连接，计算机1通过无线传输单元11与监测端12无线连接。

其中，校准单元15用于对振动传感器2进行校准。

其中，振动传感器2和校准单元15均设置于村庄内山坡土壤内，振动传感器2用于采集山坡的振动信号，温度传感器7设置于村庄内森林内，温度传感器7用于采集森林的温度信号，湿度传感器8设置于村庄内森林的土壤内，湿度传感器8用于采集森林的土壤湿度信号，图像采集模块9设置于村庄内的道路上，用于采集村庄道路的图像信息，并将采集到的图像信息传输至图像处理模块10。

上述实施方式中，利用计算机1、振动传感器2、信号处理电路3、太阳能电池板4、整流稳压电路5、蓄电池6、温度传感器7、湿度传感器8、图像采集模块9、图像处理模块10、无线传输单元11、监测端12、报警单元13、显示单元14以及校准单元15以保障村民和游客的人生安全和村庄的生态不遭破坏，结合传感器和无线通信等技术，实现了对山坡的振动信号、森林的温度信号、森林的土壤湿度信号以及村庄道路的图像信息的实时检测、精准记录和远程监测，工作人员能够通过监测端12直接获取山坡的振动信号、森林的温度信号、森林的土壤湿度信号以及村庄道路的图像信息，其结构简单、通用性好、集成度高、成本低廉、实时性好、检测精度高、易于维护、智能化高、可扩展性好等优点。工作人员能够通过监测端12和显示单元14获知山坡的振动信号、森林的温度信号、森林的土壤湿度信号以及村庄道路的图像信息以能对村庄安全性进行准确判断。

上述实施方式中，校准单元15包括定位装置、标准振动传感器、振动生成装置、无线传输装置和控制装置，其中，振动生成装置的输入端与控制装置的输出端连接，控制装置通过无线传输装置与计算机1双向通讯连接，振动生成装置的输出端与标准振动传感器的输入端连接，振动生成装置的输出端还与振动传感器2的输入端连接，定位装置的输出端与控制装置的输入端连接。

其中，定位装置用于检测校准单元15的位置信息。

其中，校准单元15和振动传感器2一一对应的共同设置于村庄内山坡土壤内，计算机1根据人为输入的指令判断是否进行校准，若控制装置接收到计算机1发出的校准指令，则控制装置控制振动生成装置发出标准振动信号，标准振动信号传输至标准振动传感器和振动传感器2，标准振动传感器和振动传感器2将检测值传输至控制装置，控制装置内部还设有一运算部，该运算部接收上述标准振动传感器和振动传感器2的检测值，并将二者进行比较，进而计算误差，若误差大于预设误差阈值，则控制装置控制定位装置将定位信息传输至计算机1，计算机1将定位信息通过无线传输单元11传输至监测端12，工作人员根据定位信息能够找到发生故障的振动传感器2所在位置进行更换。

运算部接收上述标准振动传感器和振动传感器2将检测值，将二者进行比较并计算误差时采用绝对误差值作为评判标准，即误差=|标准振动传感器的检测值-振动传感器2的检测值|/标准振动传感器检测值。

上述预设误差阈值为人为设定，例如5%、10%等。

若校准单元15中的控制装置未接收到计算机1发出的校准指令，则校准单元15不工作。

上述实施方式中，由于设置于村庄内山坡土壤内的振动传感器2不易人为检测是否发生故障，且山坡滑坡容易威胁村庄内村民的生命财产安全，因此，通过使用校准单元15能够不定期对村庄内山坡土壤内的振动传感器2进行校准，从而提高山坡滑坡预警精度。

上述实施方式中，太阳能电池板4收集太阳光能，经过整流稳压电路5转换为低压直流电存储于蓄电池6中，蓄电池6给计算机1供电，采用太阳能电池板4结合蓄电池6的形式为计算机1供电，符合节能环保和生态可持续发展的要求，提高了能源利用率，也降低了成本。

具体地，蓄电池6还为振动传感器2、温度传感器7、湿度传感器8、图像采集模块9、无线传输单元11、报警单元13、显示单元14、校准单元15提供工作电压。

显示单元14设置于监控室内，工作人员能够通过显示单元14获取山坡的振动信号、森林的温度信号、森林的土壤湿度信号以及村庄道路的图像信息。

上述实施方式中，振动传感器2、温度传感器7以及湿度传感器8的数量为工作人员根据村庄的具体情况而作出的常规选择。

上述实施方式中，通过对山坡的振动信号以对村庄山坡是否发生滑坡进行预警监测，通过对森林的温度信号、森林的土壤湿度信号以对村庄森林是否发生火灾进行预警监测，通过对村庄道路的图像信息以对村庄道路是否存在白色垃圾进行监测，综上，实现了对村庄的安全和环境进行了有效监测。

而存在于农村的另一个问题也亟待解决，因此，本发明提供的智能安全监控系统中的计算机1还留有多个扩展口，以便于连接其他传感器以便于对村庄进行更加全面的监测，例如，本发明提供的智能安全监控系统还包括一老年人呼叫模块，该模块与计算机1的输入端连接，若老年人感觉身体不适，则可通过上述老年人呼叫系统传输信号至计算机1，计算机1将老年人的呼叫信号传输至显示单元14和监测端12，以便于工作人员及时上门为老年人提供服务。

本发明提供的智能安全监控系统中的计算机1还留有多个扩展口，可便于实现对村庄的全方位监测，便于根据村庄的发展而加入更多的监测模块。

具体地，振动传感器2设置于村庄内山坡土壤内，振动传感器2用于采集山坡的振动信号，并将采集的振动信号传输至信号处理电路3，信号处理电路3对接收到的振动信号依次进行信号放大和信号滤波处理，并将处理后的信号传输至计算机1。

具体地，图像采集模块9设置于村庄内的道路上，用于采集村庄道路的图像信息，并将采集到的图像信息传输至图像处理模块10，图像处理模块对接收到的图像信息依次进行图像降噪、图像增强和图像锐化处理，并将处理后的图像信息传输至计算机1。

上述实施方式中，图像处理模块10对采集的图像依次进行图像降噪、图像增强、图像锐化处理，可高效、快速的提取图像采集模块9的图像信息，可提高对村庄道路图像的辨识精度，有效地减少误判情况发生。

具体地，将图像采集模块9传输至图像处理模块10的村庄道路图像定义为二维函数f(x,y) ，其中x、y是空间坐标，图像降噪单元对图像f(x,y)进行图像降噪处理，经过图像降噪处理后的图像二维函数为g(x,y)，其中

。

具体地，图像增强单元对图像g(x,y)进行图像清晰度增强处理，经过图像清晰度增强处理后的图像二维函数为h(x,y)，其中，

。

上述实施方式中，图像去噪单元和图象增强单元的目的是为了改进图像采集模块9采集的图像的质量，除去图象中的噪声，使边缘清晰，提高图象的可判读性。

具体地，图像锐化单元对图像h(x,y)进行图像锐化处理，经过图像锐化处理后的图像二维函数为d(x,y)，其中，

。

上述实施方式中，图像锐化单元补偿经过图像增强处理后的图像的轮廓，增强图像的边缘及灰度跳变的部分，使图像变得更加清晰。

图像锐化单元将图像d(x,y)传输至计算机1。

上述实施方式中，经过图像处理模块10处理后的图像突出了村庄道路上的半透明物体的辨识度，而白色垃圾一般呈现半透明，因此，经过图像处理模块10处理后的图像能够突出村庄道路上的白色垃圾，以便于工作人员获知村庄道路上白色垃圾的具体位置，进而便于工作人员进行清除，有效保障了村庄生态环境。

具体地，计算机1内存储有预设振动阈值、预设温度阈值以及预设湿度阈值；计算机1将接收到的振动信号转换为相应的振动值，计算机1通过无线传输单元11将振动值传输至监测端12，计算机1将振动值传输至显示单元14进行显示，计算机1将振动值与预设振动阈值进行比较，若振动值大于或等于预设振动阈值，则计算机1控制报警单元13发出山体滑坡预警信息；计算机1将接收到的温度信号转换为相应的温度值，计算机1将接收到的湿度信号转换为相应的湿度值，计算机1通过无线传输单元11将温度值和湿度值传输至监测端12，计算机1将温度值和湿度值传输至显示单元14进行显示，计算机1将温度值与预设温度阈值进行比较、将湿度值与预设湿度阈值进行比较，若温度值大于或等于预设温度阈值且湿度值小于或等于预设湿度阈值，则计算机1控制报警单元13发出森林火灾预警信息；计算机1将接收到的图像信息通过无线传输单元11传输至监测端12，计算机1将接收到的图像信息传输至显示单元14进行显示。

上述计算机1内存储的预设振动阈值、预设温度阈值以及预设湿度阈值为工作人员根据村庄具体情况而作出的常规选择。

上述实施方式中，工作人员不仅能够通过计算机1接收到的温度值和湿度值对森林火灾进行预警，还能根据计算机1接收到的温度值和湿度值对森林内植物的生长环境有进一步了解，便于工作人员及时对森林进行灌溉等操作，进而更好保护村庄内的自然资源。

具体地，振动传感器2设置于村庄内山坡土壤内，振动传感器2用于采集山坡的振动信号，将采集的振动信号转换为电压信号V0，并将电压信号V0传输至信号处理电路3，V1为经过信号处理电路3处理后的电压信号，信号处理电路3包括信号放大单元和信号滤波单元，振动传感器2的输出端与信号放大单元的输入端连接，信号放大单元的输出端与信号滤波单元的输入端连接，信号滤波单元的输出端与计算机1的ADC端口连接。

具体地，信号放大单元包括集成运放A1-A4和电阻R1-R14。

其中，振动传感器2的输出端分别与集成运放A3的同相输入端、集成运放A2的同相输入端、集成运放A1的同相输入端连接，电阻R1的一端接地，电阻R1的另一端与集成运放A1的反相输入端连接，电阻R1的另一端还与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与集成运放A1的输出端连接，电阻R3的一端与集成运放A1的输出端连接，电阻R3的另一端与电阻R11的一端连接，电阻R4的一端接地，电阻R4的另一端与集成运放A2的反相输入端连接，电阻R4的另一端还与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与集成运放A2的输出端连接，电阻R5的另一端还与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与电阻R10的一端连接，电阻R6的另一端还与电阻R11的一端连接，电阻R7的一端接地，电阻R7的另一端与集成运放A3的反相输入端连接诶，电阻R7的另一端还与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与集成运放A3的输出端连接，电阻R8的另一端还与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与电阻R10的一端连接，电阻R10的另一端与集成运放A4的同相输入端连接，集成运放A4的反相输入端接地，电阻R11的另一端与集成运放A4的输出端连接，电阻R12的一端接地，电阻R12的另一端与电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端与集成运放A4的输出端连接，电阻R14的一端与集成运放A4的输出端连接，电阻R14的另一端与信号滤波单元的输入端连接。

具体地，信号滤波单元包括电阻R15-R21、电容C6-C7以及集成运放A5-A7。

其中，信号放大单元的输出端与电阻R15的一端连接，电阻R15的另一端与电阻R17的一端并联后与集成运放A5的同相输入端连接，电阻R17的另一端与集成运放A5的输出端连接，电阻R16的一端接地，电阻R16的另一端与电阻R21并联后与集成运放A5的同相输入端连接，电阻R21的另一端与集成运放A5的输出端连接，电阻R17的另一端与集成运放A5的输出端并联后与电阻R18的一端连接，电阻R18的另一端与电容C1的一端并联后与集成运放A6的反相输入端连接，电容C1的另一端与集成运放A6的输出端并联后与电阻R19的一端连接，集成运放A6的同相输入端接地，电阻R19的另一端与电容C2的一端并联后与集成运放A7的反相输入端连接，集成运放A7的同相输入端接地，电容C2的另一端与集成运放A7的输出端连接，电阻R20的一端与集成运放A5的反相输入端连接，电阻R20的另一端与集成运放A7的输出端连接，电阻R21的一端与集成运放A5的同相输入端连接，电阻R21的另一端与集成运放A6的输出端连接，集成运放A7的输出端与计算机1的ADC端口连接，信号滤波单元将处理后的电压信号V1传输至计算机1的ADC端口。

上述实施方式中，信号处理电路3的噪声在20nV以内，漂移为0.1μV/℃，集成运放A1、A2、A3和A4均为LT1028低漂移放大器，集成运放A5、A6和A7均为LT1097运放，由于集成运放A1、A2、A3和A4的直流偏移与漂移并不会影响电路的整体偏移，从而使得电路有着极低的偏移和漂移。

信号放大单元包含4个LT1028的低噪声、低漂移放大器，其工作原理是，噪声通过并联的4个器件而下降2倍，其中，信号放大单元的增益为800，输出噪声为2×200×1.1nv/Hz，输入噪声为（1.1/2）nv/Hz。

上述实施例中，根据测试需求，可在放大单元中设置N个LT1028的低噪声、低漂移放大器，噪声通过并联的4个器件而下降N的二分之一次方倍。

在信号处理电路3中，电阻R1的阻值为7.5Ω，电阻R2的阻值为470Ω，电阻R3的阻值为1.5KΩ，电阻R4为阻值为7.5Ω，电阻R5的阻值为470Ω，R6的阻值为1.5KΩ，电阻R7的阻值为7.5Ω，电阻R8的阻值为470Ω，电阻R9的阻值为1.5KΩ，电阻R10的阻值为500Ω，电阻R11的阻值为4.7KΩ，电阻R12的阻值为1KΩ，电阻R13的阻值为9KΩ，电阻R14的阻值为5.1KΩ，电阻R15的阻值为1.7KΩ，电阻R16的阻值为4.7KΩ，电阻R17的阻值为10KΩ，电阻R18的阻值为5KΩ，电阻R19的阻值为1KΩ，电阻R20的阻值为5KΩ，电阻R21的阻值为5KΩ,C1的电容值为390pF，电容C2的电容值为470pF。

由于振动传感器2采集的信号为微弱的电压信号，因而信号放大单元通过集成运放A1-A4和电阻R1-R14对振动传感器2输出的电压V0进行放大处理，由集成运放A1-A4和电阻R1-R14构成的信号放大单元只有0.1μV/℃的漂移、2μV以内的偏移、100pA偏置电流和0.1Hz到10Hz宽带内20nV的噪声。其中，信号滤波单元使用电阻R15-R21、电容C1-C2以及集成运放A5-A7对经过放大后的电压信号进行低通滤波处理，从而提高了振动检测的精度。

具体地， 振动传感器2为三轴加速度传感器，温度传感器7为双金属片式温度传感器，湿度传感器8为电阻式氯化锂湿度计，图像采集模块9为CCD图像传感器。

具体地，监测端12为工作人员随身携带的移动通讯设备，移动通讯设备为手机、平板电脑或笔记本电脑。

具体地，计算机1包括一8位微处理器Atmega128，

上述实施方式中，考虑到成本和处理性能的要求，计算机1选用低功耗8位微处理器Atmega128，该芯片硬件资源丰富，具有低功耗、功能多、价格便宜和性能强大等优点，Atmega128自身带有128K字节Flash存储器，同时带有4K字节的EEPROM存储器，各传感器采集的数据直接存放在EEPROM存储器中，Atmega128内部的ADC端口具有8个通道，每通道的分辨率为10bit，输入电压范围为0~5V，能够满足监测数据巡回采集的需要，同时也无需另加AD转换器件，简化了外围电路设计，降低了成本。

具体地，显示单元14为LCD显示单元，其中，LCD显示单元为20pinLCD1286HZ。

上述实施方式中，LCD显示单元采用3.3V电压供电，以便于与微处理器Atmega128的I/O口电平匹配，LCD显示单元与微处理器Atmega128的接口采用串行接口进行通信。

具体地，无线传输单元11为一WiFi模块，WiFi模块为VT6656模块。

上述实施方式中，无线传输单元8为WiFi模块，WiFi作为一种无线联网技术，最主要的优势在于不需要布线，不受布线条件的限制，因此特别适合移动办公用户的需要，WiFi模块采用VT6656模块实现数据的远程传输，VT6656模块内嵌TCP/IP协议线，降低了设计的难度，同时大大提高了Atmega128处理其他数据的能力，VT6656与Atmega128的连接非常简单，二者可以通过标准的USB接口直接相连，VT6656模块采用54Mbps标准的802.11g无线以太网访问，比基于802.11b协议的快5倍，采用USB2.0接口最高比USB1.0接口快40倍，新的天线技术支持更远距离的无线访问，支持所有标准的821.11g和802.11b无线路由器及接入点，支持64/128/256位WEP加密，支持WPA/WPA2、WPA-PSK/WPA2-PSK等高级加密与安全机制。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种智能安全监控系统，其特征在于，所述智能安全监控系统包括计算机（1）、振动传感器（2）、信号处理电路（3）、太阳能电池板（4）、整流稳压电路（5）、蓄电池（6）、温度传感器（7）、湿度传感器（8）、图像采集模块（9）、图像处理模块（10）、无线传输单元（11）、监测端（12）、报警单元（13）、显示单元（14）以及校准单元（15）；

其中，所述振动传感器（2）的输出端与所述信号处理电路（3）的输入端连接，所述太阳能电池板（4）的输出端与所述整流稳压电路（5）的输入端连接，所述整流稳压电路（5）的输出端与所述蓄电池（6）的输入端连接，所述图像采集模块（9）的输出端与所述图像处理模块（10）的输入端连接，所述信号处理电路（3）的输出端、所述蓄电池（6）的输出端、所述温度传感器（7）的输出端、所述湿度传感器（8）的输出端以及所述图像处理模块（10）的输出端均与所述计算机（1）的输入端连接，所述报警单元（13）的输入端和所述显示单元（14）的输入端均与所述计算机（1）的输出端连接，所述计算机（1）通过所述无线传输单元（11）与所述监测端（12）无线连接；

其中，所述校准单元（15）用于对所述振动传感器（2）进行校准；

其中，所述振动传感器（2）和所述校准单元（15）均设置于村庄内山坡土壤内，所述振动传感器（2）用于采集山坡的振动信号，所述温度传感器（7）设置于村庄内森林内，所述温度传感器（7）用于采集森林的温度信号，所述湿度传感器（8）设置于村庄内森林的土壤内，所述湿度传感器（8）用于采集森林的土壤湿度信号，所述图像采集模块（9）设置于村庄内的道路上，用于采集村庄道路的图像信息，并将采集到的图像信息传输至所述图像处理模块（10）。

2.根据权利要求1所述的智能安全监控系统，其特征在于，所述振动传感器（2）设置于村庄内山坡土壤内，所述振动传感器（2）用于采集山坡的振动信号，并将采集的振动信号传输至所述信号处理电路（3），所述信号处理电路（3）对接收到的振动信号依次进行信号放大和信号滤波处理，并将处理后的信号传输至所述计算机（1）。

3.根据权利要求1所述的智能安全监控系统，其特征在于，所述图像采集模块（9）设置于村庄内的道路上，用于采集村庄道路的图像信息，并将采集到的图像信息传输至所述图像处理模块（10），所述图像处理模块对接收到的图像信息依次进行图像降噪、图像增强和图像锐化处理，并将处理后的图像信息传输至所述计算机（1）。

4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的智能安全监控系统，其特征在于，所述计算机（1）内存储有预设振动阈值、预设温度阈值以及预设湿度阈值；所述计算机（1）将接收到的振动信号转换为相应的振动值，所述计算机（1）通过所述无线传输单元（11）将振动值传输至所述监测端（12），所述计算机（1）将振动值传输至所述显示单元（14）进行显示，所述计算机（1）将振动值与预设振动阈值进行比较，若振动值大于或等于预设振动阈值，则所述计算机（1）控制所述报警单元（13）发出山体滑坡预警信息；所述计算机（1）将接收到的温度信号转换为相应的温度值，所述计算机（1）将接收到的湿度信号转换为相应的湿度值，所述计算机（1）通过所述无线传输单元（11）将温度值和湿度值传输至所述监测端（12），所述计算机（1）将温度值和湿度值传输至所述显示单元（14）进行显示，所述计算机（1）将温度值与预设温度阈值进行比较、将湿度值与预设湿度阈值进行比较，若温度值大于或等于预设温度阈值且湿度值小于或等于预设湿度阈值，则所述计算机（1）控制所述报警单元（13）发出森林火灾预警信息；所述计算机（1）将接收到的图像信息通过所述无线传输单元（11）传输至所述监测端（12），所述计算机（1）将接收到的图像信息传输至所述显示单元（14）进行显示。

5.根据权利要求2所述的智能安全监控系统，其特征在于，所述振动传感器（2）设置于村庄内山坡土壤内，所述振动传感器（2）用于采集山坡的振动信号，将采集的振动信号转换为电压信号V0，并将电压信号V0传输至所述信号处理电路（3），V1为经过所述信号处理电路（3）处理后的电压信号，所述信号处理电路（3）包括信号放大单元和信号滤波单元，所述振动传感器（2）的输出端与所述信号放大单元的输入端连接，所述信号放大单元的输出端与所述信号滤波单元的输入端连接，所述信号滤波单元的输出端与所述计算机（1）的ADC端口连接。

6.根据权利要求5所述的智能安全监控系统，其特征在于，所述信号放大单元包括集成运放A1-A4和电阻R1-R14；

其中，所述振动传感器（2）的输出端分别与集成运放A3的同相输入端、集成运放A2的同相输入端、集成运放A1的同相输入端连接，电阻R1的一端接地，电阻R1的另一端与集成运放A1的反相输入端连接，电阻R1的另一端还与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与集成运放A1的输出端连接，电阻R3的一端与集成运放A1的输出端连接，电阻R3的另一端与电阻R11的一端连接，电阻R4的一端接地，电阻R4的另一端与集成运放A2的反相输入端连接，电阻R4的另一端还与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与集成运放A2的输出端连接，电阻R5的另一端还与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与电阻R10的一端连接，电阻R6的另一端还与电阻R11的一端连接，电阻R7的一端接地，电阻R7的另一端与集成运放A3的反相输入端连接诶，电阻R7的另一端还与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与集成运放A3的输出端连接，电阻R8的另一端还与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与电阻R10的一端连接，电阻R10的另一端与集成运放A4的同相输入端连接，集成运放A4的反相输入端接地，电阻R11的另一端与集成运放A4的输出端连接，电阻R12的一端接地，电阻R12的另一端与电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端与集成运放A4的输出端连接，电阻R14的一端与集成运放A4的输出端连接，电阻R14的另一端与所述信号滤波单元的输入端连接。

7.根据权利要求6所述的智能安全监控系统，其特征在于，所述信号滤波单元包括电阻R15-R21、电容C6-C7以及集成运放A5-A7；

其中，所述信号放大单元的输出端与电阻R15的一端连接，电阻R15的另一端与电阻R17的一端并联后与集成运放A5的同相输入端连接，电阻R17的另一端与集成运放A5的输出端连接，电阻R16的一端接地，电阻R16的另一端与电阻R21并联后与集成运放A5的同相输入端连接，电阻R21的另一端与集成运放A5的输出端连接，电阻R17的另一端与集成运放A5的输出端并联后与电阻R18的一端连接，电阻R18的另一端与电容C1的一端并联后与集成运放A6的反相输入端连接，电容C1的另一端与集成运放A6的输出端并联后与电阻R19的一端连接，集成运放A6的同相输入端接地，电阻R19的另一端与电容C2的一端并联后与集成运放A7的反相输入端连接，集成运放A7的同相输入端接地，电容C2的另一端与集成运放A7的输出端连接，电阻R20的一端与集成运放A5的反相输入端连接，电阻R20的另一端与集成运放A7的输出端连接，电阻R21的一端与集成运放A5的同相输入端连接，电阻R21的另一端与集成运放A6的输出端连接，集成运放A7的输出端与所述计算机（1）的ADC端口连接，所述信号滤波单元将处理后的电压信号V1传输至所述计算机（1）的ADC端口。

8.根据权利要求1所述的智能安全监控系统，其特征在于， 所述振动传感器（2）为三轴加速度传感器，所述温度传感器（7）为双金属片式温度传感器，所述湿度传感器（8）为电阻式氯化锂湿度计，所述图像采集模块（9）为CCD图像传感器。

9.根据权利要求1所述的智能安全监控系统，其特征在于，所述监测端（12）为工作人员随身携带的移动通讯设备，所述移动通讯设备为手机、平板电脑或笔记本电脑。

10.根据权利要求1所述的智能安全监控系统，其特征在于，所述计算机（1）包括一8位微处理器Atmega128，所述显示单元（14）为LCD显示单元，所述无线传输单元（11）为一WiFi模块。

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