CN111063154A - 一种基于物联网的家庭智能消防系统的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是提出一种基于物联网的家庭智能消防系统的方法,利用物联网能够使无数设备能够有效通信的特性,以FPGA为网络层控制器,利用FPGA高速并行处理数据的能力,实时采集感知层传感器采集的温度、烟雾、有毒气体、图像等数据。网络层FPGA把接收数据通过wifi无线通信模块发送到PC机对数据实时分析,并把分析结果发送给网络层FPGA,网络层FPGA根据实际情况自动做出反应。对居民家庭环境进行实时监控,对家庭环境进行精细化管理。
Description
技术领域
本发明涉及基于消防物联网技术领域,特别是涉及一种基于物联网的家庭智能消防系统的方法。
背景技术
随着人们生活水平的提高和生活观念的更新,家中存在越来越多的生活电器、易燃的保温和装修材料、厨房煤气泄漏等引发的家庭火灾数量也随之增加。据统计,家庭火灾占火灾总数的比例达70%左右而家庭大都没有自动消防预警设备或自动消防预警设备反应不及时,加之现代一些家庭因忙于工作白天家中常处于无人职守状态,导致家庭中的小火失去最佳扑救时机,所以即使失燃小火也会迅速蔓延,危害扩大,极易酿成恶性火灾;不仅如此,厨房煤气泄漏如果不能及时处理也会造成家庭灾难,因此家庭消防预警措施是否到位,关系到千家万户的生命和财产安全。
消防物联网是以将大量的传感器节点构成监控网络,通过各种传感器采集温度、有毒气体等信息,实现家庭环境的实时监测,以帮助用户及时发现问题。构建高感度的消防基础环境,实现实时、动态、互动、融合的消防信息采集,传递和处理,帮助人们合理利用资源,避免灾难发生和人员伤亡。
现阶段,在家庭消防自动识别系统使用中,普通家庭消防自动识别系统壳体稳定性低,且报警反应时间较长,存在反应不灵敏的问题,容易丧失最佳扑救时机造成大的经济损失和人员伤亡。因此,亟待提出一种实时、动态、互动、融合的消防物联网监控系统,对家庭环境进行精细化管理。
发明内容
为了解决上述存在问题。本发明提供一种基于物联网的家庭智能消防系统的方法,拟使用FPGA作为物联网网络层的控制器,利用FPGA高速并行处理数据的特点,使用FPGA高速并行接收各个分节点传感器的测量数据,传感器使用包括烟雾传感器、温度传感器、火焰传感器模块、人体红外传感器、摄像头模块等,检测用户家庭环境中的温度、有毒气体、火焰等以及检测房间是否有人。网络层FPGA会使用wifi无线通信模块与PC机进行通信,把数据传送PC机上,PC机对数据分析并把分析结果发送到网络层FPGA控制器中,FPGA会控制执行机构,根据实际情况做出相应的反应。达到对居民家庭环境实时监控,为达此目的,本发明提供一种基于物联网的家庭智能消防系统的方法,具体步骤如下:
步骤1:使用FPGA作为物联网网络层的控制器,利用wifi无线通讯模块作为网络层分别与感知层和平台层的无线通信方式;
步骤2:对居民每间房屋中安装烟雾传感器、温度传感器、火焰传感器模块、人体红外传感器和摄像头模块,对居民家庭进行无死角监控;
步骤3:对居民中安装执行机构,安装报警模块、语音播报模块、步进电机模块、自动灭火装置和自动断电系统,保证物联网消防系统独立供电;
步骤4:使用烟雾传感器、温度传感器、火焰传感器模块、人体红外传感器进行实时监控;
步骤5:监控过程对烟雾传感器、温度传感器、火焰传感器模块、人体红外传感器进行分析;
其中温度传感器的温度转换公式:
Rcuso=R0[1+At+Bt[t-100]+Ct2(t-100)] (式1)
其中A=4.280×10-3;B=-9.31×10-8;C=1.23×10-9,R0=50,是传感器电阻关于温度的函数式,使用的时候能测量出来传感器的电阻,需要求出来对应的温度;
温度传感器噪声大,且温度属于平稳信号,因此,对测试相邻5个时刻的温度进行均值滤波,能很准确的得到房间实际温度,均值滤波公式:
其中摄像头模块安装位置固定,因此在一个房间里摄像头拍摄的物理位置是固定的,火焰面积估算可用如下公式:
其中,Sfire为估算火焰面积,Pfire为图像中火焰的像素点数,Psum为图像中像素点总数,Ssum为图像拍摄的实际面积;
步骤6:根据监控结构进行模式工作;
如果一切正常,摄像头模块处在休眠状态,进入节能模式;
如果检测到有毒气体,网络层控制器FPGA控制执行装置自动处理异常情况,并通知用户;
如果检测到存在有火焰时,摄像头模块关闭休眠模式,使用图像检测火焰的位置以及火情大小,同时对家庭断电并且使用语音模块提醒用户家庭着火,如果检测到家中无人,会开启门外警报通知邻居家中着火,并为用户发送信息通知家中着火。
本发明的进一步改进,步骤二温度传感器选用CU50传感器,温度测量范围是:
-50°<=T<=150°。
本发明提供一种基于物联网的家庭智能消防系统的方法,具体设计如下:
1.使用物联网系统,使传感设备能够有效通信对居民家庭环境进行实时监控;
2.该方法可根据不同火灾情况,做出智能处理,避免了资源浪费;
3.使用该方法即使家中无人也会被通知家中环境情况,可以让用户对家庭环境进行实时检测;
4.该方法成本低,实时性强、执行装置完备,可满足现代家庭的消防监视系统。
附图说明
图1是物联网的家庭智能消防系统结构图;
图2是物联网的家庭智能消防系统框图;
图3是物联网的家庭智能消防系统的流程图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述:
本发明提供一种基于物联网的家庭智能消防系统的方法,拟使用FPGA作为物联网网络层的控制器,利用FPGA高速并行处理数据的特点,使用FPGA高速并行接收各个分节点传感器的测量数据,传感器使用包括烟雾传感器、温度传感器、火焰传感器模块、人体红外传感器、摄像头模块等,检测用户家庭环境中的温度、有毒气体、火焰等以及检测房间是否有人。网络层FPGA会使用wifi无线通信模块与PC机进行通信,把数据传送PC机上,PC机对数据分析并把分析结果发送到网络层FPGA控制器中,FPGA会控制执行机构,根据实际情况做出相应的反应。达到对居民家庭环境实时监控。
本发明是基于物联网的智能消防系统,主要包括感知识别层、网络构建层和平台管理层以及执行机构,系统结构图如图1。卧室、厨房、书房中分别安装有传感器组和执行机构,监控室装在书房里,执行机构包括装报警模块、语音播报模块、步进电机模块、自动灭火装置、自动断电系统(物联网消防系统独立供电),户外装有报警器,必要时对邻居求援。
在感知层,本发明使用传感器、温度传感器、火焰传感器模块、人体红外传感器、摄像头模块等分别安装在要监测的房间中,感知层由多个传感器节点构成,各个传感器节点相互独立,每个房间的传感器组作为感知层的一个节点。每个节点接收到数据会把数据打包成数据格式为:帧头、地址、有效数据、校验位、帧尾,然后把数据通过wifi无线通讯模块发送给网络层。
网络层的控制器使用altera公司的Cyclone IV系列FPGA芯片,其性能高价格低,且可以通过并发和流水两种技术实现数据的高速并行处理。网络层的功能主要包括利用wifi无线通讯模块作为网络层分别与感知层和平台层的无线通信方式。对居民每间房屋中安装烟雾。对居民家庭进行无死角监控。
对居民中安装执行机构,安装报警模块、语音播报模块、步进电机模块、自动灭火装置、自动断电系统(物联网消防系统独立供电)。烟雾传感器、温度传感器、火焰传感器模块、人体红外传感器进行实时监控,如果一切正常,摄像头模块处在休眠状态,进入节能模式。如果检测到存在有毒气体时,网络层控制器FPGA控制步进电机关紧煤气阀门、打开窗户和通风装置并且使用语音模块提醒用户有毒气体超标。如果检测到存在有火焰时,摄像头模块关闭休眠模式,使用图像检测火焰的位置以及火情大小,同时对家庭断电并且使用语音模块提醒用户家庭着火。
温度传感器一般选用CU50传感器。温度测量范围是:-50°<=T<=150°,温度转换公式:
Rcuso=R0[1+At+Bt[t-100]+Ct2(t-100)] (式1)
其中A=4.280×10-3;B=-9.31×10-8;C=1.23×10-9,R0=50。这是传感器电阻关于温度的函数式,但是我们真正使用的时候能测量出来传感器的电阻,需要求出来对应的温度。
温度传感器噪声大,且温度属于平稳信号,因此,对测试相邻5个时刻的温度进行均值滤波,能很准确的得到房间实际温度,均值滤波公式:
摄像头模块安装位置固定,因此在一个房间里摄像头拍摄的物理位置是固定的,火焰面积估算可用如下公式:
其中,Sfire为估算火焰面积,Pfire为图像中火焰的像素点数,Psum为图像中像素点总数,Ssum为图像拍摄的实际面积。
如果火情较小,FPGA控制器控制自动灭火装置;对于异常情况,使用人体红外模块,检测住宅中是否有人存在,如果有使用语音播报模块通知住宅主人家中异常情况,否则,使用GSM模块通知在外用户家中异常情况。达到对用户住宅的精准、实时监控。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非是对本发明作任何其他形式的限制,而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化,仍属于本发明所要求保护的范围。
Claims (2)
1.一种基于物联网的家庭智能消防系统的方法,具体步骤如下,其特征在于:
步骤1:使用FPGA作为物联网网络层的控制器,利用wifi无线通讯模块作为网络层分别与感知层和平台层的无线通信方式;
步骤2:对居民每间房屋中安装烟雾传感器、温度传感器、火焰传感器模块、人体红外传感器和摄像头模块,对居民家庭进行无死角监控;
步骤3:对居民中安装执行机构,安装报警模块、语音播报模块、步进电机模块、自动灭火装置和自动断电系统,保证物联网消防系统独立供电;
步骤4:使用烟雾传感器、温度传感器、火焰传感器模块、人体红外传感器进行实时监控;
步骤5:监控过程对烟雾传感器、温度传感器、火焰传感器模块、人体红外传感器进行分析;
其中温度传感器的温度转换公式:
Rcuso=R0[1+At+Bt[t-100]+Ct2(t-100)] (式1)
其中A=4.280×10-3;B=-9.31×10-8;C=1.23×10-9,R0=50,是传感器电阻关于温度的函数式,使用的时候能测量出来传感器的电阻,需要求出来对应的温度;
温度传感器噪声大,且温度属于平稳信号,因此,对测试相邻5个时刻的温度进行均值滤波,能很准确的得到房间实际温度,均值滤波公式:
其中摄像头模块安装位置固定,因此在一个房间里摄像头拍摄的物理位置是固定的,火焰面积估算可用如下公式:
其中,Sfire为估算火焰面积,Pfire为图像中火焰的像素点数,Psum为图像中像素点总数,Ssum为图像拍摄的实际面积;
步骤6:根据监控结构进行模式工作;
如果一切正常,摄像头模块处在休眠状态,进入节能模式;
如果检测到有毒气体,网络层控制器FPGA控制执行装置自动处理异常情况,并通知用户;
如果检测到存在有火焰时,摄像头模块关闭休眠模式,使用图像检测火焰的位置以及火情大小,同时对家庭断电并且使用语音模块提醒用户家庭着火,如果检测到家中无人,会开启门外警报通知邻居家中着火,并为用户发送信息通知家中着火。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的家庭智能消防系统的方法,其特征在于:步骤二温度传感器选用CU50传感器,温度测量范围是:-50°<=T<=150°。
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Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200424 |
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