CN111521278A - 基于窄带物联网的新型热源与火情智能探测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热源及火情探测领域，公开了一种基于窄带物联网的新型热源与火情智能探测系统及方法，系统包括第一红外热像仪、单片机、电源模块、第二红外热像仪、无线通讯模块、云端服务器和移动终端，第一红外热像仪通过光纤与单片机连接，单片机与云端服务器连接，单片机与无线通讯模块连接，第二红外热像仪通过无线通讯模块与云端服务器和移动终端连接；电源模块包括电压输入端、整流桥、第一电容、第一电阻、第一三极管、第一二极管、第三二极管、第二三极管、第二电阻、第二电容、第三电阻、电感、第四电阻、第三电容、运算放大器、第二二极管、第四电容和电压输出端。本发明电路结构较为简单、成本较低、方便维护、电路的安全性和可靠性较高。

Description

基于窄带物联网的新型热源与火情智能探测系统及方法

技术领域

本发明涉及热源及火情探测领域，特别涉及一种基于窄带物联网的新型热源与火情智能探测系统及方法。

背景技术

现有热源与火情探测告警系统包括电气火灾监控系统、线性感温探测系统、分布式光纤探测系统以及基于红外热像仪的森林火险智能监测系统等。其中，电气火灾监控系统的适用范围于供电距离不长，供电可靠性高，安全性好，同时要保证低压断路器(自动开关)不能跳闸的地方。线性感温探测系统则大多安装在专用桥架、隧道、沟、夹层内的工业电缆管道内。分布式光纤探测系统主要用于隧道监测与工业、民用建(构)筑物及地下建筑工程。基于红外热像仪的森林火险智能监测系统应用于广域森林火险监测。现有一些热源与火情智能探测告警系统能够有效提高数据传输的稳定性。图1为传统热源与火情智能探测告警系统的供电部分的电路原理图，从图1中可以看出，传统热源与火情智能探测告警系统的供电部分的供电部分使用的元器件较多，电路结构复杂，硬件成本较高，不方便维护。另外，由于传统热源与火情智能探测告警系统的供电部分的供电部分缺少相应的电路保护功能，例如：缺少限流保护功能，造成电路的安全性和可靠性较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种电路结构较为简单、成本较低、方便维护、电路的安全性和可靠性较高的基于窄带物联网的新型热源与火情智能探测系统及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于窄带物联网的新型热源与火情智能探测系统，包括第一红外热像仪、单片机、电源模块、第二红外热像仪、无线通讯模块、云端服务器和移动终端，所述第一红外热像仪通过光纤与所述单片机连接，所述电源模块与所述单片机连接，所述单片机通过光纤与所述云端服务器连接，所述单片机与所述无线通讯模块连接，所述第二红外热像仪通过所述无线通讯模块分别与所述云端服务器和移动终端连接；

所述电源模块包括电压输入端、整流桥、第一电容、第一电阻、第一三极管、第一二极管、第三二极管、第二三极管、第二电阻、第二电容、第三电阻、电感、第四电阻、第三电容、运算放大器、第二二极管、第四电容和电压输出端，所述电压输入端的一端与所述变压器的初级线圈的一端连接，所述电压输入端的另一端与所述变压器的初级线圈的另一端连接，所述变压器的次级线圈的一端与所述整流桥的一个交流输入端连接，所述变压器的次级线圈的另一端与所述整流桥的另一个交流输入端连接，所述整流桥的一个直流输出端分别与所述第一电容的正极、第一电阻的一端和第一三极管的集电极连接，所述第一三极管的基极分别与所述第一电阻的另一端、第一二极管的阴极和第二三极管的基极连接，所述第一三极管的发射极与所述第三二极管的阳极连接，所述第三二极管的阴极分别与所述第二三极管的发射极、第二电阻的一端、第三电阻的一端、第四电阻的一端、运算放大器的反相输入端和电感的一端连接，所述电感的另一端与所述运算放大器的同相输入端连接；

所述第二三极管的集电极分别与所述第二电阻的另一端和第二电容的正极连接，所述运算放大器的输出端分别与所述第二二极管的阳极、第四电阻的另一端和第三电容的正极连接，所述第二二极管的阴极分别与所述第四电容的正极和电压输出端的一端连接，所述整流桥的另一个直流输出端分别与所述第一电容的负极、第一二极管的阳极、第二电容的负极、第三电阻的另一端、第三电容的另一端、第四电容的负极和电压输出端的另一端连接。

在本发明所述的基于窄带物联网的新型热源与火情智能探测系统中，所述第三二极管的型号为L-1822。

在本发明所述的基于窄带物联网的新型热源与火情智能探测系统中，所述电源模块还包括第五电阻，所述第五电阻的一端与所述第二三极管的集电极连接，所述第五电阻的另一端分别与所述第二电阻的另一端和第二电容的正极连接。

在本发明所述的基于窄带物联网的新型热源与火情智能探测系统中，所述第五电阻的阻值为32kΩ。

在本发明所述的基于窄带物联网的新型热源与火情智能探测系统中，所述第一三极管为NPN型三极管。

在本发明所述的基于窄带物联网的新型热源与火情智能探测系统中，所述第二三极管为NPN型三极管。

在本发明所述的基于窄带物联网的新型热源与火情智能探测系统中，所述无线通讯模块为5G通讯模块、4G通讯模块、蓝牙模块、WiFi模块、GSM模块、CDMA模块、CDMA2000模块、WCDMA模块、TD-SCDMA模块、Zigbee模块和LoRa模块中任意一种或任意几种的组合。

在本发明所述的基于窄带物联网的新型热源与火情智能探测系统中，所述移动终端为手机或平板电脑。

本发明还涉及一种基于窄带物联网的新型热源与火情智能探测方法，应用于上述基于窄带物联网的新型热源与火情智能探测系统，包括如下步骤：

A)判断第一红外热像仪是否能正常工作，如是，执行步骤B)；否则，执行步骤B')；

B)第一红外热像仪获取火情或热源检测区域的热图像和与所述热图像相应的数据信息，并将其通过光纤传送给单片机；

C)所述单片机得出告警的具体位置、像素点数量以及发生时间，并生成告警信息，将所述告警信息通过光纤传送给云端服务器进行存储；

D)所述云端服务器将所述告警信息推送给所述移动终端，实现现场实时图传，能通过所述云端服务器完成历史事件检索以及对所述单片机进行远程控制与管理；

B')第二红外热像仪获取火情或热源检测区域的热图像和与所述热图像相应的数据信息，并将其通过所述无线通讯模块传送给所述单片机；

C')所述单片机得出告警的具体位置、像素点数量以及发生时间，并生成告警信息，将所述告警信息通过所述无线通讯模块传送给所述云端服务器进行存储，能通过所述云端服务器完成历史事件检索以及对所述单片机进行远程控制与管理，同时所述单片机还将所述告警信息通过所述无线通讯模块传送给所述移动终端实现现场实时图传。

实施本发明的基于窄带物联网的新型热源与火情智能探测系统及方法，具有以下有益效果：由于设有第一红外热像仪、单片机、电源模块、第二红外热像仪、无线通讯模块、云端服务器和移动终端；电源模块包括电压输入端、整流桥、第一电容、第一电阻、第一三极管、第一二极管、第三二极管、第二三极管、第二电阻、第二电容、第三电阻、电感、第四电阻、第三电容、运算放大器、第二二极管、第四电容和电压输出端，该电源模块与传统热源与火情智能探测告警系统的供电部分的供电部分相比，其使用的元器件较少，由于节省了一些元器件，这样可以降低硬件成本，另外，第三二极管用于进行限流保护，因此电路结构较为简单、成本较低、方便维护、电路的安全性和可靠性较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为传统热源与火情智能探测告警系统的供电部分的电路原理图；

图2为本发明基于窄带物联网的新型热源与火情智能探测系统及方法一个实施例中的结构示意图；

图3为所述实施例中电源模块的电路原理图；

图4为所述实施例中方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。

在本发明基于窄带物联网的新型热源与火情智能探测系统及方法实施例中，其基于窄带物联网的新型热源与火情智能探测系统的结构示意图如图2所示。图2中，该基于窄带物联网的新型热源与火情智能探测系统包括第一红外热像仪1、单片机2、电源模块3、第二红外热像仪4、无线通讯模块5、云端服务器6和移动终端7，其中，第一红外热像仪1通过光纤与单片机2连接，电源模块3与单片机2连接，单片机2通过光纤与云端服务器6连接，单片机2与无线通讯模块5连接，第二红外热像仪4通过无线通讯模块5分别与云端服务器6和移动终端7连接。

无线通讯模块5用于与单片机2之间进行数据交换，并将从单片机2获取的数据信号传输给云端服务器6和移动终端7。移动终端7为手机或平板电脑等。第一红外热像仪1和第二红外热像仪4作为前端设备均可用于获取热图像以及与热图像相应的数据信息。

本实施例中，无线通讯模块5为5G通讯模块、4G通讯模块、蓝牙模块、WiFi模块、GSM模块、CDMA模块、CDMA2000模块、WCDMA模块、TD-SCDMA模块、Zigbee模块和LoRa模块中任意一种或任意几种的组合。通过设置多种无线通讯方式，不仅可以增加无线通讯方式的灵活性，还能满足不同用户和不同场合的需求。尤其是采用LoRa模块时，其通讯距离较远，且通讯性能较为稳定，适用于对通讯质量要求较高的场合。采用5G通讯方式可以达到高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。

当第一红外热像仪1的光纤电路出现故障，即所谓的有线传输线路出现故障时，则还可以通过第二红外热像仪4切换为无线数据传输，以保证数据信号传输的可靠性和稳定性。

本发明可以采用各种类型的红外热像仪作为前端，安装不同视场角的锗镜头以满足从近到远，室内与户外的各种需要监测火情的场景。本发明通过单片机2完成控制，同时配套无线通讯模块5完成传输，并且移动终端7可直接进行数据信号的读取，以保证数据传输的稳定性。

本发明可通过获取红外热像仪获取的原始数据信号，第一时间发现监测区域内的火情或热源，同时找到正确的告警源位置。

第一红外热像仪1和第二红外热像仪4能将红外原始数据信息输送至单片机2，单片机2能得出告警的具体位置、像素点数量以及发生时间并生成告警信息。告警信息存储在云端服务器6中，用户能够通过移动终端7得到第一时间的告警信息推送，现场实时图传，并能通过云端服务器6完成历史事件检索，以及对单片机2进行远程控制与管理。

图3为本实施例中电源模块的电路原理图，图3中，该电源模块3包括电压输入端Vin、整流桥Z、第一电容C1、第一电阻R1、第一三极管Q1、第一二极管D1、第三二极管D3、第二三极管Q2、第二电阻R2、第二电容C2、第三电阻R3、电感L、第四电阻R4、第三电容C3、运算放大器A、第二二极管D2、第四电容C4和电压输出端Vo，其中，电压输入端Vin的一端与变压器T的初级线圈的一端连接，电压输入端Vin的另一端与变压器T的初级线圈的另一端连接，变压器T的次级线圈的一端与整流桥Z的一个交流输入端连接，变压器T的次级线圈的另一端与整流桥Z的另一个交流输入端连接，整流桥Z的一个直流输出端分别与第一电容C1的正极、第一电阻R1的一端和第一三极管Q1的集电极连接，第一三极管Q1的基极分别与第一电阻R1的另一端、第一二极管D1的阴极和第二三极管Q2的基极连接，第一三极管Q1的发射极与第三二极管D3的阳极连接，第三二极管D3的阴极分别与第二三极管Q2的发射极、第二电阻R2的一端、第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端、运算放大器A的反相输入端和电感L的一端连接，电感L的另一端与运算放大器A的同相输入端连接。

第二三极管Q2的集电极分别与第二电阻R2的另一端和第二电容C2的正极连接，运算放大器A的输出端分别与第二二极管D2的阳极、第四电阻R4的另一端和第三电容C3的正极连接，第二二极管D2的阴极分别与第四电容C4的正极和电压输出端Vo的一端连接，整流桥Z的另一个直流输出端分别与第一电容C1的负极、第一二极管D1的阳极、第二电容C2的负极、第三电阻R3的另一端、第三电容C3的另一端、第四电容C4的负极和电压输出端Vo的另一端连接。

该电源模块3与图1中传统热源与火情智能探测告警系统的供电部分的供电部分相比，其使用的元器件较少，电路结构较为简单，方便维护，由于节省了一些元器件，这样可以降低硬件成本。另外，第三二极管D3为限流二极管，用于对第一三极管Q1的发射极电流进行限流保护。限流保护的原理如下：当第一三极管Q1的发射极电流较大时，通过该第三二极管D3可以降低第一三极管Q1的发射极电流的大小，使其保持在正常工作状态，而不至于因电流太大导致烧坏电路中的元器件，因此电路的安全性和可靠性较高。值得一提的是，本实施例中，第三二极管D3的型号为L-1822。当然，在实际应用中，第三二极管D3也可以采用其他型号具有类似功能的二极管。

该电源模块3的工作原理如下：使用时，变压器T可对电压输入端Vin的市电电源进行降压，然后通过整流桥Z对降压后的电源进行处理，以便于为用电负载提供合适的工作电压。当市电电压或负载电流变化而引起输出电压波动时，可通过第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一电阻R1、第二电阻R2、第一二极管D1和第二电容C2组成的调节电路进行调整，从而可保证输出电源的稳定性。运算放大器A与电感L、第四电阻R4、第三电容C3和第二二极管D2还能组成一个滤波电路，可对输出电源进行滤波处理，从而能进一步确保输出电源的稳定性。该电源模块3还可根据要求的输出电压、电流的不同，选择使用不同参数的电子元件，从而使得该电源模块3的使用面更加的广泛。

本实施例中，第一三极管Q1为NPN型三极管，第二三极管Q2为NPN型三极管。当然，在实际应用中，第一三极管Q1和第二三极管Q2也可以均采用PNP型三极管，但这时电路的结构也要相应发生变化。

本实施例中，该电源模块3还包括第五电阻R5，第五电阻R5的一端与第二三极管Q2的集电极连接，第五电阻R5的另一端分别与第二电阻R2的另一端和第二电容C2的正极连接。第五电阻R5为限流电阻，用于对第二三极管Q2的集电极电流进行限流保护。限流保护的原理如下：当第二三极管Q2的集电极电流较大时，通过该第五电阻R5可以降低第二三极管Q2的集电极电流的大小，使其保持在正常工作状态，而不至于因电流太大导致烧坏电路中的元器件，以进一步增强电路的安全性和可靠性。值得一提的是，本实施例中，第五电阻R5的阻值为32kΩ。当然，在实际应用中，第五电阻R5的阻值可以根据具体情况进行相应增大或减小。

本实施例还涉及一种基于窄带物联网的新型热源与火情智能探测方法，其应用于本实施例中的上述基于窄带物联网的新型热源与火情智能探测系统。该方法的流程图如图4所示。图4中，该基于窄带物联网的新型热源与火情智能探测方法包括如下步骤：

步骤S01判断第一红外热像仪是否能正常工作：本步骤中，判断第一红外热像仪是否能正常工作，如果判断的结果为是，则执行步骤S02；否则，执行步骤S02'。

步骤S02第一红外热像仪获取火情或热源检测区域的热图像和与热图像相应的数据信息，并将其通过光纤传送给单片机：本步骤中，第一红外热像仪获取火情或热源检测区域的热图像和与热图像相应的数据信息，并将获取的火情或热源检测区域的热图像和与热图像相应的数据信息通过光纤传送给单片机。

步骤S03单片机得出告警的具体位置、像素点数量以及发生时间，并生成告警信息，将告警信息通过光纤传送给云端服务器进行存储：本步骤中，单片机根据接收的情或热源检测区域的热图像和与热图像相应的数据信息，得出告警的具体位置、像素点数量以及发生时间，并生成告警信息，将告警信息通过光纤传送给云端服务器进行存储。

步骤S04云端服务器将告警信息推送给移动终端，实现现场实时图传，能通过云端服务器完成历史事件检索以及对单片机进行远程控制与管理：本步骤中，云端服务器将告警信息通过网络推送给移动终端，实现现场实时图传，在移动终端可以看到实时现场图像。另外，还能通过云端服务器完成历史事件检索以及对单片机进行远程控制与管理。

步骤S02'第二红外热像仪获取火情或热源检测区域的热图像和与热图像相应的数据信息，并将其通过无线通讯模块传送给单片机：本步骤中，第二红外热像仪获取火情或热源检测区域的热图像和与热图像相应的数据信息，并将获取的火情或热源检测区域的热图像和与热图像相应的数据信息通过无线通讯模块传送给单片机。

步骤S03'单片机得出告警的具体位置、像素点数量以及发生时间，并生成告警信息，将告警信息通过无线通讯模块传送给云端服务器进行存储，能通过云端服务器完成历史事件检索以及对单片机进行远程控制与管理，同时单片机还将告警信息通过无线通讯模块传送给移动终端实现现场实时图传：本步骤中，单片机得出告警的具体位置、像素点数量以及发生时间，并生成告警信息，将告警信息通过无线通讯模块传送给云端服务器进行存储，能通过云端服务器完成历史事件检索以及对单片机进行远程控制与管理，同时单片机还将告警信息通过无线通讯模块传送给移动终端实现现场实时图传。该方法可以保证数据传输的稳定性。

总之，本实施例中，该电源模块3与传统热源与火情智能探测告警系统的供电部分的供电部分相比，其使用的元器件较少，电路结构较为简单，方便维护，由于节省了一些元器件，这样可以降低硬件成本。该电源模块3中设有限流二极管，因此电路的安全性和可靠性较高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于窄带物联网的新型热源与火情智能探测系统，其特征在于，包括第一红外热像仪、单片机、电源模块、第二红外热像仪、无线通讯模块、云端服务器和移动终端，所述第一红外热像仪通过光纤与所述单片机连接，所述电源模块与所述单片机连接，所述单片机通过光纤与所述云端服务器连接，所述单片机与所述无线通讯模块连接，所述第二红外热像仪通过所述无线通讯模块分别与所述云端服务器和移动终端连接；

所述电源模块包括电压输入端、整流桥、第一电容、第一电阻、第一三极管、第一二极管、第三二极管、第二三极管、第二电阻、第二电容、第三电阻、电感、第四电阻、第三电容、运算放大器、第二二极管、第四电容和电压输出端，所述电压输入端的一端与所述变压器的初级线圈的一端连接，所述电压输入端的另一端与所述变压器的初级线圈的另一端连接，所述变压器的次级线圈的一端与所述整流桥的一个交流输入端连接，所述变压器的次级线圈的另一端与所述整流桥的另一个交流输入端连接，所述整流桥的一个直流输出端分别与所述第一电容的正极、第一电阻的一端和第一三极管的集电极连接，所述第一三极管的基极分别与所述第一电阻的另一端、第一二极管的阴极和第二三极管的基极连接，所述第一三极管的发射极与所述第三二极管的阳极连接，所述第三二极管的阴极分别与所述第二三极管的发射极、第二电阻的一端、第三电阻的一端、第四电阻的一端、运算放大器的反相输入端和电感的一端连接，所述电感的另一端与所述运算放大器的同相输入端连接；

所述第二三极管的集电极分别与所述第二电阻的另一端和第二电容的正极连接，所述运算放大器的输出端分别与所述第二二极管的阳极、第四电阻的另一端和第三电容的正极连接，所述第二二极管的阴极分别与所述第四电容的正极和电压输出端的一端连接，所述整流桥的另一个直流输出端分别与所述第一电容的负极、第一二极管的阳极、第二电容的负极、第三电阻的另一端、第三电容的另一端、第四电容的负极和电压输出端的另一端连接。

2.根据权利要求1所述的基于窄带物联网的新型热源与火情智能探测系统，其特征在于，所述第三二极管的型号为L-1822。

3.根据权利要求2所述的基于窄带物联网的新型热源与火情智能探测系统，其特征在于，所述电源模块还包括第五电阻，所述第五电阻的一端与所述第二三极管的集电极连接，所述第五电阻的另一端分别与所述第二电阻的另一端和第二电容的正极连接。

4.根据权利要求3所述的基于窄带物联网的新型热源与火情智能探测系统，其特征在于，所述第五电阻的阻值为32kΩ。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的基于窄带物联网的新型热源与火情智能探测系统，其特征在于，所述第一三极管为NPN型三极管。

6.根据权利要求1至4任意一项所述的基于窄带物联网的新型热源与火情智能探测系统，其特征在于，所述第二三极管为NPN型三极管。

7.根据权利要求1至4任意一项所述的基于窄带物联网的新型热源与火情智能探测系统，其特征在于，所述无线通讯模块为5G通讯模块、4G通讯模块、蓝牙模块、WiFi模块、GSM模块、CDMA模块、CDMA2000模块、WCDMA模块、TD-SCDMA模块、Zigbee模块和LoRa模块中任意一种或任意几种的组合。

8.根据权利要求1至4任意一项所述的基于窄带物联网的新型热源与火情智能探测系统，其特征在于，所述移动终端为手机或平板电脑。

9.一种基于窄带物联网的新型热源与火情智能探测系统，其特征在于，应用于如权利要求1所述的基于窄带物联网的新型热源与火情智能探测系统，包括如下步骤：

A)判断第一红外热像仪是否能正常工作，如是，执行步骤B)；否则，执行步骤B')；

B)第一红外热像仪获取火情或热源检测区域的热图像和与所述热图像相应的数据信息，并将其通过光纤传送给单片机；

C)所述单片机得出告警的具体位置、像素点数量以及发生时间，并生成告警信息，将所述告警信息通过光纤传送给云端服务器进行存储；

D)所述云端服务器将所述告警信息推送给所述移动终端，实现现场实时图传，能通过所述云端服务器完成历史事件检索以及对所述单片机进行远程控制与管理；

B')第二红外热像仪获取火情或热源检测区域的热图像和与所述热图像相应的数据信息，并将其通过所述无线通讯模块传送给所述单片机；

C')所述单片机得出告警的具体位置、像素点数量以及发生时间，并生成告警信息，将所述告警信息通过所述无线通讯模块传送给所述云端服务器进行存储，能通过所述云端服务器完成历史事件检索以及对所述单片机进行远程控制与管理，同时所述单片机还将所述告警信息通过所述无线通讯模块传送给所述移动终端实现现场实时图传。

Images