CN207817921U - 一种基于fpga和arm的高层建筑火灾搜救巡查系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于FPGA和ARM的高层建筑火灾搜救巡查系统，包括设置在无人机上的SDRAM、FPGA芯片、ARM芯片、CMOS图像传感器、北斗定位模块、热红外成像仪和4G无线通信模块，SDRAM、FPGA芯片、ARM芯片和热红外成像仪依次通讯相连，FPGA芯片与CMOS图像传感器通讯相连，ARM芯片分别与北斗定位模块和4G无线通信模块通讯相连，CMOS图像传感器用于采集火灾实时图像，北斗定位模块用于定位火灾点的三维位置信息，4G无线通信模块用于将火灾点信息传送给后台服务器。本实用新型的一种基于FPGA和ARM的高层建筑火灾搜救巡查系统，操作简便，灵活性高，更加智能和符合实际的操作要求等优点，可以有效地将火情信息和被困人员的信息传输给后台并提供给消防人员，可以有效提高消防人员搜救效率。
Description
技术领域
本实用新型涉具体涉及一种基于FPGA和ARM的高层建筑火灾搜救巡查系统，属于火灾救生设备领域。
背景技术
随着我国经济的快速发展，建筑高度不断攀升，体重跨度也越来越大，但是随着高层建筑的急剧增多，给消防工作带来了极大的压力，从而灭火救援时的效率的问题面临着严峻挑战。高层建筑的火灾扑救一直是世界性的难题，最近几年随着经济的发展，高层建筑越来越多，高层建筑火灾的频发，造成的危害巨大，高层建筑由于其特殊的结构框架，一旦发生火灾会形成烟囱效应火势蔓延的速度较快，其发生火灾时风力不但助长火势蔓延还加速烟热气流的扩散不仅威胁到本栋建筑，还威胁到周围建筑的安全。
目前，消防人员对火灾情况和被困人员的信息的判断紧靠肉眼来识别，楼层较高的话，会影响消防人员的判断准确性，给救生和灭火造成不利的影响。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种操作简便，灵活性高，更加智能和符合实际的操作要求等优点，可以有效地将火情信息和被困人员的信息传输给后台并提供给消防人员，可以有效提高消防人员搜救效率的基于FPGA和ARM的高层建筑火灾搜救巡查系统。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
一种基于FPGA和ARM的高层建筑火灾搜救巡查系统，包括设置在无人机上的SDRAM、FPGA芯片、ARM芯片、CMOS图像传感器、北斗定位模块、热红外成像仪和4G无线通信模块，所述SDRAM、FPGA芯片、ARM芯片和热红外成像仪依次通讯相连，所述FPGA芯片与所述CMOS图像传感器通讯相连，所述ARM芯片分别与所述北斗定位模块和4G无线通信模块通讯相连，所述CMOS图像传感器用于采集火灾实时图像，所述北斗定位模块用于定位火灾点的三维位置信息，所述4G无线通信模块用于将火灾点信息传送给后台服务器。
所述4G无线通信模块通过USB接口与主控ARM芯片进行数据通信。
所述FPGA的型号为EP4CE30F23C8N。
所述ARM芯片为的型号为S5P6818。
所述4G无线通信模块的型号为U8300C。
所述无人机为多旋翼无人机。
所述的热红外成像仪与所述ARM芯片通过USB接口进行数据通信。
所述CMOS图像传感器的型号为OV7670。
所述热红外成像仪的型号为大立S240红外热成像仪。
本实用新型的有益效果：
1、在不影响系统性能的情况下，本文将所有的硬件全部整合到无人机中，充分发挥出无人机的优势。可以在任意时间和地点起飞，可以设置多种巡航模式(遥控巡航、定点巡航和智能跟随巡航等)，本实用新型选用规划巡航模式，根据植入的空中电子围栏和预置的航迹在规定区域中进行巡航。
2、现阶段对高层建筑火灾被困人员主要是通过地毯式搜索进行搜救，考虑到消防人员的安全和体力消耗大的问题，本系统可以有效的搜救任务的效率。
3、本系统与传统的监控相比，由于火灾现场会有大量的烟雾和水蒸气，可以智能通过FPGA的图像处理技术实现图像的去雾处理，可以很好地实时根据CMOS图像传感器所采集到的图像进行实时传输，并进行实时定位，对现场安排人员搜救活动具有很高效率。
4、本系统与传统的监控相比，可以实时传输热红外成像图像数据至后台，并通过处理对火灾的根部进行高精度定位，从而使消防人员快速有效的灭火。
5、无人机上搭载了高精度北斗定位模块，在判定有被困人员时，无人机的位置会被锁定，将被困人员的位置信息会被发送到后台服务器上。后台服务器会同时显示位置信息。
6、该系统采用4G移动通信网络作为通信方式。4G移动通信网络具备传输容量大，传输速度快，网络覆盖广的优势。
附图说明
图1为本实用新型一种基于FPGA与ARM的高层建筑火灾搜救巡查系统的结构框图；
图2为图像去雾算法处理的流程图；
图3为ARM芯片与FPGA芯片连接方式示意图；
图4为FPGA芯片与SDRAM的引脚连接部分示意图；
图5是4G无线通信模块的电路图；
图6为FPGA芯片与CMOS摄像头的引脚连接部分示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
图1是一种基于FPGA和ARM的秸秆焚烧无人机智能监测系统结构原理示意图。以无人机为系统载体，无人机为多旋翼无人机，操控性强，可垂直起降和悬停。无人机搭载SDRAM、FPGA芯片、ARM芯片、CMOS图像传感器、北斗定位模块、热红外成像仪和4G无线通信模块。SDRAM、FPGA芯片、ARM芯片和热红外成像仪依次通讯相连，热红外成像仪的型号为大立S240红外热成像仪，与ARM芯片通过USB接口进行数据通信。FPGA芯片与所述CMOS图像传感器通讯相连，ARM芯片分别与北斗定位模块和4G无线通信模块通讯相连，CMOS图像传感器用于采集火灾实时图像，北斗定位模块上设置定位天线，用于定位火灾点的三维位置信息，4G无线通信模块用于将火灾点信息传送给后台服务器。本系统主要是在无人机在对高层建筑火灾处进行拍摄时，FPGA芯片会对CMOS图像传感器采集到火灾图像数据存储到SDRAM中，同时实时通过ARM芯片控制的热红外成像仪对火灾处状况进行处理，热红外成像技术可以有效地定位火焰的根部位置，辅助消防人员灭火，从而有效快速的灭火。另外，热红外成像技术可以监测到被困人员。当监测到火焰的根部位置或者被困人员时，会给一个使能信号给FPGA芯片，FPGA芯片会对该秒存储到SDRAM中的图像进行处理，并将处理好的图像数据和北斗定位信息通过ARM控制的4G无线通讯模块发送数据到后台服务器，通过上位机的处理实时显示火灾燃烧处去烟雾图像和北斗定位火灾处信息。
图2是FPGA火灾监视图像去雾处理的流程图。在保证实时性的情况下，这对硬件提出很高的要求。本系统采用的cycloneⅣ系列的EP4CE30F23C8N型号的FPGA芯片，其具有很强大的并行处理功能，并且资源丰富引脚充足，非常适合进行复杂的图像处理工作。首先将CMOS图像传感器采集到图像进行图像的对比度增强，然后再将原图像从RGB空间转换至YCbCr颜色空间中，分别对其进行白点检测和白点调整，从而来进行白平衡处理。再对其进行图像融合，最后将融合后的图像转换到HSV空间中并对V分量进行自动色阶处理，最后得到复原图像即去烟雾后的图像，这可以准确实时传达火灾处状况。
图3是ARM处理器和FPGA的互联设计图。ARM芯片处理器集成了丰富分外设接口，该系统设计采用ARM CPU外部总线接口。即通过外部总线方式连接ARM芯片和FPGA芯片，将FPGA映射成系统的一段存储器进行访问。本系统所使用的SAMSUNG公司的S5P6818核心处理器外部总线的数据线DATA[0:31]，地址线ADDR[1:4]，读写信号nOE、nWE、片选信号nGCS3连接到FPGA芯片的I/O管脚。
如图4所示为FPGA芯片与SDRAM的引脚连接部分。SD_CLK连接FPGA芯片的PIN_U1。SD_CKE是25MHz频率的时钟信号，作为SDRAM的时钟使能信号，连接FPGA芯片的PIN_V2。SD_CS、SD_WE、SD_CAS和SD_RAS都是低电平有效，分别连接PIN_P5、PIN_N5、PIN_P7和PIN_P6。P_A0到P_A11分别是SDRAM的地址输入，分别连接FPGA芯片的PIN_R5、PIN_T5、PIN_T4、PIN_T3、PIN_V3、PIN_V4、PIN_AA1、PIN_Y1、PIN_Y2、PIN_W1，PIN_R7和PIN_W2。BA0和BA1是SDRAM的信号使能，分别连接FPGA芯片的PIN_P4和PIN_P3。DQ0到DQ 15的引脚是并口的双向数据总线，由于本监测系统中所使用的图像数据是RGB565，即P-D0到P-D15分别连接FPGA芯片的P-L7、P-L6、P-M7、P-M6、P-M5、P-M4、P-M3、P-N7、P-R1、P-R2、P-P1、P-P2、P-N1、P-N2、P-M1和P-M2。
图5是4G无线通讯模块的通信图，4G无线通信模块的型号为U8300C。U8300C通过USB接口与S5P6818主控芯片连接。其中U8300C通过USIM接口与SIM卡连接。USIM_DATA、USIM_VCC、USIM_CLK、USIM_RESET分别与S5P6818上的SIM_DATA、SIM_VCC、SIM_CLK、SIM_RST连接。它们分别实现数据交互、对SIM卡的供电、工作时钟的提供和复位的功能。MCU_GPIO1与S5P6818ARM板上的MCU_CAM1_D3引脚连接。为了保证U8300C的正常工作还需提采用单电源供电方式。
如图6所示为FPGA芯片与CMOS图像传感器的引脚连接部分。CMOS图像传感器的型号为OV7670。它需要被提供3.3V稳定电压。CMOS SCL输入的是24MHz的时钟信号，连接的是PIN_B2。PCLK是时钟使能信号，规定了图像处理的最小时间间隔，连接PIN_D2。HREF和VSYNC分别是行信号和场信号。图像采集到一行数据则产生行信号，采集到一帧图像数据则产生场信号，分别连接PIN_C1和PIN_C2。CMOS D0到CMOS D7是数据位，分别连接PIN_H7、PIN_H8、PIN_G3、PIN_G4、PIN_G5、PIN_F1、PIN_F2和PIN_E1。CMOS图像传感器的SDA是数据使能信号，连接PIN_B1。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于FPGA和ARM的高层建筑火灾搜救巡查系统，其特征在于：包括设置在无人机上的SDRAM、FPGA芯片、ARM芯片、CMOS图像传感器、北斗定位模块、热红外成像仪和4G无线通信模块，所述SDRAM、FPGA芯片、ARM芯片和热红外成像仪依次通讯相连，所述FPGA芯片与所述CMOS图像传感器通讯相连，所述ARM芯片分别与所述北斗定位模块和4G无线通信模块通讯相连，所述CMOS图像传感器用于采集火灾实时图像，所述北斗定位模块用于定位火灾点的三维位置信息，所述4G无线通信模块用于将火灾点信息传送给后台服务器。
2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA和ARM的高层建筑火灾搜救巡查系统，其特征在于：所述4G无线通信模块通过USB接口与主控ARM芯片进行数据通信。
3.根据权利要求1所述的一种基于FPGA和ARM的高层建筑火灾搜救巡查系统，其特征在于：所述FPGA的型号为EP4CE30F23C8N。
4.根据权利要求1所述的一种基于FPGA和ARM的高层建筑火灾搜救巡查系统，其特征在于：所述ARM芯片为的型号为S5P6818。
5.根据权利要求1所述的一种基于FPGA和ARM的高层建筑火灾搜救巡查系统，其特征在于：所述4G无线通信模块的型号为U8300C。
6.根据权利要求1所述的一种基于FPGA和ARM的高层建筑火灾搜救巡查系统，其特征在于：所述无人机为多旋翼无人机。
7.根据权利要求1所述的一种基于FPGA和ARM的高层建筑火灾搜救巡查系统，其特征在于：所述的热红外成像仪与所述ARM芯片通过USB接口进行数据通信。
8.根据权利要求1所述的一种基于FPGA和ARM的高层建筑火灾搜救巡查系统，其特征在于：所述CMOS图像传感器的型号为OV7670。
9.根据权利要求1所述的一种基于FPGA和ARM的高层建筑火灾搜救巡查系统，其特征在于：所述热红外成像仪的型号为大立S240红外热成像仪。
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