一种智能动火辅助监测预警机器人系统及方法与流程

[0001]
本发明属于机器视觉技术和物联网技术领域，特别涉及一种智能动火辅助监测预警机器人系统及方法。


背景技术：

[0002]
火的出现有力地促进了人类的文明和社会的发展，然而一旦在时间和空间上失去控制，会带来巨大的灾难。在各种灾害中，火灾是最经常、最普遍地威胁公共安全和社会发展的主要灾害之一，发生的频率居于各灾害之首。因此，火灾预防是刻不容缓的一项课题。
[0003]
目前，针对火灾监控的方法主要采用传感器和闭路监控电视，虽然在某些方面它们的确做出了巨大的贡献，但是都存在一些难以解决的缺陷。目前国内的自动火灾报警系统大都是基于传感器的监控，比如感烟、感温以及感光探测器等几个方面，它们分别利用了火焰的烟雾特性、光照特性以及温度特性等几个方面来进行火焰存在的检测，但是传感器监控范围小，而且容易失效；此外，闭路监控电视则是需要人为进行监视，必须有人的参与进行不间断的观察与判断，给人们带来了繁重的工作，极其不便利。


技术实现要素：

[0004]
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种智能动火辅助监测预警机器人系统及方法，通过视频监控的火灾特征检测系统，根据摄像头采集到的图像进行智能分析判断是否有火出现，通过无线模块将信息传输至客户端界面、智能手环及手机短信，实现实时大范围监控。而且只需要一个机器人就可以对整个空间进行监控，同时不再需要人的定点监督巡视工作。
[0005]
为了实现上述目的，本发明采用如下技术解决方案：
[0006]
一种智能动火辅助监测预警机器人系统，包括机器人和控制机构；
[0007]
所述机器人包括机器人机身和位于机器人机身上部的可转动的云台，所述控制机构位于机器人机身内部；
[0008]
所述机器人用于工业现场，根据摄像头采集图像智能分析，实现实时大范围的监火目的，并能准确报警，提醒工作人员及时对现场进行二次核实，避免造成大范围火灾，所述的机器人能适应工业区条件下的应用条，有更加广泛的使用范围和更加显著的使用效果。
[0009]
所述控制机构包括控制模块、显示模块、无线模块和电源模块；所述控制模块分别与显示模块、无线模块相连接。
[0010]
所述控制模块包括核心板、视频板和工控机；所述核心板用以接收各个模块传输的数据，通过数据判断是否由报警灯发出报警指令；所述视频板用以接收可见光摄像头及红外摄像头的数据，并将数据传输至核心板内；所述工控机用以接收热成像摄像头和蓝牙模块的数据，并将数据传输至核心板内。
[0011]
所述显示模块包括显示屏、可见光摄像头、红外摄像头、热成像摄像头及报警灯；
所述显示屏用以屏幕的显示功能；所述摄像头用以收集、过滤和获取火的颜色、温度、形态特性；所述报警灯用以发出报警指令。
[0012]
所述可见光摄像头、红外摄像头、热成像摄像头及报警灯通过可转动的云台设置在机器人机身顶部。
[0013]
所述无线传输模块包括短信模块、蓝牙模块和wifi模块；所述短信模块，用以在判断有火出现的状态下，发出火警中的短信指示；所述蓝牙模块，用以在判断有火出现的状态下，发出手环震动并显示火警中的指令；所述wifi模块，用以将数据传输至平板界面。
[0014]
所述电源模块用于给机器人本身、控制模块、显示模块和无线传输模块供电，通过安装在机器人机身部分的电池供电。
[0015]
一种智能动火辅助监测预警机器人系统的运行方法，包括如下步骤：
[0016]
步骤1：通过显示模块中的摄像头采集外界信息数据；
[0017]
步骤2：可见光摄像头、红外摄像头将外界信息数据传输至视频板，热成像摄像头将外界信息数据传输至工控机；
[0018]
步骤3：无线传输模块中的蓝牙模块通过摄像头收集外界信息数据并传输至工控机，wifi模块收集外界信息数据传输至核心板；
[0019]
步骤4：视频板和工控机将收集到的信息数据传输至核心板内；
[0020]
步骤5：核心板通过接收到的数据进行火焰特征提取，并判断是否有火源出现，热成像摄像头首先接收到目标物传来的温度信息(此温度信息可能存在非火源信息，例如高温天气导致温度升高、装有热水的水杯、电焊等)，接收到温度信息后将高温的区域锁定，再由视频板进行视频图像采集检索火焰信息，若视频判别为火焰信息后，随即进行报警提醒，执行步骤6或7；
[0021]
步骤6：核心板判断是否有火源出现，如判断有火源出现，将数据信息发送至显示模块中的报警灯处，报警灯发出报警指令；将数据信息发送至无线传输模块中的蓝牙模块，蓝牙手环发出震动并显示报警中的指令；将数据信息发送至无线传输模块中的短信模块，手机接收到火警中的短信指令；将数据信息发送至无线传输模块中的wifi模块，平板界面出现红框标记火源，执行步骤8；
[0022]
步骤7：核心板如判断火源未出现，则继续监控，执行步骤1-5；
[0023]
步骤8：核心板判断在某处有火源出现的情况下，发出报警数据指令与继续监控同时进行，执行步骤10或11；
[0024]
步骤9：核心板继续监控，执行步骤1-5；
[0025]
步骤10：若同时出现若干处火源，数据信息将同时传输至核心板内，核心板将同时发出若干处报警指令。
[0026]
步骤11：若未出现其他火源，报警指令在10s后停止，并重新执行步骤1-5。
[0027]
本发明的有益效果：
[0028]
1、多模监控，实时监测：通过可见光摄像头、红外摄像头、热成像摄像头等方式，多模实时监控作业现场。
[0029]
2、发生火情，及时报警：实时采集现场图像，综合利用目标提取、特征检测、多判据融合决策等机器视觉处理等方法实时处理，一旦发生火情，启动报警，通过声光报警、手环震动报警和短信发送三种方式。
[0030]
3、自动跟踪，目标定位：正常动火点在摄像头的视野范围内发生移动，云台能自动移动跟踪，当发现异常着火点后，利用相机标定信息和多式几何理论进行目标定位，同时将图像信息及检测结果传至监视器显示。
[0031]
4、响应快速，精度准确：通过算法优化，硬件处理，提高响应速度和检测精度，火焰识别时间小于2s，报警准确率达95％，火点坐标监测误差不超过正负0.5m。
[0032]
5、本地存储，云端上传：异常监控画面实时存储在本地存储器中，并可上传至云端服务器，以备后期调阅。
[0033]
6、范围宽广，机器操作：镜头视角范围大，弥补了利用传感器监测监控范围小的缺陷；机器自动操作，解决了利用闭环电视人工不断监视的棘手问题。
[0034]
本发明采用硬件模块简单，易于连接安装，使用方便快捷，可以根据需要灵活地调试软件程序，充分利用机器视觉技术和物联网技术，能够在企业减少人工作业、减轻运营成本，提高监测效率等方面发挥重要作用，也可作为现代工厂信息化发展新阶段的智慧工厂建设的重要组成部分，克服了现有传感器及闭环电视只局限于部分理论研究而忽略了实践应用以及实验不能真实的展现的缺陷，导致其实用性不大的缺陷。
附图说明
[0035]
图1是本发明的智能动火辅助监测预警机器人系统的外观结构示意图。
[0036]
图2是视频板与核心板的连接示意图。
[0037]
图3是工控机与核心板的连接示意图。
[0038]
图4是核心板与无线模块的连接示意图。
[0039]
图5是本发明的智能动火辅助监测预警机器人系统的硬件连接示意图。
[0040]
图6是电源模块供电图。
具体实施方式
[0041]
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
[0042]
如图1、5所示，本发明的智能动火辅助监测预警机器人系统，包括：机器人、控制模块、显示模块、无线模块和电源模块。其中，机器人包括云台控制和机器人机身部分；控制模块包括核心板、视频板和工控机；显示模块包括显示屏、可见光摄像头、红外摄像头、热成像摄像头和报警灯；无线模块包括短信模块、蓝牙模块和wifi模块；电源模块用于向机器人本身、控制模块、显示模块和无线模块供电。
[0043]
显示模块中的可见光摄像头、红外摄像头和热成像摄像头通过对火焰的特征提取，判断范围内是否存在疑似火焰因子，可见光摄像头和红外摄像头将数据传入视频板，视频板将数据传入核心板，热成像摄像头直接通过工控机将数据传入核心板，核心板通运用算法进行识别和判断，是否有火出现；当判断有火出现时，核心板将数据返回至视频板，与视频板相连接的显示屏显示火出现的位置并标记红框，核心板将数据返回至工控机，与工控机相连接的蓝牙收到数据，蓝牙手环震动并显示报警中指令，同时，核心板将数据发至与其直接相连的短信模块、报警灯和wifi模块，短信模块收到报警中短信，报警灯开始工作，wifi模块将信息发至平板中，操作人员及时发现目标并立刻采取紧急灭火措施。
[0044]
如图2所示，控制模块中核心板与视频板通过接收和发送串口数据相连接，本发明
选用stm32f407vet6核心板，选用qs-gye9视频板，可见光视频板的接收引脚连接核心板的a9引脚，可见光视频板的发送引脚连接核心板的a10引脚，红外视频板的接收引脚连接核心板的c12引脚，红外视频板的发送引脚连接核心板的d2引脚；可见光摄像头和红外摄像头均通过usb连接到视频板上，显示屏通过vga线连接到视频板上。
[0045]
如图3所示，控制模块中核心板和工控机通过接收和发送串口数据相连接，本发明选用占美四核j1900电脑主控机，主控机的接收引脚连接核心板的d5引脚，主控机的发送引脚连接核心板的d6引脚；与工控机直接相连接的还有热成像摄像头和蓝牙模块，本发明热成像摄像头为定制摄像头，摄像头中有1-6个引脚，1-4引脚分为连接网线的发送和接收端，5-6引脚接电源模块；蓝牙模块通过usb转ttl接口直接连至工控机上。
[0046]
如图4所示，控制模块中核心板直接与云台、短信模块、报警灯和wifi模块相连接，云台的接收引脚连接核心板的c6引脚，云台的发送引脚连接核心板的c7引脚；短信模块连接核心板usb口，报警灯通过mos管，连接到核心板的b3引脚，wifi模块与工控机串口相连接；
[0047]
如图6所示，电源模块一方供电至机器人本身，另一方供电至控制模块、显示模块和无线模块。控制模块中，核心板、视频板和工控机供5v电源；显示模块中，报警灯和显示屏供12v电源，可见光摄像头和红外摄像头通过连接视频板供5v电源，热成像摄像头通过连接工控机供5v电源；无线模块中，蓝牙模块供3.3v电源，通过连接一个电源转换模块即可，短信模块和wifi模块供5v电源。
[0048]
本申请提出一种智能动火辅助监测预警机器人系统及方法，通过控制模块、显示模块、无线模块和电源模块的相互间连接，并运用算法深度训练，对火焰进行识别和判断，最终实现节约成本，操作灵活，使用方便，准确率高，人性化设计的产品方案。
[0049]
最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。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。