專利名稱：智能視頻火災(zāi)檢測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ZigBee低速率無線傳感網(wǎng)通信技術(shù)、3G移動(dòng)通信以及Internet技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及ー種低速率無線傳感網(wǎng)和中高速無線傳感網(wǎng)混合組網(wǎng)技術(shù)、遵循ZigBee/802. 15. 4協(xié)議和CDMA2000標(biāo)準(zhǔn)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。
ニ背景技術(shù)：
物聯(lián)網(wǎng)是通過信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物全面互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，其主要特征是通過射頻識(shí)別、傳感器等方式獲取物理世界的各種信息，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息的傳送與交互，采用智能計(jì)算技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行分析處理，從而提高對(duì)物質(zhì)世界的感知能力，實(shí)現(xiàn)智能化的決策和控制?，F(xiàn)階段，其應(yīng)用主要為傳感網(wǎng)。
因此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)的ー種重要應(yīng)用形式將會(huì)得到快速發(fā)展，基于無線傳感網(wǎng)的各種應(yīng)用也將層出不窮。視頻數(shù)據(jù)采集一般用有線系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，受到布線、傳輸距離、成本等多種因素的制約，難以應(yīng)用在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中。寬帶移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展使得高速遠(yuǎn)程視頻傳輸成為可能，通過CDMA2000技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)視頻圖像遠(yuǎn)距離達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的。傳統(tǒng)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)一般都基于紅外傳感器和煙霧傳感器，傳感器方式存在ー些難以解決的缺陷探測(cè)器必須安裝在起火點(diǎn)附近，否則將無法有效地探測(cè)到火災(zāi)的發(fā)生；另外，如果長(zhǎng)期接觸粉塵等惡劣環(huán)境容易造成傳感器中毒失效。這種探測(cè)系統(tǒng)如果應(yīng)用在室外倉庫和大型室內(nèi)倉庫等大空間場(chǎng)合的火災(zāi)報(bào)警中，就不能良好地適用，很難或無法進(jìn)行火災(zāi)的有效探測(cè)。而火焰圖像在色彩、輪廓變化等方面有其獨(dú)有的特征，因此基于圖像的火焰檢測(cè)逐漸成為研究熱點(diǎn)，目前也有了ー些成功應(yīng)用?；趫D像的火焰檢測(cè)與傳統(tǒng)方法相比有很多優(yōu)點(diǎn)，如保護(hù)面積大、探測(cè)距離遠(yuǎn)、響應(yīng)速度快等；非接觸式探測(cè)技術(shù)，防腐蝕性能和密封性能良好，抗環(huán)境干擾(如粉塵、灰塵等惡劣環(huán)境)能力強(qiáng)；報(bào)警的同時(shí)自動(dòng)顯示監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的圖像，可采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)記錄異常情況的圖像及發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)等信息，為事故調(diào)查提供準(zhǔn)確資料；具有很強(qiáng)的擴(kuò)展功能，便于信息管理智能化與網(wǎng)絡(luò)化。本發(fā)明正是針對(duì)倉庫、廠房、森林等重要安防監(jiān)控場(chǎng)所提出的一種解決方案，實(shí)現(xiàn)了ー種智能視頻火災(zāi)檢測(cè)系統(tǒng)，在エ業(yè)控制、公共安全、智能家居系統(tǒng)中有著十分廣闊的應(yīng)用前景，是構(gòu)建和諧社會(huì)的ー種有效技術(shù)裝備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例要解決的問題是提供ー種智能視頻火災(zāi)檢測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，具有分布式視頻圖像信息采集和火災(zāi)自動(dòng)檢測(cè)功能，能夠利用CDMA2000技術(shù)遠(yuǎn)距離傳輸采集的視頻圖像至監(jiān)控中心，并對(duì)異常情況進(jìn)行多種形式的報(bào)警。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案提供的智能視頻火災(zāi)檢測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，包括硬件部分和軟件部分。硬件部分由微控制器、攝像頭采集模塊、ZigBee無線通信模塊、3G無線通信模塊、外部存儲(chǔ)器(NAND FLASH、NOR FLASH及SDRAM)、數(shù)據(jù)通訊接ロ(RS232、USB)、人機(jī)接ロ(液晶屏接ロ、按鍵接ロ)、調(diào)試接ロ(JTAG)、電源模塊和液晶屏、按鍵等外設(shè)組成。其中，控制模塊由三星公司的ARM920T內(nèi)核的16/32位的RISC嵌入式微處理器S3C2440A，主頻高達(dá)400M Hz，能夠完成JPEG圖像壓縮以及USB數(shù)據(jù)傳送的要求。控制模塊通過RS232串ロ與ZigBee無線模塊相連，CDMA2000無線通信模塊通過RS232串ロ與控制模塊相連，按鍵、液晶屏等外設(shè)與控制模塊通過GPIO相連。其中，所述ZigBee無線通信模塊是基于CC2430無線射頻芯片實(shí)現(xiàn)，符號(hào)ZigBee規(guī)范，能夠滿足以ZigBee為基礎(chǔ)的2. 4GHZ ISM波段應(yīng)用對(duì)低成本、低功耗的要求。它結(jié)合ー個(gè)高性能2. 4GHZ DSSS射頻收發(fā)器核心和一顆エ業(yè)級(jí)小巧高效的8051控制器。CC2430的尺寸只有7*7mm 48-pin的封裝，采用具有內(nèi)嵌閃存的O. 18&micro ；m CMOS標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)?？蓪?shí)現(xiàn)數(shù)字基帶處理器、RF、模擬電路及系統(tǒng)存儲(chǔ)器正好在同一個(gè)硅晶片上。采用的CC2430無線射頻收發(fā)芯片尤其適合低成本、低功耗等應(yīng)用場(chǎng)合的需求。所述3G通信模塊中的CDMA2000是基于華為EM200。工作頻段為800M，最大發(fā)射 功率為O. 25W，接收靈敏度< -106dBm。所述按鍵、液晶屏等外設(shè)模塊，具有液晶顯示、鍵盤輸入功能，可實(shí)現(xiàn)中央數(shù)據(jù)的液晶顯示與按鍵操作。所述電源模塊中的3. 3V電源是基于LM2576芯片的，5V電壓是穩(wěn)壓直流電源。所述整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的硬件方面，是以ARM920T的S3C2440A處理器為核心通過USB接ロ接收攝像頭采集的視頻圖像數(shù)據(jù)；所述軟件方面，由U-boot引導(dǎo)程序，Linux內(nèi)核和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序形成基本的嵌入式運(yùn)行環(huán)境，應(yīng)用層負(fù)責(zé)視頻采集、火焰圖像檢測(cè)、識(shí)別和傳輸
坐寸ο與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)創(chuàng)新性的實(shí)現(xiàn)了ー種智能視頻火災(zāi)檢測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，能夠同時(shí)支持2. 4G頻段ZigBee通信和800MHZ頻段通信以及相互間的視頻圖像數(shù)據(jù)透明傳輸，為エ業(yè)控制、公共安全、智能家居等應(yīng)用場(chǎng)所提供了ー種智能化、自動(dòng)化、分布式火災(zāi)自動(dòng)檢測(cè)、識(shí)別系統(tǒng)。
四

圖I是本發(fā)明采用的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2是本發(fā)明智能視頻火災(zāi)檢測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工作流程3是本發(fā)明串ロ通信流程圖
五具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)ー步的說明。參照?qǐng)D1，圖I表示本發(fā)明物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，該物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)屬于層次結(jié)構(gòu)，智能視頻火災(zāi)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)I處于最底層，網(wǎng)關(guān)2處于中間層，監(jiān)控中心3處于最高層。最底層的節(jié)點(diǎn)I通過攝像頭采集視頻圖像信息，經(jīng)過數(shù)據(jù)信息的壓縮、融合后通過無線傳輸給中間層的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)2，，網(wǎng)關(guān)收集視頻圖像信息，通過嵌入的模式識(shí)別領(lǐng)域的火焰檢測(cè)、識(shí)別算法將結(jié)果通過CDMA2000移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至上位機(jī)監(jiān)控軟件，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的智能視頻火災(zāi)檢測(cè)、監(jiān)控。
參照?qǐng)D2，圖2表示整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的軟件工作流程圖。在智能視頻火災(zāi)檢測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)首先進(jìn)行初始化，CMOS攝像頭讀取圖像數(shù)據(jù)，將所采集的數(shù)據(jù)信息傳輸給控制模塊進(jìn)行相應(yīng)的火焰檢測(cè)、識(shí)別算法分析判斷是否有火焰信息，若有會(huì)發(fā)出報(bào)警信息，若未檢測(cè)出火焰特征信息，都需將微處理器處理、分析的結(jié)果傳送給ZigBee無線通信模塊，智能視頻火災(zāi)檢測(cè)網(wǎng)關(guān)接收節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)信息。由于ZigBee無線通信模塊是基于Z-Stack協(xié)議棧的，遵循的協(xié)議格式與移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)CDMA2000的格式不同，此時(shí)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)對(duì)收集到的數(shù)據(jù)信息，要進(jìn)行數(shù)據(jù)幀格式的轉(zhuǎn)換，然后再通過CDMA2000無線通信模塊將視頻數(shù)據(jù)信息傳輸至上位機(jī)Internet監(jiān)控中心，做進(jìn)ー步的處理，實(shí)現(xiàn)了基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信網(wǎng)、Internet混合網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)融合。參照?qǐng)D3，，圖3表示串ロ通信流程圖。本發(fā)明的智能視頻火災(zāi)檢測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，主控模塊中設(shè)有串ロ通信方式，微處理器與CDMA2000、ZigBee無線通信模塊等之間采用的 是串ロ通信方式。網(wǎng)絡(luò)初始化之后，首先判斷是否有中斷，若沒有中斷就從串ロ緩存中取數(shù)賦給數(shù)組，并且要判斷是否為起始字符或者是結(jié)束字符。對(duì)于不同情況應(yīng)該做出相應(yīng)的分析和處理。
權(quán)利要求
1.智能視頻火災(zāi)檢測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于檢測(cè)系統(tǒng)主要包括硬件部分和軟件部分；硬件部分由控制模塊、攝像頭采集模塊、ZigBee無線通信模塊、CDMA2000無線通信模塊和電源模塊等組成；軟件部分由初始化程序Bootloader、嵌入式操作系統(tǒng)Linux、各個(gè)接ロ驅(qū)動(dòng)、無線通信協(xié)議、視頻圖像的采集程序、視頻圖像的發(fā)送和接收程序、嵌入式Web服務(wù)器應(yīng)用程序等部分組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的智能視頻火災(zāi)檢測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于使用Z-Stack協(xié)議棧，支持ZigBee/802. 15. 4協(xié)議，使用CDMA2000移動(dòng)通信技術(shù)與Internet進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻圖像信息的傳輸，通過嵌入模式識(shí)別領(lǐng)域先進(jìn)的視頻圖像識(shí)別算法，分析有無火災(zāi)信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能視頻火災(zāi)檢測(cè)、監(jiān)控的目的。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的智能視頻火災(zāi)檢測(cè)硬件設(shè)備，其特征在于控制模塊采用三星公司ARM920T內(nèi)核的16/32位的RISC嵌入式微處理器S3C2440A，主頻高達(dá)400M Hz，能夠完成JPEG圖像壓縮以及USB數(shù)據(jù)傳送的要求，S3C2440A內(nèi)置豐富的外設(shè)資源，其中包括64MB NAND Flash,64MB SDRAM、串口和 USB 等接 ロ控制電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的智能視頻火災(zāi)檢測(cè)硬件設(shè)備，其特征在于攝像頭視頻信息采集模塊，采用的芯片型號(hào)為0V9650，并通過USB接ロ與控制模塊連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的智能視頻火災(zāi)檢測(cè)硬件設(shè)備，其特征在于=ZigBee無線通信模塊采用CC2430無線射頻收發(fā)模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的的智能視頻火災(zāi)檢測(cè)硬件設(shè)備，其特征在于無線通信模塊支持CDMA2000移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，通過AT指令初始化無線通信模塊，利用PPP協(xié)議將其連接到CDMA2000網(wǎng)上，獲得網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商動(dòng)態(tài)分配的IP地址，并與監(jiān)控中心終端或服務(wù)器建立連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1，所述的的智能視頻火災(zāi)檢測(cè)硬件設(shè)備，其特征在干電源模塊采用3.3V電源和5V穩(wěn)壓電源；攝像頭視頻信息采集模塊、控制模塊、ZigBee無線通信模塊、3G無線通信模塊、以及所有外圍設(shè)備均與電源模塊連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的智能視頻火災(zāi)檢測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)軟件部分，其特征在于操作系統(tǒng)選擇的是嵌入式Linux操作系統(tǒng)。嵌入式Linux系統(tǒng)對(duì)硬件資源開銷更大，因此本發(fā)明采用ARM920T的豐富資源和外擴(kuò)FLASH和SDRAM的充足存儲(chǔ)空間保證了采用嵌入式的可行性。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種智能視頻火災(zāi)檢測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，智能視頻火災(zāi)檢測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是一種允許在倉庫、工廠、樓宇、森林等安防監(jiān)控環(huán)境中使用的視頻火災(zāi)檢測(cè)設(shè)備。該系統(tǒng)由硬件層、軟件層和應(yīng)用層三部分組成。硬件層由控制模塊、攝像頭采集模塊、ZigBee無線通信模塊、CDMA2000無線通信模塊和電源模塊等組成。軟件部分主要由初始化程序Bootloader、嵌入式操作系統(tǒng)Linux、攝像頭驅(qū)動(dòng)、網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)、USB驅(qū)動(dòng)、無線通信協(xié)議以及視頻圖像的采集程序、視頻圖像的發(fā)送和接收程序等構(gòu)成。本發(fā)明具有低成本、低功耗、安裝簡(jiǎn)單、建設(shè)周期短、識(shí)別率高、誤報(bào)率低、高度智能化等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04N7/18GK102685929SQ20111006028
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2011年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月14日
發(fā)明者嚴(yán)云洋, 胡榮林, 顧相平 申請(qǐng)人:揚(yáng)州蘇安物聯(lián)傳感科技有限公司, 淮陰工學(xué)院