发明专利技术了一种基于SoPC的视频图像火灾检测装置，适用于野外、仓库等大空间的火灾检测。该装置基于SOPC软硬协同技术，利用Altcra提供的口核和Avalon总线规范，构建Nios II处理器系统，将图像的采集、存储、火灾检测和网络控制集成于一片FPGA。以火灾初期图像的动态特征为依据，实现火灾检测，并将检测结果和图像数据通过网络发送到远程PC显示，实现火灾预警与监控双重功能。通过测试表明，该装置能够正常稳定工作，实现了对初期火灾的检测，有较好的成功率，具有集成度高，成本低、PCB布线简单、信号完整性好等特点。
A video image fire detection device based on SoPC
A video image fire detection device based on SoPC is developed, which is suitable for fire detection in large space such as field, warehouse and so on. The device SOPC cooperation of hardware and software based on the technology provided by Altcra nuclear export and Avalon bus specification, construction of Nios II processor system, the image acquisition, storage, fire detection and control integrated in a FPGA network. Based on the dynamic characteristics of the initial image of fire, fire detection is realized, and the detection results and image data are transmitted to the remote PC display through the network to realize the dual functions of fire early warning and monitoring. The test shows that the device can work stably and stably, and realize the detection of initial fire. It has good success rate. It has the characteristics of high integration, low cost, simple PCB wiring and good signal integrity.
【技术实现步骤摘要】
一种基于SoPC的视频图像火灾检测装置
本专利技术涉及一种检测装置，尤其涉及一种基于SoPC的视频图像火灾检测装置。
技术介绍
在历史发展过程中，人类对火的认识和使用，是文明进步的一个重要里程碑，它彻底翻过了人类“茹毛饮血”的历史，促进了大脑的发育和社会体制的发展；为人类带来了温暖和光明，使人类生存范围不再受到寒冷气候的影响。然而，火是具有双重性格的“神”，它既是人类的朋友，又是人类的敌人，当火一旦失去控制，就会对人类的生命财产安全、自然生态造成严重伤害，发展成为火灾。在各种灾害中，火灾是最经常最普遍伤害最大的灾害之一。可以说，人类用火的历史，也是一部与火灾斗争的历史。近年来，我国由于火灾造成的损失非常惨重。2011年全国共报火灾125417起，亡1108人，伤571人，直接财产损失20．6亿元；2012年共报火灾152157起，亡1028人，伤575人，直接财产损失21．8亿元。这些触目惊心的数字让人不仅感叹火灾的无情和对逝者的哀思，同时，也引发了对消防技术的思考，如果能够在火灾发生的初期完成对火灾的检测和预警，及时疏散人群，消除火患，可在很大程度上减少火灾对人类社会所造成的伤害。因此，为更早地判断火灾发生而产生的一门技术，称为火灾检测技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了将嵌入式视频处理技术应用于火灾检测，设计了一种基于SoPC的视频图像火灾检测装置。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：基于SoPC的视频图像火灾检测装置由图像采集、存储、FPGA控制器、火灾检测算法、网络传输和PC机终端等六个模块构成。所述的图像采集模块采用传感器接收来自FPGA控制器的驱动信号，输出图像数据到FPGA。所述的图像存储模块采用NiosII系统对传感器采集的图像数据进行缓存，便于处理器对图像的处理。所述的FPGA控制器模块包括设置图像传感器采集速度、增益、图像大小等寄存器，实现对图像传感器参数的配置，对采集的图像进行简单处理。完成网卡芯片的驱动，NiosII系统能够对网卡芯片进行参数配置，将图像传输至PC机终端。所述的火灾检测算法采用NiosII处理器读取采集的图像，进行预处理，尔后提取疑似目标，依据火灾特征，判定火情。所述的网络传输模块主要由NiosII处理器完成网卡芯片配置，将图像数据和处理结果通过网络传输到PC机。所述的PC机终端主要接收网络传输模块传送的预警信息和监控现场图像，当出现火灾时，给出报警信号。本专利技术的有益效果是：基于SoPC的视频图像火灾检测装置采用SOPC软硬协同设计思想，将硬件和软件设计分开，用户可以根据需求快速构建裁减硬件系统，使用自动生成的API函数对硬件进行访问，不必关心芯片时序控制等细节问题，将更多的精力关注于应用程序的开发。集图像采集、存储、处理和传输控制于一片FPGA，降低了成本，便于PCB布局布线、有利于信号完整性，具有体积小、功耗低、便于安装的优点。该装置对环境的适应能力较强，反应能力较快，能够在检测出火焰烟雾后快速地给出结果。实现火灾检测算法过程中，通过图像缩小、滤波、二值化、形态学处理等方法，在不影响检测的基础上，尽量减少计算量和存储空间，以提高处理速度。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是装置整体结构图。图2是硬件结构图。图3是CMoS电路设计图。图4是EPCS串行配置电路设计图。图5是JTAG配置电路设计图。图6是SDRAM电路设计图。具体实施方式如图1、2所示，基于SoPC的视频图像火灾检测装置由图像采集、存储、FPGA控制器、火灾检测算法、网络传输和PC机终端等六个模块构成。相应的硬件电路主要由四部分组成：JTAG及FPGA配置电路，图像传感器电路、存储器SDRAM电路、网卡芯片电路。如图3所示，MT9M032共有48个I／O引脚，电路设计如图4．2所示。传感器采用IIC总线读写数据，SCL和SDATA分别为IIC总线的串行时钟和串行数据线接口，分别通过两个1．5ICO的上拉电阻连接到VDD。IIC总线的从机地址一般用7bit表示，MT9M032从机地址为1011100，读写数据命令通过在从机地址后加0或1来区分，需要写数据时，地址为10111000，即0xB8；需要读数据时，地址为10111001，即0xB9。MT9M032集成了ADC(AnalogtoDigitalConvener，模拟数字转换器)和模拟信号放大电路，通过EXTCLK引脚提供时钟信号，正常输入范围为8．49．5MHz。当使用传感器内部PLL为输出像素提供同步时钟时，EXTCLK输入范围为8．16．5MHz，通过PIXCLK引脚输出。在默认情况下，PIXCLK无时钟信号输出，需要设置相应的寄存器。PIXCLK控制像素的输出速率，当其升高时，帧率提高，传感器功耗和噪声均相应增大，PIXCLK最大工作频率为99MHz。TRIGGER信号为触发信号，可采用电子和机械快门两种方式触发，其低电平有效，即当有一个低电平到来时，传感器触发一帧图像，低电平时间即为传感器曝光时间，光线较暗时通过增加曝光时间改善图像质量。PⅨCLK像素输出时钟、帧同步信号FRAMEVALID(FV)、行同步信号LINE—VALID(LV)和图像数据信号DOUT[11：O]为传感器输出信号，所有输出信号均与FPGA的FO相连，FPGA通过FO口实现对图像信号的采集。Ⅳ和LV均为高电平有效，且IⅣ信号接一个10KQ的下拉电阻接地进行初始化。传感器使用模拟电源和数字电源单独供电，模拟地和数字地分开连接，并通过一个电感相连，尽量减少数字电源对模拟电源的干扰。如图4、5所示，FPGA基于SRAM工艺，但这种工艺会造成FPGA在掉电后信息丢失，因此，需要专用的配置芯片，使得FPGA在上电时能够从配置芯片中加载信息，使其正常工作。本文选用的FPGA支持四种配置方式。动串行AS模式下使用串行配置器件(EPCSl、EPCS4、EPCSl6或EPCS64)存储信息掉电不丢失。一般具有小的外形尺寸和简单的4针接口，这些特性使得串行配置器件成为FPGA最理想的配置解决方案。JTAG模式下需要一个下载电缆或者一个主机(如微处理器)。JTAG配置模式优先于其它配置模式，当使用其配置时，决定FPGA配置模式的引脚MESL的电平被忽略。综合系统成本和开发的便捷性，本文使用AS+JTAG配置方式，其中AS配置方式使用恒忆Numonyx公司的串行FLASHM25P64存储FPGA的配置信息。AS配置模式下，依据串行配置器件的不同，配置时钟一般为30MHz，最高支持40MH。在配置期间，FPGA通过串行配置接口读取和解压数据，将其写入到SRAM单元。在AS模式下，FPGA控制配置接口，而Ps模式下，外部主机控制配置接口。FPGA通过ASDO到ASDI路径控制串行配置器件；nCEO引脚悬空；MESL引脚根据不同的电平标准和不同的POR(PowevOnReset，上电复位)时间确定，本文MESL[2.0]引脚为010，需连接一个9K．O的上拉或者下拉电阻；DCLK和DATA分别为串行时钟和串行数据。AS配置模式的配置周期分为复位、配置和初始化三个阶段；Quart-usII编译后产生sof文件，可通过JTAG模式将sof配置到FPGA。JTAG配本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于SoPC的视频图像火灾检测装置,由图像采集、存储、FPGA控制器、火灾检测算法、网络传输和PC机终端等六个模块构成。
【技术特征摘要】
1.一种基于SoPC的视频图像火灾检测装置,由图像采集、存储、FPGA控制器、火灾检测算法、网络传输和PC机终端等六个模块构成。2.根据权利要求1所述的基于SoPC的视频图像火灾检测装置，其特征是所述的图像采集模块采用传感器接收来自FPGA控制器的驱动信号，输出图像数据到FPGA。3.根据权利要求1所述的基于SoPC的视频图像火灾检测装置，其特征是所述的图像存储模块采用NiosII系统对传感器采集的图像数据进行缓存，便于处理器对图像的处理。4.根据权利要求1所述的基于SoPC的视频图像火灾检测装置，其特征是所述的FPGA控制器模块包括设置图像传感器采集速度、增益、图像大小等寄存器，实现对图像传感器参数的配置，对采...
【专利技术属性】
技术研发人员：李福霞，
申请(专利权)人：李福霞，
类型：发明
国别省市：辽宁,21
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