拍照式火焰探测器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种拍照式火焰探测器及其控制方法，包括MCU主控单元，MCU主控单元获取集成红外火焰传感器的红外火焰信号，结合环境参数传感单元的光照度信号进行初次火焰红外识别；MCU主控单元获取紫外火焰传感器的信号结合环境参数传感单元的紫外线强度信号进行火焰信号确认，MCU主控单元获取图像识别单元的可见光图片结合红外热成像图片进行最终火灾识别；MCU主控单元还连接有NB‑IoT无线通信单元发送火灾信息。提高火焰的识别准确度，提高设备电源的采集效率和利用效率。

【技术实现步骤摘要】
拍照式火焰探测器及其控制方法
本专利技术涉及森林火灾监控
，特别涉及一种拍照式火焰探测器及其控制方法。
技术介绍
传统的森林防火手段主要包括护林员巡护、摄像监控。护林员巡护不能实时监护所有防火区域，且依靠人力防火不可控因素太多；摄像监控功耗大，需有线供电，安装位置受限，且地表火、林下火的早期火情监测较难，无法满足业内追求探测火灾发生时间点越来越早的发展方向。目前国内相关多传感组合双波段拍照式混合火焰探测器及其探测方法申请的专利不多，并且都存在一定的局限性。市面上已有的紫红外火焰探测器无法实现可视化与取证的问题；嵌入式图像采集主要应用于野外打猎相机，没有针对森林防火的应用，解决不了野外长期林火实时探测取证的准确性和可靠性问题。而当前已存在火焰传感器与图像识别技术结合进行林下早期火情监测与抓拍取证的设备装置，可实现低功耗自供能全天候监测，在火灾探测与现场取证方面取得巨大进步。实际上，野外拍照式火焰探测器受能耗以及传输带宽限制，可见光传感器像素不得不被降低，现场图像不得不压缩之后回传，导致单纯依靠图像进行最终火焰确认，无法清晰将现场光照、灯光等高亮度光点排除在外。在实际运用场景中同样存在无法判断现场火焰情况，同样导致需护林人员人工巡护确认，增加人力成本并且极有可能耽误最佳火灾应急处置时机。随着信息技术与传感技术的发展，使用低功耗的火焰识别传感技术和嵌入式图像采集识别技术，低功耗无线传输技术才能有效的解决森林火灾预防及取证困难的问题。参考文献1，申请号201721203568.9公开了一种拍照式混合火焰探测器，参照其附图5，该专利的红外火焰探测器为单通道的红外火焰传感器，只涉及一种波长的火焰红外信号，因此对火焰的红外信号识别能力差，另外会受到动物发出的红外信号，环境背景发出的红外信号的干扰，因此抗干扰能力弱。其图像采集系统仅为可见光图片传感器，不能采集红外热成像图片，导致单纯依靠可见光图片进行最终火焰确认，无法清晰将现场光照、灯光等高亮度光点排除在外。在实际运用场景中同样存在无法判断现场火焰情况，容易受到环境光线的干扰而误报警。参考文献1的紫外采集电路未设置干扰消除电路，其采集的火焰紫外信号容易受到环境紫外光信号的干扰，容易发生误报警。从该参考文献1附图2可见，太阳能电池板直接给充电电池供电，缺少电源采集模块，因此缺少对太阳能的采集效果较差，对充电电池的充电效果较差，充电电池和超级电容经多个电压转换芯片给各个模块供电，浪费电能较多，因此电源的利用效果差。对设置于野外的火焰探测器来说低能耗非常重要。参考文献2：申请号201710847837.3公开了拍照式混合火焰探测器及其探测方法；该专利仍未公开上述区别技术特征，缺少解决上述相关技术问题的技术手段。参考文献3，申请号201610702532.9，一种双红外通道火焰探测器的火焰识别方法，该双红外通道火焰探测器只涉及一种红外通道的火焰波长信号，对火焰信号的识别效果差，另外该火焰探测器未涉及人体红外通道波长信号，容易受到动物等发出的红外信号的干扰。
技术实现思路
有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本专利技术的目的是提供一种拍照式火焰探测器及其控制方法，采用集成红外火焰传感器，采集多种红外信号进行初次识别，通过紫外火焰传感器采集的火焰紫外信号进行二次确认，最后采用可见光图片结合红外热成像图片进行最终确认，提高火焰的识别准确度，提高设备电源的采集效率和利用效率。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种拍照式火焰探测器，其关键在于：包括MCU主控单元，该MCU主控单元连接有集成红外火焰传感器，所述集成红外火焰传感器集成有第一火焰红外传感单元、第二火焰红外传感单元、人体红外传感单元以及背景红外参考传感单元；所述MCU主控单元还经紫外采集电路连接有紫外火焰传感器；所述MCU主控单元还连接有环境参数传感单元，所述环境参数传感单元用于采集大气温湿度、光照度以及紫外线强度信号；所述MCU主控单元还连接有图像识别单元，所述图像识别单元连接有可见光图像传感器和红外图像传感器阵列；可见光图像传感器用于抓拍火灾现场的可见光图片，红外图像传感器阵列用于抓拍火灾现场的红外热成像图片以及图片中各像素温度值；MCU主控单元获取集成红外火焰传感器的红外火焰信号，结合环境参数传感单元的光照度信号进行初次火焰红外识别；MCU主控单元获取紫外火焰传感器的信号结合环境参数传感单元的紫外线强度信号进行火焰信号确认，MCU主控单元获取图像识别单元的可见光图片结合红外热成像图片进行最终火灾识别；MCU主控单元还连接有NB-IoT无线通信单元发送火灾信息。通过上述的结构设置，采用集成红外火焰传感器，采集多种红外信号进行初次识别，通过紫外火焰传感器采集的火焰紫外信号进行二次确认，最后通过可见光图像传感器和红外图像传感器阵列采用可见光图片结合红外热成像图片进行最终确认，提高火焰的识别准确度。其中第一火焰红外传感单元、第二火焰红外传感单元分别用于采集两种不同波长的火焰红外信号，人体红外传感单元用于采集人体红外干扰信号，即用于采集人或动物发出的干扰红外信号，以及背景红外参考传感单元用于采集背景环境发出的红外波长信号；通过对第一火焰红外传感单元、第二火焰红外传感单元获取的信号进行傅立叶变换，若判断具有火焰信号特征，再分别求取与人体红外传感单元以及背景红外参考传感单元的相关系数，若相关系数均符合火焰特征，则初次识别为火焰信号。紫外火焰传感器用于采集火焰的紫外信号结合环境参数传感单元的紫外信号进行二次确认。由于仅凭可见光图片识别容易受到现场光照的影响，本专利技术通过采集可见光图片结合红外热成像图片进行处理，求取其相关系数，进行最终确认。最后通过NB-IoT无线通信单元即窄带物联网模块将信号发给监管人员。一种拍照式火焰探测器的控制方法，用于所述的拍照式火焰探测器，其关键在于，包括如下步骤，步骤A1、MCU主控单元控制集成红外火焰传感器通电；步骤A2、MCU主控单元进入休眠状态；步骤A3、MCU主控单元获取集成红外火焰传感器的中断信号唤醒；步骤A4、MCU主控单元获取集成红外火焰传感器的第一火焰红外传感单元的数据Ch_fire1[i]、第二火焰红外传感单元的数据Ch_fire2[i]、人体红外传感单元的数据Ch_interference[i]以及背景红外参考传感单元的数据Ch_background[i]；步骤A5、MCU主控单元通过环境参数传感单元获取光照度信息Light[n]；步骤A6、MCU主控单元分别将第一火焰红外传感单元的数据Ch_fire1[i]、第二火焰红外传感单元的数据Ch_fire2[i]进行傅立叶变换，分别得到傅立叶变换结果FFt_fire1和FFt_fire2，使用频域分布统计函数分别对傅立叶变换结果FFt_fire1和FFt_fire2进行统计，分别得到统计结果Sta_fire1和Sta_fire2；步骤A7、MCU主控单元判断统计结果Sta_fire1和Sta_fire2是否具备火焰的基本频率特征，如果不具备，返回步骤A2；如果具备进入步骤A8；步骤A8、MCU主控单元通过光照度信息Light[n]，确定红外通道相关系数阈值y3；步骤A9、MCU主控单元求得Ch_fire1[i]与Ch_interfer本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种拍照式火焰探测器，其特征在于：包括MCU主控单元(1)，该MCU主控单元(1)连接有集成红外火焰传感器(2)，所述集成红外火焰传感器(2)集成有第一火焰红外传感单元、第二火焰红外传感单元、人体红外传感单元以及背景红外参考传感单元；所述MCU主控单元(1)还经紫外采集电路(3)连接有紫外火焰传感器(4)；所述MCU主控单元(1)还连接有环境参数传感单元(5)，所述环境参数传感单元(5)用于采集大气温湿度、光照度以及紫外线强度信号；所述MCU主控单元(1)还连接有图像识别单元(6)，所述图像识别单元(6)连接有可见光图像传感器(61)和红外图像传感器阵列(62)；可见光图像传感器(61)用于抓拍火灾现场的可见光图片，红外图像传感器阵列(62)用于抓拍火灾现场的红外热成像图片以及图片中各像素温度值；MCU主控单元(1)获取集成红外火焰传感器(2)的红外火焰信号，结合环境参数传感单元(5)的光照度信号进行初次火焰红外识别；MCU主控单元(1)获取紫外火焰传感器(4)的信号结合环境参数传感单元(5)的紫外线强度信号进行火焰信号确认；MCU主控单元(1)获取图像识别单元(6)的可见光图片结合红外热成像图片进行最终火灾识别；MCU主控单元(1)还连接有NB‑IoT无线通信单元(7)发送火灾信息。...

【技术特征摘要】
1.一种拍照式火焰探测器，其特征在于：包括MCU主控单元(1)，该MCU主控单元(1)连接有集成红外火焰传感器(2)，所述集成红外火焰传感器(2)集成有第一火焰红外传感单元、第二火焰红外传感单元、人体红外传感单元以及背景红外参考传感单元；所述MCU主控单元(1)还经紫外采集电路(3)连接有紫外火焰传感器(4)；所述MCU主控单元(1)还连接有环境参数传感单元(5)，所述环境参数传感单元(5)用于采集大气温湿度、光照度以及紫外线强度信号；所述MCU主控单元(1)还连接有图像识别单元(6)，所述图像识别单元(6)连接有可见光图像传感器(61)和红外图像传感器阵列(62)；可见光图像传感器(61)用于抓拍火灾现场的可见光图片，红外图像传感器阵列(62)用于抓拍火灾现场的红外热成像图片以及图片中各像素温度值；MCU主控单元(1)获取集成红外火焰传感器(2)的红外火焰信号，结合环境参数传感单元(5)的光照度信号进行初次火焰红外识别；MCU主控单元(1)获取紫外火焰传感器(4)的信号结合环境参数传感单元(5)的紫外线强度信号进行火焰信号确认；MCU主控单元(1)获取图像识别单元(6)的可见光图片结合红外热成像图片进行最终火灾识别；MCU主控单元(1)还连接有NB-IoT无线通信单元(7)发送火灾信息。2.根据权利要求1所述的拍照式火焰探测器，其特征在于：还包括光能收集单元(8)，光能收集单元(8)将光能转换为电能后，直接为MCU主控单元(1)供电，光能收集单元(8)由电源管理单元(81)为集成红外火焰传感器(2)、紫外采集电路(3)、环境参数传感单元(5)、图像识别单元(6)、可见光图像传感器(61)、红外图像传感器阵列(62)、NB-IoT无线通信单元(7)供电；MCU主控单元(1)控制电源管理单元(81)供电。3.根据权利要求1所述的拍照式火焰探测器，其特征在于：所述MCU主控单元(1)为MSP430单片机；所述光能收集单元(8)包括太阳能电池板S1、ADP509X收集模块，MCU主控单元(1)设置有电源收集端组，MSP430单片机通过电源收集端组连接所述ADP509X收集模块；太阳能电池板S1电源端连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端还经电容C1接地，电阻R1的另一端还连接ADP509X收集模块的VIN端；ADP509X收集模块的VIN端经电感L1连接ADP509X收集模块的SW端；太阳能电池板S1的地端接地；ADP509X电源模块的地端接地；电阻R1的一端还连接场应效管M1的源极，场应效管M1的漏极连接电阻R1的另一端，电阻R1的一端还连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接场应效管M1的栅极，场应效管M1的漏极还连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端经电阻R5接地，电阻R4的另一端连接集成运放U1的同相输入端，集成运放U1的同相输入端还连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接场应效管M1的栅极，电阻R3的另一端还连接集成运放U1的输出端，集成运放U1的反相输入端经电阻R6连接ADP509X收集模块的REG-OUT端，集成运放U1的反相输入端还经电阻R7接地，集成运放的电源端接ADP509X收集模块的REG-OUT端，集成运放的地端接地；ADP509X收集模块的VIN端还连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端连接ADP509X收集模块的MPPT端；电阻R8的另一端还经电阻R9接地，ADP509X收集模块的VID端经电阻R10接地，ADP509X收集模块的CBP端经电容C2接地，ADP509X收集模块的MINOP端经电容C3接地；ADP509X收集模块的BACK-UP端连接超级电容的正极，超级电容的负极接地；ADP509X收集模块的BAT端连接充电电池的正极，充电电池的负极接地；ADP509X电源模块的REG-OUT端还连接电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接ADP509X电源模块的REG-FB端，电阻R11的另一端还经电阻R21接地；ADP509X电源模块的REF端连接电阻R12的一端，电阻R12的另一端连接ADP509X电源模块的SETSD端，电阻R12的另一端还经电阻R13接地；ADP509X电源模块的REF端还连接电阻R14的一端，电阻R14的另一端连接ADP509X电源模块的SETPG端，电阻R14的另一端还连接电阻R15的一端，电阻R15的另一端连接ADP509X电源模块的SETHYST端，电阻R15的另一端还经电阻R16接地；ADP509X电源模块的REF端还连接电阻R17的一端，电阻R17的另一端连接ADP509X电源模块的SETBK端，电阻R17的另一端还经电阻R18接地；ADP509X电源模块的REF端还连接电阻R19的一端，电阻R19的另一端连接ADP509X电源模块的TERM端，电阻R19的另一端还经电阻R20接地；ADP509X电源模块的SYS端与MCU主控单元(1)的电源端连接为其供电；所述电源管理单元(81)采用RC5T619管理模块，所述MCU主控单元(1)设置有电源管理端组，MCU主控单元(1)通过电源管理端组连接所述RC5T619管理模块；充电电池的正极经电阻R35连接二极管D3的正极，二极管D3的负极经电容C31接地，二极管D3的负极还连接RC5T619管理模块的VINP1端，RC5T619管理模块的VINP1端还并接RC5T619管理模块的VINP2端、VINP3端、VINL1端、VINL2端、VINL3端；RC5T619管理模块的地端AGND接地；充电电池的正极还连接电阻R31的一端，电阻R31的另一端经电阻R32接地，电阻R31的另一端还连接集成运放U3的反相输入端，集成运放U3的同相输入端经电阻R33连接超级电容的正极，集成运放U3的同相输入端还经电阻R34接地，超级电容的正极还连接场效应管M3的源级，场效应管M3的漏级连接RC5T619管理模块的VINP1端，集成运放U3的输出端连接场效应管M3的栅极，场效应管M3的源级还经电阻R36连接场效应管M3的栅极；RC5T619管理模块还连接有第一输出供电电路，RC5T619管理模块通过第一输出供电电路为紫外采集电路(3)供电，所述第一输出供电电路包括电感L31，电感L31的一端与RC5T619管理模块的LX1端连接，电感L31的另一端连接电阻R37的一端，电阻R37的另一端连接RC5T619管理模块的FB1端，电阻R37的另一端还经R38接RC5T619管理模块的GND1端；电感L31的另一端还经电容C32接RC5T619管理模块的GND1端，所述电容C32并联有电容C33，电感L31的另一端连接紫外采集电路(3)为其供电；RC5T619管理模块还连接有第二输出供电电路，RC5T619管理模块通过第二输出供电电路为NB-IoT无线通信单元(7)供电，第二输出供电电路与第一输出供电电路的结构相同；RC5T619管理模块还连接有第三输出供电电路，RC5T619管理模块通过第三输出供电电路为可见光图像传感器(61)、红外图像传感器阵列(62)供电，第三输出供电电路与第一输出供电电路的结构相同；RC5T619管理模块的LDOVOUT1端与集成红外火焰传感器(2)连接为其供电；RC5T619管理模块的LDOVOUT2端与环境参数传感单元(5)连接为其供电；RC5T619管理模块的LDOVOUT3端与图像识别单元(6)...

【专利技术属性】
技术研发人员：江朝元，杨强，彭鹏，范超，陈露，李靖，曹晓莉，封强，罗本做，
申请(专利权)人：重庆英卡电子有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50