一种基于物联网的多功能现场监测及安防系统的制作方法

本发明涉及一种基于物联网的多功能现场监测及安防系统。

背景技术：

监控现场一般是指家居现场或仓储现场，这类场合的最大的隐患来自于火灾；

现有技术中，虽然有火灾防控系统，如有基于烟感探头和喷头的楼宇自动化智能系统，但是存在控制单一、功能不完善的缺陷，如不能实现智能喷淋的效果，智能喷淋是指控制喷洒区域和控制喷洒角度的功能。而且，现有的喷头接入到物联网中，监控上存在盲点。

因此，有必要设计一种新的基于物联网的多功能现场监测及安防系统。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于物联网的多功能现场监测及安防系统，该基于物联网的多功能现场监测及安防系统功能丰富，易于控制，安全可靠性高，具有火灾防控功能。

发明的技术解决方案如下：

一种基于物联网的多功能现场监测及安防系统，包括mcu、摄像头、通信模块、火灾检测装置和喷淋装置；

摄像头、通信模块和火灾检测装置均与mcu相连；

摄像头用于获取监控图像或视频；

通信模块用于与远程监控端通信，将现场信息传输到远程监控端或接收来自远程监控端的控制指令；

喷淋装置受控于mcu；喷淋装置用于喷水以灭火；

火灾检测装置为火灾传感器，烟感探头、火焰传感器和热红外探头中的至少一种，或者火灾检测装置采用红外相机。

将现场区域分为n个分区(301)，每一个分区中至少设有一个火灾传感器；喷淋装置包括n个喷头(303)，每一个分区中设有一个喷头，优选的，喷头设置在分区上方的天花板或分区上方的支架上，n为大于或等于4的自然数。

喷淋装置为设置在现场上方的天花板或上方的支架上的旋转式喷淋装置；

此时，(1)火灾传感器为多个，采用阵列式分布；此时若某一个或者传感器检测到某一区域存在火情，则旋转式喷淋装置控制旋转式喷淋装置上的喷枪旋转以对准到该区域实施喷淋灭火；

或者，(2)火灾传感器采用红外相机，经图像处理获得火点的位置，则旋转式喷淋装置控制旋转式喷淋装置上的喷枪旋转以对准到该火点所在区域实施喷淋灭火。

所述的旋转式喷淋装置包括支撑座、旋转平台(118)和旋转平台驱动电机(121)；喷枪(108)设置在旋转平台上；

旋转平台驱动电机能通过第一传动机构驱动旋转平台旋转；旋转平台上设有喷枪驱动电机(117)，喷枪驱动电机能通过第二传动机构控制主喷枪的俯角；

所述的第一传动机构为齿轮或带轮传动机构；

所述的第二传动机构为电动推杆或拉绳(116)，第二传动机构为拉绳时，拉绳的下端设置在喷枪的前端，拉绳的上端绕装在喷枪驱动电机的转轴上；喷枪是安装在喷枪架(123)上，与喷枪架为铰接，因此，喷枪前端在重力作用下是向下的，因此，其俯角完全由拉绳控制。

摄像头的图像传感器为n1个，摄像头的镜头为具有n1个子镜头的复合式镜头，n1为大于或等于3的整数。

现场监测及安防系统还包括与mcu相连的温湿度传感器、雨量传感器、空气质量传感器、光照传感器和电流互感器。

现场监测及安防系统还包括执行机构，执行机构包括电动晾衣架、换气风机和用于控制用电设备断电和通电的继电器；

现场监测及安防系统还包括基于锂电池的备用电源以及用于为锂电池充电的恒流充电电路。

通信模块包括有线通信模块和无线通信模块；有线通信模块为wlan模块，无线通信模块为wifi模块、gprs、3g、4g和5g通信模块中的至少一种；

基于物联网的多功能现场监测及安防系统还包括基于rfid读卡器和电动门锁的门禁装置(读取rfid卡，通过验证后即控制门锁解锁)。

多功能现场监测及安防系统还包括基于所述电流互感器的用电设备电流检测及继电器控制电路；电路结构如下：

电流互感器l2与电阻r17并联，电流互感器的输出信号经桥式整流器；桥式整流器的直流侧的第一端为信号端，第二端接地；所述的信号端经电阻r16与电阻r14接地；电阻r16与电阻r14的连接点接运算放大器u3(作为比较器使用)的同相输入端，运算放大器u3的反相输入端通过电阻r19接地，运算放大器u3的输出端经电阻r18接三极管q4(npn型三极管)的b极，三极管q4的e极接地，运算放大器u3的输出端通过电阻r21接地；

三极管q4的c极接继电器线圈的一端，继电器线圈的另一端接vcc；继电器的触点开关串接在用电设备的供电电路(或者插座)中；

同时，所述的信号端还经过电压跟随器u4以及电阻r27输出到mcu的acd端口，实现电流的实时检测。

灭火控制方法：

步骤1：监测火点位置；

步骤2：mcu控制喷淋装置实施灭火；

步骤1中，监测火点位置的方法有2个：

(1)通过阵列式布置的多个火灾传感器检测火点位置；

(2)通过红外相机并基于图像处理监测火点位置；(图像处理为现有成熟技术)

步骤2中，控制灭火的方法有2个：

(1)控制着火区域(分区)的喷头实施喷水；

(2)控制喷枪旋转对准火点，实施喷水灭火。

应用于家居现场时，用电设备包括饮水机、电饭锅以及电磁炉中的至少一种。

所述的基于物联网的多功能现场监测及安防系统还包括至少一个与mcu相连的摄像头。

传感器模块还包括火焰传感器，执行机构中还包括喷淋装置。

所述的基于物联网的多功能现场监测及安防系统还包括受控于mcu的照明系统；

自动控制方法：

步骤1：通过传感器检测现场状态；

步骤2：通过预设的控制策略、现场的(遥控器的)控制指令或远程的(手机端的)控制指令控制各执行机构；

步骤3：将最新的状态数据通过通信模块反馈到智能手机端；

控制方式有两种：

(1)手动主动监控现场设备方法，手机远程控制现场的设备；

(2)现场设备自动控制，将控制结果反馈到手机端；

具体控制方法：

(1)门禁控制；门禁报警；

检测到有人闯入，启动报警；

(2)火警及喷淋控制；

火焰传感器检测到火点，启动报警，并启动喷淋设备；

(3)温湿度控制，加湿器；空调；

通过温湿度传感器，检测温湿度是否在预设范围内，通过加湿器和空调除湿控制湿度，通过空调控制温度；

(4)基于红外检测的防盗控制；

通过红外传感器检测贵重物品是否移动，过移动，则启动报警；

(5)用电设备过载监控，基于电流互感器和继电器进行控制；

通过电流互感器检测用电设备的工作电流，若电流超过阈值，则通过继电器切断用电设备电源；

(6)基于雨量传感器，晾衣架控制；

通过雨量传感器检测雨量大小，雨量高于阈值，则控制晾衣架收缩，否则控制晾衣架展开晾衣服；并控制关窗。

(7)照明控制；灯光控制；

通过光照传感器检测光照，光照高于阈值，光掉灯，光照弱时，开启电灯，并调节电灯亮度(pwm脉冲控制亮度)。

(8)空气质量检测以及换气控制；

通过空气质量传感器，检测空气质量，空气污染程度高于阈值，则开启电动窗户，或启动空调换气。

(9)视频监控。

其次，还包括显示屏的背光调光控制，可以手动调节背光的光强。

有益效果：

本发明的基于物联网的多功能现场监测及安防系统，能实现智能喷水，具体的，能基于在多个分区设置的喷头实施分区域喷水，或者基于能旋转且能调整俯角的喷枪针对某一角度范围实施喷水，因此，对火灾的防控更有针对性，也更有效。这是本发明最大的特点所在。

另外，使用stm32f407芯片作为主控制器(mcu)，目的在于实现对现场环境数据的显示和为自动化控制指示提供输入渠道；使用rfid射频技术实现对门禁卡的自动识别从而实现门禁功能；在现场布置各类传感器，组织一个强大的环境感知网络有利于系统对环境做出准确的判断和操作，以便实现空气调节，晒衣收衣等功能；在现场安全方面，系统可以防火防盗，并且可以做到现场电流监测，从而有效预防现场成员使用大功率电器而出现安全问题；系统可以语音控制现场电器并能够使用手机远程监测现场环境以及控制现场电器。

系统主要实现以下功能：

(1)门禁功能：使用rc522模块读取磁卡，录入或删除门禁卡id，从而授权门禁卡id能否开锁。

(2)空气调节：检测现场空气质量、温湿度从而得出空气质量指数，并通过室内外气流交换从而调节现场空气质量。

(3)语音识别：通过语音识别技术，准确判断出语音指令，进而控制和指令对应的电器。

(4)防火防盗：通过火焰传感器检测室内是否有无火情，通过红外光线传感器超声波传感器等实施对现场重要物品如电脑等位置检测，一旦被他人移动便报警。

(5)通知单元：将数据或警报传至手机控制端并接收手机控制命令。

(6)密码部分：通过设置和保存密码固定使用权限。

(7)过流保护：设置现场电路最大阙值，一旦检测电路超过此值将切断电路。

(8)自动晒衣收衣：通过环境感知天气状况，驱动电机做出正转晒衣和反转收衣的动作。

该系统拥有门禁、空气自动调节、安全防护、自动收衣晒衣、语音控制、电路限流保护以及手机数据显示与控制等功能。系统使用stm32f407芯片作为主控制器，在环境感知网络的基础上，对现场进行智能化调节；门禁功能采用rfid射频技术，通过读卡器完成对门禁卡的自动识别；现场安全在防火、防盗功能上加入电流检测，有效预防现场成员使用大功率出现的安全问题；系统通过语音识别模块实现语音控制电器功能；以gsm和wifi通信技术为基础，完成控制端和移动端之间的通信，实现对现场内环境的监测及电器的远程控制。

本发明能基于物联网技术的高速发展，为用户提供一个智能、安全、舒适的生活环境。

附图说明

图1为本发明系统的总体架构图；

图2为电源电路原理图；

图3为显示屏电路原理图；

图4为dht11数字温湿度传感器的应用电路原理图；

图5为空气质量检测电路图；

图6为雨量检测电路原理图；

图7为光照检测电路原理图；

图8为rfid模块电路图；

图9为火焰检测电路原理图；

图10为用电设备电流检测及继电器控制电路原理图；

图11为基于红外对管传感器的防盗电路原理图；

图12为继电器电路图；

图13为电机驱动电路原理图(之一)；

图14为电机驱动电路原理图(之二)；

图15为wifi传输电路原理图；

图16为喷头及火灾传感器分布示意图；

图17为旋转式喷淋装置的结构示意图；

图18为喷水车的结构示意图；

图19为显示屏背光调节电路示意图；

图20为恒流充电示意图；

图21为摄像头结构示意图；

图22为无线充电系统的总体结构示意图(侧视图)；

图23为无线充电系统的总体结构示意图(俯视图)；

图24为盖板盖合时的示意图；

图25为盖板抬起时的示意图；

图26为多功能飞行器的总体结构示意图(未示出水箱)；

图27为四旋翼伸缩支架以及旋翼的结构示意图(俯视图)；

图28为具有四旋翼伸缩支架的飞行器的结构示意图(仰视图，未示出副旋翼、云台和相机等部件)；

图29为主旋翼与副旋翼的位置关系示意图；

图30为伸缩式悬臂的爆炸图；

图31为伸缩式悬臂组装完成后的结构示意图；

图32为锁扣的结构示意图；

图33为支腿的结构示意图；

图34为六角星形支架及旋翼的结构示意图。

标号说明：21-外臂，22-内臂，23-主旋翼，24-插孔，25-锁扣；26-副旋翼，27-涵道风扇固定件，28-支腿，29-底盘，30-横梁，31-交叉位，32-支架；33-云台；51-壳体，52-插脚，53-倒刺，511-外壳体，512-压块，513-压簧；70-飞行器上相机，71-子镜头，72-复合式镜头，73-转轴，74-光反射片，75-光电发射与接收装置，76-ccd传感器，77-机身；81-上支腿，82-弹簧，83-导向杆，84-下支腿，85-套筒，86-脚钉，87-垫环。301-分区，302-火灾传感器，303-喷头。108-喷枪；116-拉绳，117-喷枪驱动电机，118-旋转平台，119-从动齿轮，120-支撑座，121-旋转平台驱动电机，122-第一主动齿轮，123-喷枪架。111-履带式行走机构，112-支撑平台，113-辅水箱；114-子相机，115-辅喷枪；71-子镜头，72-复合式镜头，73-转轴，74-光反射片，75-光电发射与接收装置，76-ccd传感器，77-机身。201-凹陷部，202-底层活动平台，203-第一电机，204-限位开关，205-导轨，206-第一齿条轨，207-第二主动齿轮，208-码盘，209-行走轮，210-升降平台，211-第二齿条轨，212-导线，213-接电插头，214-发射线圈，215-剪叉式升降机构，216-上层活动平台，217-推杆，218-防压框，219-活动式盖板。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1：如图1，整个系统设计由以下六部分组成：

(1)控制器部分，系统具备显示和输入数据的能力。

(2)环境监控子系统。在现场各个需要的位置布置合适传感器组成环境感知网络用于获得现场中各项环境信息的实时数据，如温度、湿度、空气质量等，系统也将这些数据作为智能联动系统的判断依据和实现基础。

(3)智能门禁子系统。采用rfid技术，通过读卡器读取门禁卡获得授权信息。每次刷卡时，系统都会智能地识别使用者的信息，如果判断为现场成员时会自动打开门禁系统，允许进入，如果判断使用者刷卡无效则不允许进入。

(4)智能安防子系统。通过火焰传感器来监测现场有无火情、通过红外传感器来监测现场贵重物品有无被移动、通过电流检测电路来监测现场电路中的电流有无超值，一旦发现异常将通过gsm通信模块向系统指定的手机号码发送报警信息。

(5)智能联动子系统。在主控端设置好自动化控制的规则或者条件后，借助环境监控数据实现对现场电灯、饮水机、排气风扇、晒衣电机等的控制。如系统接收到语音指令时，自动通过语音识别进行操作，比如收到“开灯”语音指令就会自动打开电灯，收到“关灯”语音指令就会自动关闭电灯。

(6)数据传输子系统。通过自定义数据传输协议，将现场环境实时数据通过wifi传输到移动客户端进行显示，同时接收手机app软件发送到现场主控系统的控制指令。

硬件系统中的主控制器采用的是st公司生产的基于cortextm-m4的stm32f407zgt6芯片，这款32位arm芯片运行速率最高可达168mhz，拥有1mflash，还可以进行浮点运算。

另外，如图2-15，针对具体外围电路描述如下：

(1)电源电路：

如图2，电源电路通过mp2359将输入电压转化为5v电压给系统外设供电，通过asm1117-3.3v稳压芯片为主控制芯片供电。其中二极管d3、d4、d5利用单向导通特性，可以防止反接烧毁系统；电路中电感l1和电容c22、c23等主要用来做滤波，保证电源输出稳定。

(2)显示电路

显示屏电路如图3；tft液晶屏显示驱动为ili9341，触摸芯片为xpt2046。底板尺寸为5.1*8.3cm，显示分辨率为240x320。液晶显示屏的作用是提供人机交互界面和控制界面。

(3)温湿度检测电路

如图4，dht11是一款响应速度快、抵抗噪声能力强、性价比高、能够和单片机采用串行单总线进行通信的测量温湿度的传感器。

工作原理：dht11数字温湿度传感器具有校准温湿度数字信号输出的功能，内部包含电阻感湿元件和ntc测温元件，能够同时做到对温度和湿度进行测量。由于采用串行单总线和主控制器通信，在本系统中使用stm32f407的pc4引脚和dht11数据输出引脚连接。dht11传感器主要为系统采集温湿度数据。

(4)空气质量检测电路

mq-135是一款应用于测量空气质量的传感器，具有广泛的探测范围，较高的响应和灵敏度，工作稳定等优点。

工作原理：如图5，利用空气中的sno2导电率低的特点作为传感器的气敏材料，如果气体污染程度加大，则会使得传感器电导率随之加大，从而可以得出与之相对应的信号输出，系统只需对此信号的输出进行采集和对比即可得出空气受污染的程度。电路中由滑动变阻器vr1组成调节电路灵敏度，mq-135传感器采集到气体信息然后转换成电压信号输出，传感器输出电压信号经过lm393电压比较器整形后输出整个电路的电平信号。使用串行单总线进行通信，在本系统中使用stm32f407的pf13引脚和空气质量传感器数据输出引脚连接。mq-135主要为系统采集空气质量数据mq-135的输出端接运算放大器lm393的反相输入端，vcc端通过可变电阻r49接地，可变电阻r49的引出端(分压端)接运算放大器lm393的同相输入端，运算放大器lm393工作在比较器模式，运算放大器lm393的输出端为空气质量检测电路的输出端，该输出端经二极管led10和上拉电阻r52接vcc端，输出高电平时，led10点亮。此时表示空气质量良好。

(5)雨量检测电路

如图6，雨滴传感器(或称雨量传感器)采集板采用高品质fr-04双面材料并用镀镍覆盖表面，使之具有对抗氧化，良好导电性等优越性能。

工作原理：采集板面积为5.0*4.0cm，能够很好地采集到环境是否下雨的信息，通过lm393电压比较器使得信号输出具有规则性，电位器可以调节比较电压大小，从而达到调节输出阙值。当环境中没有下雨时，输出为高电平，当采集板接收到雨滴从而导通时，输出为低电平。当雨停后，采集板上的雨滴被晒干后又恢复输出为高电平。可由滑动变阻器vr1组成调节电路灵敏度，雨滴传感器采集到雨滴信息然后转换成电压信号输出，传感器输出电压信号经过lm393电压比较器整形后输出整个电路的电平信号。此电路还具备电源指示和开关指示的功能，电路中用1k的电阻进行限流，以防止电流过大。在本系统中使用stm32f407的pd3引脚和雨滴传感器的数据输出引脚连接。模块主要功能就是为系统提供室外下雨信息的检测。

滑动变阻器r9的第一固定端接vcc(直流电源电压，5v)，第二固定端接地；滑动变阻器r9的抽头端(滑动端)接运算放大器器u2(lm393运放)反相输入端，电阻r3的第一端接vcc端，电阻r3的第二端通过雨滴传感器接地；电阻r3的第二端接运算放大器器u2的同相输入端；运算放大器器u2的输出端通过上拉电阻r4接vcc端；运算放大器器u2的输出端作为比较器的输出端，也即雨量检测电路的输出端。

雨量检测电路的输出端还通过电阻r10与二极管接vcc端，二极管led4亮时表示雨量超标。

(6)光照检测电路

采用光敏电阻作为光敏传感器，电路图参见图7。

光敏传感器本质上就是一个随着光线变化而电阻值发生变化的电阻，模块由光敏电阻和电压比较器以及电位器组成。

工作原理：通过电路对光敏电阻阻值的测量从而得出环境光线的强弱，通过电压比较输出，使得输出稳定，不受单一环境噪声所干扰，而且输出波形好，驱动能力强，通过电位器则可以调节整个模块对光线检测的敏感性，电路在环境光线亮度达不到设定阈值时，do端输出高电平，当外界环境光线亮度超过设定阈值时，do端输出低电平；还具有灵敏度可调节功能，由滑动变阻器vr1组成调节电路灵敏度，光敏电阻采集到光线信息然后转换成电压信号输出，传感器输出电压信号经过lm393电压比较器整形后输出整个电路的电平信号。此电路还具备电源指示和开关指示的功能，电路中用1k的电阻进行限流，以防止电流过大。在本系统中使用stm32f407的pc11引脚和光敏传感器的数据输出引脚连接，pc11引脚为adc采集引脚，stm32内部对信号电压采集分析，从而得出光线强度。模块主要功能是检测环境光线的变化，并及时采集给系统。

电路连接方式如下：

滑动变阻器r6的第一固定端接vcc(直流电源电压，5v)，第二固定端接地；滑动变阻器r6的抽头端(滑动端)接运算放大器器u1(lm393运放)反相输入端，电阻r1的第一端接vcc端，电阻r1的第二端通过光敏电阻接地；电阻r1的第二端接运算放大器器u1的同相输入端；运算放大器器u1的输出端通过电阻r2接vcc端；运算放大器器u1的输出端作为比较器的输出端，也即光照检测电路的输出端。

光照检测电路的输出端还通过电阻r7与二极管led2接vcc端，二极管led2亮时表示光照超标。

(7)rfid模块电路图

如图8，rc522是nxp公司提出的低电压低成本小体积的13.56mhz的非接触高集成读写卡，目前广泛应用于智能仪表便携式手持设备等产品开发。

工作原理：rc522使用先进的调制解调技术，集成了所有在13.56mhz下的被动非接触通信模式，可驱动读写天线和iso14443a/mifare卡和应答机的信息传输。拥有解调解码电路处理iso14443a的应答器信号，还可以处理帧错误，crypto1加密算法。双向数据通信速率达到424kbit/s。rc522采用串行通信，支持spi、i2c、uart。

在本系统中使用stm32f407的pb4引脚和miso线连接、使用pb5引脚和mosi线连接、使用pb3引脚和sck线连接、使用pg0引脚和sda线连接。通过模拟spi协议驱动rc522芯片实现射频通信技术，在此基础上完成对iec14443a协议卡的读写工作。模块的主要功能就是使系统通过rc522芯片识别门禁卡，从而完成门禁功能。

(8)火焰检测电路

火焰传感器是用来搜寻火源的传感器，对火焰产生的光线特别敏感。

工作原理：利用火焰产生的热辐射具有离散光辐射和连续光辐射的特点，所以可以通过对火焰温度的1～2μm近红外波长进行强度探测从而辨别火焰。此传感器的探测距离随着火焰的强度的加大而加大，探测角度为60度左右，并且可以通过调节比较电压达到调节灵敏度。由滑动变阻器vr1组成调节电路灵敏度，红外接收管采集到火焰信息然后转换成电压信号输出，传感器输出电压信号经过lm393电压比较器整形后输出整个电路的电平信号。在本系统中使用stm32f407的pd6引脚和火焰传感器的数据输出引脚连接。火焰传感器电路的功能就是为系统检测现场有无火情，电路连接如图9所示。

(9)用电设备电流检测及继电器控制电路

智能现场系统的对现场用电的检测能够很好地预防现场安全问题，使用的电流检测电路工作电压为5v，负载功率可接220v/40a设备。

工作原理：通过现场交流电线插入电流互感器(或线圈)中，使电流互感器产生互感电流，现场用电功率越大，互感电流也就越大，现场用电功率越小，互感电流也就越小，因此利用电压比较器，可以输出一个信号波形，主控制器通过ad采集就可得到现场的电流大小信息，从而达到检测作用。在电路设计上，通过四个整流二极管将交流互感电流转换成直流电流，用c3进行电源滤波，通过r2形成电流回路，电路只需测量r2两端的电压即可得到输出信号，将输出信号电压通过mcp602电压比较器和参考电压进行比较从而控制继电器和

输出信号，继电器起到过流断开电源保护的作用，输出信号则有两种，一种为模拟量，由dout输出，还有一种为ttl高低电平，由aout输出。主要功能是为系统检测现场电流。详细电路设计如下图10所示.

u4为电压跟随器。

电路描述：

如图10，电流互感器l2与电阻r17并联，电流互感器的输出信号经桥式整流器；桥式整流器的直流侧的第一端为信号端，第二端接地；所述的信号端经电阻r16与电阻r14接地；电阻r16与电阻r14的连接点接运算放大器u3(作为比较器使用)的同相输入端，运算放大器u3的反相输入端通过电阻r19接地，运算放大器u3的输出端经电阻r18接三极管q4(npn型三极管)的b极，三极管q4的e极接地，运算放大器u3的输出端通过电阻r21接地；三极管q4的c极接继电器线圈的一端，继电器线圈的另一端接vcc；继电器的触点开关串接在用电设备的供电电路(或者插座)中。

同时，所述的信号端还经过电压跟随器u4以及电阻r27输出到mcu的adc端口(a/d转换端口)，实现电流的实时检测。

(10)基于红外传感器的防盗检测电路

红外对管传感器以发射红外线和接收红外线作为介质进行工作，由红外发射管，红外接收管，比较器等组成。通过红外传感器来监测现场贵重物品有无被移动。

工作原理：如图11，由发射管发射红外线信号，接收管接收，一旦接收管不接收说明中间有阻碍物，能够用于检测物体是否被移动的方向。该模块电路能够很好地适应所处的环境光线，经过比较器处理后能够输出高低信号电平。具有抗干扰、易于实现、成本低等优势。红外接收管采集到红外线信息然后转换成电压信号输出，传感器输出电压信号经过lm393电压比较器整形后输出整个电路的电平信号。此电路还具备电源指示和开关指示的功能。电路中用1k的电阻进行限流，以防止电流过大。在本系统中使用stm32f407的pf12引脚和红外传感器的数据输出引脚连接。主要功能是为系统提供重要物体位置有无被移动的信息。电路连接方式如下：

滑动变阻器r62的第一固定端接vcc(直流电源电压，5v)，第二固定端接地；滑动变阻器r6的抽头端(滑动端)接运算放大器器u8(lm393)的反相输入端，作为参考电压；

vcc端经电阻r58和发射管接地，为发射管供电；红外接收管的第一端通过r59接vcc端，红外接收管的第二端接地；红外接收管的第一端接运算放大器器u8(lm393)的同相输入端；

运算放大器器u8的输出端通过电阻r60接vcc端；运算放大器器u8的输出端作为比较器的输出端，也即防盗电路的输出端。

防盗电路的输出端还通过电阻r61与二极管led12接vcc端，二极管led12亮时表示贵重物品被盗。

(11)继电器电路图

如图12，继电器是一种电子开关控制器件，它具有输入回路和输出回路，输入回路的控制信号可以控制输出回路的输出的连通与断开，广泛应用于自动控制电路中。

工作原理：在输入回路中用较小的电流去控制内部磁感线圈对连接的吸合与断开达到控制输出回路的信号输出，从而具备可以由外部信号控制功能的自动电子开关。在本系统中用来作为系统的控制对象，通过控制继电器的开关，间接去控制所要控制的电器。本系统中需要用到继电器的电器为门禁开关、饮水机。在本系统中使用stm32f407的pg1引脚控制门禁开关，使用pd3引脚控制饮水机开关。

(12)电机驱动电路

在排风扇转动和下雨回收衣服时都需要用到电机，由于电机直接通电速度不符合设计要求，因而需要对电机工作时的速度加以控制，所以引入pwm波，pwm波是一种脉冲宽度调制技术，可以对电机进行模拟控制，电机工作需要大电流，在电路中为结合pwm控制和提供大电流给电机，选择用mos管si2302进行驱动，控制器通过输出pwm波来控制mos管si2302的通断，从而达到控制电机速度的目的。在本系统中使用stm32f407的pc0引脚连pwm1、pc1连pwm2。，电路设计如图13和14所示。

(13)数据传输子系统

esp8266是具有超低功耗性质的一款通过uart-wifi进行透传的wifi模块，为目前市面上的wifi设备提供了一个完整体系的网络解决方案，它可以单独使用独立运行，也可以作为从机和其他主机控制器搭配使用。在作从机时，可以通过spi/sdio接口或者i2c/uart接口和主机进行通信连接。从而实现接入互联网的功能。

工作原理：通过使用sdk提供两种连接方式进行工作。第一种采用udp广播模式，esp8266先扫描下ap，得到ap的相关信息，如工作的通道，然后配置wifi芯片工作在刚才扫描到的通道上去接收udp包，如果没有接收到，继续配置esp8266工作在另外的通道上，如此循环，直到收到udp包为止。第二种是ap接入，在这里主要使用espressifat指令集驱动esp8266芯片进行工作。在本系统中使用stm32f407的串口6和esp8266模块连接，pa1引脚连tx、pa0连rx。主要功能是为系统提供基于tcp/ip协议的数据传输方式，使系统能够直接连入互联网，为手机端app软件提供数据来源。电路设计如图15所示。

另外，还有(13)gsm通信模块

gsm通信模块的主体芯片为sim900a，是gsm/gprs双频模块。其性能可靠稳定，性价比高，能够满足用户的多样化需求。

工作原理：下行传输速率最大为85.6kbps，上行传输速率最大为42.8kbps。在本系统只使用at指令完成短信发送功能。在本系统中使用串口3和模块串口接口连接，pb10连接tx、pb11连接rx。主要功能是为系统的安全功能的实现提供信息的发送。

(14)语音识别模块

语音识别芯片ld3320是由icroute公司设计生产，该模块由语音芯片和处理器构成语音信号处理部分，由咪头、运算放大器芯片、三极管等组成语音信号的采集部分，包括ad、da转换器，串口和电源稳压等部分。

工作原理：通过icrout公司特有的语音优化处理算法，完成非特定人语音识别，并且不需用事前录音和训练，识别准确率高达96％。每次识别可以设置50候选识别句，识别句可由单字，词语，长短句组成，但长度不可超过10个汉字或79个字节的拼音组合。在本系统中使用stm32f407的串口6和语音模块连接，pd2引脚连tx、pc12连rx。主要功能是为系统提供语音识别功能，采集语音指令并输出给主控制器。

本发明中，喷淋装置为其核心之一；

火灾检测装置为火灾传感器，烟感探头、火焰传感器和热红外探头中的至少一种，或者火灾检测装置采用红外相机。

喷淋装置具有3种优选方法：

实施例1：

如图16，将现场区域分为n个分区,301，每一个分区中至少设有一个火灾传感器；喷淋装置包括n个喷头(303)，每一个分区中设有一个喷头，优选的，喷头设置在分区上方的天花板或分区上方的支架上，n为大于或等于4的自然数。此处n＝9；

实施例2：

如图17，喷淋装置为设置在现场上方的天花板或上方的支架上的旋转式喷淋装置；

此时，(1)火灾传感器为多个，采用阵列式分布；此时若某一个或者传感器检测到某一区域存在火情，则旋转式喷淋装置控制旋转式喷淋装置上的喷枪旋转以对准到该区域实施喷淋灭火；

或者，(2)火灾传感器采用红外相机，经图像处理获得火点的位置，则旋转式喷淋装置控制旋转式喷淋装置上的喷枪旋转以对准到该火点所在区域实施喷淋灭火。

所述的旋转式喷淋装置包括支撑座、旋转平台118和旋转平台驱动电机121；喷枪108设置在旋转平台上；

旋转平台驱动电机能通过第一传动机构驱动旋转平台旋转；旋转平台上设有喷枪驱动电机117，喷枪驱动电机能通过第二传动机构控制主喷枪的俯角；

所述的第一传动机构为齿轮或带轮传动机构；

所述的第二传动机构为电动推杆或拉绳116，第二传动机构为拉绳时，拉绳的下端设置在喷枪的前端，拉绳的上端绕装在喷枪驱动电机的转轴上；喷枪是安装在喷枪架123上，与喷枪架为铰接，因此，喷枪前端在重力作用下是向下的，因此，其俯角完全由拉绳控制。

实施例3：采用喷水车实施喷水

如图18，履带式喷水车上设有子相机114和辅喷枪115。

履带式喷水车通过水管与主水箱相连；而且履带式喷水车上设有辅水箱113。子相机用于监控喷水动作和灭火现场状态，辅喷枪用于喷水，履带式喷水车具有无线通信模块，受控于远程终端(如手机)。

灭火控制方法：步骤1：监测火点位置；步骤2：mcu控制喷淋装置实施灭火；

步骤1中，监测火点位置的方法有2个：(1)通过阵列式布置的多个火灾传感器检测火点位置；(2)通过红外相机并基于图像处理监测火点位置；(图像处理为现有成熟技术)；步骤2中，控制灭火的方法有2个：(1)控制着火区域(分区)的喷头实施喷水；(2)控制喷枪旋转对准火点，实施喷水灭火。

另外，mcu连接有显示屏，图19为显示屏背光的调光电路，即亮度调节电路；

所述的亮度调节电路包括mcu、led灯串、三极管、电位器rx和a/d转换器；三极管为npn型三极管；显示屏的固定架上还设有旋钮开关与电位器rx同轴相连；

电位器rx和第一电阻r1串接形成分压支路，分压支路一端接电源正极vcc，分压支路的另一端接地；电位器rx和第一电阻r1的连接点接a/d转换器的输入端；a/d转换器的输出端接mcu的数据输入端口；

led灯串包括多个串接的led灯；led灯串的正极接电源正极vcc；led灯串的负极接三极管的c极，三极管的e极经第二电阻r2接地；三极管的b极的接mcu的输出端。电源正极vcc为5v，a/d转换器为8位串行输出型转换器。

恒流充电电路如图20所示，通过恒流充电电路为锂电池充电，恒流充电电路中，各元件或标号说明：

vin+-----输入电源正极。

vin------输入电源负极。

vout+-----输出电源正极。

vout-----输出电源负极。

vref+-----参考电源的正极

c1为输入滤波电容。

c2为输出滤波电容。

c3为电流采样反馈滤波。

r1，r2，r5，c3组成电流采样反馈线路。

r3，r4，为电压采样反馈电路。

d1为隔离二级管。

恒流充电电路包括恒压驱动芯片和电流反馈电路；

(1)恒压驱动芯片的电压输出端为恒流充电电路的正输出端vout+；恒压驱动芯片的负输出端接地；

恒压驱动芯片由直流电压供电端vin+和vin-供电；

(2)所述的电流反馈电路包括电阻r1、r2和r5和参考电压端vref+；

参考电压端vref+通过依次串联的电阻r1、r2和r5接地；

电阻r5与r2的连接点为恒流充电电路的负输出端vout-；

电阻r1与r2的连接点接恒压驱动芯片的反馈端fb。

恒流充电电路还包括电压反馈电路；

电压反馈电路包括电阻r3和r4以及二极管d1；

电阻r3和r4串联后接在恒流充电电路的正输出端vout+与地之间；电阻r3和r4的连接点接二极管d1的阳极；二极管d1的阴极接恒压驱动芯片的反馈端fb。

工作原理说明：

采用稳定参考电源作为基准电压，采用r1，r2，r5分压得到与fb相等的电压，从而通过fb去调整dcdcic的内部pwm而控制输出电流的大小。例如，当输出电流变大，在取样电阻r5上的电压就会升高，由于vrfe+是固定的值，从而是fb电压变大，fb变大，占空比就会减少，从而是输出电流减少，而完成一个完整的反馈，达到稳定电流输出的目的。

此方案引入固定的vref+，从而使io变成一个只与r5取样电阻成线性关系的等式，使io变成恒定，从而达到恒流的目的。

另外，如图21，相机(即摄像头)包括机身77和复合式镜头72；机身内设有多个ccd传感器76，机身上设有用于镜头对准的光电发射与接收装置75；

复合式镜头上设有转轴73；复合式镜头内集成有4个子镜头71；子镜头沿复合式镜头的周向均匀布置；复合式镜头的后端还设有与所述光电发射与接收装置适配的光反射片74；机身内还设有用于驱动镜头旋转的步进电机。光电发射与接收装置和光反射片可以是多套，优选2套，呈轴线对称，对准效果更好，只有2套光电发射与接收装置和光反射片都对准后，才认为镜头与ccd传感器对准了，这样对准精度更高。多个子镜头焦距不同，用于监控不同的视角，灵活性好。

另外，喷水车采用锂电池作为动力，因此，智能现场系统还设有用于为喷水车喷水的充电系统。如图22-25，无线充电模块，包括设置在凹陷部201中的支撑平台和设置在支撑平台上的发射线圈214；所述的支撑平台包括底层活动平台202、上层活动平台216和连接底层活动平台与上层活动平台的升降机构；底层活动平台上设有纵向平移机构；上层活动平台上设有横向平移机构。所述的升降机构为缸式升降机构或剪叉式升降机构215。缸式升降机构为推杆式驱动机构，如采用气压缸或液压缸驱动。纵向平移机构包括设置在凹陷部底部的导轨205和第一齿条轨206；所述的导轨为2条；齿条轨为一条，齿条轨和导轨平行布置；底层活动平台底部设有多个能在所述导轨上滚动的行走轮209；行走轮为4个，一边2个。底层活动平台的前端设有第一电机203；第一电机的转轴上设有齿轮207，齿轮与所述的第一齿条轨啮合；第一电机旋转时，能带动底层活动平台沿第一齿条轨纵向(前后)平移。横向平移机构包括第二齿条轨211和第二电机；第二齿条轨横向设置，所述的第二电机上层活动平台左端或右端；第二电机的转轴上设有与所述第二齿条轨相啮合的齿轮，第二电机旋转时，能带动上层活动平台沿着第二齿条轨横向(左右)平移。第一电机和第二电机的转轴上均设有码盘208。码盘用于检测电机旋转的圈数，从而可以换算成平台行进的位移。凹陷部的开口处设有电动的活动式盖板19。电动是指电机驱动，或电信号控制液压缸或气缸驱动。活动式盖板为2块，凹陷部内设有用于驱动活动式盖板的推杆，推杆的上端与活动式盖板地面相连。凹陷部的开口处还设有防压机构210，活动式盖板展平时，防压机构能支撑活动式盖板。防压机构为方框形。采用不锈钢或铸铁材质，强度高。所述的喷水车无线充电系统还包括控制单元，控制单元包括mcu，横向平移机构和纵向平移机构均受控于mcu；mcu还连接有通信模块。限位开关和码盘输出信号到mcu；所述的第一电机和第二电机均为步进电机。第一齿条轨位于2条导轨之间。底层活动平台的后端设有限位开关204；电机的前端设有限位开关204。限位开关动作，说明前方或后方到位，停止电机转动，从而保障整个设备安全运行。底层活动平台上设有带接电插头213的导线。导线用于连接获取市电，从而为发射线圈供电。底层活动平台上还设有mcu以及单相桥式整流及逆变电路；单相桥式整流及逆变电路包括整流桥和逆变桥，整流桥采用4个功率二极管，逆变器采用4个igbt，连接方式为现有成熟技术，igbt的g极受控于mcu发出的脉冲。整流桥的输入侧与市电相接，整流桥的输出侧通过逆变器接发射线圈；整流桥用于将交流电变成直流电，逆变器用于将直流电转成不同频率的交流电，改变频率以提高充电效率。

另外，采用多功能航拍飞行器可以对现场进行视频监控，必要时可以实行喷淋灭火。如图26-34，多功能航拍飞行器，包括支架32、旋翼、底板29、云台33、支腿28和相机70；旋翼和云台设置在支架上；底板固定在支架底部；相机安装在云台上；支腿固定在底板的底部；相机包括机身77和复合式镜头72；机身内设有ccd传感器76，机身上设有用于镜头对准的光电发射与接收装置75；复合式镜头如图21所示。支腿为4根，支腿竖直设置，相邻支腿之间的设置有水平的横梁；支腿包括上支腿81、下支腿84和脚钉86；上支腿下端设有导向槽；下支腿上端设有导向杆83；导向杆插装在导向槽中；在导向槽内设有弹簧82；弹簧设置在导向槽的顶壁(最里端的内壁)与导向杆顶端之间；下支腿的下端部设有脚钉86。下支腿的下端部的外壁设有外螺纹；下支腿的下端部套接有带内螺纹的套筒85，套筒的下端设有垫环87。底盘上还设置有陀螺仪和无线通信模块。陀螺仪用于导航，无线通信模块用于接收遥控器的指令，并将拍摄的照片和视频信息传送到地面接收端设备。所述的支架为由4个结构相同的伸缩式悬臂组成的十字形悬臂架；每一个伸缩式悬臂包括外臂21和内臂22；外臂的内端部与内臂的外端部通过锁扣25相连；锁扣上设有带倒刺53的插脚52；锁扣为多个；外臂的内端部和内臂的外端部均设有多组用于插脚穿过的插孔24；每组插孔包括至少2个插孔；旋翼包括主旋翼和副旋翼；在外臂的外端部设有主旋翼23和副悬臂26；主旋翼和副悬臂共轴线设置，且主旋翼位于外臂的上方，副旋翼位于外臂的下方；主旋翼的桨径大于副旋翼的桨径；副旋翼为涵道风扇，副旋翼通过涵道风扇固定件7固定在外臂的底部；锁扣具有壳体51；壳体包括外壳体511、压块512和压簧513；插脚为2根；插脚固定在外壳体上；压块位于外壳体内并套装在2根插脚上；压块能沿插脚移动；压块与插脚之间设有压簧，压簧套装在插脚的根部。外臂的内端部设有2组用于插脚穿过的插孔；外臂上的每组插孔包括2个插孔；锁扣为2个；内臂的外端部上等间距设有4组用于插脚穿过的插孔；内臂上的每组插孔包括2个插孔。副旋翼的桨径与主旋翼的桨径之比为0.2-0.35；优选值为0.25和0.3。垫环为橡胶材质，脚钉为不锈钢材质。另一种飞行器如图23所示，支架为由6根长度相同的横向支杆组成的六角星形支架；六角星形支架的每一个角位均设置有旋翼。旋翼包括主旋翼和副旋翼；在外臂的外端部设有主旋翼23和副悬臂26；主旋翼和副悬臂共轴线设置，且主旋翼位于外臂的上方，副旋翼位于外臂的下方；主旋翼的桨径大于副旋翼的桨径；副旋翼为涵道风扇，副旋翼通过涵道风扇固定件27固定在外臂的底部。更进一步，在六角星形支架的每一个交叉位处均设有旋翼，所述的交叉位为相邻的横向支杆形成的x交叉所对应的位置；这样一个飞行器就具有12个或12组旋翼。副旋翼的桨径与主旋翼的桨径之比为0.25或0.3。飞行器具有以下突出的特点：

(1)其脚架采用导向槽-导线杆-弹簧的缓冲模式，能为飞行器提供有效的缓冲，结构简单，易于实施，另外，横梁的采用加强了整个脚架的刚性，使得所有的支脚连成一体，更进一步，下支脚的底部设置有脚钉和垫环，套筒去掉或旋上时，脚钉起作用，使得飞行器适用于在柔软的地方(如野外泥土地)起降，若套筒向下旋转到垫环比脚钉更低的位置，垫环起作用，使得飞行器适用于在坚硬的地方(如水泥地)起降，适配性好。

(2)另外，其相机采用切换的自镜头的复合式镜头，复合式镜头中集成有4个不同焦距的镜头，用于对目标物拍摄不同视角的照片，灵活性好；相机上设置的光电发射与接收装置和镜头上设置的光反射片用于子镜头与ccd传感器对准，复合式镜头由步进电机驱动，对准精度高，子镜头切换方便。这种相机具有定焦头的优秀素质，也具有改变焦距的灵活性，因此，实用性好。

(3)采用伸缩式悬臂；

其伸缩式悬臂采用外臂-内臂的两段式伸缩结构，伸缩方便；且外臂和内臂通过独特的锁扣相连，锁扣带有倒刺，插装方便，另外锁扣上设有压簧和压块，能保障锁定稳固。总而言之，这种具有伸缩式悬臂的四轴旋翼飞行器结构巧妙，灵活性好，拆装方便。

(4)采用六角星形旋翼；采用独创的六角星形支架，这种支架稳定性好，由于每一个旋翼都位于角位，而每一个角位都处于三角形的顶点，由2根支杆支撑，而且由于三角形本身的稳定性，飞行时该顶点不会存在任何的偏移或漂移，因此，相对于正六边形、十字形的支架或其他支架具有极大的稳定性方面的优势。另外，6个旋翼的布置方式，相比2-4旋翼的布置方式，具有更好的气动布局，总而言之，这种六旋翼飞行器结构巧妙，稳定性好。当交叉位再设置旋翼时，飞行器升力能进一步增强。

(5)采用涵道风扇作为副旋翼，涵道风扇用于提供辅助升力，涵道风扇具有响应快的优点，这样能提高飞行器的整体载重量和稳定性。

本发明的多功能航拍飞行器集成度高，结构紧凑，不但具有性能优异的飞行机构，还具有独特缓冲功能的支腿，更进一步，还具有独创的相机，因此，这种多功能航拍飞行器功能丰富，安全性高，结构巧妙，升力大，飞行平稳，易于实施。