基于实时嵌入式的火灾监测系统及方法与流程

本发明涉及一种基于实时嵌入式的火灾监测系统及方法，属于火灾监测技术领域。

背景技术：

随着社会的快速发展，人们的生活变得越来越舒适，在享受舒适生活时候，我们更应该注意人生安全。在天气寒冷的时候，人们会配备一些加热装置来御寒，比如空调、电热毯、电暖器等等。目前这些取暖设备绝大部分功能简单，且达不到安全标准。当人们睡觉时，往往会打开这些电暖设备。而这些设备在温度过高时往往会引发火灾，给人们的生命和财产带来了重大的安全隐患。同时由于人眼的局限性，使得人们无法看到这些隐藏的危险。为应对这些情况，在部分场所也常使用监控系统，但常规的监控系统功能简单，仅仅起到监视的作用，并不能解决我们身边隐藏的这一些安全问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于实时嵌入式的火灾监测系统及方法，该系统能避免人眼的局限性，使危险信号可视化，且具有可无人化、实时性等特点，使人们能够通过裸眼看见监控区域信号的变化，能在危险发生之前将其处理，进而确保人身安全。

本发明的技术方案是：一种基于实时嵌入式的火灾监测系统，包括：

图像采集模块，与处理模块连接，用于采集图像信息并将其传输给处理模块；

报警模块，与处理模块连接，当系统检测到危险信号时，用于提醒用户；

通信模块，与处理模块和用户终端配置有连接，当系统检测到危险信号时，由处理模块控制通信模块，进而通知用户；

存储模块，与处理模块连接，用于存储图像信息；

显示模块，与处理模块连接，用于对监控实时显示；

处理模块，对图像采集模块传输过来的信号进行异常信号提取处理，当提取到异常信号时，则处理模块发送控制信号使报警模块动作，同时通过通信模块通知用户；

供电模块，用于对图像采集模块、报警模块、通信模块、存储模块、显示模块和处理模块供电；

用户终端，与通信模块连接，用于接收通信模块发送过来的危险信号通知信息。

所述图像采集模块为ccd图像传感器。

所述存储模块为外置sd卡。

所述报警模块为蜂鸣器。

所述系统还包括与处理模块连接的led指示灯，led指示灯由两个发光二极管组成，分别指示系统运行状态和通信状态。

所述的基于实时嵌入式的火灾监测系统的处理方法包括以下步骤：图像采集模块将采集到的图像视频序列传输给处理模块，处理模块先用金字塔分解对图像视频序列进行分解以得到不同频带的视频序列，其次用带通滤波器对火焰异常信号进行提取；然后将提取的火焰异常信号进行放大处理；最后将放大的火焰异常信号与原采集输入的火焰信号进行叠加，完成火焰视频的重组，使火焰异常信号可视化，并将异常信号与处理模块内存储的信号值进行比较，若高于处理模块内存储的信号值则发送控制信号使报警模块动作，并通过通信模块通知用户。

所述的金字塔为高斯金字塔。

所述带通滤波器为理想带通滤波器，可有效保证图像边缘的平滑性。

本发明的有益效果是：本发明是基于实时嵌入式系统提出来的，利用图像处理的方法来对信号进行采集处理，从而发出控制信号。一旦系统采集到危险信号就会通知人们有危险信号的发生，使得人们能够及时处理，进而避免发生人身安全事故。本发明能避免人眼的局限性，使危险信号可视化，且具有可无人化、实时性等特点，使人们能够通过裸眼看见监控区域信号的变化，能在危险发生之前将其处理，进而确保人身安全。本发明具有操作简单、成本低、可视化等优点，特别适合用于对燃烧异常信号的提取、报警提醒。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图2为本发明的异常信号的处理流程图；

图3为本发明的报警处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对发明进行进一步介绍：

参考图1和图3，本发明一种基于实时嵌入式的火灾监测系统，包括由以下几个功能模块构成：

图像采集模块，与处理模块连接，用于采集图像信息并将其传输给处理模块；图像采集模块为核心处理器stm32f103zet6提供图像信息，主要由光电图像传感器组成。常用的图像传感器有mos型结构、cmos型结构以及ccd结构等。为获得更加精确的图像信息，进而保证系统的精确性。优选ccd光电图像传感器作为本系统的图像采集模块。

报警模块，与处理模块连接，当系统检测到危险信号时，用于提醒用户，该模块主要有蜂鸣器构成。

通信模块，主要由gsm通信模块构成，与处理模块和用户终端配置有连接，当系统检测到危险信号时，由处理模块控制通信模块，进而通知用户。

存储模块，由外置sd卡构成，与处理模块连接，用于存储图像信息。由于系统采集的图像信息量大，为保证系统稳定运行，设置外置sd卡，以供图像信息的存储，进而方便用户重新观看。

显示模块，与处理模块连接，用于对监控实时显示。由于tft-lcd具有安全性和可靠性提高、低功耗、品种多样，使用方便灵活、维修、更新、升级容易，使用寿命长等特点。优选tft型lcd作为摄像机的显示单元。

处理模块，对图像采集模块传输过来的信号进行异常信号提取处理，当提取到异常信号时，则处理模块发送控制信号使报警模块动作，同时通过通信模块通知用户。处理模块主要完成图像的处理和控制信号的发送等功能。随着嵌入式芯片技术的快速发展，使得嵌入式芯片种类也越来越多。常用的嵌入式芯片有stm32系列芯片、dsp芯片等。stm32系列芯片片内外设资源丰富、性能高、成本低、功耗低以及控制精度和运算速度都足以满足本发明的需求。综合各方面的因素，本发明的核心处理器选用stm32f103zet6芯片。

供电模块，用于为图像采集模块、报警模块、通信模块、存储模块、显示模块和处理模块提供稳定的电源，以使系统稳定工作。

用户终端，与通信模块连接，用于接收通信模块发送过来的危险信号通知信息。用户终端为智能手机即可。

led指示灯，与处理模块连接，led指示灯由两个发光二极管组成，分别指示系统运行状态和通信状态。

参考图2，本发明基于实时嵌入式的火灾监测系统的处理方法包括以下步骤：图像采集模块将采集到的图像视频序列传输给处理模块，处理模块先用金字塔分解对图像视频序列进行分解以得到不同频带的视频序列，其次用带通滤波器对火焰异常信号进行提取；然后将提取的火焰异常信号进行放大处理；最后将放大的火焰异常信号与原采集输入的火焰信号进行叠加，完成火焰视频的重组，使火焰异常信号可视化，并将异常信号与处理模块内存储的信号值进行比较，若高于处理模块内存储的信号值则发送控制信号使报警模块动作，并通过通信模块通知用户。

具体地，火焰异常信号提取方法包括以下步骤：

1）信号采集：利用ccd光电图像传感器采集视频序列信号。

2）金字塔分解：用金字塔分解对视频序列进行分解以得到不同频带的视频序列，以便于对各个频段微变信号的提取。为了加快图像的处理速度，可加入图像下采样过程。常用的图像金子塔有拉普拉斯金字塔和高斯金字塔。拉普拉斯金字塔是由高斯金字塔演变而来的，而该金字塔不能保证图像边缘的平滑性。因此本申请优选高斯金字塔来对视频序列图像进行处理。

3）时域滤波：用带通滤波器对火焰异常信号进行提取。常用的带通滤波器有巴特沃斯带通滤波器、理想带通滤波器等。火焰异常信号一般是在一个较窄的频带内变化。因此对于火焰异常信号的提取需要一个具有较窄频带的滤波器。而理想带通滤波器能满足这一特点特性，因此本申请优选理想带通滤波器对火焰异常信号进行提取。

4）弱信号放大：将提取的火焰异常信号进行放大处理。由于火焰的一些异常信号是微小的，因此需要将时域滤波环节选出来的火焰异常信号进行放大。将火焰异常弱信号乘以一个放大倍数，使得异常火焰的变化得以增强，进而便于可视化。

5）视频合成：将放大的火焰异常信号与原采集输入的火焰信号进行叠加，完成火焰视频的重组，使火焰异常信号可视化。

异常信号提取的工作原理是：一幅数字图像可以定义为一个二维函数f(x,y)，其中x和y为空间坐标。则视频序列可以认为二维函数f(x,y)在时间序列上的集合，即f(x,y,t)。图像在每一个坐标点是以灰度值得形式存储的，如果在获得的图像中前后图像在相同的位置灰度值以特定的规律变化，则说明火焰中没有异常信号产生，反之则说明火焰发生变化，即产生了异常信号。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。