野外生物探測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】野外生物探測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，包括多功能智能探測(cè)系統(tǒng)和移動(dòng)通信終端；多功能智能探測(cè)系統(tǒng)由主控制器模塊、從控制器模塊、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、探測(cè)模塊、語(yǔ)音報(bào)警模塊及WIFI無(wú)線傳輸模塊構(gòu)成，探測(cè)模塊包括野外生物探測(cè)模塊、環(huán)境參數(shù)檢測(cè)模塊和GPS定位模塊；WIFI無(wú)線傳輸模塊包括無(wú)線路由器和高清攝像頭；環(huán)境參數(shù)檢測(cè)模塊包括PM2.5傳感器、有害氣體濃度傳感器；主控制器模塊分別與從控制器模塊、語(yǔ)音報(bào)警模塊、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、無(wú)線路由器、野外生物探測(cè)模塊相連；從控制器模塊分別與GPS定位模塊、環(huán)境參數(shù)檢測(cè)模塊相連；還設(shè)有電源模塊，電源模塊與多功能智能探測(cè)系統(tǒng)相連。本發(fā)明能提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和可靠性。
【專利說(shuō)明】
野外生物探測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種野外生物探測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)是野外資源豐富的大國(guó)，但由于環(huán)境復(fù)雜、惡劣，經(jīng)常會(huì)受到野豬、馬蜂等野 生動(dòng)物以及瘴氣等的威脅，給野外工作人員帶來(lái)人身安全問(wèn)題。但當(dāng)前，我國(guó)對(duì)野外生物探 測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的研究非常少且功能單一，市場(chǎng)上也還未見(jiàn)到有成套的野外生物探測(cè)與預(yù)警 系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服上述【背景技術(shù)】的不足，提供一種能有效提高 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和可靠性的野外生物探測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是，一種野外生物探測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，包括 多功能智能探測(cè)系統(tǒng)和移動(dòng)通信終端;所述多功能智能探測(cè)系統(tǒng)由主控制器模塊、從控制 器模塊、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、探測(cè)模塊、語(yǔ)音報(bào)警模塊及WIFI無(wú)線傳輸模塊構(gòu)成，所述探測(cè) 模塊包括野外生物探測(cè)模塊、環(huán)境參數(shù)檢測(cè)模塊和GPS定位模塊;所述WIFI無(wú)線傳輸模塊包 括無(wú)線路由器和高清攝像頭;所述野外生物探測(cè)模塊包括雷達(dá)模塊、紅外測(cè)體溫模塊、音頻 檢測(cè)模塊;所述環(huán)境參數(shù)檢測(cè)模塊包括PM2.5傳感器、有害氣體濃度傳感器;所述GPS定位模 塊用于檢測(cè)工作面上的位置;所述雷達(dá)模塊用于檢測(cè)移動(dòng)的野外生物;所述紅外測(cè)體溫模 塊用于檢測(cè)野外生物體溫；所述音頻檢測(cè)模塊用于檢測(cè)野外生物翅膀扇動(dòng)的頻率;所述 PM2.5傳感器用于檢測(cè)PM2.5濃度;所述有害氣體濃度傳感器用于檢測(cè)有害氣體濃度；多功 能智能探測(cè)系統(tǒng)的各功能模塊將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞至移動(dòng)通信終端顯示并驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的語(yǔ)音報(bào) 警模塊； 所述主控制器模塊分別與從控制器模塊、語(yǔ)音報(bào)警模塊、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、無(wú)線路由 器、野外生物探測(cè)模塊相連;所述野外生物探測(cè)模塊的雷達(dá)模塊、紅外測(cè)體溫模塊、音頻檢 測(cè)模塊分別與主控制器模塊相連;所述從控制器模塊分別與GPS定位模塊、環(huán)境參數(shù)檢測(cè)模 塊相連，所述環(huán)境參數(shù)檢測(cè)模塊的PM2.5傳感器、有害氣體濃度傳感器分別與從控制器模塊 相連;所述高清攝像頭通過(guò)USB接口與無(wú)線路由器相連;所述移動(dòng)通信終端通過(guò)WIFI與多功 能智能探測(cè)系統(tǒng)上的無(wú)線路由器通信;還設(shè)有電源模塊，所述電源模塊與多功能智能探測(cè) 系統(tǒng)相連，為多功能智能探測(cè)系統(tǒng)的各功能模塊提供工作電壓。
[0005] 進(jìn)一步，所述WIFI無(wú)線傳輸模塊還包括云臺(tái)；所述高清攝像頭安裝在云臺(tái)上，由云 臺(tái)帶動(dòng)高清攝像頭實(shí)現(xiàn)水平方向旋轉(zhuǎn)和垂直方向俯仰運(yùn)動(dòng);所述云臺(tái)由兩路伺服電機(jī)驅(qū) 動(dòng)，兩路伺服電機(jī)分別由控制云臺(tái)水平方向左右旋轉(zhuǎn)的水平伺服電機(jī)和控制云臺(tái)垂直方向 俯仰運(yùn)動(dòng)的垂直伺服電機(jī)構(gòu)成。
[0006] 進(jìn)一步，所述無(wú)線路由器與高清攝像頭通過(guò)USB通信，所述無(wú)線路由器與主控制器 模塊通過(guò)UART串口通信。
[0007] 進(jìn)一步，所述移動(dòng)通信終端為Android手機(jī)平臺(tái)。
[0008]進(jìn)一步，所述移動(dòng)通信終端上設(shè)計(jì)有UI操作界面，可實(shí)現(xiàn)對(duì)該探測(cè)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控 制和視頻、文本顯示。
[0009]進(jìn)一步，所述移動(dòng)通信終端上的υι操作界面左側(cè)設(shè)置有顯示區(qū)，用以顯示文本預(yù) 警信息；右上角設(shè)置用于顯示GPS定位信息、PM2.5及有害氣體濃度的文本信息；右下角設(shè)置 有視頻信息采集控制區(qū)與復(fù)位區(qū)，用于兩路控制伺服電機(jī)運(yùn)行從而帶動(dòng)高清攝像頭俯仰左 右運(yùn)行及復(fù)位;UI操作界面上端的正中間設(shè)置有紅色閃爍警示器。
[0010]進(jìn)一步，所述主控制器模塊為主單片機(jī)，所述從控制器模塊為從單片機(jī)，所述主單 片機(jī)通過(guò)串口控制野外生物探測(cè)模塊對(duì)生物信息進(jìn)行采集、處理與運(yùn)算，處理完畢的數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)在主單片機(jī)內(nèi)置的EEPR0M內(nèi)，以便后續(xù)進(jìn)行分析，與此同時(shí)傳送到移動(dòng)通信終端顯示， 并根據(jù)是否探測(cè)到野外生物確立是否驅(qū)動(dòng)語(yǔ)音報(bào)警模塊發(fā)出預(yù)警；當(dāng)探測(cè)系統(tǒng)需要拍攝清 晰圖像時(shí)，通過(guò)移動(dòng)通信終端的UI操作界面的觸摸鍵發(fā)出指令，即可調(diào)節(jié)主單片機(jī)或從單 片機(jī)PWM的占空比，驅(qū)動(dòng)云臺(tái)上的伺服電機(jī)調(diào)整各方位角度，帶動(dòng)高清攝像頭調(diào)至所需的角 度或復(fù)位至正常狀態(tài);從單片機(jī)一端通過(guò)串口與主單片機(jī)通信，另一端通過(guò)串口與環(huán)境參 數(shù)檢測(cè)模塊及GPS定位模塊連接，檢測(cè)環(huán)境參數(shù)、GPS定位信息、PM2.5及有害氣體濃度，并通 過(guò)串口送入主單片機(jī)處理。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下:通過(guò)移動(dòng)通信終端將WIFI技術(shù)應(yīng)用在野外 作業(yè)等特殊環(huán)境中，以監(jiān)測(cè)作業(yè)面的實(shí)時(shí)圖像、野生生物的有無(wú)與出沒(méi)、何種野生生物、具 體方位、環(huán)境參數(shù)等多項(xiàng)參數(shù)，有效提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和可靠性;為及時(shí)準(zhǔn)確 地掌握工作面的情況，預(yù)防和減少事故的發(fā)生提供技術(shù)支持。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是圖1所示實(shí)施例的工作流程圖。
[0014] 圖3是圖1所示實(shí)施例中手機(jī)控制端創(chuàng)建連接流程圖。
[0015] 圖4是圖1所示實(shí)施例中機(jī)控制端面向Socket網(wǎng)絡(luò)通信連接流程圖。
[0016] 圖5是圖1所示實(shí)施例中無(wú)線路由器數(shù)據(jù)傳輸流程圖。
[0017]圖6是圖1所示實(shí)施例中GPS定位流程圖。
[0018] 圖7是圖1所示實(shí)施例中攝像頭伺服電機(jī)運(yùn)行的PWM控制流程圖。
[0019] 圖8是圖1所示實(shí)施例中串口通信流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0021] 參照?qǐng)D1，本實(shí)施例包括多功能智能探測(cè)系統(tǒng)2(簡(jiǎn)稱下位機(jī))和移動(dòng)通信終端1(簡(jiǎn) 稱上位機(jī)）；其中，多功能智能探測(cè)系統(tǒng)2由主控制器模塊2-1、從控制器模塊2-2、伺服電機(jī) (又稱舵機(jī))驅(qū)動(dòng)模塊2-5、探測(cè)模塊、語(yǔ)音報(bào)警模塊2-4及WIFI無(wú)線傳輸模塊構(gòu)成，探測(cè)模塊 包括野外生物探測(cè)模塊2-8、環(huán)境參數(shù)檢測(cè)模塊2-9和GPS定位模塊2-3;WIFI無(wú)線傳輸模塊 包括無(wú)線路由器2-7和高清攝像頭2-6;野外生物探測(cè)模塊2-8包括雷達(dá)模塊(又稱多普勒微 波探測(cè)模塊)2-8-1、紅外測(cè)體溫模塊2-8-2、音頻檢測(cè)模塊2-8-3;環(huán)境參數(shù)檢測(cè)模塊2-9包 括PM2.5傳感器2-9-1、有害氣體濃度傳感器2-9-2 ;GPS定位模塊2-3用于檢測(cè)工作面上的位 置(包括經(jīng)煒度、海拔高度及精度）；雷達(dá)模塊2-8-1用于檢測(cè)移動(dòng)的野外生物;紅外測(cè)體溫 模塊2-8-2用于檢測(cè)野外生物體溫；音頻檢測(cè)模塊2-8-3用于檢測(cè)馬蜂翅膀扇動(dòng)的頻率； PM2.5傳感器2-9-1用于檢測(cè)PM2.5濃度;有害氣體濃度傳感器2-9-2用于檢測(cè)有害氣體濃 度;多功能智能探測(cè)系統(tǒng)2的各功能模塊并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞至移動(dòng)通信終端1顯示并驅(qū)動(dòng)相 應(yīng)的語(yǔ)音報(bào)警模塊2-4。
[0022] 主控制器模塊2-1分別通過(guò)串口總線與從控制器模塊2-2、語(yǔ)音報(bào)警模塊2-4、伺服 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊2-5、無(wú)線路由器2-7、野外生物探測(cè)模塊2-8相連;其中，野外生物探測(cè)模塊2-8的雷達(dá)模塊2-8-1、紅外測(cè)體溫模塊2-8-2、音頻檢測(cè)模塊2-8-3分別與主控制器模塊2-1相 連;從控制器模塊2-2分別通過(guò)單向串口總線與GPS定位模塊2-3、環(huán)境參數(shù)檢測(cè)模塊2-9相 連，其中，環(huán)境參數(shù)檢測(cè)模塊2-9的PM2.5傳感器2-9-1、有害氣體濃度傳感器2-9-2分別與從 控制器模塊2-2相連;高清攝像頭2-6通過(guò)USB接口與無(wú)線路由器2-7相連;移動(dòng)通信終端1通 過(guò)WIFI與多功能智能探測(cè)系統(tǒng)2上的無(wú)線路由器2-7通信。
[0023] 還設(shè)有電源模塊3,電源模塊3與多功能智能探測(cè)系統(tǒng)2相連，為多功能智能探測(cè)系 統(tǒng)2的各功能模塊提供工作電壓。
[0024] WIFI無(wú)線傳輸模塊還包括云臺(tái)；高清攝像頭2-6安裝在云臺(tái)上，由云臺(tái)帶動(dòng)高清攝 像頭2-6實(shí)現(xiàn)水平方向旋轉(zhuǎn)和垂直方向俯仰運(yùn)動(dòng);云臺(tái)由兩路伺服電機(jī)(又稱舵機(jī))驅(qū)動(dòng)，兩 路伺服電機(jī)分別由控制云臺(tái)水平方向左右旋轉(zhuǎn)的水平伺服電機(jī)和控制云臺(tái)垂直方向俯仰 運(yùn)動(dòng)的垂直伺服電機(jī)構(gòu)成，無(wú)線路由器2-7與高清攝像頭2-6通過(guò)USB通信，無(wú)線路由器2-7 與主控制器模塊2-1通過(guò)UARTQJniversal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用異 步收發(fā)傳輸器)串口通信。
[0025] 移動(dòng)通信終端1為Android手機(jī)平臺(tái)。
[0026]移動(dòng)通信終端1上設(shè)計(jì)有UI操作界面，可實(shí)現(xiàn)對(duì)該探測(cè)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制和視頻、文 本顯示。移動(dòng)通信終端1上的UI操作界面左側(cè)設(shè)置有顯示區(qū)，用以顯示文本預(yù)警信息（如"請(qǐng) 注意有某某生物靠近"）；右上角設(shè)置用于顯示GPS定位信息（包括經(jīng)煒度、海拔高度及精 度）、PM2.5及有害氣體濃度的文本信息;右下角設(shè)置有視頻信息采集控制區(qū)與復(fù)位區(qū)，用于 兩路控制伺服電機(jī)運(yùn)行從而帶動(dòng)高清攝像頭2-6俯仰左右運(yùn)行及復(fù)位;UI操作界面上端的 正中間設(shè)置有紅色閃爍警示器。
[0027]通過(guò)UI操作界面的觸摸鍵輸入指令，移動(dòng)通信終端1顯示實(shí)時(shí)視頻與文本信息，以 實(shí)現(xiàn)野外生物探測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的人機(jī)對(duì)話。
[0028] 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊2-5由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路及輔助電路構(gòu)成。
[0029] 電源模塊3包括伺服電機(jī)工作電源及集成電路電源。
[0030] 主控制器模塊2-1為主單片機(jī)，從控制器模塊2-2為從單片機(jī)，主單片機(jī)通過(guò)串口 控制野外生物探測(cè)模塊2-8對(duì)生物信息進(jìn)行采集、處理與運(yùn)算，處理完畢的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在主單 片機(jī)內(nèi)置的EEPR0M內(nèi)，以便后續(xù)進(jìn)行分析，與此同時(shí)傳送到移動(dòng)通信終端1顯示，并根據(jù)是 否探測(cè)到野外生物確立是否驅(qū)動(dòng)語(yǔ)音報(bào)警模塊2-4發(fā)出預(yù)警;另一方面，當(dāng)探測(cè)系統(tǒng)需要拍 攝清晰圖像時(shí)，通過(guò)移動(dòng)通信終端1的UI操作界面的觸摸鍵發(fā)出指令，即可調(diào)節(jié)主單片機(jī)或 從單片機(jī)PWM的占空比，驅(qū)動(dòng)云臺(tái)上的伺服電機(jī)調(diào)整各方位角度，帶動(dòng)高清攝像頭2-6調(diào)至 所需的角度或復(fù)位至正常狀態(tài)。
[0031 ]從單片機(jī)一端通過(guò)串口與主單片機(jī)通信，另一端通過(guò)串口與環(huán)境參數(shù)檢測(cè)模塊2-9及GPS定位模塊2-3連接，檢測(cè)環(huán)境參數(shù)、GPS定位信息（包括經(jīng)煒度、海拔高度及精度）、 PM2.5及有害氣體濃度，并通過(guò)串口送入主單片機(jī)處理。
[0032]在本實(shí)施例中，探測(cè)模塊檢測(cè)的各參數(shù)通過(guò)Socket網(wǎng)絡(luò)通信接口以圖像和文本形 式傳輸給手機(jī)控制端顯示與處理；另一方面將手機(jī)控制端上通過(guò)自帶WIFI發(fā)回的操作信 息，通過(guò)UART串口（如RS-232/RS-485)轉(zhuǎn)發(fā)給主單片機(jī)，主單片機(jī)作為預(yù)警系統(tǒng)的下位機(jī)， 根據(jù)指令控制探測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)上各功能模塊工作。
[0033]在本實(shí)施例中，無(wú)線路由器2-7采用TL-WR703N型迷你系列，其最高傳輸速率為 150Mbps〇
[0034]在本實(shí)施例中，高清攝像頭2-6采用索尼迷你高清攝像頭CES2009。
[0035]在本實(shí)施例中，主控制器模塊2-1的主單片機(jī)采用STC12C5608AD芯片;從控制器模 塊2-2的從單片機(jī)采用EXP-89S51芯片。
[0036]在本實(shí)施例中，由于主控制器模塊2-1和從控制器模塊2-2所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載較多，為 減少各負(fù)載工作時(shí)的相互干擾、提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，本發(fā)明采用獨(dú)立供電方式。220V AC外 電源經(jīng)過(guò)變壓器、橋式整流后路，輸出24V AC電壓并被分成五路：其中：一路經(jīng)過(guò)LM2576-3.3穩(wěn)壓、濾波后輸出3.3V; -路經(jīng)過(guò)LM2576-5.0穩(wěn)壓、濾波后輸出5V; -路經(jīng)過(guò)LM2576-ADJ，調(diào)節(jié)10K電位器，經(jīng)穩(wěn)壓、濾波后輸出6V; -路經(jīng)過(guò)LM2576-ADJ，調(diào)節(jié)10K電位器，經(jīng)穩(wěn) 壓、濾波后輸出9V; -路經(jīng)過(guò)LM2576-AD J，調(diào)節(jié)10K電位器，經(jīng)穩(wěn)壓、濾波后輸出12V;分別給 各功能模塊供電。
[0037]在本實(shí)施例中，主控制器模塊2-1的主單片機(jī)的I/O接口中:ΡΓ2接以HB100微波探 測(cè)模塊為核心的雷達(dá)模塊2-8-1、ΡΓ?接HC-SR501熱釋電紅外模塊作為紅外測(cè)體溫模塊2-8-2、ΡΓ3接以LM567鑒頻芯片作為音頻檢測(cè)模塊2-8-3、ΡΓ4接以ISD1820為核心的語(yǔ)音報(bào) 警模塊2-4。為實(shí)現(xiàn)高速、低功耗、強(qiáng)抗干擾，主控制器模塊2-1采用帶內(nèi)置EEPR0M和A/D轉(zhuǎn)換 器，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051的STC12C5608AD系列單片機(jī)。主單片機(jī)一方面通過(guò)串口控 制野外生物探測(cè)模塊對(duì)生物信息進(jìn)行采集、處理與運(yùn)算，并對(duì)從單片機(jī)所輸送來(lái)的各種信 息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與運(yùn)算，所有處理完畢的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在主單片機(jī)內(nèi)置的EEPR0M內(nèi)，以便后續(xù) 進(jìn)行分析，與此同時(shí)傳送到移動(dòng)智能終端顯示，并根據(jù)探測(cè)到野外生物種類確立驅(qū)動(dòng)語(yǔ)音 報(bào)警模塊2-4發(fā)出相對(duì)物種的預(yù)警語(yǔ)音；另一方面，當(dāng)探測(cè)系統(tǒng)需要拍攝清晰圖像時(shí)，通過(guò) 移動(dòng)智能終端操作控制區(qū)UI操作界面的觸摸鍵發(fā)出"上、下、左、右"運(yùn)行控制信號(hào)，主單片 機(jī)接收手到這些指令，即可調(diào)節(jié)Ρ麗的占空比，驅(qū)動(dòng)云臺(tái)上的伺服電機(jī)調(diào)整各方位角度，從 而帶動(dòng)高清攝像頭2-6調(diào)至所需的角度或復(fù)位至正常狀態(tài)。
[0038]作為從從控制器模塊2-2的從單片機(jī)的I/O接口中：ΡΓ1與MQ-6有害氣體濃度傳感 器2-9-2連接、ΡΓ0與ΡΜ2.5傳感器2-9-1連接、Ρ3~0和?3~1與八11(-呢0-61，2.3型的6?3定位 模塊2-3相接，用來(lái)采集環(huán)境參數(shù)、GPS定位信息(包括經(jīng)煒度、海拔高度及精度）、ΡΜ2.5及有 害氣體濃度，并通過(guò)串口送入主控制器模塊2-1處理。
[0039]主單片機(jī)和從單片機(jī)采用SPI通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通信需要4根信號(hào)線，分別 是SD0(主設(shè)備數(shù)據(jù)輸入，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸出）、SDI (主設(shè)備數(shù)據(jù)輸出，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸入）、SCLK (時(shí)鐘信號(hào)，由主設(shè)備產(chǎn)生）、CS(從設(shè)備使能信號(hào)，由主設(shè)備控制），而單向傳輸數(shù)據(jù)時(shí)僅需 要3根信號(hào)線。由SCLK提供時(shí)鐘脈沖，SDI、SD0則基于此脈沖完成數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)輸出通過(guò) SDO線，在時(shí)鐘上升沿或下降沿時(shí)改變，在緊接著的下降沿或上升沿被讀取，主單片機(jī)完成 一位數(shù)據(jù)傳輸，從單片機(jī)的數(shù)據(jù)讀取也一樣。這樣，在至少8次時(shí)鐘信號(hào)的改變(上沿和下沿 為一次），就可以完成8位數(shù)據(jù)的傳輸。
[0040] 參照?qǐng)D2,本發(fā)明野外生物探測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的工作流程如下： S1:系統(tǒng)開(kāi)啟； S2:各模塊初始化； S3:探測(cè)模塊米樣并進(jìn)行處理和儲(chǔ)存； S4:各類數(shù)據(jù)發(fā)送給無(wú)線路由器2-7; S5:將Android手機(jī)平臺(tái)的控制端啟動(dòng)，與無(wú)線路由器2-7建立通信； S6:無(wú)線路由器2-7把視屏級(jí)文本參數(shù)上傳至Android手機(jī)平臺(tái)并顯示； S7:判斷Android手機(jī)平臺(tái)控制端有無(wú)操作控制，若有，進(jìn)入步驟S8;如無(wú)，返回步驟S3; S8:尚清攝像頭2_6上下、左右擺動(dòng)； S9:判斷高清攝像頭2-6是否檢測(cè)到野外生物;如果是，進(jìn)入步驟S10;如果否，返回步驟 S3； S10:啟動(dòng)語(yǔ)音報(bào)警模塊2-4; S11:判斷預(yù)警時(shí)間是否到10s，如果是，進(jìn)入步驟S12，；如果否，返回步驟S10; S12:關(guān)閉預(yù)警。
[0041] 在本實(shí)施例中，設(shè)定該探測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)處于某個(gè)野外環(huán)境，其當(dāng)前環(huán)境參數(shù)如下： 地理位置是:經(jīng)度為112.5417628.E、煒度為28.2170921.N、海拔高度為113.0 m，有一頭野 豬和多只馬蜂，有害氣體濃度范圍為0-10000ppm間（如:9 · 2ppm)，PM2 · 5濃度為19 · 270 ug/ m3;預(yù)警系統(tǒng)一方面通過(guò)探測(cè)模塊采集溫地理位置信息、移動(dòng)野豬的體溫(如:38-39.5 °C )、 馬蜂翅膀扇動(dòng)的頻率(如:約250Hz/s)、有害氣體濃度和PM2.5的濃度，此時(shí)采集到的各參數(shù) 量即為誤差允許范圍內(nèi)的實(shí)際值，所采集信號(hào)或數(shù)據(jù)經(jīng)主單片機(jī)和從單片機(jī)處理和運(yùn)算 后，實(shí)時(shí)傳送到手機(jī)控制終端顯示在UI界面的右上角，并儲(chǔ)存到主單片機(jī)內(nèi)置的EEPR0M;與 此同時(shí)，UI界面的左側(cè)會(huì)顯示"請(qǐng)注意有野豬和馬蜂靠近！??！"，主控制器模塊2-1驅(qū)動(dòng)語(yǔ)音 報(bào)警模塊2-4不間斷地交叉地發(fā)出已錄制在語(yǔ)音報(bào)警模塊2-4中豬叫聲和嗡嗡的蜂叫聲各 10s，同時(shí)，UI界面的上端中間的紅色報(bào)警器也不斷地閃爍，以示系統(tǒng)檢測(cè)到野豬和馬蜂類； 另一方面，高清攝像頭2-6在手機(jī)控制端的控制下對(duì)探測(cè)預(yù)警系統(tǒng)所處環(huán)境的四周進(jìn)行圖 像采集(如:有無(wú)野豬和馬蜂出現(xiàn))等，并將所拍攝的視頻信號(hào)通過(guò)USB 口傳輸給無(wú)線路由器 2-7,無(wú)線路由器2-7通過(guò)WIFI實(shí)時(shí)傳輸回Android手機(jī)平臺(tái)控制端，有利實(shí)時(shí)直觀地掌握探 測(cè)預(yù)警系統(tǒng)所處環(huán)境的各類所需信息。
[0042]本實(shí)施例設(shè)置如下技術(shù)參數(shù)： 1)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓為6V;在Android手機(jī)平臺(tái)的控制下高清攝像頭2-6上下左右旋轉(zhuǎn) 90度拍攝圖像信息，傳輸畫(huà)面流暢，畫(huà)質(zhì)清晰。
[0043] 2)無(wú)線路由器2-7設(shè)備供電電壓為5V，使用USB與UART串口通訊，串口通訊的波特 率為9600bps。
[0044] 3)有害氣體濃度傳感器2-9-2的濃度檢測(cè)范圍為0-1000PPM，檢測(cè)參數(shù)精準(zhǔn)。
[0045] 4)PM2.5傳感器2-9-1的敏靈度的為O.lug/m3,與粉塵環(huán)境下測(cè)試對(duì)比效果明顯。
[0046] 5)紅外測(cè)體溫模塊2-8-2能探測(cè)距離為2米開(kāi)外野豬的體溫(38-39.5°C )。
[0047] 6)雷達(dá)模塊2-8-1能及時(shí)發(fā)現(xiàn)距離自己20m開(kāi)外的移動(dòng)速度為lm/s的野豬， Android手機(jī)平臺(tái)顯示物種提示。
[0048] 7)音頻檢測(cè)模塊2-8-3檢測(cè)距離為5米，頻寬200Hz-440Hz，能敏靈地在Android手 機(jī)平臺(tái)顯示物種提示。
[0049] 8 )GPS定位模塊2-3精準(zhǔn)，室外為精度為0.2m。
[0050] 9)雷達(dá)模塊2-8-1采用CW供電模式，供電電壓必須穩(wěn)定在4.75V~5.25V，兩級(jí)放大 的增益約為82db。
[0051 ] 參照?qǐng)D3,本實(shí)施例采用Android2.3.3以上版本的操作系統(tǒng)，通過(guò)Eclipse插件ADT 創(chuàng)建一個(gè)手機(jī)控制端，通過(guò)手機(jī)控制端與無(wú)線路由器通信，接收并顯示視頻和文本信息，同 時(shí)發(fā)送各種控制信息，其控制指令可設(shè)定，通過(guò)觸動(dòng)手機(jī)控制端自由操控探測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)。 [0052]手機(jī)控制端的UI操作界面用于顯示視頻信息和接受到的數(shù)據(jù)信息，通過(guò)一個(gè)虛擬 按鍵區(qū)實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的操作，在手機(jī)控制端中，將RawInputEvent(原輸入事件)轉(zhuǎn) 換成KeyEvent (按鍵事件）以實(shí)現(xiàn)虛擬按鍵操作;右下方四個(gè)按鍵用于操作兩個(gè)攝像頭伺 服電機(jī)的0-90度旋轉(zhuǎn)以及中間一個(gè)攝像頭的回正鍵，界面左側(cè)顯示出現(xiàn)的物種信息，右上 角顯示有害氣體濃度、PM2.5數(shù)值以及GPS定位信息與定位精度，界面上端的正中間設(shè)置有 紅色閃爍警示器。
[0053] 參照?qǐng)D4,手機(jī)控制端通信采用Socket的網(wǎng)絡(luò)，Socket通信是采用客戶機(jī)/服務(wù)器 (Client/Server)的工作模式，利用Socket網(wǎng)絡(luò)通信接口來(lái)實(shí)現(xiàn)手機(jī)控制端和無(wú)線路由器 2-7的通信。本發(fā)明采用的是面向連接的方式。Android中提供了Socket和Server Socket2 個(gè)類，實(shí)現(xiàn)了所有的Socket客戶端和服務(wù)器雙向連接。
[0054] 參照?qǐng)D5,本實(shí)例通過(guò)獲取OpenWrt官方源代碼，并加入ser2net配置文件、mjpg-streamer和UVC攝像頭驅(qū)動(dòng)，以便掛載攝像頭，進(jìn)行視頻傳輸及通過(guò)串口與主單片機(jī)進(jìn)行通 信。通過(guò)這種方式，方便的建立了探測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)高速、穩(wěn)定、便捷的無(wú)線信息傳輸媒介。
[0055] 參照?qǐng)D6，GPS數(shù)據(jù)的處理包含兩個(gè)部分，一是對(duì)GPRMC數(shù)據(jù)的解析;二是對(duì)GPGGA數(shù) 據(jù)的解析。在對(duì)GPRMC數(shù)據(jù)的解析時(shí)需定義一個(gè)字符型變量ch，并判斷所接收到數(shù)據(jù)的第五 個(gè)字符，若第五個(gè)字符是C，再判斷定位狀態(tài)status是否為A，若是則從單片機(jī)就將接收到的 經(jīng)度、煒度、日期和時(shí)間等數(shù)據(jù)通過(guò)軟件程序控制轉(zhuǎn)換成字符型數(shù)據(jù)。在對(duì)GPGGA數(shù)據(jù)的解 析時(shí)，也需定義一個(gè)字符型變量ch，判斷所接收到數(shù)據(jù)的第四個(gè)字符，如果第四個(gè)字符是G， 且定位狀態(tài)標(biāo)志位status不等于"，"，那么從單片機(jī)就將GPS發(fā)送來(lái)的海拔高度和水平面高 度等數(shù)據(jù)通過(guò)軟件程序轉(zhuǎn)換成字符型數(shù)據(jù)。
[0056] 參照?qǐng)D7,探測(cè)車搭載二路伺服電機(jī)使高清攝像頭2-5俯仰、左右轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)拍攝周圍 的環(huán)境。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度由PWM信號(hào)控制，若設(shè)計(jì)伺服電機(jī)輸入的PWM周期為20ms，轉(zhuǎn)動(dòng) 的角度最大為左右90度，當(dāng)HVM輸出脈沖寬度1.5ms，即占空比為2.5%時(shí)，伺服電機(jī)右轉(zhuǎn)90 度；當(dāng)PWM輸出1.5ms，即占空比7.5%時(shí)，伺服電機(jī)回歸正中；當(dāng)PWM輸出2.5ms，即占空比 12.5%時(shí)，舵機(jī)左轉(zhuǎn)90度。
[0057]本實(shí)例采用STC12C5608AD單片機(jī)內(nèi)部的PWM模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)角的控制。 STC12C5608AD的PCA有4路可編程計(jì)數(shù)器陣列模塊:模塊0連接到P3 ~ 7、模塊1連接到P3 ~ 5、模 塊2連接到P2~0、模塊3連接到P2~4。通過(guò)操作有關(guān)的特殊功能寄存器可以方便的輸出PWM信 號(hào)，特殊功能寄存器包括工作模式寄存器CM0D、控制寄存器CC0N、PWM寄存器CCAPnL/ CCAPnH/CCAPMn等。采用定時(shí)器TO的溢出作為PCA的輸入脈沖，根據(jù)系統(tǒng)11.0592MHz的晶振 頻率，計(jì)算出定時(shí)器T0的TH0=FFH，TL0=B8H。由此只需要向寄存器CCAPnL和CCAPnH中寫(xiě)入設(shè) 定值即可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的目的。
[0058]參照?qǐng)D8,本實(shí)例通過(guò)主單片機(jī)串口與無(wú)線路由器2-7建立通信，采用串行通訊方 式1，波特率=(2SM0D/32)*(T1溢出率），其中SM0D由電源管理寄存器PC0N設(shè)定，如果設(shè)置為 1，則波特率加倍。本實(shí)例的晶振頻率為11.0592MHZ，波特率為9600bps，計(jì)算得定時(shí)器T1的 TH1=FDH，TL1=FDH。主單片機(jī)與無(wú)線路由器2-7設(shè)備通信的通信協(xié)議如表一所示。
[0059]每進(jìn)行一次操作傳輸一個(gè)40位的數(shù)據(jù)包，包括起始碼、功能控制位、操作方式位、 伺服電機(jī)角度位以及結(jié)束碼。其中起始碼"EE"為數(shù)據(jù)包的開(kāi)始，功能控制位對(duì)應(yīng)是伺服電 機(jī)，操作方式位為執(zhí)行控制的方式，伺服電機(jī)角度位為操作高清攝像頭2-6轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，結(jié) 束碼"FF"為數(shù)據(jù)包的結(jié)束標(biāo)志。
[0060]本實(shí)施例野外生物探測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)通過(guò)嵌入式Android手機(jī)平臺(tái)遠(yuǎn)程控制生物探 測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用高清攝像頭2-6來(lái)采集作業(yè)面視頻信息，并通過(guò)無(wú)線WIFI將視頻 實(shí)時(shí)回傳手機(jī)，以觀察作業(yè)面是否存在威脅;利用雷達(dá)模塊2-8-1探測(cè)野外生物(如野豬）的 出現(xiàn);采用紅外測(cè)體溫模塊2-8-2探測(cè)野外生物（如野豬）的體溫，以進(jìn)一步確認(rèn)野外生物 (如野豬)的出沒(méi);利用音頻檢測(cè)模塊2-8-3野外生物(如馬蜂)翅膀扇動(dòng)的頻率。當(dāng)探測(cè)系統(tǒng) 探測(cè)到上述野生動(dòng)物時(shí)，將信息發(fā)送給Android手機(jī)平臺(tái)控制端，控制端顯示物種的種類和 "請(qǐng)注意有某某生物靠近?。?！"的文本預(yù)警信息，同時(shí)，紅色閃爍警示器閃爍預(yù)警，并向主控 制器模塊2-1發(fā)出預(yù)警驅(qū)動(dòng)，語(yǔ)音報(bào)警模塊2-4則根據(jù)物種的種類發(fā)出豬叫聲或"嗡嚷"的蜂 鳴聲。另外，該系統(tǒng)還能對(duì)野外作業(yè)環(huán)境中的有害氣體濃度、PM2.5參數(shù)進(jìn)行測(cè)量和顯示，且 配備了GPS定位模塊2-3,以便實(shí)時(shí)地提供系統(tǒng)所在地的準(zhǔn)確位置信息。
[0061 ]本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改和變型，倘若這些修改和變型在本 發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則這些修改和變型也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。 [0062]說(shuō)明書(shū)中未詳細(xì)描述的內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種野外生物探測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:包括多功能智能探測(cè)系統(tǒng)(2)和移動(dòng)通 信終端（1);所述多功能智能探測(cè)系統(tǒng)(2)由主控制器模塊(2-1)、從控制器模塊(2-2)、伺服 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(2-5)、探測(cè)模塊、語(yǔ)音報(bào)警模塊(2-4)及WIFI無(wú)線傳輸模塊構(gòu)成，所述探測(cè)模 塊包括野外生物探測(cè)模塊(2-8)、環(huán)境參數(shù)檢測(cè)模塊(2-9)和GPS定位模塊(2-3);所述WIFI 無(wú)線傳輸模塊包括無(wú)線路由器(2-7)和高清攝像頭(2-6);所述野外生物探測(cè)模塊(2-8)包 括雷達(dá)模塊(2-8-1)、紅外測(cè)體溫模塊(2-8-2)、音頻檢測(cè)模塊(2-8-3);所述環(huán)境參數(shù)檢測(cè) 模塊(2-9)包括PM2.5傳感器(2-9-1)、有害氣體濃度傳感器(2-9-2);所述GPS定位模塊(2-3)用于檢測(cè)工作面上的位置;所述雷達(dá)模塊(2-8-1)用于檢測(cè)移動(dòng)的野外生物;所述紅外測(cè) 體溫模塊(2-8-2)用于檢測(cè)野外生物體溫;所述音頻檢測(cè)模塊(2-8-3)用于檢測(cè)野外生物翅 膀扇動(dòng)的頻率;所述PM2.5傳感器（2-9-1)用于檢測(cè)PM2.5濃度;所述有害氣體濃度傳感器 (2-9-2)用于檢測(cè)有害氣體濃度;多功能智能探測(cè)系統(tǒng)(2)的各功能模塊將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞至 移動(dòng)通信終端（1)顯示并驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的語(yǔ)音報(bào)警模塊(2-4);所述主控制器模塊(2-1)分別與 從控制器模塊(2-2)、語(yǔ)音報(bào)警模塊(2-4)、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(2-5)、無(wú)線路由器(2-7)、野 外生物探測(cè)模塊(2-8)相連;所述野外生物探測(cè)模塊(2-8)的雷達(dá)模塊(2-8-1)、紅外測(cè)體溫 模塊(2-8-2)、音頻檢測(cè)模塊(2-8-3)分別與主控制器模塊(2-1)相連;所述從控制器模塊 (2-2)分別與GPS定位模塊(2-3)、環(huán)境參數(shù)檢測(cè)模塊(2-9)相連，所述環(huán)境參數(shù)檢測(cè)模塊(2-9)的PM2.5傳感器(2-9-1)、有害氣體濃度傳感器(2-9-2)分別與從控制器模塊(2-2)相連； 所述高清攝像頭（2-6)通過(guò)USB接口與無(wú)線路由器(2-7)相連;所述移動(dòng)通信終端（1)通過(guò) WIFI與多功能智能探測(cè)系統(tǒng)(2)上的無(wú)線路由器(2-7)通信;還設(shè)有電源模塊(3)，所述電源 模塊(3)與多功能智能探測(cè)系統(tǒng)(2)相連，為多功能智能探測(cè)系統(tǒng)(2)的各功能模塊提供工 作電壓。2. 如權(quán)利要求1所述的野外生物探測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:所述WIFI無(wú)線傳輸模塊 還包括云臺(tái)；所述高清攝像頭（2-6)安裝在云臺(tái)上，由云臺(tái)帶動(dòng)高清攝像頭（2-6)實(shí)現(xiàn)水平 方向旋轉(zhuǎn)和垂直方向俯仰運(yùn)動(dòng);所述云臺(tái)由兩路伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，兩路伺服電機(jī)分別由控制 云臺(tái)水平方向左右旋轉(zhuǎn)的水平伺服電機(jī)和控制云臺(tái)垂直方向俯仰運(yùn)動(dòng)的垂直伺服電機(jī)構(gòu) 成。3. 如權(quán)利要求1或2所述的野外生物探測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:所述無(wú)線路由器(2-7)與高清攝像頭(2-6)通過(guò)USB通信，所述無(wú)線路由器(2-7)與主控制器模塊(2-1)通過(guò)UART 串口通信。4. 如權(quán)利要求1或2或所述的野外生物探測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:所述移動(dòng)通信終 端（1)為Android手機(jī)平臺(tái)。5. 如權(quán)利要求1或2或所述的野外生物探測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:所述移動(dòng)通信終 端（1)上設(shè)計(jì)有UI操作界面，可實(shí)現(xiàn)對(duì)該探測(cè)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制和視頻、文本顯示。6. 如權(quán)利要求5所述的野外生物探測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:所述移動(dòng)通信終端（1) 上的UI操作界面左側(cè)設(shè)置有顯示區(qū)，用以顯示文本預(yù)警信息；右上角設(shè)置用于顯示GPS定位 信息、PM2.5及有害氣體濃度的文本信息；右下角設(shè)置有視頻信息采集控制區(qū)與復(fù)位區(qū)，用 于兩路控制伺服電機(jī)運(yùn)行從而帶動(dòng)高清攝像頭（2-6)俯仰左右運(yùn)行及復(fù)位;UI操作界面上 端的正中間設(shè)置有紅色閃爍警示器。7. 如權(quán)利要求6所述的野外生物探測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:所述主控制器模塊(2- 1)為主單片機(jī)，所述從控制器模塊(2-2)為從單片機(jī)，所述主單片機(jī)通過(guò)串口控制野外生物 探測(cè)模塊(2-8)對(duì)生物信息進(jìn)行采集、處理與運(yùn)算，處理完畢的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在主單片機(jī)內(nèi)置的 EEPROM內(nèi)，以便后續(xù)進(jìn)行分析，與此同時(shí)傳送到移動(dòng)通信終端（1)顯示，并根據(jù)是否探測(cè)到 野外生物確立是否驅(qū)動(dòng)語(yǔ)音報(bào)警模塊(2-4)發(fā)出預(yù)警;另一方面，當(dāng)探測(cè)系統(tǒng)需要拍攝清晰 圖像時(shí)，通過(guò)移動(dòng)通信終端（1)的UI操作界面的觸摸鍵發(fā)出指令，即可調(diào)節(jié)主單片機(jī)或從單 片機(jī)PWM的占空比，驅(qū)動(dòng)云臺(tái)上的伺服電機(jī)調(diào)整各方位角度，帶動(dòng)高清攝像頭(2-6)調(diào)至所 需的角度或復(fù)位至正常狀態(tài);從單片機(jī)一端通過(guò)串口與主單片機(jī)通信，另一端通過(guò)串口與 環(huán)境參數(shù)檢測(cè)模塊(2-9)及GPS定位模塊(2-3)連接，檢測(cè)環(huán)境參數(shù)、GPS定位信息、PM2.5及 有害氣體濃度，并通過(guò)串口送入主單片機(jī)處理。
【文檔編號(hào)】G01D21/02GK105867226SQ201610226298
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月13日
【發(fā)明人】桂玲, 周文化, 向誠(chéng), 賈茗
【申請(qǐng)人】中南林業(yè)科技大學(xué)