【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及灭火系统，具体地，涉及一种基于图像处理的智能灭火系统。
技术介绍
1、火灾对人类的生命、财产构成了巨大威胁，并且其诱发原因多样，存在场景广泛。在校园内，火灾最易发生在实验室，尤其是化学实验室，并且极易引发进一步的爆炸等危险，在火灾的早发阶段进行控制十分重要。目前灭火机器人存在移动性差，成本高昂的问题，无法适用于空间有限的实验室中。
2、随着静态热成像等图像处理技术和图像识别技术的成熟，通过程序设计使机器人对火源等火灾相关事物进行识别成为可能。因此，本专利技术希望设计一款能够在实验室内的智能识别火情智能灭火机器人，将实验室内的小型火灾扼杀在摇篮中。
3、专利文献cn102078670a(申请号：cn201110027338.2)公开了一种智能灭火机器人，包括控制模块、移动底盘模块、火源探测模块以及灭火模块，还包括连接所述控制模块的探障模块，其中，所述探障模块用于探测所述灭火机器人周围的障碍物。本专利技术在现有技术中机器人的基础之上，加入了限高探测、选择性启动灭火器材、无线接收火警情报信息等功能模块，使得根据本专利技术提供的机器人能够更好地躲避障碍物，并能够在大楼内的火警探测器所发出信号的提示下快速到达火源处，进而快速启动相应的灭火器材扑灭火源。然而该专利无法完全解决上述技术问题，也无法满足本专利技术的需求。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于图像处理的智能灭火系统。
2、根据本专利技术提供的基于图像
3、摄像头云台，进行动态图像识别分析，实现火源的识别；
4、与摄像头云台连接的灭火器箱，包括电机系统和灭火器，实现灭火工作；
5、灭火器箱底部的履带传动系统，用于实现灭火机器人的移动；
6、灭火器底部的云台，控制灭火角度。
7、优选的，两个灭火器底部的云台，由两个180°舵机进行控制，分别进行左右旋转和前后旋转；使用arduino 2560处理板组成下位机单片机系统，l298电机驱动板对左右行进电机进行控制，由a0～a4五个数字端口控制五位火焰传感器，由模拟端口控制数码舵机，对摄像头及灭火器进行水平竖直旋转，由三个电机完成拔插销保险及灭火的具体动作。
8、优选的，灭火机器人的检测装置包括一个摄像头云台和两个数字舵机，在灭火器箱侧边开孔，装上铝合金框架搭建的摄像头云台，由两个mg995数字舵机进行控制，摄像头云台下端安装的火焰传感器与摄像头共同进行检测，确保对火源的精确识别和处理；
9、灭火器箱内部侧壁及后板上安装电机，并用细线将电机与保险和插销相连接，并在底部偏右侧固定了一块arduino mega 2560开发板安装于车辆头部位置，作为下位机接收、驱动装置，且灭火器底部搭建由两个自由度舵机控制的云台，保证灭火器竖直及水平方向上自由转动。
10、优选的，机器人使用蓝牙将挂壁摄像头的信息实时传输到上位机中进行图像处理，并通过上位机程序测算灭火距离，控制喷头角度；
11、图像处理使用python的opencv库，程序通过二值化后进行颜色识别，再计算质心的方式完成对火源的识别，具体为：
12、通过matplotlib库，将图像中不同颜色区域的rgb值以及由其转换后的hsv值提取出来，并与rgb颜色进行比较，发现相较于rgb的颜色空间，hsv颜色空间得益于其三个参数：色调、饱和度和明度，上位机利用hsv找到并实验测定适合火焰颜色识别的hsv分度值—黄色、橙色与红色，从而更准确的定位火源。
13、优选的，通过二值化算法将摄像头捕捉到的特定帧转化为黑白图，进而加快运行速度、增加判断精准度，上位机将图像黑白二值化处理后，通过选取质心进一步精确定位火源的位置；
14、在坐标系中取任意两个白点，设a点坐标(a,b)，b点坐标(c,d)，ab中点为((a+c)/12,(b+d)/12)，由此，将图像中所有白点之间的中点求出，得到红、黄色区域的质心；
15、根据获取到的像素点计算质心位置，使用cv2.moments()获取图像矩，再通过这些图像矩得到质心；
16、一幅m×n的数字图像f(i,j)，其p+q阶几何矩mpq和中心矩μpq为：
17、
18、
19、其中，f(i,j)为图像在坐标点(i,j)处的灰度值；
20、若将m00看作是图像的灰度质量，则为图像的质心坐标，则中心矩μpq反映的是图像灰度相对于其灰度质心的分布情况；
21、空间矩的实质为面积或者质量，通过一阶矩计算质心/重心；
22、
23、质心：
24、上位机将识别到的图像质心区域分为四块，并将摄像头分辨率设置为640*480，因此，质心所在区域分为水平0～320，竖直240～480；水平0～320，竖直0～240；水平320～640，竖直240～480；水平320～640，竖直0～240四种情况；由此根据四种质心位置区间定义四个函数，上位机程序在循环结构中不断判断质心所处位置在区域，再向下位机发送四种不同的串口信号，由下位机引脚输出驱动信号，经放大电路驱动水泵与浇灌臂舵机进行四种模式不同角度的转动，从而实现自动准确的浇灌。
25、优选的，在摄像头找到火源并对下位机发送讯号后，火焰传感器进行进一步的定位，先将火焰传感器各数值传入模拟端口内，并将五个值进行比较，若左侧火焰值偏大，则略像左偏行进；若右侧火焰值偏大，则略向右偏行进；
26、下位单片机接收到信号后，开始运行编写的灭火程序；
27、具体灭火动作分为拔出插销、拔出阀门与按压把手三部分，由电机带动细线完成。
28、优选的，将摄像头的检测范围转变为灭火器罐的转动角度，基于灭火器罐底部水平舵机的转动进行数学模型的搭建，考虑到对不同大小火源的判断与检测，程序将对获取的像素点面积进行判断，若小于预定值则减少灭火时间，反之则增加灭火时间。
29、优选的，在图像识别方面，通过图像分割与抽帧，从软件层面提升模型的准确率与响应速度；
30、将机器人与室内摄像头的物联网连接，多维度发现火源；
31、在机器人在联网后，在发现火情后及时发出火情警告，以寻求管理员、外界的帮助。
32、优选的，对不同特点的火源进行识别，从而控制灭火方式和计量；
33、对不同大小火源进行区分，实现定量灭火；
34、对不同颜色的火源进行识别，对引起火源的可燃物进行区分，精确匹配适用的灭火器。
35、优选的，在灭火机器人四周安装超声波传感器，对实时路况进行检测，保证安全到达火源位置，并进行灭火；
36、或通过轨道传送带预设线路来帮助机器人完成智能避障的功能；
37、在机器人外形结构上添加防火材料，提升机器人在高温环境下的处理能力。
38、与现有技术相比，本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于图像处理的智能灭火系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于图像处理的智能灭火系统，其特征在于，两个灭火器底部的云台，由两个180°舵机进行控制，分别进行左右旋转和前后旋转；使用Arduino2560处理板组成下位机单片机系统，L298电机驱动板对左右行进电机进行控制，由A0～A4五个数字端口控制五位火焰传感器，由模拟端口控制数码舵机，对摄像头及灭火器进行水平竖直旋转，由三个电机完成拔插销保险及灭火的具体动作。
3.根据权利要求1所述的基于图像处理的智能灭火系统，其特征在于，灭火机器人的检测装置包括一个摄像头云台和两个数字舵机，在灭火器箱侧边开孔，装上铝合金框架搭建的摄像头云台，由两个MG995数字舵机进行控制，摄像头云台下端安装的火焰传感器与摄像头共同进行检测，确保对火源的精确识别和处理；
4.根据权利要求1所述的基于图像处理的智能灭火系统，其特征在于，机器人使用蓝牙将挂壁摄像头的信息实时传输到上位机中进行图像处理，并通过上位机程序测算灭火距离，控制喷头角度；
5.根据权利要求1所述的基于图像处理的智能灭火
6.根据权利要求1所述的基于图像处理的智能灭火系统，其特征在于，在摄像头找到火源并对下位机发送讯号后，火焰传感器进行进一步的定位，先将火焰传感器各数值传入模拟端口内，并将五个值进行比较，若左侧火焰值偏大，则略像左偏行进；若右侧火焰值偏大，则略向右偏行进；
7.根据权利要求1所述的基于图像处理的智能灭火系统，其特征在于，将摄像头的检测范围转变为灭火器罐的转动角度，基于灭火器罐底部水平舵机的转动进行数学模型的搭建，考虑到对不同大小火源的判断与检测，程序将对获取的像素点面积进行判断，若小于预定值则减少灭火时间，反之则增加灭火时间。
8.根据权利要求1所述的基于图像处理的智能灭火系统，其特征在于，在图像识别方面，通过图像分割与抽帧，从软件层面提升模型的准确率与响应速度；
9.根据权利要求1所述的基于图像处理的智能灭火系统，其特征在于，对不同特点的火源进行识别，从而控制灭火方式和计量；
10.根据权利要求1所述的基于图像处理的智能灭火系统，其特征在于，在灭火机器人四周安装超声波传感器，对实时路况进行检测，保证安全到达火源位置，并进行灭火；
...【技术特征摘要】
1.一种基于图像处理的智能灭火系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于图像处理的智能灭火系统，其特征在于，两个灭火器底部的云台，由两个180°舵机进行控制，分别进行左右旋转和前后旋转；使用arduino2560处理板组成下位机单片机系统，l298电机驱动板对左右行进电机进行控制，由a0～a4五个数字端口控制五位火焰传感器，由模拟端口控制数码舵机，对摄像头及灭火器进行水平竖直旋转，由三个电机完成拔插销保险及灭火的具体动作。
3.根据权利要求1所述的基于图像处理的智能灭火系统，其特征在于，灭火机器人的检测装置包括一个摄像头云台和两个数字舵机，在灭火器箱侧边开孔，装上铝合金框架搭建的摄像头云台，由两个mg995数字舵机进行控制，摄像头云台下端安装的火焰传感器与摄像头共同进行检测，确保对火源的精确识别和处理；
4.根据权利要求1所述的基于图像处理的智能灭火系统，其特征在于，机器人使用蓝牙将挂壁摄像头的信息实时传输到上位机中进行图像处理，并通过上位机程序测算灭火距离，控制喷头角度；
5.根据权利要求1所述的基于图像处理的智能灭火系统，其特征在于，通过二值化算法将摄像头捕捉到的特定帧转化为黑白图，进而加快运行速度、增加...
【专利技术属性】
技术研发人员：周子昂，陆广琴，
申请(专利权)人：上海市金山区青少年活动中心，
类型：发明
国别省市：
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