基于STM32的远程控制森林灭火车

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112631301A(43)申请公布日2021.04.09(21)申请号202011560625.5(22)申请日2020.12.25(71)申请人东北林业大学地址150040黑龙江省哈尔滨市香坊区和兴路26号东北林业大学(72)发明人朱沛杰　邢键　金林仟　李姝彬　(74)专利代理机构北京君泊知识产权代理有限公司11496代理人李丹(51)Int.Cl.G05D1/02(2020.01)权利要求 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 1页说明书5页附图4页(54)发明名称基于STM32的远程控制森林灭火车(57)摘要本发明公开了基于STM32的远程控制森林灭火车，包括基于STM32F103单片机的灭火车，充分挖掘了STM32的资源，利用串口，I2C总线进行芯片与传感器之间的通信，并且将主控板与WIFI模块相连，使得小车可以实现由安卓小程序，蓝牙，手机APP，PC机多终端遥控，通过WIFI模块作为媒介，可以将传感器的数据送给上位机，也可以通过上位机接收控制指令，再由STM32F105控制整个小车的运动，使用麦克纳姆轮作为小车的驱动轮，使小车能够适应多种地形，实现了喷水装置的自动控制并且能够根据火焰是否变化来判断喷出的水的距离是否能灭火，第一步先根据火焰位置来确定云台方向瞄准，第二步只要没在视频信息中识别出水雾，就加大水压或者更改水泵云台的仰角，直到视频信息中出现水雾为止。CN112631301ACN112631301A权　利　要　求　书1/1页1.基于STM32的远程控制森林灭火车，包括基于STM32F103单片机的灭火车，其特征在于：基于STM32F103单片机的灭火车包括WIFI传输模块、上位机、摄像头模块、yolov3深度学习模块、运动控制模块和驱动模块，基于STM32F103单片机的灭火车通过WIFI模块与上位机无线通信连接，摄像头模块、电源模块、显示终端与上位机电连接，yolov3深度学习模块与上位机电连接。2.如权利要求1所述的基于STM32的远程控制森林灭火车，其特征在于：WIFI传输模块包括WIFI无线远距离通信系统和上位机软件app，WIFI无线远距离通信系统和上位机软件app电连接，上位机软件app与上位机电连接。3.如权利要求1所述的基于STM32的远程控制森林灭火车，其特征在于：yolov3深度学习模块包括yolov3深度学习。4.如权利要求1所述的基于STM32的远程控制森林灭火车，其特征在于：运动控制模块包括超声波传感器、红外循迹传感器和小轮，超声波传感器采用HC‑SR04模块，红外循迹传感器采用TCRT5000红外传感器模块，小轮采用麦克纳姆轮，HC‑SR04模块和TCRT5000红外传感器模块均与上位机电连接。5.如权利要求1所述的基于STM32的远程控制森林灭火车，其特征在于：驱动模块包括云台舵机、步进电机模块和水泵控制，驱动模块采用MPU6050模块，云台舵机采用MG996R舵机云台模块，水泵控制L9110S水泵驱动模块。6.如权利要求1所述的基于STM32的远程控制森林灭火车，其特征在于：步进电机模块采用LV8731V。7.如权利要求1所述的基于STM32的远程控制森林灭火车，其特征在于：摄像头模块采用ov7725模块。2CN112631301A说　明　书1/5页基于STM32的远程控制森林灭火车技术领域[0001]本发明涉及智能控制领域和图像识别技术领域，特别涉及基于STM32的远程控制森林灭火车。背景技术[0002]在每年的防火期，由于气候的干燥，是火灾发生的高频期。[0003]尤其是在森林地带，一旦着火，就需要投入大量的人力物力来灭火，有的时候消防队员甚至要有生命危险。[0004]针对以上问题，对现有装置进行了改进，提出了基于STM32的远程控制森林灭火车，主要涉及复杂地形 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 识别，森林地带的灭火防火车的机械与智能控制以及基于yolov3深度学习的火焰和烟雾综合识别。发明内容[0005]本发明的目的在于提供基于STM32的远程控制森林灭火车，针对森林地带等复杂地貌的环境，用无人智能车来代替消防队员进入火场检测，用摄像头对火源进行追踪，实时传送回摄像头所采集到的视频画面，由视频图像自动识别火源，水枪会根据图像信息，自动对准火源进行喷水灭火，这样就能以最少的成本来达到最优的目的，并且可以让消防队员的生命安全得到一定的保障，并且由于可适应复杂地形，在城市火灾中也可以得到很好的运用，能够通过上位机实时的控制防火车的速度和调节舵机云台的角度，通过摄像头也能看到当前防火车前方的状况，并能够将视频信息实时传输回上位机加以图像处理，既有稳定性又大大节约了成本，解决了背景技术中的问题。[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ：基于STM32的远程控制森林灭火车，包括基于STM32F103单片机的灭火车，基于STM32F103单片机的灭火车包括WIFI传输模块、上位机、摄像头模块、yolov3深度学习模块、运动控制模块和驱动模块，基于STM32F103单片机的灭火车通过WIFI模块与上位机无线通信连接，摄像头模块、电源模块、显示终端与上位机电连接，yolov3深度学习模块与上位机电连接。[0007]进一步地，WIFI传输模块包括WIFI无线远距离通信系统和上位机软件app，WIFI无线远距离通信系统和上位机软件app电连接，上位机软件app与上位机电连接。[0008]进一步地，yolov3深度学习模块包括yolov3深度学习。[0009]进一步地，运动控制模块包括超声波传感器、红外循迹传感器和小轮，超声波传感器采用HC‑SR04模块，红外循迹传感器采用TCRT5000红外传感器，主要用于控制轨道车沿着固定的轨道路线行驶，或者是预设的标志性路径来行驶，最终找到行驶目标，超声波传感器使用HC‑SR04模块，专业超声波模块的性能稳定，精确度高，盲区较小，反馈速度快，经过实验测得，感应角度不大于15°，探测距离为2cm～450cm，精度可以达到0.3cm，盲区仅仅为2cm，可用于防火车的避障以及跟随功能模块，小轮采用麦克纳姆轮，HC‑SR04模块和TCRT5000红外传感器模块均与上位机电连接。3CN112631301A说　明　书2/5页[0010]进一步地，驱动模块包括云台舵机、步进电机模块和水泵控制，驱动模块采用MPU6050模块，MPU6050的主要功能是实现防火车运动时候的姿态微调功能，MPU6050的角速度全格感测范围为：±250，±500，±1000与±2000°/sec(dps)，可以准确追踪快速与慢速动作，并且，用户可程式控制的加速器全格感测范围为：±2g，±4g，±8g与±16g，产品传输可以透过最高至400kHz的I2C或最高达20MHz的SPI(MPU6000，因为MPU6050没有SPI)，云台舵机采用MG996R舵机云台模块，水泵控制L9110S水泵驱动模块，用于驱动水泵的工作，如果对视频进行图像分析识别的时候识别到有火源，就会在云台调至指定位置后，用L9110S驱动模块去喷水。[0011]进一步地，步进电机模块采用LV8731V，内置PWMV电流控制步进电机驱动芯片，其包含2种驱动模式，分别为DCM模式和STM模式，LV8731V额定工作电压为9～32V，输出峰值电流为2.5A；超低导通电阻(0.55Ω)，具有内置输出短路保护及异常状态警告输出功能；可设置4档通电电流模式，4种细分模式。[0012]进一步地，摄像头模块采用ov7725模块，利用ov7725模块:OV7725:其主要提供了D0～D7八个数字像素输出信号，VSYNC帧同步信号，HREF行同步信号，PCLK像素同步信号，SCCB总线(SDA，SCL)寄存器配置信号，XCLK工作时钟信号等引脚，在XCLK引脚上设计了一个24M的有源晶振作为0V7725工作的时钟信号，SCCB总线与I2C总线类似，因此，在SDA和SCL引脚设计了2个10K的上拉电阻与C51单片机的2个通用IO相连，利用STM32F103VET6通用IO模拟SCCB总线 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 的方式配置摄像头的不同图像数据格式输出、分辨率调整、自动曝光控制、自动增益控制、自动白平衡以及饱和度、亮度、对比度等参数。[0013]与现有技术相比，本发明的有益效果是：[0014]1.本发明提出的基于STM32的远程智能森林灭火车，能够通过上位机实时的控制防火车的速度和调节舵机云台的角度，通过摄像头也能看到当前防火车前方的状况，并能够将视频信息实时传输回上位机加以图像处理，既有稳定性又大大节约了成本。[0015]2.本发明提出的基于STM32的远程智能森林灭火车，运动控制模块包括超声波传感器、红外循迹传感器和小轮，超声波传感器采用HC‑SR04模块，红外循迹传感器采用TCRT5000红外传感器模块，小轮采用麦克纳姆轮，HC‑SR04模块和TCRT5000红外传感器模块均与上位机电连接，防火车可以实现基本的避障，循迹功能，避障使用HC‑SR04模块，当遇到障碍时，防火车会改变路径，循迹使用TCRT5000红外传感器模块，可以沿规划的路线进行行驶，也可以用该传感器实现一维跟人行驶，防火车的轮胎用麦克纳姆轮，可以实现复杂地貌的前进以及爬坡等高难度行驶，因此可以应对不同环境下的火灾路况，并且在自己所处的不同环境位置中可以对当前的地形有不同的行驶策略，防火车通过调节步进电机LV8731V的转速来增加防火车的移动速度，减少路程中的时间，在控制层面，防火车可以实现由Android APP，PC机等多种方式的控制，并且与上位机的连接方式有WIFI和蓝牙两种，摄像头模块用于拍摄防火车前方视频数据，并将视频数据通过WIFI模块送给上位机，上位机中通过前述方法可以实现对摄像头拍摄到的视频数据，进行实时返回，并交给上位机来处理，防火车自动用算法得到火源的位置，然后调用MG996R舵机云台模块以及MPU6050模块来调整云台的角度，最后调用L9110S模块来控制水泵喷水就可以实现不同情况下的灭火。[0016]3.本发明提出的基于STM32的远程智能森林灭火车，通过WIFI模块进行上位机与灭火车的数据通信，灭火车本身能适应森林等复杂环境地带的行驶，拥有循迹避障等多功4CN112631301A说　明　书3/5页能，通过摄像头实时返回路况图像数据给上位机，上位机通过yolov3深度学习不断训练，识别火源以及火灾信息，将数据返回给灭火车，进行灭火控制，完成对灭火任务以及资源节约，同时运用上位机软件app对灭火车进行指令控制，运用了WiFi模块进行无线数据传输，通过app控制灭火车运动，将灭火车实时路况传输给上位机信息处理系统，方便获取图像数据，yolov3深度学习模块包括yolov3深度学习，通过分析判定火源，进行灭火，通过不断训练，可以获得火源信息，通过分析防火车传来的图像数据，确定火源以及火势的大小，不断向防火车发送指令使其进行灭火。附图说明[0017]图1为本发明的基于STM32的远程控制森林灭火车总体结构关系图；[0018]图2为本发明的基于STM32的远程控制森林灭火车STM32F103原理图；[0019]图3为本发明的基于STM32的远程控制森林灭火车MPU6050模块原理图；[0020]图4为本发明的基于STM32的远程控制森林灭火车TCRT5000L红外循迹模块原理图；[0021]图5为本发明的基于STM32的远程控制森林灭火车HC‑SR04超声波模块原理图；[0022]图6为本发明的基于STM32的远程控制森林灭火车L9110S水泵驱动模块原理图；[0023]图7为本发明的基于STM32的远程控制森林灭火车yolo3提取图像数据深度学习 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图；[0024]图8为本发明的基于STM32的远程控制森林灭火车供电系统框图；[0025]图9为本发明的基于STM32的远程控制森林灭火车防火车功能实现流程图。具体实施方式[0026]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0027]实施例一[0028]参阅图1‑9，基于STM32的远程控制森林灭火车，包括基于STM32F103单片机的灭火车，基于STM32F103单片机的灭火车包括WIFI传输模块、上位机、摄像头模块、yolov3深度学习模块、运动控制模块、驱动模块、步进电机模块和L9110S水泵驱动模块，基于STM32F103单片机的灭火车通过WIFI模块与上位机无线通信连接，摄像头模块、电源模块、显示终端与上位机电连接，yolov3深度学习模块与上位机电连接，yolov3深度学习模块包括yolov3深度学习，本发明由STM32F1主控板控制，主要分为防火车的运动控制系统，识别火灾系统，火灾控制系统，由18650锂电池组，使用DC直流电源插口，经过主板上面的总开关后，给整个系统供电，同时采用WC70H(DC_DC5V)+AM117/A(LDO3.3V)解决方案，给不同模块进行供电，使各个模块在适合的工作电压下进行工作。[0029]基于yolov3深度学习的火焰和烟雾综合识别：首先筛选，主干特征提取网络darknet53，提取特征，其使用了残差网络Residual，输入图片进行下采样，宽高不断被压缩，通道数不断扩张，由其分解，之后进行卷积运算，darknet53的每一个卷积部分使用了特5CN112631301A说　明　书4/5页有的DarknetConv2D结构，每一次卷积的时候进行l2正则化，完成卷积后进行BatchNormalization标准化与LeakyReLU，普通的ReLU是将所有的负值都设为零，Leaky ReLU则是给所有负值赋予一个非零斜率，以数学的方式我们可以表示为：[0030][0031]在特征利用部分，yolo3提取多特征层进行目标检测，一共提取三个特征层，三个特征层位于主干部分darknet53的不同位置，分别位于中间层，中下层，底层，三个特征层进行5次卷积处理，处理完后一部分用于输出该特征层对应的预测结果，一部分用于进行反卷积UmSampling2d后与其它特征层进行结合yolo3的3个特征层分别将整幅图分为13x13、26x26、52x52的网格，每个网络点负责一个区域的检测，将每个网格点加上它对应的x_offset和y_offset，加完后的结果就是预测框的中心，然后再利用先验框和h、w结合计算出预测框的长和宽，就能得到整个预测框的位置了，最终的预测结构后还要进行得分排序与非极大抑制筛选获得结果，其次训练，计算loss所需参数，通过pred和target判断真实框在图片中的位置，判断其属于哪一个网格点去检测；判断真实框和哪个先验框重合程度最高；计算该网格点应该有怎么样的预测结果才能获得真实框；对所有真实框进行如上处理；获得网络应该有的预测结果，将其与实际的预测结果对比，网络最后输出的内容就是三个特征层每个网格点对应的预测框及其种类，即三个特征层分别对应着图片被分为不同size的网格后，每个网格点上三个先验框对应的位置、置信度及其种类。[0032]实施例二[0033]参阅图1‑9，基于STM32的远程控制森林灭火车，包括基于STM32F103单片机的灭火车，基于STM32F103单片机的灭火车包括WIFI传输模块、上位机、摄像头模块、yolov3深度学习模块、运动控制模块、驱动模块、步进电机模块和L9110S水泵驱动模块，基于STM32F103单片机的灭火车通过WIFI模块与上位机无线通信连接，摄像头模块、电源模块、显示终端与上位机电连接，yolov3深度学习模块与上位机电连接，基于STM32的远程控制森林灭火车，包括基于STM32F103单片机的灭火车，基于STM32F103单片机的灭火车包括WIFI传输模块、上位机、摄像头模块、yolov3深度学习模块、运动控制模块、驱动模块、步进电机模块和L9110S水泵驱动模块，基于STM32F103单片机的灭火车通过WIFI模块与上位机无线通信连接，摄像头模块、电源模块、显示终端与上位机电连接，yolov3深度学习模块与上位机电连接，在车身加装步进电机模块、循迹模块、超声波模块、红外传感模块，水泵模块，摄像模块以及舵机云台模块，供电系统为车身和各模块独立供电，STM32F103开发板作为主控芯片，拥有上位机进行图像识别以及对防火车的指令控制，防火车通过摄像头接收路况以及火灾信息，实时反馈给上位机，通过上位机对信息的判断进行喷水控制，数据处理服务器通过上位机的yolov3深度学习，不断训练对火灾信息的掌握，当防火车行驶时，由摄像头实时反馈图像数据，通过上位机接收图像数据后，进行yolov3深度学习寻找火源以及火势的大小，将指令返回给防火车进行灭火的操作；远端遥控装置中处理的数据包括：防火车实时影像数据、防火车地形地况数据、超声波测距数据、防火车状况数据、防火车响应信息，用于控制通过无线信号远端控制防火车，在上位机编程软件中预定义各个动作对应的各个指令，通过防火车内部的STM32F103芯片及C51程序识别指令间不同的电压变化，从而控制防火车作出对应机6CN112631301A说　明　书5/5页械运动响应，反馈防火车响应信息，传感器网络为WIFI通讯网络，可以远距离，低功耗，低成本的检测灭火车的情况，并通过上位机软件app控制灭火车的各种行动，yolov3深度学习通过不断训练，可以获得火源信息，通过分析防火车传来的图像数据，确定火源以及火势的大小，不断向防火车发送指令使其进行灭火，基于STM32F105主控芯片，充分挖掘了STM32的资源，利用串口，I2C总线进行芯片与传感器之间的通信，并且将主控板与WIFI模块相连，使得小车可以实现由安卓小程序，蓝牙，手机APP，PC机多终端遥控，另外，通过WIFI模块作为媒介，可以将传感器的数据送给上位机，也可以通过上位机接收控制指令，再由STM32F105控制整个小车的运动，小车使用麦克纳姆轮作为小车的驱动轮，使小车能够适应多种地形，在火焰识别部分，采用基于yolov3深度学习的方法来对视频信息进行图像识别处理，可以识别摄像头传回的视频中的火焰信息以及烟雾信息，并由此提出了基于火焰和水雾混合的图像识别算法，即用火焰和烟雾来对火焰进行综合判决，实现了喷水装置的自动控制并且能够根据火焰是否变化来判断喷出的水的距离是否能灭火，提高了灭火车的无人智能功能，具体功能用两步自动控制实现，第一步先根据火焰位置来确定云台方向瞄准，第二步只要没在视频信息中识别出水雾，就加大水压或者更改水泵云台的仰角，直到视频信息中出现水雾为止。[0034]综上所述：本发明提供的基于STM32的远程智能森林灭火车，防火车可以实现基本的避障，循迹功能，避障使用HC‑SR04模块，当遇到障碍时，防火车会改变路径，循迹使用TCRT5000红外传感器模块，可以沿规划的路线进行行驶，也可以用该传感器实现一维跟人行驶，防火车的轮胎用麦克纳姆轮，可以实现复杂地貌的前进以及爬坡等高难度行驶，因此可以应对不同环境下的火灾路况，并且在自己所处的不同环境位置中可以对当前的地形有不同的行驶策略，防火车通过调节步进电机LV8731V的转速来增加防火车的移动速度，减少路程中的时间，在控制层面，防火车可以实现由Android APP，PC机等多种方式的控制，并且与上位机的连接方式有WIFI和蓝牙两种，摄像头模块用于拍摄防火车前方视频数据，并将视频数据通过WIFI模块送给上位机，上位机中通过前述方法可以实现对摄像头拍摄到的视频数据，进行实时返回，并交给上位机来处理，防火车自动用算法得到火源的位置，然后调用MG996R舵机云台模块以及MPU6050模块来调整云台的角度，最后调用L9110S模块来控制水泵喷水就可以实现不同情况下的灭火，能够通过上位机实时的控制防火车的速度和调节舵机云台的角度，通过摄像头也能看到当前防火车前方的状况，并能够将视频信息实时传输回上位机加以图像处理，既有稳定性又大大节约了成本。[0035]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。[0036]以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。7CN112631301A说　明　书　附　图1/4页图1图28CN112631301A说　明　书　附　图2/4页图3图4图59CN112631301A说　明　书　附　图3/4页图6图710CN112631301A说　明　书　附　图4/4页图8图911