CN105892538B - 用于构建主动消防体系及智慧建筑的智能终端和智能终端*** - Google Patents

Abstract

一种用于构建主动消防体系及智慧建筑的智能终端，包括外壳和安装在外壳上形成一个整体的微处理机、通讯模块、主动消防感知模块和空气质量监测模块，主动消防感知模块、空气质量监测模块和通讯模块分别与微处理机相连；主动消防感知模块包括可燃气体及烟雾浓度传感器，温度传感器，以及用于监测建筑结构震动、建筑结构姿态以便判断建筑结构是否安全的陀螺传感器；空气质量监测模块包括TVOC空气质量传感器和PM传感器。本发明智能终端功能全面，能帮助人类有效监测不能数字化或敏感度较差的重要消防影响因素、空气质量影响因素、环境影响因素，并能将监测结果反应到用户的移动终端，使人们可以方便全面的了解监测区域的安全、舒适状况。

Description

用于构建主动消防体系及智慧建筑的智能终端和智能终端 ***

技术领域

本发明涉及一种集主动消防检测及预警、空气质量检测及预警、环境监测及预警、家居或办公设备遥测遥控等功能的智能终端和智能终端***。

背景技术

智慧建筑是在互联网高度发展背景下提出的概念，智慧建筑的最终目的是让人的工作、生活环境更加舒适、方便、安全。

随着人类消费需求的提高，对住宅智慧化的要求也不断发展。今天的智慧建筑***拥有更加丰富的内容，***配置也越来越复杂。当前的智慧建筑覆盖了各个方面，包括网络接入***、防盗报警***、消防报警***、电视对讲门禁***、煤气泄露探测***、远程抄表(水表、电表、煤气表)***、紧急求助***、远程医疗诊断及护理***、室内电器自动控制管理及开发***、集中供冷供热***、网上购物***、语音与传真(电子邮件)服务***、网上教育***、股票操作***、视频点播、付费电视***、有线电视***等等，各种新鲜的名词逐渐成为智慧建筑的组成部分。

综合分析当前市场上已有的智慧建筑产品，它们都是功能单一的产品，比如，安装联网的摄像头，它只能让人通过观看图像获知监测区域具体的活动情况，不但耗费时间和大量的流量，而且，这种方式对隐私不利。在对室内电器的控制方面，目前市场上的主流产品，就是通过使智能设备学习电器遥控代码，然后让智能设备发挥遥控器的功能。

总之，目前市场上与构件智慧建筑相关的产品很多，但功能都非常单一，不能实现真正的智能控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于构建智慧建筑的智能终端。

首先，本发明提供一种能实现消防和空气质量主动感知及预警的智能终端。

本发明通过如下技术方案实现其发明目的：一种用于构建主动消防体系及智慧建筑的智能终端，包括外壳和安装在外壳上形成一个整体的微处理机、通讯模块、主动消防感知模块和空气质量监测模块，所述主动消防感知模块、空气质量监测模块和所述通讯模块分别与所述微处理机相连；

所述主动消防感知模块包括可燃气体及烟雾浓度传感器，温度传感器，以及用于监测建筑结构震动、建筑结构姿态以便判断建筑结构是否安全的陀螺传感器，本发明采用陀螺传感器监测建筑结构的震动、建筑结构的姿态，不但灵敏度高，而且体积可以很小巧；

所述空气质量监测模块包括TVOC空气质量传感器和PM传感器，以监测当前公认的对健康威胁较大的空气质量影响参数；

所述微处理机被配置为，通过所述主动消防感知模块和所述空气质量监测模块收集涉及消防安全和空气质量的参数的信息，然后与预设的关于消防安全和空气质量的阀值进行比对，并通过所述通讯模块将收集的信息和比对后的评价结果发送到云端服务器和/或移动终端。

所述温度传感器为红外温度感应器。

所述TVOC空气质量传感器为甲醛浓度传感器。

所述PM传感器包括PM1传感器、PM2.5传感器、PM10传感器。

所述智能终端还包括报警模块，所述报警模块安装在所述外壳上与所述微处理机相连，所述阀值包括警戒水平线，所述微处理机被配置为，在所述参数超过其警戒水平线时，即存在危险情况时，通过所述报警模块发出警戒信号，提醒附近人群危险因素的存在，以便尽快采取安全措施。

所述智能终端还包括环境监测模块，所述环境监测模块安装在所述外壳上与所述微处理机相连，所述环境监测模块包括大气压力传感器和湿度传感器，所述微处理机被配置为，通过所述环境监测模块收集涉及环境舒适的参数的信息，然后与预设的关于环境舒适的阀值进行比对，并通过所述通讯模块将收集的信息和比对后的评价结果发送到所述云端服务器和/或移动终端。

本发明智能终端还扩展有安全防盗功能，主要表现如下：

所述智能终端还包括人体红外传感器，所述人体红外传感器安装在所述外壳上与所述微处理机，所述微处理机被配置为，通过所述人体红外传感器感知监测区域是否有人，并将结果通过所述通讯模块发送到所述云端服务器和/或移动终端。所述智能终端还包括图像采集模块，所述图像采集模块包括若干个CMOS摄像头，所述CMOS摄像头安装在所述外壳的不同面上，以便对监测区域进行全方位拍摄，所述图像采集模块还包括视频场行分离电路，和硬件二值电路，所述CMOS摄像头输出的视频信号经所述视频场行分离电路后输出到所述硬件二值电路，所述硬件二值电路将所述视频场行分离电路输出的图像信号进行二值化处理后再输出到所述微处理机，所述微处理机被配置为，通过所述图像采集模块获取监测区域的图像信息，根据所述图像信息辨识监测区域内的人员信息，然后通过所述通讯模块将所述人员信息发送到所述云端服务器和/或移动终端。

所述智能终端还包括图像采集模块，所述图像采集模块包括若干个CMOS摄像头，所述CMOS摄像头安装在所述外壳的不同面上，以便对监测区域进行全方位拍摄，所述图像采集模块还包括视频场行分离电路，为了保护人们的隐私，所述图像采集模块还包括硬件二值电路，所述CMOS摄像头输出的视频信号经所述视频场行分离电路后输出到所述硬件二值电路，所述硬件二值电路将所述视频场行分离电路输出的图像信号进行二值化处理后再输出到所述微处理机，所述微处理机被配置为，通过所述图像采集模块获取监测区域的图像信息，根据所述图像信息辨识监测区域内的人员信息，然后通过所述通讯模块将所述人员信息发送到所述云端服务器和/或移动终端。所述人员信息包括是否有人、人员数量和人员活动轨迹。

本发明安全防盗功能采用人体红外传感器和图像采集模块的组合方案，解决了通过人体红外传感器只能辨识人员有无，而无法提供更详细的人员信息的问题，采用人体红外传感器和图像采集模块组合，利用人体红外传感器的感知结果修正图像采集模块的辨识结果，解决了CMOS摄像头对光线敏感，在光照不足时，可能出现可靠性不高的问题，具体体现在：

所述微处理机被配置为，利用所述人体红外传感器的感知结果对所述图像采集模块的辨识结果进行率定，若两者的人员有无信息判断不一致，则调节环境光照，然后通过所述图像采集模块重新获取监测区域的图像信息，根据重新获取的图像信息辨识监测区域内的人员信息，以便对前一次辨识的人员信息进行修正，并通过所述通讯模块将修正后的所述人员信息发送到所述云端服务器和/或移动终端。

所述微处理机获取所述人员信息的具体过程为：

1)获取标定图像

通过人体红外感应器感应到监测区域无人时，周期性更新监测区域无人时的标定图像，所述标定图像为由通过所述CMOS摄像头获取的在监测区域无人时的背景图像；

2)分离出动态特征

通过人体红外感应器感应到监测区域有人时，停止更新所述标定图像，通过CMOS摄像头周期性采集监测区域的图像，将周期性采集的每一帧图像与所述标定图像进行一次差分，分离出当前图像相比于所述标定图像的动态特征；

3)辨识引起所述动态特征的对象是否为人

根据智能终端离监测区域监测基面的距离，对监测区域的图像区域化，，然后，根据所述动态特征在其所属区域中所占的比率，判断其所代表的对象是否可能为人；

若判断所述动态特征代表的对象可能为人，将经所述一次差分处理后的图像相邻帧之间进行二次差分，根据两图像之间的差异情况，确定所述动态特征代表的对象是否为人；

4)获取人的位置信息

对一次差分处理后的图像进行再次二值化处理，并将处理后的图像网格化，以便标识坐标，对所述经再次二值化处理后的图像进行膨胀处理，以形成连通域，膨胀处理即使图像中所述动态特征的图像充满其所涉猎的网格，以代表人的动态特征对应的连通域的中心坐标作为该人的坐标；

5)确认人员数量信息

计算代表人的连通域的数量，得到监测区域中的人员数量信息；

6)确认人员活动轨迹信息

对每一帧图像中代表人的连通域的中心进行描点，然后将选定时间段内所有的描点按照时间顺序连接，最后将这些连好的点加载到所述标定图像上，得到人员活动轨迹信息。

本发明智能终端还能实现设备的遥测遥控，主要通过如下技术特征实现：

所述智能终端还包括红外模块，所述红外模块安装在所述外壳上与所述微处理机相连，所述红外模块包括红外发射模块和红外接收模块，所述微处理机被配置为，通过所述红外接收模块接收遥控器发出的红外信号，学习所述遥控器对应的红外编码，以获得与所述遥控器相同的功能；

所述微处理机还被配置为，根据控制指令，通过所述红外发射模块发射同所述遥控器具有相同红外编码的红外信号，以便通过所述智能终端直接控制原本由所述遥控器控制的设备。

所述微处理机被配置为，根据控制指令，通过所述通讯模块输出控制信号到用电管理智能负荷控制器，控制所述用电管理智能负荷控制器各通道的开断，从而控制通过所述用电管理智能负荷控制器获取工作电源的设备的工作状态，获取或配置所述用电管理智能负荷控制器各通道的用电参数。

所述智能终端可通过如下方式获取所述控制指令：

所述微处理机被配置为，通过所述通讯模块接收所述云端服务器和/或移动终端发出的控制指令。

为增强用户体验，所述智能终端还包括语音识别模块，所述语音识别模块安装在所述外壳上与所述微处理机相连，所述微处理机被配置为，通过所述语音识别模块获取用户的语音控制指令，以便进行相关操作，并将所述相关操作的执行结果通过所述语音识别模块反馈给用户，以实现人机的语音互动。

作为另一种互动方式，所述外壳上还安装有不同颜色的LED灯，所述LED灯与所述微处理机相连，所述微处理机被配置为，通过控制所述LED灯的开关、亮度和色彩以实现与用户的互动。

所述通讯模块包括以下一项或多项：WIFI模块、ZigBee模块、蓝牙模块等。

本发明还提供一种由所述智能终端组成的智能终端***，所述智能终端***包括所述智能终端，一个以上的用电管理智能负荷控制器，路由器，云端服务器和/或移动终端，所述移动终端通过互联网或无线局域网与所述路由器相连，所述路由器和所述用电管理智能负荷控制器通过无线局域网与所述智能终端相连。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：1)本发明智能终端功能全面，能帮助人类有效监测不能数字化或敏感度较差的重要消防影响因素、空气质量影响因素、环境影响因素，并能将监测结果反应到用户的移动终端，使人们可以方便全面的了解监测区域的安全、舒适状况；

2)本发明智能终端在监测上述影响因素的同时，还将它们的监测值与预设的阀值进行比对，然后将比对后的评价结果传送到移动终端或报警模块，一方面能直观告知用户其关心的指标(消防、控制质量、环境)的现状，同时还能及时提醒用户不安全或对健康不利的指标的存在，以便用户或相关人员尽快采取措施；

3)本发明智能终端设置红外模块，能通过红外模块自动学习遥控器的红外编码，从而发挥与遥控器相同的功能，另一方面，本发明智能终端能与用电管理智能负荷控制器配合，实现多种电器的遥测遥控；

4)本发明智能终端设置语音识别模块，能实现人机的语音互动，支持语音控制，提升用户体验；

5)本发明智能终端采用复合结构，支持无线通讯，减少繁杂的线路连接，简化复杂的安装调试工作。

附图说明

图1为本发明智能终端的通信***总体结构图；

图2为本发明较佳实施例的智能终端的结构框图；

图3为本发明智能终端输出的评价结果和采集的信息在移动终端上的显示效果图；

图4为本发明较佳实施例的智能终端选用的微处理机的最小***电路图；

图5为本发明较佳实施例的智能终端的AC‐12V DC转换电路的电路原理图；

图6为本发明较佳实施例的智能终端的12V‐5V转换电路的电路原理图；

图7为本发明较佳实施例的智能终端的5V‐3.3V转换电路的电路原理图；

图8为本发明较佳实施例的智能终端的可燃气体及烟雾传感器的电路原理图；

图9为本发明较佳实施例的智能终端的甲醛浓度传感器的电路原理图；

图10为本发明较佳实施例的智能终端的语音识别芯片的电路原理图；

图11为本发明较佳实施例的智能终端的语音识别芯片与喇叭接口之间的功率放大电路的电路原理图；

图12为本发明较佳实施例的智能终端的图像采集模块的电路原理图；

图13为本发明较佳实施例的智能终端的Wifi模块的电路原理图。

具体实施方式

图1为本发明智能终端的通信***总体结构图，如图1所示，本发明采用智能终端作为中央控制器，以wifi(或ZigBee、蓝牙)协议为基础组建局域网。局域网内用户可通过智能终端上的app连接室内路由器，通过在app上发送控制指令到中央控制器，通过中央控制器控制作为智能开关的用电管理智能负荷控制器各通道的开断，从而实现对关联的电器设备(如：进风***、排风***、喷淋***、紫外灯***等)的控制。远程用户可通过登录WEB服务器，在授权身份确认后，加入互联网，通过中央控制器、智能开关，实现对关联的电器设备的遥测、遥控。

图1中的智能开关为市场上的现有产品，为ST系列交流过零点无电弧用电管理智能负荷控制器，能对任意多个电器对象进行在线控制，并实现能源监测。

图2为本发明具体实施例的智能终端的结构框图，本发明智能终端采用wifi协议为基础组建局域网。

智慧建筑***常用的网络协议比较

构建基于互联网通讯平台的智慧建筑，智能终端的通讯方式主要有：wifi通讯，蓝牙通讯以及ZigBee通讯。对于这几种通讯方式，表1做了相关介绍和比较。

表1

技术名称	ZigBee	Wifi	蓝牙
				传递速度	100kbps	11‐300Mbps	1Mbps
通讯距离	10‐100m	10‐200m	10‐20m
				频段	2.4GHz,915MHz,868MHz	2.4GHz，5GHz	2.4GHz
安全性	高	低	高
				功耗	5ma	10‐50ma	20ma

通过以上信息的对比，结合目前广泛应用的wifi的特点，本发明智能终端首选无线wifi作为通讯平台，ZigBee及蓝牙作为选择性无线通道，wifi模块电源采用+12Vdc或110--220Vac。

wifi采用的工业标准协议是IEEE 802.11。IEEE802.11协议最高带宽为11Mbps，在信号较弱或者有干扰的情况下可自动调整，确保网络的可靠性和稳定性。在开放的情况下通讯距离可达305米，封闭情况下可达76米到122米不等，可以与有线的以太网或***、***、中国电信等各类3G、4G、5G、GPRS等数据通道协调，构建互联网+智能***的通讯体系。如图2所示，本实施例智能终端组成上包括微处理机(即图2中的单片机)，通讯模块和主动消防感知模块、空气质量监测模块、环境监测模块，主动消防感知模块、空气质量监测模块、环境监测模块和通讯模块分别与微处理机相连。当然，本实施例智能终端还包括外壳，上述部件安装在所述外壳内或外壳上，以形成一个整体。

图2中，主动消防感知模块主要包括用于检测监测区域内烟雾浓度和可燃气体浓度的可燃气体及烟雾浓度传感器，用于测量环境温度的温度传感器，用于监测安装结构如建筑结构震动、建筑结构姿态的陀螺传感器。

图2中，空气质量监测模块主要包括甲醛浓度传感器。当然，在其它实施例中还可以包括PM传感器，如pm2.5，pm10，pm1传感器。

图2中，环境监测模块主要包括大气压力传感器，湿度传感器。

微处理机通过主动消防感知模块、空气质量监测模块、环境监测模块收集各种消防影响因素、空气质量影响因素、环境影响因素的信息，然后与内部预设的阀值如警戒水平线进行比对，并通过通讯模块将比对后的评价结果和收集的信息发送到移动终端，以便起到安全预警的功能。移动终端上的显示效果图如图3所示。

本实施例的智能终端还配置有报警模块，报警模块安装在外壳上与微处理机相连。在微处理机监测到某影响因素的监测值超过其警戒水平线时，即监测到危险存在时，通过所述报警模块发出警戒信号，如声光提醒信号等，甚至，不同原因的警戒发出不同的警戒信号，如甲醛浓度超标，对应一种声光信号，而可燃气体或烟雾浓度超标，对应另一种声光信号。该功能主要用于提醒位于智能终端附近的人群危险因素的存在，以便尽快采取安全措施。

本发明智能终端还具有安全防盗功能，主要通过人体红外传感器和图像采集模块实现。

人体红外传感器安装在外壳上与微处理机相连，微处理机通过人体红外传感器感知监测区域是否有人，并将结果通过通讯模块发送到移动终端。采用人体红外传感器感知监测区域是否有人有一个好处，它不受光线限制，在黑夜也可以进行准确判断。它的缺点是，只能判断是否有人，而无法给出更详细的信息。为此，本发明还设置有CMOS摄像头。

本发明设置四个CMOS摄像头，CMOS摄像头安装在外壳的不同面上，以便对监测区域进行全方位拍摄，为了保护人们的隐私，本发明图像采集模块不将拍摄的原图像直接输入微处理机，而是在对其进行硬件二值化处理后再输入到微处理机。微处理机通过输入的监测区域的图像信息，辨识监测区域内的人员信息，然后通过通讯模块将所述人员信息发送到移动终端。这里的人员信息主要是指是否有人、人员数量和人员活动轨迹。

CMOS摄像头对光线较为敏感，在光线较弱时，输入到微处理机的图像信息可能无法准确辨别。本发明采用人体红外传感器和CMOS摄像头协同工作，利用人体红外传感器对通过CMOS摄像头的人体识别结果进行率定，以确保通过CMOS摄像头特别是在黑暗环境中辨识的可靠性，并能及时对是否需要主动开灯等智慧行为提供决策依据。

微处理机通过输入的经二值化处理的图像，辨识是否有人、人员数量、人员活动轨迹等人员信息。

具体过程如下：

1)获取标定图像

通过人体红外感应器感应到监测区域无人时，每5秒自动更新一次监测区域无人时的标定图像，所述标定图像为由通过所述CMOS摄像头获取的在监测区域无人时的背景图像。

2)分离出动态特征

通过人体红外感应器感应到监测区域有人时，停止更新所述标定图像，通过CMOS摄像头周期性采集监测区域的图像，将周期性(如1S采集一次)采集的每一帧图像与所述标定图像进行一次差分，分离出当前图像相比于所述标定图像的动态特征。

3)辨识引起所述动态特征的对象是否为人

根据智能终端离监测区域监测基面(一般指地面)的距离，对监测区域的图像区域化，一般智能终端安装位置越高，监测基面离开智能终端越远，划分的区域就应越多。如智能终端离地3米时，将图像划分成64格，离地5米时，将图像划分成128格，或将智能终端附近位置处的图像划分成64格，而将远离智能终端即监测区域边缘位置处的图像划分成128格。然后，根据所述动态特征在其所属区域中所占的比率，判断其所代表的对象是否可能为人。由于图片采集的频率较高，由阴影或一些小物体如昆虫等引起的当前图像相比于标定图像的差别特征也即所述动态特征，在相应区域中所占的比率较低，可直接排除引起所述动态特征的对象为人的可能性，该步骤使本发明的智能终端判断的准确性更高，使其判断结果更加可靠。

若判断所述动态特征代表的对象可能为人，将经所述一次差分处理后的图像相邻帧之间进行二次差分，根据两图像之间的差异情况，确定所述动态特征代表的对象是否为人。

4)获取人的位置信息

对一次差分处理后的图像进行再次二值化处理(这里的再次二值化处理是相对于上面的硬件二值化处理过程而言)，并将处理后的图像网格化，以便标识坐标，为了方便的确定坐标，对所述经再次二值化处理后的图像进行膨胀处理，以形成连通域，膨胀处理即使图像中所述动态特征的图像充满其所涉猎的网格，以代表人的动态特征对应的连通域的中心坐标作为该人的坐标。

5)确认人员数量信息

计算代表人的连通域的数量，得到监测区域中的人员数量信息。

6)确认人员活动轨迹信息

对每一帧图像中代表人的连通域的中心进行描点，然后将选定时间段内所有的描点按照时间顺序连接，最后将这些连好的点加载到所述标定图像上，得到人员活动轨迹信息。

在由于背景颜色或光线问题导致分辨率差的监测区域中，可采用256灰度化处理方式替代所述硬件二值化处理过程。甚至可采取同时在微处理机(DSP)内设置二值化处理功能模块和灰度化处理功能模块，然后由微处理机根据分辨情况，灵活调配。

本发明在识别出人员信息后，还可设置报警机制，如在用于孤寡老人等特殊人群监护时，进行行为分析，在察觉到被监测的对象处于不合理位置和/或一定时间静止不动时，启动报警机制。

本发明智能终端还具有家电控制功能。家电控制功能主要通过红外模块和控制智能开关实现。

微处理机在收到控制指令后，可根据控制指令，通过通讯模块控制智能开关各通道的开断，从而控制通过智能开关获取工作电源的设备的工作状态，获取或配置智能开关各通道的用电参数，或通过红外模块发挥遥控器的功能，控制各红外遥控设备的工作状态。

所述红外模块安装在外壳上与微处理机相连。所述红外模块包括红外发射模块和红外接收模块，微处理机通过所述红外接收模块接收遥控器发出的红外信号，学习所述遥控器对应的红外编码，以获得与所述遥控器相同的功能，在收到控制指令后，通过所述红外发射模块发射同所述遥控器具有相同红外编码的红外信号，以便通过智能终端直接控制原本由所述遥控器控制的设备如遥控电视，空调等。

微处理机可通过多种方式获取控制指令，实现与人的互动。

微处理机可通过通讯模块接收移动终端发来的控制指令，还可通过与其相连的语音识别模块来获取语音控制指令，以实现与人的语音互动。

语音识别模块安装在外壳上，主要由语音识别芯片、MIC(麦克风)、喇叭组成，MIC、喇叭与语音识别芯片相连，语音识别芯片与微处理机相连。

微处理机通过语音识别模块获取用户的语音控制指令，以便进行相关操作，如根据所述语音控制指令对智能开关发布控制命令，实现各种语音控制功能，例如，控制灯光、风机、水泵、净化装置、灾害报警器等，并将所述相关操作的执行结果再通过语音识别模块反馈给用户，实现人机的语音互动。

作为另一种互动方式，外壳上还安装有三种不同颜色的LED灯，分别为红、绿、蓝，所述LED灯与所述微处理机相连，微处理机控制所述LED灯的开关和亮度，以实现终端的彩色灯光与用户的互动。

下面介绍下图2中实施例的智能终端各部分的具体电路结构。

微处理机

本实施例选用的主微处理机型号为STM32f103rc(也可以是其它任何能满足本发明设计要求的微处理机)，其特点：内核：ARM32位Cortex-M3CPU，最高工作频率72MHz，1.25DMIPS/MHz，微功耗：3种低功耗模式：休眠，停止，待机模式，具有为RTC(Real-TimeClock)和备份寄存器供电的VBAT。本实施例选用的微处理机的最小***电路如图4所示，主要包括JTAG下载电路，复位电路，时钟电路。

电源电路

本发明智能终端对电源需求可采用嵌入的锂电池作为电源或直接连接市电获取供电电源，当有市电时，由市电承载所有能耗，同时给所述锂电池充电，当市电缺失时，自动切换到由锂电池供电，保证智能终端在停电期间的正常监测功能。智能终端内部采用了三级直流电压，其中LED驱动芯片的驱动电压为12V，传感器的供电电压均为5V，微处理机以及存储芯片的供电电压为3.3V，良好稳定的电源保障了***的稳定运行，以及传感器数据传输的可靠性。

AC‐12V DC转换电路

智能终端内的供电电压设计为12V(也可以是其他等级的电压)，因此，智能终端的电源电路需要将110Vac-220Vac交流电转换成12v直流电。本发明主要通过高频开关完成电源转换，转换电路的原理图如图5所示。

12V‐5V转换电路

12V到5V的转换主要通过开关型降压稳压器LM2576T实现，电路原理图如图6所示。这种稳压芯片能够驱动3A的负载，一般情况下不需要外加散热片，它在指定输入电压和输出负载的条件下，能保证输出电压的误差在±4％内，以及振荡器频率的误差在±10％内。

5V‐3.3V转换电路

本发明主要采用低功耗稳压芯片AMS1117实现5V到3.3V的转换，转换电路原理图如图7所示。低功耗稳压芯片AMS1117是一款低压差三端稳压器IC，输出电流：1A、压差：5mV典型值、超低功耗：2uA、输出电压3.3V、输出电压精度：±2％、芯片封装：SOT89、TO-92、SOT23，非常适合用于安防消防等电子产品的电源转换。

本实施例传感器的选择及其电路结构

本实施例智能终端将温度传感器、湿度传感器、气压传感器、可燃气体及烟雾传感器、甲醛浓度传感器、语音识别模块等集成在一个设备中，将所有传感器的信息集中处理，有效解决了传统构建智慧建筑的产品存在的类型繁多，功能单一的问题，有助于用户对建筑环境的集中监测和管理。

红外温度感应器

本实施例采用的温度传感器为红外温度感应器。本实施例中红外温度感应器的型号为MLX90614。MLX90614是一款红外非接触温度计。TO-39金属封装里同时集成了红外感应热电堆探测器芯片和信号处理专用集成芯片。由于集成了低噪声放大器、17位模数转换器和强大的数字信号处理单元，使得高精度和高分辨度的温度计得以实现。

常见的测温方式可分为接触式和非接触式，接触式测温只能测量被测物体与测温传感器达到热平衡后的温度，所以响应时间长，且极易受环境温度的影响；而红外测温是根据被测物体的红外辐射能量来确定物体的温度，不与被测物体接触，具有不影响被测物体温度分布，且温度分辨率高、响应速度快、测温范围广、稳定性好等特点。

人体红外传感器

本实施例选用型号为HC-SR501的人体红外传感器，该人体红外传感器采用LHI778热释红外感应探头，灵敏度高，可靠性强，支持超低电压工作模式，其工作电压为4.5-20v，工作温度为-30-70摄氏度。

可燃气体及烟雾传感器

可燃气体及烟雾传感器依据室内消防监测现行标准配套，用于监测室内的烟雾浓度和可燃气体浓度。当室内的烟雾浓度或可燃气体浓度超过标准状态时，及时作出预警、预报。

图8为本实施例可燃气体及烟雾传感器的电路原理图，如图所示，MQ-2是一款气体传感器，它所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大，所以使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的电信号输出。

MQ-2气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。

甲醛浓度传感器

研究表明，甲醛超标是具有致癌的危险的。因此建筑内甲醛气体的检测具有重要意义的。本实施例选择MS1100-P111传感器模块作为甲醛浓度传感器的主要部件。MS1100-P111传感器模块选用MS1100为核心传感器探头。MS1100是一款半导体式VOC气体传感器，具有极高的灵敏度和稳定性，能够侦测0.01ppm以上的气体，适用于检测空气中的甲醛、苯、二甲苯等多种有机挥发成分，体积小巧、响应速度快，能够保障对室内环境中甲醛含量的在线监测，其电源电压为5V，工作电流100ma，检测浓度范围为0-1000ppm，工作温度为-10-60度。本实施例甲醛浓度传感器的电路原理图如图9所示。

振动传感器

振动传感器用于检测建筑结构(将本发明智能终端直接固定在建筑上)的振动频率、振动幅度和结构的姿态及其变化，达到监测建筑结构稳定性和安全性的目的。本实施例中具体选择电子陀螺仪作为建筑结构振动、建筑结构姿态的检测单元，其型号MPU-6000，为6轴运动陀螺组件，相较于多组件方案，免除了组合陀螺仪与加速器时之轴间差的问题，减小了体积。

湿度传感器

本实施例湿度监测选用数字一体化温湿度传感器DHT11，它是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位微处理机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP(One Time Programmable)内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。

大气气压传感器

大气压力选用BMP180气压传感器，它是一款高精度、小体积、超低能耗的压力传感器，可以应用在小型设备中，精度可达到0.03hpa，并且耗电极低，只有3uA，BMP180采用8-pin陶瓷无引线芯片承载超薄封装，可以通过IIC总线直接与各种微处理器相连。压力范围：300-1100hpa(海拔9000米到海拔-500米)，电源电压：1.8-3.6v，IIC接口，温度自动补偿。

语音识别芯片

本实施例智能终端选择LD3320语音识别芯片为人机会话的语音辨识单元。该芯片集成了语音识别处理器和一些外部电路，包括16位AD、DA转换器、麦克风接口、声音输出接口等。芯片不需要外接任何辅助芯片如flash、ram等，直接集成在现有的产品中即可以实现语音识别/声控/人机对话功能。并且识别的关键词语列表可以任意动态编辑，因此可由一个***支持多种场景。每次识别最多可以设置50项候选识别句，每个识别句可以是单字，词组或者断句，长度不超过10个汉字或79个字节的拼音串。支持并行和串行接口。支持MP3播放功能，无需***辅助器件，微处理机将MP3数据一次送入LD3320芯片内部就可以从芯片的相应PIN输出声音。LD3320工作供电为3.3V，电路原理图如图10所示。

语音芯片的声音输出到喇叭接口，为了保证声音的音质，增加了功率放大电路，如图11所示。

图像采集模块

本实施例智能终端选用了四组CMOS摄像头，为了避免涉足隐私问题，摄像头设计仅检测出室内是否有人，人的数量以及活动轨迹，因此本实施例将摄像头输出的视频信号先经视频场行分离电路处理后，形成图像信号，再将所述图像信号输出到硬件二值电路，以便进行二值化处理，处理后的图像输出到微处理机，微处理机通过分析传入的二值化处理后的图像，辨识监测区域如室内的人员信息。选用的视频场行分离芯片为LM1881即图12中的芯片LM1。

本实施例传感器的参数表

表2

本实施例中微处理机采集传感器数据的方式主要有两种，IIC采集和AD采集。

由IIC总线通讯的传感器有红外温度传感器，大气压力传感器，湿度传感器和陀螺仪传感器。可燃气体及烟雾传感器和甲醛浓度传感器则采取AD采集方式。随着烟雾或甲醛浓度的增加，采集到电压值会变大，通过实验拟合出浓度与电压的变化曲线，找出对应的关系即可获取烟雾和甲醛的浓度信息。

Wifi模块

本实施例智能终端选择EMW3280高速率出口wifi透传模块，模块采用了业界最新的高性能射频芯片组，并集成了TCP/IP协议栈和WIFI驱动，利用它可以实现终端内部传感器及其处理电路与外界设备和网络间的无线通讯,并且支持WIFI的WEP/WAP/WAP2加密，适用于嵌入式设备与PC之间，或者多个嵌入式设备之间的无线通讯。本实施例Wifi模块也可以选择EMW3165、3162，电路原理图如图13所示。

本发明具体实施方式部分所涉及的传感器或芯片，包括但不局限于说明书中所列的型号，任何能实现同样功能的传感器或者集成电路，均能用于本发明。

Claims (10)

1.一种用于构建主动消防体系及智慧建筑的智能终端，其特征在于，包括外壳和安装在外壳上形成一个整体的微处理机、通讯模块、主动消防感知模块和空气质量监测模块，所述主动消防感知模块、空气质量监测模块和所述通讯模块分别与所述微处理机相连；

所述主动消防感知模块包括可燃气体及烟雾浓度传感器，温度传感器，以及用于监测建筑结构震动、建筑结构姿态以便判断建筑结构是否安全的陀螺传感器；

所述空气质量监测模块包括TVOC空气质量传感器和PM传感器；

所述微处理机被配置为，通过所述主动消防感知模块和所述空气质量监测模块收集涉及消防安全和空气质量的参数的信息，然后与预设的关于消防安全和空气质量的阀值进行比对，并通过所述通讯模块将收集的信息和比对后的评价结果发送到云端服务器和/或移动终端；

所述智能终端还包括图像采集模块，所述图像采集模块包括若干个CMOS摄像头，所述CMOS摄像头安装在所述外壳的不同面上，以便对监测区域进行全方位拍摄，所述图像采集模块还包括视频场行分离电路，和硬件二值电路，所述CMOS摄像头输出的视频信号经所述视频场行分离电路后输出到所述硬件二值电路，所述硬件二值电路将所述视频场行分离电路输出的图像信号进行二值化处理后再输出到所述微处理机，所述微处理机被配置为，通过所述图像采集模块获取监测区域的图像信息，根据所述图像信息辨识监测区域内的人员信息，然后通过所述通讯模块将所述人员信息发送到所述云端服务器和/或移动终端；

所述智能终端还包括人体红外传感器，所述人体红外传感器安装在所述外壳上与所述微处理机，所述微处理机被配置为，通过所述人体红外传感器感知监测区域是否有人，并将结果通过所述通讯模块发送到所述云端服务器和/或移动终端；

所述微处理机被配置为，利用所述人体红外传感器的感知结果对所述图像采集模块的辨识结果进行率定，若两者的人员有无信息判断不一致，则调节环境光照，然后通过所述图像采集模块重新获取监测区域的图像信息，根据重新获取的图像信息辨识监测区域内的人员信息，以便对前一次辨识的人员信息进行修正，并通过所述通讯模块将修正后的所述人员信息发送到所述云端服务器和/或移动终端。

2.根据权利要求1所述的智能终端，其特征在于，所述温度传感器为红外温度感应器；

所述TVOC空气质量传感器为甲醛浓度传感器；

所述PM传感器包括PM1传感器、PM2.5传感器、PM10传感器。

3.根据权利要求1或2所述的智能终端，其特征在于，所述智能终端还包括报警模块，所述报警模块安装在所述外壳上与所述微处理机相连，所述阀值包括警戒水平线，所述微处理机被配置为，在所述参数超过其警戒水平线时，即存在危险情况时，通过所述报警模块发出警戒信号。

4.根据权利要求3所述的智能终端，其特征在于，所述智能终端还包括环境监测模块，所述环境监测模块安装在所述外壳上与所述微处理机相连，所述环境监测模块包括大气压力传感器和湿度传感器，所述微处理机被配置为，通过所述环境监测模块收集涉及环境舒适的参数的信息，然后与预设的关于环境舒适的阀值进行比对，并通过所述通讯模块将收集的信息和比对后的评价结果发送到所述云端服务器和/或移动终端。

5.根据权利要求4所述的智能终端，其特征在于，所述人员信息包括是否有人、人员数量和人员活动轨迹；

所述微处理机获取所述人员信息的具体过程为：

1)获取标定图像

通过人体红外感应器感应到监测区域无人时，周期性更新监测区域无人时的标定图像，所述标定图像为由通过所述CMOS摄像头获取的在监测区域无人时的背景图像；

2)分离出动态特征

通过人体红外感应器感应到监测区域有人时，停止更新所述标定图像，通过CMOS摄像头周期性采集监测区域的图像，将周期性采集的每一帧图像与所述标定图像进行一次差分，分离出当前图像相比于所述标定图像的动态特征；

3)辨识引起所述动态特征的对象是否为人

根据智能终端离监测区域监测基面的距离，对监测区域的图像区域化，然后，根据所述动态特征在其所属区域中所占的比率，判断其所代表的对象是否可能为人；

若判断所述动态特征代表的对象可能为人，将经所述一次差分处理后的图像相邻帧之间进行二次差分，根据两图像之间的差异情况，确定所述动态特征代表的对象是否为人；

4)获取人的位置信息

对一次差分处理后的图像进行再次二值化处理，并将处理后的图像网格化，以便标识坐标，对所述经再次二值化处理后的图像进行膨胀处理，以形成连通域，膨胀处理即使图像中所述动态特征的图像充满其所涉猎的网格，以代表人的动态特征对应的连通域的中心坐标作为该人的坐标；

5)确认人员数量信息

计算代表人的连通域的数量，得到监测区域中的人员数量信息；

6)确认人员活动轨迹信息

对每一帧图像中代表人的连通域的中心进行描点，然后将选定时间段内所有的描点按照时间顺序连接，最后将这些连好的点加载到所述标定图像上，得到人员活动轨迹信息。

6.根据权利要求5所述的智能终端，其特征在于，所述智能终端还包括红外模块，所述红外模块安装在所述外壳上与所述微处理机相连，所述红外模块包括红外发射模块和红外接收模块，所述微处理机被配置为，通过所述红外接收模块接收遥控器发出的红外信号，学习所述遥控器对应的红外编码，以获得与所述遥控器相同的功能；

所述微处理机还被配置为，根据控制指令，通过所述红外发射模块发射同所述遥控器具有相同红外编码的红外信号，以便通过所述智能终端直接控制原本由所述遥控器控制的设备。

7.根据权利要求6所述的智能终端，其特征在于，所述微处理机被配置为，根据控制指令，通过所述通讯模块输出控制信号到用电管理智能负荷控制器，控制所述用电管理智能负荷控制器各通道的开断，从而控制通过所述用电管理智能负荷控制器获取工作电源的设备的工作状态，获取或配置所述用电管理智能负荷控制器各通道的用电参数；

所述微处理机被配置为，通过所述通讯模块接收所述云端服务器和/或移动终端发出的控制指令。

8.根据权利要求7所述的智能终端，其特征在于，所述智能终端还包括语音识别模块，所述语音识别模块安装在所述外壳上与所述微处理机相连，所述微处理机被配置为，通过所述语音识别模块获取用户的语音控制指令，以便进行相关操作，并将所述相关操作的执行结果通过所述语音识别模块反馈给用户，以实现人机的语音互动。

9.根据权利要求8所述的智能终端，其特征在于，所述外壳上还安装有不同颜色的LED灯，所述LED灯与所述微处理机相连，所述微处理机被配置为，通过控制所述LED灯的开关、亮度和色彩以实现与用户的互动。

10.一种由权利要求1～9任一项权利要求所述的智能终端组成的智能终端***，所述智能终端***包括所述智能终端，一个以上的用电管理智能负荷控制器，路由器，云端服务器和/或移动终端，所述移动终端通过互联网或无线局域网与所述路由器相连，所述路由器和所述用电管理智能负荷控制器通过无线局域网与所述智能终端相连。