CN104794841B - 一种地波微震动方向随动跟踪监控装置及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地波微震动方向随动跟踪监控装置及其控制系统，其中监控装置包括底座、电机支架、电机、U型支架及摄像头，控制系统包括微震动监测感应器、单片机、芯片驱动模块、电机、U型支架及摄像头。本发明利用MEMS芯片传感技术实现的振动探测周界入侵报警系统，同时，利用矢量地波传感器可以判定地下微震动的震源方向的特性可以对现有地面视频监控摄像头进行随动跟踪，与同类型的监控设备相比，具有动作可靠、结构新颖、工作视野大(无监控死角)、响应速度快的优点。

Description

一种地波微震动方向随动跟踪监控装置及其控制系统

技术领域

本发明生活安防报警领域，特别指一种地波微震动方向随动跟踪监控装置及其控制系统。

背景技术

近些年随着安防报警技术的不断进步，各种依附于固体防护结构上的电子周界探测系统不断推陈出新，从最开始的主动红外探测技术、电子脉冲放电探测技术，一直发展到现在有各种各样针对不同应用需求的特定周界防护系统，这其中就包含依附于金属编花或者焊丝围网上的振动探测系统。基于振动检测的周界入侵系统有很多种：震动电缆、光纤干涉、惯性振动等等。目前针对室外文物的视频监控需用人工对视频监控云台进行操作，转动视频监控云台对目标物的监控。现有监控系统存在的不足，只能进行单方向固定摄像、工作灵活性不足和存在监控死角等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种地波微震动方向随动跟踪监控装置及其控制系统。

本发明采取的技术方案如下：一种地波微震动方向随动跟踪监控装置，包括底座、电机支架、电机、U型支架及摄像头，其中，上述电机支架包括第一电机支架及第二电机支架，电机包括第一电机及第二电机，U型支架包括第一U型支架及第二U型支架；上述第一电机支架设置在底座上，第一电机支架内设置有第一电机，第一U型支架分别连接在第一电机支架及第一电机的输出轴上，第一电机驱动第一U型支架前后旋转；上述第二电机支架固定在第一U型支架上，并随第一U型支架转动，第二电机支架内设置有第二电机，第二U型支架分别连接在第二电机支架的第二电机的输出轴上，第二电机驱动第二U型支架上下旋转；上述摄像头设置在第二U型支架的顶部，第二U型支架带动摄像头转动，以便跟踪监控振动。

优选地，所述的第一电机支架设置在底座的右侧部，并向右延伸，形成支撑体结构，上述第一电机设置在该支撑体结构上，第一电机的输出轴向上延伸。

优选地，所述的第一U型支架4为U型结构体，该U型结构体的开口朝向右侧，U型结构体的下端连接在第一电机支架上，U型结构体的上端连接在第一电机的输出轴上，第一电机驱动第一U型支架绕第一电机支架前后旋转。

优选地，所述的第二电机支架固定在第一U型支架的顶部，并随第二电机支架转动，第二电机支架的两侧向上延伸，形成两支撑板，上述第二电机设置在两支撑板之间，第二电机的输出轴向右侧延伸。

优选地，所述的第二U型支架为U型结构体，该U型结构体的开口朝向下侧，U型结构体的两端分别连接在第二电机支架及第二电机的输出轴上，第二电机驱动第二U型支架绕第二电机支架上下旋转；上述摄像头设置在第二U型支架上，并随第二U型支架旋转，以便跟踪监控。

一种地波微震动方向随动跟踪监控装置的控制系统，包括微震动监测感应器、单片机、芯片驱动模块、电机、U型支架及摄像头，其中，上述微震动监测感应器为地波感应装置，地波感应装置设置在埋设在地下，以便感应监控微震信号，并将微震信号转化为电流信号；上述单片机连接微震动监测感应器，微震动监测感应器将电流信号传递至单片机内，单片机分别连接计算机及芯片驱动模块，单片机将电流信号转换成数字信号，并将该数字信号传递至芯片驱动模块，芯片驱动模块控制电机转动，电机带动U型支架旋转，以便精确地控制摄像头，使摄像头对准微震源处。

优选的，所述的微震动监测感应器包括MEMS芯片、X轴输出模拟值模块、Y轴输出模拟值模块、Z轴输出模拟值模块、芯片休眠控制模块、自由落体检测模块、芯片自我测试与初始化模块、量程旋转模块及电源接口，微震动监测感应器将检测到的X轴、Y轴及Z轴电压信号，并将电压信号传递至区域控制器主机由主机运算出方位角度输出给电机驱动模块，以便控制电机转动，调整摄像头位置。

本发明的有益效果在于：

本发明是针对现有技术的一种创新设计，本发明利用MEMS芯片传感技术实现的振动探测周界入侵报警系统。微电子机械系统(Micro-Electro Mechanical Systems，MEMS)是解决传感器微型化的关键技术，简单来说，其工作原理是外部环境物理、化学和生物等信号输入，通过微传感器转换成电信号，经过信号处理(模拟信号或数字信号)后，由微执行器执行动作，达到与外部环境“互动”的功能，它是物联网核心技术所在。地波微振动传感器是基于一个3轴加速度传感器芯片，外部环境输入(振动)导致MEMS芯片XYZ轴加速度值发生变化，振动传感器上的传感处理器芯片采集到加速度变化信息，经过多重算法过滤掉干扰，将告警信息通过数字通信组件传递出去。由于MEMS芯片能提供3轴持续稳定可靠的振动数据，我们可以通过多维度算法综合分析，来判断人工挖掘盗墓，炸药爆破盗墓的地点和方向，为值班人员不会为“狼来了”这样的误报疲于应付。同时，利用矢量地波传感器可以判定地下微震动的震源方向的特性可以对现有地面视频监控摄像头进行随动跟踪，与同类型的监控设备相比，具有动作可靠、结构新颖、工作视野大(无监控死角)、响应速度快的优点。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明的方框原理示意图。

图3为图1中电机驱动模块的电路原理图。

图4为图1中重力感应装置的原理图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步描述：

如图1至图4所示，本发明采取的技术方案如下：一种地波微震动方向随动跟踪监控装置，包括底座1、电机支架、电机、U型支架及摄像头8，其中，上述电机支架包括第一电机支架2及第二电机支架3，电机包括第一电机5及第二电机7，U型支架包括第一U型支架4及第二U型支架6；上述第一电机支架2设置在底座1上，第一电机支架2内设置有第一电机5，第一U型支架4分别连接在第一电机支架2及第一电机5的输出轴上，第一电机5驱动第一U型支架4前后旋转；上述第二电机支架3固定在第一U型支架4上，并随第一U型支架4转动，第二电机支架3内设置有第二电机7，第二U型支架6分别连接在第二电机支架3的第二电机7的输出轴上，第二电机7驱动第二U型支架6上下旋转；上述摄像头8设置在第二U型支架6的顶部，第二U型支架6带动摄像头8转动，以便跟踪监控振动。

第一电机支架2设置在底座1的右侧部，并向右延伸，形成支撑体结构，上述第一电机5设置在该支撑体结构上，第一电机5的输出轴向上延伸。

第一U型支架4为U型结构体，该U型结构体的开口朝向右侧，U型结构体的下端连接在第一电机支架2上，U型结构体的上端连接在第一电机5的输出轴上，第一电机5驱动第一U型支架4绕第一电机支架2前后旋转。

第二电机支架3固定在第一U型支架4的顶部，并随第二电机支架3转动，第二电机支架3的两侧向上延伸，形成两支撑板，上述第二电机7设置在两支撑板之间，第二电机7的输出轴向右侧延伸。

第二U型支架6为U型结构体，该U型结构体的开口朝向下侧，U型结构体的两端分别连接在第二电机支架3及第二电机7的输出轴上，第二电机7驱动第二U型支架6绕第二电机支架3上下旋转；上述摄像头8设置在第二U型支架6上，并随第二U型支架6旋转，以便跟踪监控。

一种地波微震动方向随动跟踪监控装置的控制系统，其特征在于：包括微震动监测感应器、单片机、芯片驱动模块、电机、U型支架及摄像头，其中，上述微震动监测感应器为地波感应装置，地波感应装置设置在埋设在地下，以便感应监控微震信号，并将微震信号转化为电流信号；上述单片机连接微震动监测感应器，微震动监测感应器将电流信号传递至单片机内，单片机分别连接计算机及芯片驱动模块，单片机将电流信号转换成数字信号，并将该数字信号传递至芯片驱动模块，芯片驱动模块控制电机转动，电机带动U型支架旋转，以便精确地控制摄像头，使摄像头对准微震源处。

微震动监测感应器包括MEMS芯片、X轴输出模拟值模块、Y轴输出模拟值模块、Z轴输出模拟值模块、芯片休眠控制模块、自由落体检测模块、芯片自我测试与初始化模块、量程旋转模块及电源接口，微震动监测感应器将检测到的微震信号分别转换为X轴、Y轴及Z轴电流信号，并将信号传递至电机驱动模块，以便控制电机转动，调整摄像头位置。

进一步，本发明的设计方案分析考虑到地下挖掘或者夜间爆破等盗掘古墓活动将激发地震波，利用微地震监测技术可以实现对一定区域内地震信号实时监测的特点，本文提出了利用微地震监测技术的思路和方法来开展对古墓等田野文物的防盗保护的方法研究.即在保护区域内设计合理有效的监控系统基础上，通过对地下振动信号的采集、传输、分析和判别，来判定是否存在有盗掘活动，达到对古墓等田野文物保护的目的。硬件的选择：本随动跟踪系统主要是对地下不同方向的微震源(如人工挖洞，爆破挖洞)，因此需要一个高精密的地波感应系统。当地下某方位有人挖洞和爆破微震源出现，能够灵活的感应震源方向，并将摄像头同步精确转到震源的方位，所以需要伺服电机。由于该地波传感器会将测量的微震信号判断后转换成电流信号，在送到系统进行数据处理之前，需要将模拟信号转成数字信号。电机调速控制模块：由于采用伺服电机拖动，所以需要单片机控制电路。用地波感应系统配合单片机控制伺服电机，达到精确调整电动机转速和转向。由于这种电路工作在伺服电机的饱和截止模式下，所以效率非常高；H型电路保证了可以便捷地实现转速和方向的控制；PWM调速[2]工作方式：采用单极性工作制，单极性工作制是单片机控制口一端置低电平，另一端输出PWM信号，在设计中，采用了PWM技术对电机进行控制，通过两口的输出切换和对PWM的占空比的计算，达到精确调速的目的。

进一步，本发明根据系统的总体控制要求，本系统采用单片机为核心的控制结构，包括电源模块、摄像头、电机驱动模块、地波传感器感应系统、动力转换结构和一个与PC机通信模块。通过地波感应采集模块实现闭环控制并稳定速度；总体设计方案的硬件部分详细框图如图2所示。地波重力感应系统(三轴加速传感器)，如图4所示，采用了信号调理、单级低通滤波器和温度补偿技术，并且提供2个灵敏度量程选择接口和休眠模式接口，它具有低通滤波并已作零g补偿。体积较小，重量轻，能够完成倾角、运动、姿态检测互动等动作。GS由单片机的I/O口输出高低电平来控制。0为低电平，1为高电平。若GS悬空接口默认为0，此时量程选择的1.5g。本系统采用+5V电源供电，接+5V和GND两个脚。SL悬空默认为1，上点X、Y、Z就有输出。0G为自由落体检测，正常为0，自由掉落时输出1，可接报警触发信号。SL悬空默认为1，上电即工作，可接单片机I、O口，给0信号时休眠，降低功耗。

进一步，本发明的工作步骤：首先埋于地下的地波传感器监测网络在感知到据本传感器某个方位有微振动信号后，将信息传输给上位机系统进行智能分析和判断给出X方向控制信号，第一电机收到信号后响应运行，带动第一U型支架左右旋转，完成摄像头左右旋转任务；然后在接收控制系统发来的垂直方向上转动信号，第二电机收到信号后响应运行，带动第二U型支架仰俯运动，摄像头能实现两个自由度转动(两个方向各转动180°，两个运动过程无前后要求)。

本发明的实施例只是介绍其具体实施方式，不在于限制其保护范围。本行业的技术人员在本实施例的启发下可以作出某些修改，故凡依照本发明专利范围所做的等效变化或修饰，均属于本发明专利权利要求范围内。

Claims (7)

1.一种地波微震动方向随动跟踪监控装置，其特征在于：包括底座(1)、电机支架、电机、U型支架及摄像头(8)，其中，上述电机支架包括第一电机支架(2)及第二电机支架(3)，电机包括第一电机(5)及第二电机(7)，U型支架包括第一U型支架(4)及第二U型支架(6)；上述第一电机支架(2)设置在底座(1)上，第一电机支架(2)内设置有第一电机(5)，第一U型支架(4)分别连接在第一电机支架(2)及第一电机(5)的输出轴上，第一电机(5)驱动第一U型支架(4)前后旋转；上述第二电机支架(3)固定在第一U型支架(4)上，并随第一U型支架(4)转动，第二电机支架(3)内设置有第二电机(7)，第二U型支架(6)分别连接在第二电机支架(3)的第二电机(7)的输出轴上，第二电机(7)驱动第二U型支架(6)上下旋转；上述摄像头(8)设置在第二U型支架(6)的顶部，第二U型支架(6)带动摄像头(8)转动，以便跟踪监控振动。

2.根据权利要求1所述的一种地波微震动方向随动跟踪监控装置，其特征在于：所述的第一电机支架(2)设置在底座(1)的右侧部，并向右延伸，形成支撑体结构，上述第一电机(5)设置在该支撑体结构上，第一电机(5)的输出轴向上延伸。

3.根据权利要求2所述的一种地波微震动方向随动跟踪监控装置，其特征在于：所述的第一U型支架(4)为U型结构体，该U型结构体的开口朝向右侧，U型结构体的下端连接在第一电机支架(2)上，U型结构体的上端连接在第一电机(5)的输出轴上，第一电机(5)驱动第一U型支架(4)绕第一电机支架(2)前后旋转。

4.根据权利要求3所述的一种地波微震动方向随动跟踪监控装置，其特征在于：所述的第二电机支架(3)固定在第一U型支架(4)的顶部，并随第二电机支架(3)转动，第二电机支架(3)的两侧向上延伸，形成两支撑板，上述第二电机(7)设置在两支撑板之间，第二电机(7)的输出轴向右侧延伸。

5.根据权利要求4所述的一种地波微震动方向随动跟踪监控装置，其特征在于：所述的第二U型支架(6)为U型结构体，该U型结构体的开口朝向下侧，U型结构体的两端分别连接在第二电机支架(3)及第二电机(7)的输出轴上，第二电机(7)驱动第二U型支架(6)绕第二电机支架(3)上下旋转；上述摄像头(8)设置在第二U型支架(6)上，并随第二U型支架(6)旋转，以便跟踪监控。

6.一种如权利要求1所述的地波微震动方向随动跟踪监控装置的控制系统，其特征在于：包括微震动监测感应器、单片机、芯片驱动模块、电机、U型支架及摄像头，其中，上述微震动监测感应器为地波感应装置，地波感应装置设置在埋设在地下，以便感应监控微震信号，并将微震信号转化为电流信号；上述单片机连接微震动监测感应器，微震动监测感应器将电流信号传递至单片机内，单片机分别连接计算机及芯片驱动模块，单片机将电流信号转换成数字信号，并将该数字信号传递至芯片驱动模块，芯片驱动模块控制电机转动，电机带动U型支架旋转，以便精确地控制摄像头，使摄像头对准微震源处。

7.权利要求6所述的一种地波微震动方向随动跟踪监控装置的控制系统，其特征在于：所述的微震动监测感应器包括MEMS芯片、X轴输出模拟值模块、Y轴输出模拟值模块、Z轴输出模拟值模块、芯片休眠控制模块、自由落体检测模块、芯片自我测试与初始化模块、量程旋转模块及电源接口，微震动监测感应器将检测到的X轴、Y轴及Z轴电压信号，并将电压信号传递至区域控制器主机由主机运算出方位角度输出给电机驱动模块，以便控制电机转动，调整摄像头位置。