2026贸泽电子M-Design创意设计大赛参赛报告

2026 M-Design设计竞赛 - 基于CoreMP135与MLX90642实现红外矩阵火源监测预警系统

封面

大赛名称：2026贸泽电子M-Design创意设计大赛第二季

完成任务一：智能家居 ——

• 家庭安全与异常行为智能监测

作品名称：红外矩阵火源智能监测推送系统
参赛人员：Nyquest-unstable
提交日期：2026年5月

一、项目摘要

本系统以CoreMP135为主控核心，搭配MLX90642红外面阵测温传感器，完成全场温度矩阵数据周期性采样分析。系统设定100℃为预警阈值，检测到区域温度超出阈值时，直接驱动车载喇叭本地发声警报，同时自动采集热成像画面，通过网络调用企业微信Webhook接口，推送告警图文消息。系统精简硬件结构，省去指示灯电路，专注实现红外温度采样、本地喇叭报警、远程图片推送核心功能，适配机房、配电房、仓库等防火巡检场景。

二、项目背景与设计意义

传统消防探测设备响应滞后，单点测温无法判断热源范围。本方案采用32×24红外矩阵全域测温，精准捕捉高温火源，以100℃作为预警临界点，超标即刻喇叭鸣笛警示，同步上传热成像图片至企业微信，管理人员远程快速查看现场状态，实现无人值守自动安防预警，结构简单、稳定性强，具备极高实用价值。

三、总体方案设计

1.设计思路

CoreMP135通过I2C总线驱动MLX90642，持续采集红外矩阵温度数据，完成数据解析与运算比对；当测温数值高于100℃，立即触发喇叭发声报警，同步截取热成像图像，按照Webhook通信协议打包数据，联网推送至企业微信会话，完成本地告警加远程通知一体化功能。

2.系统框架

3.工作流程

四、硬件电路设计

1.主控芯片

CoreMP135
工业级高性能主控，内置完整通信外设，运算性能充足，可高效处理红外矩阵海量采样数据，支持网络协议栈，满足数据运算、喇叭驱动、网络推送全部需求，抗干扰能力强，适合长期稳定运行。

2.测温传感器

MLX90642
32×24像素红外阵列传感器，非接触式全域温度采样，抗环境光线干扰，测温精度高，可完整采集区域温度分布，精准识别高温火源区域。

3.硬件外设

• 报警器件：成品大功率喇叭，直接由主控GPIO驱动
• 通信模块：网络模组，实现以太网数据传输
• 电源模块：稳压供电，保障主控与传感器稳定工作

4.硬件接线

1. MLX90642：SDA、SCL、VCC、GND接入CoreMP135硬件I2C引脚
2. 喇叭正负引脚直接连接主控通用GPIO控制端口
3. 网络模组与主控通信引脚对接，整机共地布线

五、软件程序设计

1.开发环境

嵌入式C语言开发，基于CoreMP135 Linux平台，搭载OpenSSL库实现HTTPS加密通信，使用libpng库进行热成像图像编码，配合tinyplay音频播放器实现报警音效输出。项目采用模块化架构，分为红外采样、温度分析、音频报警、网络推送四大核心模块。

2.程序运行流程

3.核心控制逻辑

3.1 主程序入口（main.c）

主程序采用事件循环架构，通过信号处理机制实现优雅退出：

volatile int g_running = 1;
​
static void sigint_handler(int sig) {
    g_running = 0;
}
​
int main(int argc, char *argv[]) {
    signal(SIGINT, sigint_handler);
    signal(SIGTERM, sigint_handler);
    return fire_detection_mode();
}

功能说明：注册SIGINT和SIGTERM信号处理函数，支持Ctrl+C或kill命令优雅终止程序，确保资源正确释放。

3.2 火灾检测主循环（fire_detection_mode函数）

核心检测流程包含以下关键步骤：

1. 模块初始化：依次初始化Webhook、I2C总线、MLX90642传感器、热成像处理模块、LCD显示（可选）、音频输出（可选）
2. 开机通知：系统启动后自动向企业微信发送设备上线通知
3. 首帧采集：采集初始热成像数据并保存发送
4. 循环检测：持续采集温度数据，判断是否触发报警条件

关键代码片段：

while (g_running) {
    ret = mlx90642_read_temperatures(&sensor_data);
    if (ret == 0) {
        thermal_update(&thermal, sensor_data.temps);
        
        if (thermal_check_alarm(&thermal)) {
            float max_temp = thermal_get_max_temp(&thermal);
            int x, y;
            thermal_get_max_pos(&thermal, &x, &y);
            // 触发音频报警和远程推送
            audio_play_alarm();
            wechat_webhook_send_alarm(max_temp, x, y, timestamp);
        }
    }
    usleep(100000);  // 100ms采样间隔
}

3.3 热成像数据处理（thermal.c）

温度色彩映射算法：采用彩虹色阶映射，低温显示蓝色，高温显示红色，通过分段线性插值实现平滑过渡：

static void temp_to_rgb(float temp, float min_temp, float max_temp, 
                        unsigned char *r, unsigned char *g, unsigned char *b) {
    float normalized = (temp - min_temp) / (max_temp - min_temp);
    
    if (t < 0.1429f) { *r=0; *g=0; *b=255; }      // 蓝色
    else if (t < 0.2857f) { *r=0; *g=...; *b=255; } // 青蓝过渡
    else if (t < 0.4286f) { *r=0; *g=255; *b=...; } // 青绿过渡
    else if (t < 0.5714f) { *r=...; *g=255; *b=0; } // 绿黄过渡
    else if (t < 0.7143f) { *r=255; *g=...; *b=0; } // 黄红过渡
    else { *r=255; *g=255; *b=...; }              // 红白色
}

报警判定机制：设置100℃预警阈值，并引入2秒冷却周期防止重复报警：

#define ALARM_THRESHOLD 100.0f
#define COOLDOWN_PERIOD 2
​
int thermal_check_alarm(thermal_t *thermal) {
    if (thermal->max_temp < ALARM_THRESHOLD) return 0;
    
    time_t now = time(NULL);
    if (now - thermal->last_alarm_time < COOLDOWN_PERIOD) return 0;
    
    thermal->last_alarm_time = now;
    return 1;
}

热成像图像生成：支持PNG格式图像编码，通过10倍放大实现清晰的可视化效果：

int thermal_save_bmp(thermal_t *thermal, const char *filename) {
    int scale_factor = 10;
    int width = MLX90642_WIDTH * scale_factor;  // 320像素
    int height = MLX90642_HEIGHT * scale_factor; // 240像素
    
    // 使用libpng创建RGB图像
    png_structp png_ptr = png_create_write_struct(...);
    png_infop info_ptr = png_create_info_struct(png_ptr);
    
    png_set_IHDR(png_ptr, info_ptr, width, height, 8, PNG_COLOR_TYPE_RGB, ...);
    // 逐像素映射温度到RGB色彩
    for (int y = 0; y < MLX90642_HEIGHT; y++) {
        for (int x = 0; x < MLX90642_WIDTH; x++) {
            temp_to_rgb(temps[idx], min_temp, max_temp, &r, &g, &b);
            // 放大写入像素
        }
    }
}

3.4 MLX90642传感器驱动（mlx90642_api.c）

初始化流程：读取设备ID验证通信，设置16Hz刷新率：

int mlx90642_init(void) {
    uint16_t id[4];
    MLX90642_I2CRead(MLX90642_ADDR, 0x1230, 4, id);
    printf("MLX90642 ID: %04X %04X %04X %04X\n", id[0], id[1], id[2], id[3]);
    
    MLX90642_SetRefreshRate(MLX90642_ADDR, MLX90642_REF_RATE_16HZ);
    return 0;
}

温度读取：从传感器读取768个像素原始数据和环境温度，进行数值转换：

int mlx90642_read_temperatures(sensor_data_t *data) {
    uint16_t pixel_data[MLX90642_PIXEL_COUNT];  // 768个像素
    uint16_t ta_raw;
    
    MLX90642_I2CRead(MLX90642_ADDR, MLX90642_TO_DATA_ADDRESS,
                      MLX90642_PIXEL_COUNT, pixel_data);
    MLX90642_I2CRead(MLX90642_ADDR, MLX90642_TA_DATA_ADDRESS, 1, &ta_raw);
    
    data->ta = (float)ta_raw / 100.0f;  // 环境温度
    for (int i = 0; i < MLX90642_PIXEL_COUNT; i++) {
        int16_t signed_val = (int16_t)pixel_data[i];
        data->temps[i] = (float)signed_val / 50.0f;  // 像素温度
    }
    return 0;
}

3.5 企业微信Webhook推送（wechat_webhook.c）

SSL/TLS加密通信：完整实现HTTPS协议栈，确保数据传输安全：

static int ssl_send_request(const char *host, int port, const char *request, 
                           char *response, int response_size) {
    // 初始化SSL上下文
    SSL_CTX *ctx = SSL_CTX_new(TLS_client_method());
    
    // 创建TCP连接
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    connect(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr));
    
    // TLS握手
    SSL *ssl = SSL_new(ctx);
    SSL_set_fd(ssl, sockfd);
    SSL_connect(ssl);
    
    // 加密发送HTTP请求
    SSL_write(ssl, request, strlen(request));
    SSL_read(ssl, response, response_size);
    
    // 资源清理
    SSL_free(ssl);
    close(sockfd);
    SSL_CTX_free(ctx);
}

图片推送机制：支持Base64编码和MD5校验，符合企业微信API要求：

int wechat_webhook_send_image(const char *image_path) {
    // 读取图片文件
    fread(image_data, 1, file_size, fp);
    
    // Base64编码
    char *base64_data = base64_encode(image_data, file_size, &base64_len);
    
    // MD5哈希计算
    md5_hash(image_data, file_size, md5_hash_str);
    
    // 组装JSON payload
    snprintf(payload, payload_size,
             "{\"msgtype\":\"image\",\"image\":{\"base64\":\"%s\",\"md5\":\"%s\"}}",
             base64_data, md5_hash_str);
    
    // HTTPS发送
    ssl_send_request("qyapi.weixin.qq.com", 443, request, response, MAX_RESPONSE_SIZE);
}

3.6 音频报警模块（audio.c）

WAV音频生成：实时生成方波报警信号，支持频率和时长参数化配置：

static int generate_wav_file(const char *filename, int frequency, int duration_ms) {
    unsigned int sample_rate = 44100;
    int samples_count = (sample_rate * duration_ms) / 1000;
    
    // 写入WAV文件头（44字节）
    uint8_t header[44] = {
        'R', 'I', 'F', 'F', ...  // ChunkID
        'W', 'A', 'V', 'E', ...  // Format
        'f', 'm', 't', ' ', ...  // Subchunk1ID
        0x01, 0x00,              // AudioFormat: PCM
        0x01, 0x00,              // NumChannels: 1
        ...
    };
    
    // 生成正弦波采样数据
    double period = (double)sample_rate / frequency;
    for (int i = 0; i < samples_count; i++) {
        int16_t sample = (int16_t)(32767.0 * sin(2.0 * PI * i / period));
        fwrite(&sample, 1, 2, fp);
    }
}

报警音效序列：采用800Hz/1000Hz交替鸣笛模式，增强警示效果：

int audio_play_alarm(void) {
    audio_play_beep(800, 200);   // 低音200ms
    usleep(100000);              // 间隔100ms
    audio_play_beep(1000, 200);  // 高音200ms
    usleep(100000);
    audio_play_beep(800, 200);
    usleep(100000);
    audio_play_beep(1000, 200);
}

4.软件模块架构

六、功能测试与结果

1.功能测试

1. 常态环境下设备稳定采样，无误报警、无无效推送
2. 模拟高温热源测试，温度达到100℃以上，喇叭立刻鸣响
3. 热成像图像采集正常，可清晰显示高温区域位置
4. 网络通信稳定，预警图片与提示信息成功推送至企业微信
5. 复杂光照环境下采样精准，无错误触发预警

测试结论：红外矩阵采样稳定，阈值判定精准，喇叭报警响应迅速，远程图片推送可靠，完全满足项目设计要求。

2.实际测试效果图

侧视图补充：

系统运行时，企业微信接收告警消息的实际效果如下：

效果说明：

• 顶部显示热成像图像，红色区域表示高温火源位置
• 系统启动时自动发送设备上线通知
• 检测到温度超过100℃时，自动推送告警消息，包含温度数值和位置坐标
• 告警消息包含实时时间戳，便于追溯

3.Webhook测试方法

在开发阶段使用 curl 工具验证 Webhook 接口连通性：

文本消息测试：

curl -X POST "https://qyapi.weixin.qq.com/cgi-bin/webhook/send?key=YOUR_KEY" \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{"msgtype":"text","text":{"content":"[测试] 设备启动通知"}}'

图片消息测试：

BASE64=$(base64 -w 0 test_image.jpg)
MD5=$(md5sum test_image.jpg | awk '{print $1}')
curl -X POST "https://qyapi.weixin.qq.com/cgi-bin/webhook/send?key=YOUR_KEY" \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d "{\"msgtype\":\"image\",\"image\":{\"base64\":\"$BASE64\",\"md5\":\"$MD5\"}}"

3.HTTPS实现方案

系统采用 OpenSSL 库实现企业微信 Webhook 的 HTTPS 加密通信，核心流程如下：

1. OpenSSL初始化：调用 SSL_library_init()、SSL_load_error_strings()、OpenSSL_add_all_algorithms() 完成库初始化
2. 创建SSL上下文：使用 TLS_client_method() 创建客户端 TLS 上下文
3. 建立TCP连接：通过 socket 连接企业微信服务器端口 443
4. TLS握手：调用 SSL_connect() 完成 SSL/TLS 握手协商
5. 加密传输：使用 SSL_write() 发送加密的 HTTP 请求，SSL_read() 读取加密响应
6. 资源清理：依次释放 SSL 对象、socket、SSL 上下文

关键代码结构：

SSL_CTX *ctx = SSL_CTX_new(TLS_client_method());
SSL *ssl = SSL_new(ctx);
SSL_set_fd(ssl, sockfd);
SSL_connect(ssl);
SSL_write(ssl, request, strlen(request));
SSL_read(ssl, response, sizeof(response));
SSL_free(ssl);
SSL_CTX_free(ctx);

该方案确保了告警信息在网络传输过程中的安全性，有效防止数据被窃取或篡改。

七、项目创新点

1. 采用CoreMP135主控搭配MLX90642面阵红外采样，全域测温监测范围更广
2. 设定100℃固定预警阈值，高温火源识别精准，预警时机合理
3. 硬件极简设计，舍弃LED指示灯，仅保留成品喇叭，电路精简故障率低
4. 本地喇叭声光告警+企业微信图片远程推送双重预警模式
5. 自动采集热成像画面上传，直观展示热源位置，便于远程研判
6. 设备功耗低，支持7×24小时无人值守自动监测

八、应用前景

本设备适用于配电室、仓储库房、工厂车间、工业园区等场所，针对高温起火隐患提前监测预警，超温自动鸣笛提醒现场人员，同步推送图像至管理端，实现智能化消防安全管控，安装便捷、成本低廉，具备良好市场推广前景。

九、总结与展望

项目总结

本项目基于CoreMP135与MLX90642完成设计，实现红外矩阵温度连续采样，温度超过100℃触发喇叭报警，同步通过企业微信Webhook推送预警图片。硬件结构简洁，功能贴合实际安防需求，运行稳定可靠，符合本次大赛参赛标准。

优化方向

后续可增设报警消控功能、多档位温度分级预警、历史告警数据存储，进一步提升系统智能化程度。

十、附录

BOM元器件清单

附录资料

1. CoreMP135全套工程源码
2. MLX90642红外采样驱动程序
3. 企业微信Webhook配置说明
4. 硬件接线图、设备实物效果图
5. 贸泽电子采购相关凭证