CN102395221A - 基于无线传感网的博物馆环境监测系统 - Google Patents

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王艳
张宗梅
高春能
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    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
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Abstract

本发明提供了一种基于无线传感网的博物馆环境监测系统，包括用于监测博物馆环境因子的智能传感器节点、基站、控制中心和终端显示设备；所述智能传感器节点与基站无线连接入无线传感器网络，基站与控制中心的上位机之间采用串口通信；所述智能传感器节点包括博物馆环境因子传感器、信息采集控制器、无线通信模块，所述信息采集控制器与博物馆环境因子传感器连接，信息采集控制器与无线通信模块连接，无线通信模块与无线传感器网络相连；所述智能传感器节点带有自检模式。本发明的优点是：本发明基于无线传感网，能够实现实时在线地对博物馆环境因素进行监测和管理；系统采用节能的三级信息处理机制，智能传感器节点设置自检模式，功耗小，效率高。

Description

基于无线传感网的博物馆环境监测系统
技术领域
本发明涉及一种环境监测系统，尤其是一种基于无线传感网的博物馆环境监测系统。
背景技术
现有的无线传感器网络是由大量的集成有传感器，数据处理器和无线通信模块的节点通过自组织的方式构成的网络系统。它融合了传感器技术，现代网络与无线通信技术，分布式信息处理技术，应用前景十分广阔。
博物馆环境监测方面，博物馆环境就是指人类的自然环境，就是包括环绕在博物馆周围的自然界中的空气，水，土壤，岩石，阳光及人类的活动等综合因素。博物馆是展品收藏与陈列的机构，由于展品由多种不同材料所组成，而材料与所保存的自然环境息息相关。环境监测的任务就是监测影响环境的各种有害物质和因素。
目前，对于博物馆环境的监测大多采用有线的方式，监测设备主要采用进口的监测设备，仅仅是针对单一的环境因子进行监测。该方法成本高，不易维护，布线困难，且监测范围十分有限。而无线传感器网络监测系统具有能耗低，易维护，成本低廉，容易形成庞大的自组织网络，可在大范围内实现实时在线的环境监测，并且监测信息可以实时地显示在终端显示设备上，便于工作人员查询相关展品的环境信息，以指导展品管理者采取相应的保护措施，同时也可方便的将环境信息值用作命令的阈值，将指令通过无线网传输至相关设备用于调节环境因子。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于无线传感网的博物馆环境监测系统，能够实现实时在线地对博物馆环境因素进行监测和管理。
按照本发明提供的技术方案，所述基于无线传感网的博物馆环境监测系统包括：用于监测博物馆环境因子的智能传感器节点、基站、控制中心和终端显示设备；所述智能传感器节点与基站无线连接入无线传感器网络，基站与控制中心的上位机之间采用串口通信；
所述智能传感器节点包括博物馆环境因子传感器、信息采集控制器、无线通信模块，所述信息采集控制器与博物馆环境因子传感器连接，信息采集控制器与无线通信模块连接，无线通信模块与无线传感器网络相连；
所述智能传感器节点带有自检模式，控制中心通过命令设置传感器节点的自检周期，用于定时检查传感器节点工作状态是否良好，包括传感器节点能量是否充足，是否可以正常工作；或通过手动设置将智能传感器节点置于自检模式，以获取智能传感器节点的状态信息。
所述博物馆环境因子传感器包括温度传感器、光照传感器、湿度传感器、图片采集传感器、大气阴离子传感器、大气颗粒物传感器中的一种或多种。
所述智能传感器节点的信息采集控制器为微处理器STM32103，无线通信模块为zigbee模块SPZB260；所述基站采用的控制器为微处理器STM32107，基站的无线通信模块为zigbee模块SPZB260。
系统采用节能的三级数据信息处理机制，一级为智能传感器节点筛选出环境因子异常的环境信息进行报警处理，并将信息上报至控制中心；二级为基站通过数据融合算法减少发送的数据量；三级为控制中心将基站上报上来的信息进行最终处理，包括显示正常环境信息、报警异常节点信息、发布相关调节措施命令。
所述基站的数据融合算法为：将超出阈值的环境因子数据以及环境因子数值的最大值和最小值传输至控制中心，其余的数据则做存档处理。
所述终端显示设备显示：超出阈值的异常节点的环境因子的数值以及该节点所在的地理位置；正常节点处环境因子的值域范围。
本发明为每件展品分配一个标签，在所述终端显示设备上点开要查询的展品标签便能够显示展品所处的地理位置以及其当前所处的环境信息概况，或者调用基站存储的详细信息。每件展品对应一个数据库。
本发明通过所述终端显示设备设置环境因子参数值的上下限，即设置环境因子参数值产生报警的阈值。
本发明的优点是：本发明基于无线传感网，能够实现实时在线地对博物馆环境因素进行监测和管理；系统采用节能的三级信息处理机制，智能传感器节点设置自检模式，终端显示设备采用直观的触摸屏显示，功耗小，效率高。
附图说明
图1是本发明的系统结构框图。
图2是本发明的智能传感器节点采集数据流程图。
图3是基站数据处理流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，系统主要包括智能传感器节点、基站、控制中心和终端显示设备，所述智能传感器节点与基站无线连接入无线传感器网络，基站与控制中心的上位机之间采用串口通信。
其中，所述智能传感器节点包括博物馆环境因子传感器、信息采集控制器、无线通信模块，所述信息采集控制器与博物馆环境因子传感器连接，信息采集控制器与无线通信模块连接，无线通信模块与无线传感器网络相连；智能传感器节点的信息采集控制器为微处理器STM32103，无线通信模块为低能耗的zigbee模块SPZB260。基站控制器为微处理器STM32107，无线通信模块为zigbee模块SPZB260。所述博物馆环境因子传感器可以包括温度传感器、光照传感器、湿度传感器、图片采集传感器，检测大气中的污染物的如阴离子传感器、颗粒物传感器等等。
所述智能传感器节点带有自我检查模式，控制中心可以通过命令设置智能传感器节点的自检周期，用于定时检查智能传感器节点工作状态是否良好，例如智能传感器节点能量是否充足，是否可以正常工作等等。也可以通过手动将传感器置于自我检查模式，以获取智能传感器节点的相关状态信息。
所述系统采用节能的三级数据信息处理机制，一级为智能传感器节点筛选出环境因子异常的环境信息进行报警处理，并将信息上报至控制中心。二级为基站通过数据融合算法减少所需发送的数据量以达到降低能耗的目的。三级为控制中心将基站上报上来的信息进行最终处理，如显示正常环境信息，报警异常节点信息，并发布相关调节措施命令等等。
所述基站数据融合算法为：由于基站需要收集大量周边传感器传送过来的环境信息，并将信息传输至控制中心。传感器发送数据所消耗的能量远远大于计算数据消耗的能量，所以在基站设置信息预处理机制，将部分冗余信息通过数据融合算法做存储处理，将精简的信息传输至控制中心，从而大大减少基站所需传输的数据量。本系统所采用的方法为将超出阈值的环境因子数据以及环境因子数值的最大值和最小值传输至控制中心，其余的数据则做存档处理。
所述终端显示设备显示包括超出阈值的异常节点的环境因子的数值以及节点所在的地理位置；正常节点所处环境因子的值域范围。
所述终端显示设备采用触摸屏显示，触摸屏上显示智能传感器节点传输过来的展品的实时画面，实时的画面传输可以监测到当前展品所处的状态，同时可以防止盗窃。每件展品分配一个标签（可以是编号、二维码等等起标识作用），操作人员点开要查询的展品便可显示该展品所处的地理位置以及其当前所处的环境信息概况，或者调用基站存储的详细信息。每件展品对应一个数据库，方便操作人员查询。展品的环境信息参数可以以表格的形式显示也可以以直观的图表的形式显示。操作人员可以随时在触屏界面上设置环境参数值的上下限，即设置环境参数值产生报警的阈值。
智能传感器节点初始化以后首先判断是否有要求需要其进入自检模式，如果是的话，将进入自检模式，将自检信息通过基站上传至控制中心。若否的话，则进入环境监测状态，智能传感器节点将采集到的环境因子信息首先进行一级处理，将超过阈值的节点置于报警状态，同时将异常数据做上标记通过SPZB260无线通信模块上报基站处理。正常环境因子数据直接上传至基站。智能传感器节点数据处理流程如图2所示。
如图3所示，基站的信息数据压缩整合的信息处理过程为：基站将智能传感器节点上传上来的数据分类，将极值以及异常数据通过SPZB260无线通信模块传输至控制中心进行处理。将正常数据做存储处理，方便后期管理人员调用相关的具体信息。
控制中心与终端显示设备连接，实时显示含有标签的展品所处环境信息，通过触摸屏设置智能传感器节点的自检周期，获取智能传感器节点的状态信息。操作人员点开要查询的展品可显示该展品所处的地理位置以及其当前所处的环境信息概况，若需要展品的详细信息可向基站发送查询命令，基站将存储的展品环境信息上传至控制中心。

Claims (9)

1.基于无线传感网的博物馆环境监测系统，其特征是包括：用于监测博物馆环境因子的智能传感器节点、基站、控制中心和终端显示设备；所述智能传感器节点与基站无线连接入无线传感器网络，基站与控制中心的上位机之间采用串口通信；
所述智能传感器节点包括博物馆环境因子传感器、信息采集控制器、无线通信模块，所述信息采集控制器与博物馆环境因子传感器连接，信息采集控制器与无线通信模块连接，无线通信模块与无线传感器网络相连；
所述智能传感器节点带有自检模式，控制中心通过命令设置传感器节点的自检周期，用于定时检查传感器节点工作状态是否良好，包括传感器节点能量是否充足，是否可以正常工作；或通过手动设置将智能传感器节点置于自检模式，以获取智能传感器节点的状态信息。
2.如权利要求1所述基于无线传感网的博物馆环境监测系统，其特征是，所述博物馆环境因子传感器包括温度传感器、光照传感器、湿度传感器、图片采集传感器、大气阴离子传感器、大气颗粒物传感器中的一种或多种。
3.如权利要求1所述基于无线传感网的博物馆环境监测系统，其特征是，所述智能传感器节点的信息采集控制器为微处理器STM32103，无线通信模块为zigbee模块SPZB260；所述基站采用的控制器为微处理器STM32107，基站的无线通信模块为zigbee模块SPZB260。
4.如权利要求1所述基于无线传感网的博物馆环境监测系统，其特征是，系统采用节能的三级数据信息处理机制，一级为智能传感器节点筛选出环境因子异常的环境信息进行报警处理，并将信息上报至控制中心；二级为基站通过数据融合算法减少发送的数据量；三级为控制中心将基站上报上来的信息进行最终处理，包括显示正常环境信息、报警异常节点信息、发布相关调节措施命令。
5.如权利要求4所述基于无线传感网的博物馆环境监测系统，其特征是，所述基站的数据融合算法为：将超出阈值的环境因子数据以及环境因子数值的最大值和最小值传输至控制中心，其余的数据则做存档处理。
6.如权利要求1所述基于无线传感网的博物馆环境监测系统，其特征是，所述终端显示设备显示：超出阈值的异常节点的环境因子的数值以及该节点所在的地理位置；正常节点处环境因子的值域范围。
7.如权利要求1所述基于无线传感网的博物馆环境监测系统，其特征是，为每件展品分配一个标签，在所述终端显示设备上点开要查询的展品标签便能够显示展品所处的地理位置以及其当前所处的环境信息概况，或者调用基站存储的详细信息。
8.如权利要求7所述基于无线传感网的博物馆环境监测系统，其特征是，每件展品对应一个数据库。
9.如权利要求1所述基于无线传感网的博物馆环境监测系统，其特征是，通过所述终端显示设备设置环境因子参数值的上下限，即设置环境因子参数值产生报警的阈值。
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