CN102819937A - 一种面向智能楼宇的异构网络无线监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种面向智能楼宇的异构网络无线监控系统，包括WiFi传感网络、ZigBee传感网络、中央控制器和报警模块。其中，WiFi传感网络包括WiFi传感节点和能支持ISM5GHZ工作频段的WiFi路由节点，WiFi传感节点包括WiFi微处理器、视频传感终端、第一变压器和第一天线。ZigBee传感网络包括ZigBee传感节点和ZigBee路由节点，ZigBee传感节点包括第一ZigBee微处理器、用于采集楼宇环境因子的第一传感器、第二变压器和第二天线；ZigBee路由节点包括第二ZigBee微处理器、用于采集楼宇环境因子的第二传感器、第一存储器、第三变压器和第三天线。中央控制器包括ARM中央处理器、WiFi无线通信模块、ZigBee无线通信模块、第四天线、第五天线、第二存储器和第一RS232收发器。本发明实现了多源信息的采集，可避免信道干扰。

Description

一种面向智能楼宇的异构网络无线监控系统

技术领域

本发明涉及一种面向智能楼宇的异构网络无线监控系统。

背景技术

随着城市化进程的加速，现代化、智能化的楼宇越来越多的出现在城市中，人们的工作生活已经和智能楼宇密不可分，因此对楼宇环境的舒适性、安全性和节能性也愈加重视。楼宇监测作为智能化楼宇的重要组成部分，主要指通过对楼宇多种环境因子的有效监控，以及针对楼宇出入口、通道、重要场所等进行监测，采集相关场所的视频信息，并在必要的情况下自动报警，从而实现楼宇环境的实时监控，及时改善楼宇环境、保障楼宇安全。楼宇监测系统要求无人值守、网络化、便于操作和管理、系统成本低廉、能够自动报警并且自动收集到足够多的有效信息。现有的监测系统多数通过有线方式进行数据传输，楼宇内测点繁多线路错综复杂，且远距离传输时电缆铺设成本过高，维护困难，扩展性差以及缺乏和管理人员必要的联动等。

ZigBee技术(也称之为802.15.4标准)是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本、高容量的无线传感网络技术，基于ZigBee技术的无线传感器网络具有自组织性、可快速部署、无人值守等优点，十分适合于楼宇监测的应用。但是，由于ZigBee技术是一种低数据速率的无线传输技术，一般传输的数据量较小。而相比ZigBee技术，WiFi(也称之为802.11标准)是一种复杂度和功耗较高、高数据速率、高成本的无线网络技术。目前在无线局域网中得到了较为广泛的应用，十分便于接入Internet。

为了满足楼宇监测系统的具体需要，如同时采集楼宇内温湿度、光照等小数据量信息和传输监测视频等大数据量信息，可以将ZigBee技术和WiFi技术相结合，构建一个Ziggee和WiFi相结合的智能楼宇监测系统。利用ZigBee技术组建ZigBee无线传感网络，传输小数据量的监测活动信息；利用WiFi技术组建视频监测WiFi无线局域网，传输大数据量的监测视频等信息。同时，利用GPRS网络覆盖面积大、使用范围广、信号稳定、易集成等特点，用GPRS模块作为无线监控系统与用户交互的功能模块，实现报警功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向智能楼宇的异构网络无线监控系统，可克服现有技术的全部或部分缺陷。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：

本发明的面向智能楼宇的异构网络无线监控系统包括WiFi传感网络、ZigBee传感网络、中央控制器和报警模块；所述WiFi传感网络包括WiFi传感节点和能够支持ISM 5GHZ工作频段的WiFi路由节点，WiFi传感节点包括WiFi微处理器、视频传感终端、第一变压器和第一天线；视频传感终端包括图像传感器和图像处理器，图像传感器用于摄取楼宇内的场景图像；图像处理器能够对图像传感器摄取的场景图像进行A/D转换和图像信号处理，并将处理后的图像数据传送给WiFi微处理器；WiFi微处理器能够将接收到的所述图像数据封装成WiFi数据帧，并将WiFi数据帧经第一变压器加载至第一天线，再由第一天线发射给对应的WiFi路由节点；所述ZigBee传感网络包括ZigBee传感节点和ZigBee路由节点， ZigBee传感节点包括第一ZigBee微处理器、用于采集楼宇环境因子数据的第一传感器、第二变压器和第二天线；第一ZigBee微处理器能够将由所述第一传感器采集的环境因子数据分别进行A/D转换后封装成ZigBee数据包，并将ZigBee数据包经第一RF无线电收发器发送给第二变压器；第二变压器将接收到的ZigBee数据包加载至第二天线，并由第二天线发射给符合路由最近原则的对应ZigBee路由节点；所述ZigBee路由节点包括第二ZigBee微处理器、用于采集楼宇环境因子数据的第二传感器、第一存储器、第三变压器和第三天线；第二ZigBee微处理器能够将由所述第二传感器采集的环境因子数据分别进行A/D转换后封装成ZigBee数据包，并将ZigBee数据包经第二RF无线电收发器发送给第三变压器；第三变压器将接收到的ZigBee数据包加载至第三天线，并由第三天线发射给符合路由最近原则的对应ZigBee路由节点；所述中央控制器包括ARM中央处理器、WiFi无线通信模块、ZigBee无线通信模块、第四天线、第五天线、第二存储器和第一RS232收发器，ARM中央处理器分别与WiFi无线通信模块、ZigBee无线通信模块、第二存储器和第一RS232收发器相连，第四天线和WiFi无线通信模块相连，第五天线和ZigBee无线通信模块相连，第一RS232收发器和报警模块相连。

进一步地，本发明异构网络无线监控系统还包括服务器，所述中央控制器还包括第二RS232收发器，第二RS232收发器和服务器相连。

进一步地，本发明所述报警模块在其所接收到的任一种所述环境因子数据或所述图像数据超过相应阈值时，进行报警。

进一步地，本发明所述第一传感器为烟雾传感器、光照传感器、温湿度传感器中的任一种或任几种。

进一步地，本发明所述第二传感器为烟雾传感器、光照传感器、温湿度传感器中的任一种或任几种。

进一步地，本发明所述WiFi传感网络工作在ISM 5GHZ频段。

进一步地，本发明所述ZigBee传感网络工作在ISM 2.4GHZ频段。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明综合利用ZigBee技术、WiFi技术、报警技术、互联网技术和3G移动通信技术组建了异构网络，实现了多源信息的采集。其中，利用ZigBee技术传输小数据量的监测信息，利用WiFi技术传输图像和音频等大数据量的监测信息，利用报警技术向用户发送报警信息实现系统和管理人员的联动，利用互联网技术和3G移动通信技术实现互联网用户和移动用户对监控系统的访问。

2.本发明利用多频段同时工作，避免了信道干扰问题。WiFi传感网络可工作在ISM 5GHZ频段，ZigBee传感网络工作在ISM 2.4GHZ频段，有效避免了视频监测WiFi无线局域网和ZigBee无线传感网络之间的信道干扰问题。

3.本发明具有自组织、可扩展、多网络异构、多传感器异构、多源信息采集、低功耗、低成本、使用方便、可报警、整个系统安装维护简单等特点，克服了传统有线方式的成本较高、安装维护难度较大等缺点。

附图说明

图1为本发明的一种面向智能楼宇的异构网络无线监控系统示意图；

图2为本发明的WiFi传感节点的一种硬件结构示意图；

图3为本发明的ZigBee传感节点的一种硬件结构示意图；

图4为本发明的ZigBee路由节点的一种硬件结构示意图；

图5为本发明的中央控制器的一种硬件结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的面向智能楼宇的异构网络无线监控系统包括WiFi传感网络1、ZigBee传感网络2、中央控制器3和报警模块4。

其中，WiFi传感网络1包括WiFi传感节点6和能够支持ISM 5GHZ工作频段的WiFi路由节点7，因此WiFi传感网络1能够工作在ISM 5GHZ频段，从而能够采集和传输视频图像等大数据量的监测信息。ZigBee传感网络2包括ZigBee传感节点8和ZigBee路由节点9，ZigBee传感网络2能够工作在ISM 2.4GHZ频段，从而能够采集和传输楼宇的环境因子数据。

图1所示的WiFi传感网络1的组网方式如下：一个或多个WiFi传感节点6与WiFi路由节点7相连，一个或多个WiFi路由节点7按照路由最近原则与一个WiFi路由节点7相连。

图1所示的ZigBee传感网络2的组网方式如下：一个或多个ZigBee传感节点8与ZigBee路由节点9相连，一个或多个ZigBee路由节点9按照路由最近原则与一个ZigBee路由节点9相连。

在图1中，中央控制器3按照路由最近原则分别与一个WiFi路由节点7和一个ZigBee路由节点9相连。WiFi传感节点6用于采集楼宇的场景图像数据；WiFi路由节点7可将楼宇的场景图像数据按照路由最近原则转发到其他的WiFi路由节点7或中央控制器3；WiFi传感节点6可通过WiFi路由节点7传输数据给中央控制器3；WiFi传感节点6和WiFi路由节点7可自由加入或退出WiFi传感网络1。ZigBee传感节点8可包含多种数字传感器，例如烟雾传感器、光照传感器、温湿度传感以及其他用于采集楼宇环境因子数据的传感器，由此采集楼宇的烟雾信息、光照强度、温湿度等多种所需的楼宇环境因子。ZigBee路由节点9将所采集的各种楼宇环境因子数据按照路由最近原则转发到其他的ZigBee路由节点9或中央控制器3，ZigBee传感节点8可通过ZigBee路由节点9将楼宇环境因子数据传输给中央控制器3，ZigBee传感节点8和ZigBee路由节点9可自由加入或退出ZigBee传感网络2。中央控制器3 对来自WiFi传感网络1的楼宇的场景图像数据和来自ZigBee传感网络2的楼宇环境因子数据进行收集和处理，并且可以进一步将楼宇的场景图像数据和楼宇环境因子数据传送给服务器5进行数据存储和网络共享。当楼宇的环境因子数据或楼宇的场景图像数据达到报警阈值时，中央控制器3驱动报警模块4向用户发送报警信息。互联网上的授权用户可通过以太网接入系统，访问服务器5上的数据，手机移动用户通过3G网络也可访问服务器5，从而实现远程监控。

在本发明中，WiFi路由节点7为能够支持ISM 5GHZ频段工作的WiFi无线路由器。例如，WiFi路由节点7可使用Asus公司的RT-N66U无线路由器、奔明科技公司的BMW-HM5无线路由器等。WiFi路由节点7接收来自WiFi传感节点6的图像数据，并按路由最近原则转发给下一个WiFi路由节点7或中央控制器3。

如图2所示，WiFi传感节点6包括WiFi微处理器、视频传感终端、第一变压器和第一天线。视频传感终端包括图像传感器和图像处理器，图像传感器用于摄取楼宇内的场景图像，图像处理器对图像传感器摄取的场景图像进行A/D转换和增益调整、图像格式转换、图像分割、图像压缩、图像存储等图像信号处理，并将处理后的图像数据传送给WiFi微处理器。WiFi微处理器对接收到的图像数据进行处理，根据WiFi协议将图像数据封装成WiFi数据帧并经第一变压器加载至第一天线，再由第一天线发射给符合路由最近原则的对应WiFi路由节点7。

本发明中，WIFi微处理器可优选Broadcom公司的BCM4360微处理器，BCM4360微处理器全面集成了符合双频带（2.4 GHz和5 GHz）IEEE 802.11ac3 × 3要求的无线收发器，可实现在ISM 5GHZ频段上进行数据传输，从而避免了与2.4 GHz频段上的ZigBee传感网络2之间的信道干扰问题。本发明中，图像传感器可以是CMOS视频传感器或CCD视频传感器，图像处理器为支持图片信号处理的芯片，如Marco Image的MDIN270/275、富士通公司的MB91680A-T等。作为本发明的另外一种实施方式，视频传感终端还可以是兼备图像传感器和图像处理器的摄像机，如：D-link公司的DCS-G900 、Aptina公司的AR0330CS等。

如图3所示，ZigBee传感节点8包括第一ZigBee微处理器、第一烟雾传感器、第一光照传感器、第一温湿度传感器、第二变压器和第二天线。第一烟雾传感器、第一光照传感器和第一温湿度传感器分别用于采集楼宇的烟雾信息、光照强度、温湿度等环境因子数据；第一ZigBee微处理器将所采集的环境因子数据分别进行A/D转换后，由CPU根据ZigBee协议封装成ZigBee数据包，并将ZigBee数据包经第一RF无线电收发器发送给第二变压器；第二变压器将接收到的ZigBee数据包加载至第二天线，并由第二天线发射给符合路由最近原则的对应ZigBee路由节点9。

本发明中，第一ZigBee微处理器和第二ZigBee微处理器优选使用英商Jennic公司的JN-5148微处理器，其内整合了高效能的32-bit RISC CPU，并集成了符合IEEE802.15.4标准的2.4GHz的RF无线电收发器，可无需外接无线收发模块而只通过变压器与天线连接，实现数据无线传输。

本发明中，烟雾传感器可选用MC14468传感器，光照传感器可选用TSL2550传感器、TSL230B传感器等，温湿度传感器可选用SHT15传感器、SHT11传感器等。

第一ZigBee微处理器能够将来自第一烟雾传感器、第一光照传感器、第一温湿度传感器的环境因子数据分别进行A/D转换后封装成ZigBee数据包，并将ZigBee数据包经第一RF无线电收发器发送给第二变压器；第二变压器将接收到的ZigBee数据包加载至第二天线，并由第二天线发射给符合路由最近原则的对应ZigBee路由节点9。

如图4所示，ZigBee路由节点9包括第二ZigBee微处理器、第二烟雾传感器、第二光照传感器、第二温湿度传感器、第一存储器、第三变压器和第三天线。第二烟雾传感器、第二光照传感器和第二温湿度传感器分别用于采集楼宇的烟雾信息、光照强度、温湿度等环境因子数据，第二ZigBee微处理器将所采集的环境因子数据进行A/D转换后，由CPU根据ZigBee协议封装成ZigBee数据包，并将ZigBee数据包经第二RF无线电收发器发送给第三变压器，第三变压器将接收到的ZigBee数据包加载至第三天线，并由第三天线发射给符合路由最近原则的对应ZigBee路由节点9或中央控制器3。第一存储器用于存储ZigBee传感网络2的路由数据表。

如图5所示，中央控制器3包括ARM中央处理器、WiFi无线通信模块、ZigBee无线通信模块、第四天线、第五天线、第一RS232收发器和第二存储器。ARM中央处理器分别与WiFi无线通信模块、ZigBee无线通信模块、第一RS232收发器和第二存储器相连，第四天线和WiFi无线通信模块相连，第五天线和ZigBee无线通信模块相连，第一RS232收发器和报警模块4相连。第四天线用于接收WiFi路由节点6传递过来的WiFi数据帧，WiFi无线通信模块根据WiFi协议对接收到的WiFi数据帧进行解析得到楼宇的场景图像数据，并将场景图像数据传送给ARM中央处理器进行处理。第五天线用于接收ZigBee路由节点9传递过来的ZigBee数据包，ZigBee无线通信模块根据ZigBee协议对接收到的ZigBee数据包进行解析得到楼宇的环境因子数据，并传送给ARM中央处理器进行处理。第二存储器可存储预先设定的烟雾阈值、光照强度阈值、温湿度阈值以及其他所需的环境因子的阈值，并且存储楼宇重要场所的人物检测周界阈值。ARM中央处理器对接收到的场景图像数据和楼宇环境因子数据分别进行分析判断，当数据超过预先设定的任一阈值时，ARM中央处理器即驱动报警模块4向用户发送报警信息。本发明中，ARM中央处理器可优先选用SAMSUNG公司的S3C6410微处理器，ZigBee无线通信模块可优先选用收发一体的JN-5148模块，WiFi无线通信模块为支持ISM 5GHZ频段工作的WiFi通信模块，例如，WiFi无线通信模块可使用Broadcom公司的收发一体的BCM4360模块。报警模块4可以是GSM报警模块、GPRS报警模块。

作为另一种实施方式，本发明面向智能楼宇的异构网络无线监控系统还包括服务器5，而中央控制器3还包括第二RS232收发器，第二RS232收发器和服务器5相连。中央控制器3可以将楼宇的场景图像数据和楼宇环境因子数据传送给服务器5进行数据存储和网络共享。互联网上的授权用户可通过以太网接入系统，访问服务器5上的数据，手机移动用户通过3G网络也可访问服务器5，从而实现远程监控。

Claims (7)

1.一种面向智能楼宇的异构网络无线监控系统，其特征在于：包括WiFi传感网络1、ZigBee传感网络2、中央控制器3和报警模块4；

所述WiFi传感网络包括WiFi传感节点和能够支持ISM 5GHZ工作频段的WiFi路由节点，WiFi传感节点包括WiFi微处理器、视频传感终端、第一变压器和第一天线；视频传感终端包括图像传感器和图像处理器，图像传感器用于摄取楼宇内的场景图像；图像处理器能够对图像传感器摄取的场景图像进行A/D转换和图像信号处理，并将处理后的图像数据传送给WiFi微处理器；WiFi微处理器能够将接收到的所述图像数据封装成WiFi数据帧，并将WiFi数据帧经第一变压器加载至第一天线，再由第一天线发射给对应的WiFi路由节点；

所述ZigBee传感网络包括ZigBee传感节点和ZigBee路由节点， ZigBee传感节点包括第一ZigBee微处理器、用于采集楼宇环境因子数据的第一传感器、第二变压器和第二天线；第一ZigBee微处理器能够将由所述第一传感器采集的环境因子数据分别进行A/D转换后封装成ZigBee数据包，并将ZigBee数据包经第一RF无线电收发器发送给第二变压器；第二变压器将接收到的ZigBee数据包加载至第二天线，并由第二天线发射给符合路由最近原则的对应ZigBee路由节点；

所述ZigBee路由节点包括第二ZigBee微处理器、用于采集楼宇环境因子数据的第二传感器、第一存储器、第三变压器和第三天线；第二ZigBee微处理器能够将由所述第二传感器采集的环境因子数据分别进行A/D转换后封装成ZigBee数据包，并将ZigBee数据包经第二RF无线电收发器发送给第三变压器；第三变压器将接收到的ZigBee数据包加载至第三天线，并由第三天线发射给符合路由最近原则的对应ZigBee路由节点；

所述中央控制器包括ARM中央处理器、WiFi无线通信模块、ZigBee无线通信模块、第四天线、第五天线、第二存储器和第一RS232收发器，ARM中央处理器分别与WiFi无线通信模块、ZigBee无线通信模块、第二存储器和第一RS232收发器相连，第四天线和WiFi无线通信模块相连，第五天线和ZigBee无线通信模块相连，第一RS232收发器和报警模块相连。

2.根据权利要求1所述的面向智能楼宇的异构网络无线监控系统，其特征在于：它还包括服务器，所述中央控制器还包括第二RS232收发器，第二RS232收发器和服务器相连。

3.根据权利要求1所述的面向智能楼宇的异构网络无线监控系统，其特征在于：所述报警模块在其所接收到的任一种所述环境因子数据或所述图像数据超过相应阈值时，进行报警。

4.根据权利要求1所述的面向智能楼宇的异构网络无线监控系统，其特征在于：所述第一传感器为烟雾传感器、光照传感器、温湿度传感器中的任一种或任几种。

5.根据权利要求1所述的面向智能楼宇的异构网络无线监控系统，其特征在于：所述第二传感器为烟雾传感器、光照传感器、温湿度传感器中的任一种或任几种。

6.根据权利要求1所述的面向智能楼宇的异构网络无线监控系统，其特征在于：所述WiFi传感网络工作在ISM 5GHZ频段。

7.根据权利要求1或6所述的面向智能楼宇的异构网络无线监控系统，其特征在于：所述ZigBee传感网络工作在ISM 2.4GHZ频段。

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