CN102932963A

CN102932963A - 基于Zigbee技术的考古手持设备

Info

Publication number: CN102932963A
Application number: CN2012104278981A
Authority: CN
Inventors: 耿照新; 魏星; 熊兴崟; 廖黎敏
Original assignee: Minzu University of China
Current assignee: Minzu University of China
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2013-02-13

Abstract

一种基于Zigbee技术的考古手持设备，是一款适用于考古现场的数字化采集、通信、存储和管理的手持智能化终端，具有自组织网络功能，能够完成考古现场数据的收集、存储、查询、分析。该手持设备硬件主要包含：协调各模块功能及安装有考古常用的软件的主控模块、数据收集模块、存储模块、电源模块、节点定位模块、近距离通讯模块、GPS导航模块、用户接口模块。本手持设备紧密贴合野外考古业务流程，实现更加便捷、高效、准确、全面的考古信息采集和处理；该设备带有无线传感系统，可以实现在移动情况下组网，并实现数据交换，方便考古作业的顺利执行。

Description

基于Zigbee技术的考古手持设备

技术领域

本发明涉及考古设备，尤其是具有定位导航及无线传感系统功能的考古手持设备。

背景技术

聚落形态研究针对聚落几平方公里、几十平方公里甚至几千平方公里范围内进行全覆盖拉网式采集，采集聚落内所有古代遗物，要记录的数据除采集点的GPS位置数据外，还需要采集点属性（如地表、灰坑、墓葬、夯土、陶窑等），采集遗物的种类和数量。除有详细的文字记录，尚需照相并绘制遗迹形制示意图等。现今虽然引进了一些科技手段，这些技术也促进了考古方法的改进和考古内容的深入，但是设备费用很高，并且庞大，不易携带，导致目前绝大多数田野考古项目仍然是在一种封闭状态下完成的，其发掘质量与进度因领队和队员业务水准不同而有较大差别。目前存在以下几个问题：

1)由于各个采集点之间的通信由对讲机实现，因此会因为定位不精导致无法做到全覆盖，在大遗址范围里容易丢失重要信息。

2)采集发掘人员对层位和聚落形态容易误判，无法通过交互手段对现场进行远程监控、专家会诊和资料共享。

3)不能对考古数据做到及时科学的分析处理。

4)定位不够精确，无法准确绘制出各采集点的信息，也因此无法精确反映社会的复原。

利用无线传感网络技术对采集发掘现场进行远程监控、专家会诊和相关研究资料的共享，可以实现技术现代化和方法多样化，有力推动中国考古学聚落形态研究，以及文化遗产保护技术手段的科学化、现代化进程。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种适用于考古现场作业的手持设备。能够完成考古现场数据的存储、查询、分析。

本发明提供的技术方案如下：

一种基于Zigbee技术的考古手持设备，其特征是，所述考古手持设备包括：主控模块、数据采集模块、存储模块、电源模块、节点定位模块、近距离通讯模块、导航模块、用户接口模块；

所述主控模块，用于协调处理其他各模块之间的功能交互，以及对现场实时考古数据进行分析处理；

所述存储模块，用于存储数据；

所述数据采集模块，用于对考古现场进行实时数据采集；

电源模块，用于为所述考古手持设备提供电力；

所述节点定位模块，通过Zigbee进行节点定位；

所述近距离通讯模块，通过Zigbee进行近距离通讯；

所述导航模块，用GPS进行导航，对考古现场进行位置标记；

所述用户接口模块，包括触摸屏，用于向用户展示数据与功能选项，并接受用户的输入。

所述的考古手持设备，其特征是，所述数据采集模块，用传感器进行考古现场数据采集，并用数据转换单元对采集到的传感量进行转换，使之成为主控模块可读的数据信号类型。

所述的考古手持设备，其特征是，所述数据采集模块，用摄像头进行考古现场图像数据和视频数据的采集。

所述的考古手持设备，其特征是，所述数据采集模块，用录音器进行考古现场声音数据的采集。

所述的考古手持设备，其特征是，所述主控模块，把考古现场采集到的数据进行整理，保存到数据库中；所述主控模块，包括数据库的增删改查功能；所述主控模块，包含把本考古手持设备和其他考古手持设备以及服务器进行连接和数据交互的功能。

所述的考古手持设备，其特征是，所述用户接口模块，还包括USB接口，用于数据的输入输出。

所述的考古手持设备，其特征是，通过传感器采集的考古现场数据包括：考古现场的温度、湿度、PH值、大气压力和电磁场强度等。

所述的考古手持设备，其特征是，包含GIS软件，所述主控模块，能够结合导航模块和GIS，绘制出考古现场的具体地理信息图。

所述的考古手持设备，其特征是，所述电源模块采用干电池、锂电池或太阳能电池。

所述的考古手持设备，其特征是，所述近距离通讯模块，选用CC2530芯片，还包含3DES模块用以进行网络加密，以及RSSI寄存器，用来测量接收信号的强度。

本发明的有益效果:本手持设备紧密贴合野外考古业务流程，实现更加便捷、高效、准确、全面的考古信息采集和处理；该设备带有无线传感系统，可以实现在移动情况下组网，并实现数据交换，方便考古作业的顺利执行。

附图说明

图1为本发明框架图。

图2为本发明的软件结构图。

具体实施方式

下面结合说明附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明包括主控模块、存储模块、数据采集模块、电源模块、节点定位模块、近距离通讯模块、导航模块、用户接口模块。

所述主控模块，采用ARM微处理器（或其它类型的微处理器），通过程序调度、协调各个功能模块完成业务功能；包含实时温度和湿度图表绘制、区域电辐射量值等功能，对采集的数据进行分析处理；包含数据库，可以实现对图像及采集的数据进行存储、查询；可以把考古数据（或其它数据）共享给周边的考古手持设备（指本发明所述的考古手持设备）或上传到服务器（服务器指整个无线网络系统的命令控制中心和信息汇聚处理中心，一般是指实际的电脑，通过无线网接入手段来与手持设备进行数据交换和命令的发送，手持设备之间的通讯功能完全由设备自身实现，并不需要依赖于服务器，服务器只具有控制命令下达和信息处理功能），可以更大限度的捕捉考古的信息，以及能够更加快速的进行信息的交换。

所述存储模块，用于存储数据，所述数据包括显示功能的软件模块、考古数据（如传感量数据、相片、视频、声音、图片等）、数据库、应用软件（如GIS系统、数据库查询系统）等。

所述数据采集模块，通过传感器对考古现场的自然气象监测、田野环境监测及对其它各类考古传感量进行采集，数据转换单元对采集到的所有传感量进行放大、滤波、AD转换等操作，使之适合系统读取的数字信号，主控模块对数据进行处理和储存，为考古人员提供参考依据，方便考古人员做出相应的措施；通过摄像头进行现场拍照和拍摄，并把拍摄的相片和视频储存；通过录音器进行录音，把录音信息储存。

所述电源模块，为各个模块提供能量。

所述节点定位模块，确定考古人员的精确位置，便于做到对考古遗址的全面探测，不易丢失重要的信息，也便于考古队员之间相互协同、任务的分配和调度等。该模块采用Zigbee技术，参考节点采用CC2530芯片，移动节点采用CC2431芯片，采用加权质心定位算法（即RR-WCL），系统中的信标节点周期性地发送自身信息，未知节点在收到信标节点的信息之后只记录同一个信标节点的信号强度均值，在收到超过阈值的信标信息后，建立信标节点集合、信号强度集合和信标节点位置集合，最后将未知节点接收到的信标节点信号强度的比值作为加权因子进行定位。

所述近距离通讯模块，选择CC2530芯片，工作于2.4GHz的通信模块，直接序列扩频和正交调制，符合Zigbee规范的要求。通过Zigbee将几个同样的手持设备组网，每一个手持设备都有一个唯一的地址，只要通过主控模块发送绑定的命令，被绑定的手持设备就可以和自己的手持设备进行信息、数据、文件的交流，便于考古队员之间的信息交流、相互协同、任务的分配和调度等。

所述导航模块，包括GPS定位系统，GPS系统与卫星通信，生成地理位标信息点，并把地理位标信息储存，通过GIS便可进行位置定位与导航，通过运用GIS辅助软件可以绘制出考古现场的具体地理信息图。

所述用户接口模块，通过触摸屏实现人机交互。同时，可以添加USB接口作为输入输出接口，用于连接扩展带串口的设备，交换其他外部传感器或通讯设备的数据。

本设备的整体工作流程如下（如图2所示）：工作人员在启动该设备后，首先进入欢迎界面，由触摸屏进入主功能菜单。系统由四大功能区构成，分别是近距离实时通信、GPS在线导航、采集数据实时显示和资料存档与检索。用户需要进行通信时，点击相应图标即可启动Zigbee近距离通讯模块，主控模块通过无线蓝牙与Zigbee设备进行数据交换，再由Zigbee设备与其他Zigbee节点通信，即可完成与周边的用户进行数据共享、实时通信，或者将数据信息反馈给服务器端等功能；若用户需要进行在线导航，点击图标即可读取GPS定位导航系统返回的地理参数信息，再在本地设备上利用GIS绘图实现类似导航仪的功能；如果用户采集此时周边环境相关参数信息，按照系统提示操作相应的读取温度、湿度、大气压力等传感器数据，就可以检测到当前采集的数据信息，再绘制成图标供用户查看存储；如果需要检索与考古相关的资料，只要在搜索栏里输入关键字，即可在本地资源库中搜索相关的信息。这四个功能相互结合可以基本满足田野考古人员的技术需求。

Claims

1.一种基于Zigbee技术的考古手持设备，其特征是，所述考古手持设备包括：主控模块、数据采集模块、存储模块、电源模块、节点定位模块、近距离通讯模块、导航模块、用户接口模块；

所述存储模块，用于存储数据；

所述数据采集模块，用于对考古现场进行实时数据采集；

电源模块，用于为所述考古手持设备提供电力；

所述节点定位模块，通过Zigbee进行节点定位；

所述近距离通讯模块，通过Zigbee进行近距离通讯；

所述导航模块，用GPS进行导航，对考古现场进行位置标记；

2.如权利要求1所述的考古手持设备，其特征是，所述数据采集模块，用传感器进行考古现场数据采集，并用数据转换单元对采集到的传感量进行转换，使之成为主控模块可读的数据信号类型。

3.如权利要求2所述的考古手持设备，其特征是，所述数据采集模块，用摄像头进行考古现场图像数据和视频数据的采集。

4.如权利要求2或3所述的考古手持设备，其特征是，所述数据采集模块，用录音器进行考古现场声音数据的采集。

5.如权利要求1所述的考古手持设备，其特征是，所述主控模块，把考古现场采集到的数据进行整理，保存到数据库中；所述主控模块，包括数据库的增删改查功能；所述主控模块，包含把本考古手持设备和其他考古手持设备以及服务器进行连接和数据交互的功能。

6.如权利要求1所述的考古手持设备，其特征是，所述用户接口模块，还包括USB接口，用于数据的输入输出。

7.如权利要求2所述的考古手持设备，其特征是，通过传感器采集的考古现场数据包括：考古现场的温度、湿度、PH值、大气压力和电磁场强度等。

8.如权利要求1所述的考古手持设备，其特征是，包含GIS软件，所述主控模块，能够结合导航模块和GIS，绘制出考古现场的具体地理信息图。

9.如权利要求1所述的考古手持设备，其特征是，所述电源模块采用干电池、锂电池或太阳能电池。

10.如权利要求1所述的考古手持设备，其特征是，所述近距离通讯模块，选用CC2530芯片，还包含3DES模块用以进行网络加密，以及RSSI寄存器，用来测量接收信号的强度。