CN105187470A - 一种基于ZigBee和4G技术的智能幼儿园看护系统 - Google Patents

一种基于ZigBee和4G技术的智能幼儿园看护系统 Download PDF

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李思明
李成
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Abstract

本发明公开了一种基于ZigBee和4G技术的智能幼儿园看护系统，包括智能手环、协调器、集中器、图像采集模块、互联网、服务器、智能设备、Web/客户端用户；智能手环连接协调器；协调器和图像采集模块与集中器连接；集中器通过互联网上传数据到服务器；智能设备和Web/客户端用户通过互联网访问服务器；它能够有效检测儿童的位置信息，身体信息和视频信息，给幼儿园的教师提供帮助，防止儿童离开幼儿园区域，及时发现儿童的体温，姿态，睡眠状态和运动量等信息的异常，同时这些数据也能上传至服务器，供家长实时查询，给孩子一个更加安全和健康的学习和生活环境，让家长能够更加安心和放心。

Description

一种基于ZigBee和4G技术的智能幼儿园看护系统
技术领域
本发明涉及智能幼儿园看护技术领域，尤其是一种基于ZigBee和4G技术的智能幼儿园看护系统。
背景技术
幼儿园是儿童成长的重要阶段，幼儿园应该给孩子提供一个安全的学习、生活、娱乐环境。随着我国社会经济的发展，人们的生活节奏越来越快，陪伴孩子的时间越来越少，使得家长对幼儿园的期望不断提高，孩子在幼儿园学习期间的安全和健康也成了每一个家长在选择校园时的必备条件，可以解除家长的后顾之忧，同时家长还希望能够实时的关注孩子们的生活状态，减轻家长的精神负担。但目前幼儿园的资源十分有限，场地和师资都严重不足，加上孩子天真爱动的天性，使得孩子得不到很好的照顾，也使得犯罪份子有了可乘之机。
随着通信技术，传感器技术和网络技术的发展，将ZigBee无线传感器网络和新一代4G无线通信技术应用到幼儿园看护应用技术领域，能够很好的满足人们对幼儿园看护儿童的需求。一方面通过ZigBee无线传感器网络实时监测儿童的体温，位置，姿态，睡眠质量，运动量等信息，给教师的工作提供帮助，给孩子们一个安全和舒适的生活环境，另一方面，家长可以智能设备远程查询孩子的实时信息和视频信息，实时关爱自己的孩子。
发明内容
现有技术难以满足人们生产生活的需求，为了解决上述存在的问题，本发明提出了一种基于ZigBee和4G技术的智能幼儿园看护系统，它能实时采集儿童的身体信息，视频信息和位置信息，并将这些信息上传至服务器上，既能为教师提供帮助，对孩子的异常及时响应，也能让家长通过智能终端实时查询孩子的信息，让家长能够安心。
为实现该技术目的，本发明采用的技术方案是：一种基于ZigBee和4G技术的智能幼儿园看护系统，包括智能手环、协调器、集中器、图像采集模块、互联网、服务器、智能设备、Web/客户端用户；所述智能手环连接协调器；所述协调器和图像采集模块与集中器连接；所述集中器通过互联网上传数据到服务器；所述智能设备通过互联网访问服务器；所述Web/客户端用户通过互联网访问服务器。
进一步，所述智能手环包括GPS模块、体温采集模块、陀螺仪和加速度传感器模块、睡眠检测模块、运动量检测模块和ZigBee芯片(MC13224)；所述GPS模块、体温采集模块、陀螺仪和加速度传感器模块、睡眠检测模块和运动量检测模块均与ZigBee芯片连接。ZigBee芯片的通信模式为终端节点模式和路由器模式。智能手环中的ZigBee芯片与协调器中的ZigBee芯片组成无线传感器网络进行数据交互。
进一步，所述协调节器包括ZigBee芯片(MC13224)。ZigBee芯片的通信模式为协调器模式。
进一步，所述集中器包括LPC1788嵌入式系统和4G模块；所述LPC1788嵌入式系统是集中器的主控芯片，通过串口与协调器中的ZigBee芯片进行数据交互，同时对信息进行处理和判断做出相应的操作，并通过HPI接口接收和暂存图像采集模块的视频和图像信息，通过4G模块与互联网进行数据交互。
所述集中器包括LPC1788嵌入式系统及其外围电路，通过HPI接口与图像采集模块通信，通过串口与协调器中的ZigBee芯片通信，通过4G模块与互联网进行通信。
所述的4G模块包括：移动4G网络通信芯片及其外围电路；所述图像采集模块包括高清摄像头及其驱动电路和DPS图像处理系统及其周边电路；
所述的服务器包括：主板、CPU、内存条、硬盘及其服务系统；
所述的Web服务器包括：Web服务器软件、服务器电脑、输入网页与输出网页；所述的Web服务器软件需安装在服务器电脑中，并对软件做好正确的配置；(在服务器电脑里安装Web服务器软件构成Web服务器)；
所述的手机客户端软件包括：基于安卓系统及苹果系统下开发的一款手机客户端软件。它能实时查询儿童的身体信息，视频信息和位置信息。
其中，所述GPS模块为GPS接收芯片及其外围电路。
其中，所述体温采集模块为温度采集芯片及其外围电路。
其中，所述陀螺仪和加速度传感器模块为陀螺仪和加速度检测芯片及其外围电路。
其中，所述睡眠检测模块为脉搏检测芯片及其外围电路。
其中，所述运动量模块为运动量检测芯片及其外围电路。
其中，ZigBee芯片使用MC13224，芯片主要包括以ARM7为内核的MCU和无线发送和接收模块。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：该基于ZigBee和4G技术的智能幼儿园看护系统，
1.能够有效检测儿童的位置信息和身体信息，给幼儿园的教师提供帮助，防止儿童离开幼儿园区域，及时发现儿童的体温，姿态，睡眠状态和运动量等数据的异常，同时这些数据也能上传至服务器，供家长实时查询，给孩子一个更加安全和健康的学习和生活环境。
2.能够实时采集儿童的视频信息上传至服务器供家长实时查询，让家长能够实时关爱自己的孩子，让家长能够更加安心和放心。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明的智能手环示意图；
图3为本发明的集中器结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅说明书附图1～3，本发明实施例中：一种基于ZigBee和4G技术的智能幼儿园看护系统，包括智能手环1、协调器2、集中器3、图像采集模块4、互联网5、服务器6、智能设备7、Web/客户端用户8；所述智能手环1连接协调器2；所述图像采集模块4和协调器2连接集中器3；所述集中器3通过互联网5上传数据到服务器6；所述智能设备7和Web/客户端用户8通过互联网5访问服务器6。
进一步，所述智能手环1包括GPS模块9、体温采集模块10、陀螺仪和加速度传感器模块11、睡眠检测模块12、运动量检测模块13和ZigBee芯片14；所述GPS模块9、体温采集模块10、陀螺仪和加速度传感器模块11、睡眠检测模块12和运动量检测模块13均与ZigBee芯片14连接。
进一步，所述集中器3包括LPC1788嵌入式系统15和4G模块16；所述LPC1788嵌入式系统是集中器的主控芯片，通过串口与协调器2中的ZigBee芯片14进行数据交互，同时对信息进行处理和判断做出相应的操作，通过HPI接口接收和暂存图像采集模块4的视频和图像信息，通过4G模块16与互联网5进行数据交互。
进一步的，具体如图1所示，每位儿童早晨进入教室时，由教师佩戴一个智能手环1，智能手环1中的ZigBee芯片14与协调器中的ZigBee芯片14通过ZigBee协议进行自检测、自调节、自组网，并通过建立的无线传感器网络采集每位儿童的位置信息和身体信息，相关信息通过无线传感器网络汇聚到协调器通过协调器中ZigBee芯片14串口传输到集中器3。图像采集模块4将图片和视频信息通过HPI接口传输到集中器3。集中器3对信息进行分析和判断，通过4G模块16提示教师或者家长，同时4G模块16还将信息上传至服务器6，教师和家长可以通过智能设备7或者是Web/客户端8主动查询这些信息。
如图2所示，本发明中的智能手环1包括GPS模块9，体温采集模块10，陀螺仪和加速度传感器模块11，睡眠检测模块12，运动量检测模块13和ZigBee芯片14(MC13224)。GPS模块9使用U-BLOXNEO-6M模组，可以高效稳定接收到GPS位置信息。体温采集模块10通过贴纸式温度传感器采集儿童体温，陀螺仪和加速度传感器模块11用于检测儿童的姿态变换从而判断儿童是否摔倒，睡眠监测模块12用于检测儿童的睡眠状况，运动量检测模块13用于检测儿童的运动量，ZigBee芯片(MC13224)14为基于ARM7内核的ZigBee芯片，通过对ZigBee协议栈的设置，将智能手环中的ZigBee芯片MC13224通信模式设置为ZigBee终端节点和路由节点。
如图3所示，本发明中的集中器包括15LPC1788嵌入式系统和164G模块，15LPC1788嵌入式系统是集中器的主控芯片，通过串口与协调器2中的ZigBee芯片14进行数据交互，同时对信息进行处理和判断做出相应的操作，接收和暂存图像采集模块4的视频和图像信息，通过4G模块16与互联网5进行数据交互。4G模块16使用第4代无线通信芯片实现无线数据传输，上行速度为50Mbps，下行速度为100Mbps，完全满足视频数据的无线传输。协调器2为ZigBee芯片14(MC13224)，通信模式设置为ZigBee协调器节点。图像采集模块4通过高清摄像头采集视频和图像信息，经过DSP图像处理模块的分析和计算后，通过HPI接口传送至LPC1788嵌入式系统。
本发明具体实施方案分为以下三个相对独立工作部分：第一部分为Zigbee无线传感器网络，由智能手环中的ZigBee终端节点和路由节点，协调器中的ZigBee协调节点组成ZigBee无线自组织传感器网络，智能手环由儿童携带，而协调器固定放置在合适位置。ZigBee芯片MC13244包括MCU和无线模块，MCU通过I/O接口控制传感器模块，通过无线模块发送和接收数据，传感器采集到的数据通过无线传感器网络汇聚到协调节点，协调器节点与集中器通过串口进行数据交互。
第二部分为集中器和图像采集模块，集中器对协调节点传送来的数据进行分析和处理，如果儿童的体温，位置，姿态，睡眠状态，远动量出现异常时，集中器会通过4G模块主动向幼儿园教师家长发出报警信息，同时这些信息也会上传至服务器，教师和家长也可以主动查询信息。集中器还控制图像采集模块的数据采集，图像数据可以通过4G无线通信模块经过互联网上传至服务器进行存储，家长可以查询视频信息实时关爱孩子。
第三部分为互联网部分，集中器将传感器数据，视频和图像数据通过4G网络传送至互联网的服务器上，服务器上运行有数据库程序用于数据的存储、分析和统计，同时提供Web服务。教师和家长在PC机上可以通过Web/客户端访问服务器，查询相关数据，也可以通过安卓或者是苹果智能设备上的App对服务器的数据进行查询。
对于本领域技术人员而言，然而本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于ZigBee和4G技术的智能幼儿园看护系统，包括智能手环、协调器、集中器、图像采集模块、互联网、服务器、智能设备、Web/客户端用户；其特征是：所述智能手环连接协调器；所述协调器和图像采集模块与集中器连接；所述集中器通过互联网上传数据到服务器；所述智能设备通过互联网访问服务器；所述Web/客户端用户通过互联网访问服务器。
2.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee和4G技术的智能幼儿园看护系统，其特征是：所述智能手环包括GPS模块、体温采集模块、陀螺仪和加速度传感器模块、睡眠检测模块、运动量检测模块和ZigBee芯片；所述GPS模块、体温采集模块、陀螺仪和加速度传感器模块、睡眠检测模块和运动量检测模块均与ZigBee芯片连接。智能手环中的ZigBee芯片与协调器中的ZigBee芯片组成无线传感器网络进行数据交互。
3.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee和4G技术的智能幼儿园看护系统，其特征是：所述集中器包括LPC1788嵌入式系统和4G模块；所述LPC1788嵌入式系统是集中器的主控芯片，通过串口与协调器中的ZigBee芯片进行数据交互，同时对信息进行处理和判断做出相应的操作，并通过HPI接口接收和暂存图像采集模块的视频和图像信息，通过4G模块与互联网进行数据交互。
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