CN108801365B - 印染设备安全防盗系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了印染设备安全防盗系统，包括：传感监测装置，包括汇聚节点和多个监测节点，监测节点设置于待监测的印染设备上，监测节点用于实时采集所监测的印染设备的移动轨迹数据，所述移动轨迹数据包括角速度、加速度以及振动信号；所述汇聚节点用于汇总各监测节点采集的移动轨迹数据，并将汇总的移动轨迹数据发送至监测服务器；监测服务器，与所述汇聚节点通信，包括用于接收并存储汇聚节点发送的移动轨迹数据的存储模块和用于分析移动轨迹数据的分析预警模块，所述分析预警模块在移动轨迹数据超过设定的正常门限时发出报警信号。

Description

印染设备安全防盗系统

技术领域

本发明涉及防盗监控技术领域，具体涉及印染设备安全防盗系统。

背景技术

为了防止印染设备被盗，需要实时测量印染设备的移动轨迹。

发明内容

针对上述问题，本发明提供印染设备安全防盗系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了印染设备安全防盗系统，包括：

传感监测装置，包括汇聚节点和多个监测节点，监测节点设置于待监测的印染设备上，监测节点用于实时采集所监测的印染设备的移动轨迹数据，所述移动轨迹数据包括角速度、加速度以及振动信号；所述汇聚节点用于汇总各监测节点采集的移动轨迹数据，并将汇总的移动轨迹数据发送至监测服务器；

监测服务器，与所述汇聚节点通信，包括用于接收并存储汇聚节点发送的移动轨迹数据的存储模块和用于分析移动轨迹数据的分析预警模块，所述分析预警模块在移动轨迹数据超过设定的正常门限时发出报警信号。

在一种能够实现的方式中，所述监测节点包括角速度传感器、加速度传感器、震动传感器、数据预处理模块、微控制器模块、存储器模块、接口模块、数据传输模块和电源模块，所述角速度传感器、加速度传感器、震动传感器分别通过数据预处理模块连接微控制器模块，所述微控制器模块分别与存储器模块、接口模块、数据传输模块连接，所述电源模块分别与角速度传感器、加速度传感器、震动传感器、数据预处理模块、微控制器模块、存储器模块、接口模块、数据传输模块连接，用于提供所需电能。

在一种能够实现的方式中，所述数据预处理模块包含依次连接的模数转换单元、放大电路模块。

在一种能够实现的方式中，所述电源模块包含依次连接的温差电能收集器、电源能量管理电路，所述电源能量管理电路包含MPPT模块、电能输出接口、升压电路和能量缓冲器，所述能量缓冲器包含储能电容、比较器和稳压器；所述MPPT模块的输出端连接电能输出接口的输入端、所述电能输出接口的输出端连接升压电路的输入端，所述升压电路的输出端连接稳压器的输入端，所述比较器和储能电容的输入端连接在升压电路和稳压器之间。

本发明的有益效果为：本发明采用无线传感器网络对印染设备的移动轨迹进行测量，能够精确获取印染设备的移动轨迹，进而有效地避免设备被盗；覆盖面广、功能多样化、便捷稳定，易于操作，便于管理。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明一个示例性实施例的智能室内农田灌溉水水质监测系统的结构连接框图；

图2是本发明一个示例性实施例的服务器的结构连接框图。

附图标记：

传感监测装置1、监测服务器2、存储模块10、分析预警模块20。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1、图2，本实施例提供了印染设备安全防盗系统，包括：

传感监测装置1，包括汇聚节点和多个监测节点，监测节点设置于待监测的印染设备上，监测节点用于实时采集所监测的印染设备的移动轨迹数据，所述移动轨迹数据包括角速度、加速度以及振动信号；所述汇聚节点用于汇总各监测节点采集的移动轨迹数据，并将汇总的移动轨迹数据发送至监测服务器2；

监测服务器2，与所述汇聚节点通信，包括用于接收并存储汇聚节点发送的移动轨迹数据的存储模块10和用于分析移动轨迹数据的分析预警模块20，所述分析预警模块20在移动轨迹数据超过设定的正常门限时发出报警信号。

在一种能够实现的方式中，所述监测节点包括角速度传感器、加速度传感器、震动传感器、数据预处理模块、微控制器模块、存储器模块、接口模块、数据传输模块和电源模块，所述角速度传感器、加速度传感器、震动传感器分别通过数据预处理模块连接微控制器模块，所述微控制器模块分别与存储器模块、接口模块、数据传输模块连接，所述电源模块分别与角速度传感器、加速度传感器、震动传感器、数据预处理模块、微控制器模块、存储器模块、接口模块、数据传输模块连接，用于提供所需电能。

在一种能够实现的方式中，所述数据预处理模块包含依次连接的模数转换单元、放大电路模块。

在一种能够实现的方式中，所述电源模块包含依次连接的温差电能收集器、电源能量管理电路，所述电源能量管理电路包含MPPT模块、电能输出接口、升压电路和能量缓冲器，所述能量缓冲器包含储能电容、比较器和稳压器；所述MPPT模块的输出端连接电能输出接口的输入端、所述电能输出接口的输出端连接升压电路的输入端，所述升压电路的输出端连接稳压器的输入端，所述比较器和储能电容的输入端连接在升压电路和稳压器之间。

本发明上述实施例采用无线传感器网络对印染设备的移动轨迹进行测量，能够精确获取印染设备的移动轨迹，进而有效地避免设备被盗；覆盖面广、功能多样化、便捷稳定，易于操作，便于管理。

在一种能够实现的方式中，在网络拓扑构建阶段，多个监测节点被分为多个簇，每个簇设置一个簇头；在数据传输阶段，簇头在其簇内的所有监测节点中选择一个作为数据辅助收集节点；簇内的其余监测节点根据距离最近原则选择所述数据辅助收集节点或者簇头作为发送移动轨迹数据的目的节点；当所述数据辅助收集节点接收到的移动轨迹数据量达到其最大缓存时，数据辅助收集节点将接收的移动轨迹数据转发至簇头；其中，所述的距离最近原则为：当与所述数据辅助收集节点之间的距离更近时，监测节点将采集的移动轨迹数据发送至数据辅助收集节点，当与簇头的距离更近时，监测节点将采集的移动轨迹数据发送至该簇头；簇头将接收的移动轨迹数据汇总发送至所述汇聚节点。

本实施例避免了簇内的所有监测节点直接将移动轨迹数据发送至簇头，通过数据辅助收集节点的设置，能够降低通信开销和拥塞，有效提高簇头汇总移动轨迹数据的效率，并且能够分担簇头的负载，从而降低簇头的能耗。

在一个实施例中，簇头在其簇内的所有监测节点中选择一个作为数据辅助收集节点，包括：

(1)簇头获取簇内各监测节点的节点度，并根据各节点度确定节点度中值，其中监测节点的节点度为位于该监测节点通信范围内的邻居节点数目；簇头选择节点度大于所述节点度中值的簇内监测节点作为备选数据辅助收集节点，构建备选数据辅助收集节点列表；簇头向各备选数据辅助收集节点发送节点竞选消息，并记录各备选数据辅助收集节点响应于该节点竞选消息的反馈时间；

(2)设任意备选数据辅助收集节点j到簇头i的链路为S_ji，簇头按照下列公式进一步确定受到各链路S_ji干扰的监测节点集合Z(S_ji)，j＝1,…,n_i，n_i为簇头i的备选数据辅助收集节点列表具有的备选数据辅助收集节点数目：

式中，M_j为备选数据辅助收集节点j的传输功率，α_je为备选数据辅助收集节点j到监测节点e的功率损耗，M_e为监测节点e的噪音功率，w_min为预设的信噪比阈值；

(3)簇头计算各备选数据辅助收集节点的竞选值，将得到的竞选值信息存入备选数据辅助收集节点列表，并将竞选值最大的备选数据辅助收集节点作为初始的数据辅助收集节点；

所述竞选值的计算公式为：

式中，M_ij为簇头i的备选数据辅助收集节点j的竞选值，r_ij为备选数据辅助收集节点j响应于簇头i的节点竞选消息的反馈时间，

为所有备选数据辅助收集节点响应于簇头i的节点竞选消息的反馈时间的平均值，

为所述集合Z(S_ji)具有的监测节点数目，b₁、b₂为设定的权重系数；S_xi为簇头i的备选数据辅助收集节点列表中第4个备选数据辅助收集节点到簇头的链路，S(S_xi)为受到链路S_xi干扰的监测节点集合，

为所述集合S(S_xi)具有的监测节点数目。

本实施例在进行数据辅助收集节点选择时，通过节点度来筛选出备选数据辅助收集节点，能够有效保障后续筛选出的数据辅助收集节点可以较大范围地覆盖簇内的监测节点，从而保障一定的数据收集效率。

备选数据辅助收集节点对簇头发送的节点竞选消息的响应时间反映了该备选数据辅助收集节点处理任务的效率，而备选数据辅助收集节点到簇头的链路所造成的干扰将会导致受干扰节点之间的通信冲突和数据重传，基于此，本实施例从消息响应时长和链路干扰程度两个标准出发，创新性地设定了备选数据辅助收集节点的竞选值。

本实施例选择竞选值最大的备选数据辅助收集节点作为数据辅助收集节点，相对于随机选择数据辅助收集节点的方式，有益于保障所选择的数据辅助收集节点能够可靠地完成移动轨迹数据收集的任务，进一步提高了移动轨迹数据收集的可靠性，同时降低网络干扰，提高了无线传感器网络的整体性能。

在一个实施例中，簇头按预设周期更新备选数据辅助收集节点列表中的各备选数据辅助收集节点的竞选值信息，在每一次更新后以竞选值最大的备选数据辅助收集节点作为数据辅助收集节点，从而实现数据辅助收集节点的轮换，其中，设M_ij ^d为在第d次更新时簇头i的备选数据辅助收集节点j的竞选值，设定竞选值的更新公式为：

式中，M_ij ^d-1为在第d-1次更新时簇头i的备选数据辅助收集节点j的竞选值，p为预设的第一权重影响因子，用于表示能量衰减对竞选值的影响程度；

为所述备选数据辅助收集节点j在第d-1次更新时的剩余能量，

为所述备选数据辅助收集节点j在第d次更新时的剩余能量，H_j0为所述备选数据辅助收集节点j的初始能量；Q_j为所述备选数据辅助收集节点j到目前为止充当数据辅助收集节点的次数，Q_max为预设次数阈值，p₂为预设的第二权重影响因子，用于表示充当数据辅助收集节点次数对竞选值的影响程度。

本实施例将能量衰减、充当数据辅助收集节点次数对竞选值的影响作为衡量监测节点竞选值的基准，创新性地提出了竞选值的更新公式，本实施例通过对数据辅助收集节点进行定期更新，且每次更新后以竞选值最大的备选数据辅助收集节点作为数据辅助收集节点，有利于均衡簇内备选数据辅助收集节点的能量消耗，从而延长无线传感器网络的生命周期。

在一个实施例中，簇头定期对备选数据辅助收集节点列表中的各备选数据辅助收集节点进行过滤操作，包括：判断各备选数据辅助收集节点充当数据辅助收集节点的次数是否达到预设次数阈值，对次数达到预设次数阈值的备选数据辅助收集节点从备选数据辅助收集节点列表中删除；以及，判断各备选数据辅助收集节点的当前剩余能量是否满足下列条件，对满足下列条件的备选数据辅助收集节点从备选数据辅助收集节点列表中删除：

式中，H_j为备选数据辅助收集节点j的当前剩余能量，H_v为备选数据辅助收集节点列表中第v个备选数据辅助收集节点的当前剩余能量，u为备选数据辅助收集节点列表具有的备选数据辅助收集节点数目。

本实施例中簇头定期对备选数据辅助收集节点列表中的各备选数据辅助收集节点进行检测，对不符合设定条件的备选数据辅助收集节点进行过滤，能够有效节省数据辅助收集节点的更新轮换时间，提高数据辅助收集节点的筛选效率，进而节省印染设备安全防盗系统在移动轨迹数据采集方面的能量成本。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (5)

1.印染设备安全防盗系统，其特征是，包括：

传感监测装置，包括汇聚节点和多个监测节点，监测节点设置于待监测的印染设备上，监测节点用于实时采集所监测的印染设备的移动轨迹数据，所述移动轨迹数据包括角速度、加速度以及振动信号；所述汇聚节点用于汇总各监测节点采集的移动轨迹数据，并将汇总的移动轨迹数据发送至监测服务器；

监测服务器，与所述汇聚节点通信，包括用于接收并存储汇聚节点发送的移动轨迹数据的存储模块和用于分析移动轨迹数据的分析预警模块，所述分析预警模块在移动轨迹数据超过设定的正常门限时发出报警信号；

在网络拓扑构建阶段，多个监测节点被分为多个簇，每个簇设置一个簇头；在数据传输阶段，簇头在其簇内的所有监测节点中选择一个作为数据辅助收集节点；簇内的其余监测节点根据距离最近原则选择所述数据辅助收集节点或者簇头作为发送移动轨迹数据的目的节点；当所述数据辅助收集节点接收到的移动轨迹数据量达到其最大缓存时，数据辅助收集节点将接收的移动轨迹数据转发至簇头；其中，所述的距离最近原则为：当与所述数据辅助收集节点之间的距离更近时，监测节点将采集的移动轨迹数据发送至数据辅助收集节点，当与簇头的距离更近时，监测节点将采集的移动轨迹数据发送至该簇头；簇头将接收的移动轨迹数据汇总发送至所述汇聚节点；簇头按预设周期更新备选数据辅助收集节点列表中的各备选数据辅助收集节点的竞选值信息，在每一次更新后以竞选值最大的备选数据辅助收集节点作为数据辅助收集节点，从而实现数据辅助收集节点的轮换，其中，设M_ij ^d为在第d次更新时簇头i的备选数据辅助收集节点j的竞选值，设定竞选值的更新公式为：

式中，M_ij ^d-1为在第d-1次更新时簇头i的备选数据辅助收集节点j的竞选值，p₁ 为预设的第一权重影响因子，用于表示能量衰减对竞选值的影响程度；

为所述备选数据辅助收集节点j在第d-1次更新时的剩余能量，

为所述备选数据辅助收集节点j在第d次更新时的剩余能量，H_j0为所述备选数据辅助收集节点j的初始能量；Q_j为所述备选数据辅助收集节点j到目前为止充当数据辅助收集节点的次数，Q_max为预设次数阈值，p₂为预设的第二权重影响因子，用于表示充当数据辅助收集节点次数对竞选值的影响程度。

2.根据权利要求1所述的印染设备安全防盗系统，其特征是，所述监测节点包括角速度传感器、加速度传感器、震动传感器、数据预处理模块、微控制器模块、存储器模块、接口模块、数据传输模块和电源模块，所述角速度传感器、加速度传感器、震动传感器分别通过数据预处理模块连接微控制器模块，所述微控制器模块分别与存储器模块、接口模块、数据传输模块连接，所述电源模块分别与角速度传感器、加速度传感器、震动传感器、数据预处理模块、微控制器模块、存储器模块、接口模块、数据传输模块连接，用于提供所需电能。

3.根据权利要求2所述的印染设备安全防盗系统，其特征是，所述数据预处理模块包含依次连接的模数转换单元、放大电路模块。

4.根据权利要求2所述的印染设备安全防盗系统，其特征是，所述电源模块包含依次连接的温差电能收集器、电源能量管理电路，所述电源能量管理电路包含MPPT模块、电能输出接口、升压电路和能量缓冲器，所述能量缓冲器包含储能电容、比较器和稳压器；所述MPPT模块的输出端连接电能输出接口的输入端、所述电能输出接口的输出端连接升压电路的输入端，所述升压电路的输出端连接稳压器的输入端，所述比较器和储能电容的输入端连接在升压电路和稳压器之间。

5.根据权利要求1所述的印染设备安全防盗系统，其特征是，簇头在其簇内的所有监测节点中选择一个作为数据辅助收集节点，包括：

(1)簇头获取簇内各监测节点的节点度，并根据各节点度确定节点度中值，其中监测节点的节点度为位于该监测节点通信范围内的邻居节点数目；簇头选择节点度大于所述节点度中值的簇内监测节点作为备选数据辅助收集节点，构建备选数据辅助收集节点列表；簇头向各备选数据辅助收集节点发送节点竞选消息，并记录各备选数据辅助收集节点响应于该节点竞选消息的反馈时间；

(2)设任意备选数据辅助收集节点j到簇头i的链路为S_ji，簇头按照下列公式进一步确定受到各链路S_ji干扰的监测节点集合Z(S_ji)，j＝1,…,n_i，n_i为簇头i的备选数据辅助收集节点列表具有的备选数据辅助收集节点数目：

式中，M_j为备选数据辅助收集节点j的传输功率，α_je为备选数据辅助收集节点j到监测节点e的功率损耗，M_e为监测节点e的噪音功率，w_min为预设的信噪比阈值；

(3)簇头计算各备选数据辅助收集节点的竞选值，将得到的竞选值信息存入备选数据辅助收集节点列表，并将竞选值最大的备选数据辅助收集节点作为初始的数据辅助收集节点；

所述竞选值的计算公式为：

式中，M_ij为簇头i的备选数据辅助收集节点j的竞选值，r_ij为备选数据辅助收集节点j响应于簇头i的节点竞选消息的反馈时间，

为所有备选数据辅助收集节点响应于簇头i的节点竞选消息的反馈时间的平均值，

为所述集合Z(S_ji)具有的监测节点数目，b₁、b₂为设定的权重系数；S_xi为簇头i的备选数据辅助收集节点列表中第x个备选数据辅助收集节点到簇头的链路，S(S_xi)为受到链路S_xi干扰的监测节点集合，

为所述集合S(S_xi)具有的监测节点数目。

Images