CN203014864U - 基于无线传感器网络的监控系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了基于无线传感器网络的监控系统，该监控系统包括有服务器，所述服务器连接有至少一个主控端，所述主控端连接有至少一个无线传感节点，所述无线传感节点连接有无线传感器模块，所述服务器与主控端之间、主控端与无线传感节点之间通过无线网络连接。本实用新型中，使用无线传感器使系统构建和维护成本降低、扩展性加强；系统的主控端与无线传感节点之间实现动态软连接，方便了网络的修改与扩展，提高无线传感节点的通用性和重用性；利用无线传感节点与无线传感器模块的统一接口和自动传感器识别技术，传感器的种类可以任意的扩展，进一步降低其成本。本实用新型作为一种基于无线传感器网络的监控系统可广泛应用于通信领域。
Description
技术领域
本实用新型涉及通信领域，尤其是基于无线传感器网络的监控系统。
背景技术
智能建筑是未来城市化发展的标志，它的广泛普及将是未来大楼建设的一大发展方向，虽然我国在智能楼宇方面的发展迅速，但是大多在设计上都必须为传感网络专门布线，投资成本高，安装工程浩大。过去十年，国外正大力发展无线传感网络（Wireless Sensor Network, WSN），而国内关于无线传感器网络的研究还处于刚刚起步的阶段，大部分工作仍是在针对网络协议的设计仿真和实验阶段。国内对于大型楼宇的无线传感网络研发主要是在水电管理方面，利用无线传感网络技术对楼宇进行整体监控管理的产品研发比较少，而且都是传感器与通信模块或通信节点一体化的设计。这种一体化设计不但成本相对较高，且可复用性不强，当某一功能模块不用，则整个一体化传感器则报销，因此制造成本高，不利于应用推广。
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是：提供利用无线传感网络技术实现布线工程小、复用性高、安装维护费用低和实时性高的一种对楼宇进行整体监控管理的基于无线传感器网络的监控系统。
本实用新型所采用的技术方案是：基于无线传感器网络的监控系统，该监控系统包括有服务器，所述服务器连接有至少一个主控端，所述主控端连接有至少一个无线传感节点，所述无线传感节点连接有无线传感器模块，所述服务器与主控端之间通过无线网络连接，所述主控端与无线传感节点之间通过无线网络连接。
进一步，所述服务器与主控端之间通过WIFI无线网络连接，所述服务器与主控端之间的通信方式为异步非阻塞双向通信方式。
进一步，所述主控端与无线传感节点之间通过2.4G无线网络连接，所述主控端与无线传感节点之间的通信方式为主从式同步双向通信。
进一步，该监控系统中包括至少两个所述无线传感节点时，所述至少两个无线传感节点上用于与无线传感器模块连接的硬件接口均为相同标准的硬件接口。
进一步，所述无线传感节点包括有传感器自动识别模块。
进一步，所述无线传感节点还包括有继电器控制模块、报警触发模块、自动调光模块和掉电保持模块。
进一步，所述无线传感器模块的类型包括有数字温湿度传感器模块、超声波测距模块、人体感应模块、烟雾传感模块和光敏电阻调光模块。
本实用新型的有益效果是：在监控系统中使用无线传感器，不存在系统布线的问题且该监控系统易于扩展，而且采用无线方式只需维护相应无线传感节点，使其构建和维护的成本降低、扩展性加强；本系统在主控端与无线传感节点的主从同步通信方式的基础下，实现了主控端与无线传感节点的动态软连接机制，大大地方便了网络的修改与扩展，提高无线传感节点的通用性和重用性；利用无线传感节点与无线传感器模块的统一接口和自动传感器识别技术，传感器的种类可以任意的扩展，进一步降低其成本。
附图说明
图1是基于无线传感器网络的监控系统的系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：
参照图1，基于无线传感器网络的监控系统，该监控系统包括有服务器，所述服务器连接有至少一个主控端，所述主控端连接有至少一个无线传感节点，所述无线传感节点连接有无线传感器模块，所述服务器与主控端之间通过无线网络连接，所述主控端与无线传感节点之间通过无线网络连接。
服务器、主控端与无线传感节点的连接分为3层，采用了树型的网络拓扑结构，由主控端来负责协调服务器与无线传感节点之间的通信。
进一步作为优选的实施方式，所述服务器与主控端之间通过WIFI无线网络连接，所述服务器与主控端之间的通信方式为异步非阻塞双向通信方式。
主控端通过串口控制与其连接的WIFI模块从而与服务器进行数据传输。本系统中主控端实现了自动连接与重连机制，以应对服务器与主控端可能出现的网络出错情况。
进一步作为优选的实施方式，所述主控端与无线传感节点之间通过2.4G无线网络连接，所述主控端与无线传感节点之间的通信方式为主从式同步双向通信。
动态软连接机制使管理人员可以方便地对整个网络的连接情况进行在线修改，而且有利于无线传感节点的复用性，达到减少用户投入的目的。
本系统采用了WIFI与2.4G两种无线网络通信协议。服务器与主控端之间通过WIFI无线网络进行通信，而主控端与无线传感节点之间通过2.4G无线网络进行通信。
WIFI无线网络在我们生活中比较常见，很多楼宇大厦都提供了免费WIFI热点，而这些WIFI网络覆盖范围一般都很广。并且，WIFI无线网络有利于本系统以后将功能扩展到各类手持设备（如PDA、手机）等终端。
2.4G是一种自组网的近场无线通信协议，它具有价格低、低功耗、高速率等优点。现在市面上近场无线通信协议有很多种，主要的是2.4G、蓝牙与zigbee。蓝牙跟zigbee在协议使用许可方面的高要求，使得产品价格一直居高不下。而2.4G采用完全开放式的网络协议，不存在使用许可费问题，功耗也相比蓝牙和zigbee更低，是我们无线传感网络系统首选的近场无线通信协议。
由于无线传感网络要求覆盖范围广，仅用2.4G无法满足这一要求。而无线传感网络同时还要求节点数量多，仅使用WIFI的话，考虑到WIFI模块的成本，这不太实际。所以本系统同时采用了WIFI与2.4G两种无线通过通信协议，满足了本系统覆盖范围广、节点数量多的要求，同时降低了整个系统的成本。
进一步作为优选的实施方式，该监控系统中包括至少两个所述无线传感节点时，所述至少两个无线传感节点上用于与无线传感器模块连接的硬件接口均为相同标准的硬件接口。
本系统中无线传感节点与传感器模块硬件上是分离的，采用了统一的连接接口，因此无线传感节点可被设计成通用的一种，这样有利于无线传感节点的量产，而且大大地提高了无线传感节点的通用性和复用性，减少用户的投入，实现了可持续发展，而且更有利于对无线传感节点的固件升级。
进一步作为优选的实施方式，所述无线传感节点包括有传感器自动识别模块。
由于传感器模块的多样性，即使节点与传感器硬件上是分离的，节点的微控制芯片可能仍需要为每一种传感器编写一份固件，这对节点的固件升级和节点的复用性造成了致命的影响。
为此，本系统为无线传感节点实现了自动传感器识别技术：无线传感节点连接上相应的传感器后，该无线传感节点的微控制芯片将自动识别所连接的传感器，并进行与该传感器模块相关的操作。而且无线传感节点实现的自动传感器识别技术也利于无线传感节点的统一设计，同样提高了无线传感节点的通用性和复用性。
进一步作为优选的实施方式，所述无线传感节点包括有继电器控制模块、报警触发模块、自动调光模块和掉电保持模块。
为了实现本系统的监控、管理等功能，无线传感节点需要大量的配置信息，这些配置信息要求掉电保持。本系统利用了2.4GHz无线系统芯片NRF24LE1支持内部Flash写入的功能实现了配置信息的掉电保持。
进一步作为优选的实施方式，所述无线传感器模块的类型包括有数字温湿度传感器模块、超声波测距模块、人体感应模块、烟雾传感模块和光敏电阻调光模块。
本系统采用了数字温湿度传感器DHT11来采集温度与湿度。该传感器为单线制串行接口，低功耗，3.3v可驱动。
数字温湿度传感模块可用于采集医院、地下停车场、仓库等环境的温湿度，对于监控这类对温湿度比较敏感的环境具有重要用处。
本系统采用了零盲区的超声波测距传感器模块，微型，3.3v的电压即可驱动，低功耗，静态电流小于8mA；反应速度快，测量周期18ms；0-2500mm测量范围，精度可达3mm。
超声波测速照明模块可用于测量车辆的速度，根据停车场车辆的速度来控制停车场的灯光，以及可以检测停车场车位的使用情况。而且可为其设置如白天、夜晚模式等多种模式，亮度可调，达到节能的目的，同时还实现了自动报修的功能。
本系统采用了HC—SR501人体感应模块。该模块功耗极低、静态电流仅50uA，感应角度约为100度锥角。当有人体靠近时，其感应信号输出引脚的电平从低跳高，输出3.3v的高电平，无则输出低电平。
考虑到实际应用的需要，我们在该模块上增加了蜂鸣器。当人体感应模块被触发时，蜂鸣器将发出响声进行报警。
人体感应模块用于检测有没有人经过，应用安防等系统。
本系统采用了自主设计的烟雾传感器模块。以MQ-2传感器为基础，采用了AD采集的方式对传感器的模拟信号转换为数字信号，从而实现对烟雾程度的检测。
烟雾传感器对液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、烟雾等较敏感，可用于监控煤矿，工厂，医院、地下停车场、仓库等对这类气体的比较敏感的场所。
本系统采用了自主设计的光敏电阻调光模块。对于照明亮度的检测与调节，我们通过利用光敏二极管在不同光照下电流改变的特性，设计了光检测器。通过AD采集随电流改变的电压，从而实现对光照信号的数字采集，由此自动控制LED灯光亮度，达到节能的目的。而且通过对环境光亮度的分析，可以判断LED灯是否正常工作，实现了自动报修功能。
光敏电阻调光模块用于采集室内光的强度，可用于采集办公室，地下停车场等环境的光强，实现自动调光等功能，对智慧城市的节能具有重要的意义。该模块同时实现了自动向服务器报修的功能，提醒管理人员及时进行处理。
以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可以作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (7)
1.基于无线传感器网络的监控系统，其特征在于：该监控系统包括有服务器，所述服务器连接有至少一个主控端，所述主控端连接有至少一个无线传感节点，所述无线传感节点连接有无线传感器模块，所述服务器与主控端之间通过无线网络连接，所述主控端与无线传感节点之间通过无线网络连接。
2.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的监控系统，其特征在于：所述服务器与主控端之间通过WIFI无线网络连接，所述服务器与主控端之间的通信方式为异步非阻塞双向通信方式。
3.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的监控系统，其特征在于：所述主控端与无线传感节点之间通过2.4G无线网络连接，所述主控端与无线传感节点之间的通信方式为主从式同步双向通信。
4.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的监控系统，其特征在于：该监控系统中包括至少两个所述无线传感节点时，所述至少两个无线传感节点上用于与无线传感器模块连接的硬件接口均为相同标准的硬件接口。
5.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的监控系统，其特征在于：所述无线传感节点包括有传感器自动识别模块。
6.根据权利要求5所述的基于无线传感器网络的监控系统，其特征在于：所述无线传感节点还包括有继电器控制模块、报警触发模块、自动调光模块和掉电保持模块。
7.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的监控系统，其特征在于：所述无线传感器模块的类型包括有数字温湿度传感器模块、超声波测距模块、人体感应模块、烟雾传感模块和光敏电阻调光模块。
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|---|---|---|---|---|
| CN103582176A (zh) * | 2013-11-20 | 2014-02-12 | 江南大学 | 一种多功能无线传感网基础节点装置 |
| CN105448130A (zh) * | 2015-11-18 | 2016-03-30 | 内蒙古科技大学 | 一种基于ZigBee的地磁式停车场管理系统及管理方法 |
| CN113568587A (zh) * | 2021-09-22 | 2021-10-29 | 深圳市中天碧姆科技有限公司 | 智慧城市实时数据处理方法、系统及存储介质 |
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