CN203872360U - 一种双层异构的无线多媒体传感器网络节点及监测系统 - Google Patents

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方武
冯蓉珍
宋志强
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Abstract

本实用新型公开了一种双层异构的无线多媒体传感器网络节点及监测系统，该网络节点包括：主控制单元，以及分别与主控制单元连接的扩展接口单元和无线收发单元；主控制单元、扩展接口单元以及无线收发单元均集成在一块电路板上。该监测系统包括若干该网络节点，所有网络节点通过无线网络与后端服务器连接；每个网络节点连接有周期监测传感设备和异常触发传感设备。本实用新型具有以下有益效果：网络节点集成了上层节点和下层节点的功能，能进一步降低能耗，降低构建整个网络的成本；网络节点采用扩展接口连接传感设备，增强了平台的通用性，具有较高的可扩展性；无线收发单元可支持多种不同的无线通信模式的选择，有利于提高网络节点的应用领域。

Description

一种双层异构的无线多媒体传感器网络节点及监测系统
技术领域
本实用新型属于无线多媒体传感器网络技术领域，具体涉及一种双层异构的无线多媒体传感器网络节点及监测系统。
背景技术
对含有丰富信息的图像、音频和视频数据的迫切需求，导致了无线多媒体传感器网络（WMSN, Wireless Multimedia Sensor Network） 的出现。无线多媒体传感器网络是无线传感器网络的重要分支，也是无线传感网络发展到高级阶段的网络形式，同时WMSN也扩充了传感器网络的应用范围。WMSN是在传统无线传感网络的基础上引入了图像、声音、视频等多媒体信息感知处理功能的一种新型传感器网络。结合了无线传感器网络技术和多媒体处理技术，能够实现比传统传感器网络更加精密的监控，从而使用户更直观，更深入地了解观测对象。目前，应用于监控的系统主要依靠底层单一标量传感器或摄像头完成，单一的物理信息容易导致漏报，而且准确性不高。而单一的图像采集的摄像头功耗太大，不适合长时间工作，导致其应用场合受限制。
为解决上述技术缺陷，双层异构的无线多媒体传感器网络应运而生。如图1所示，双层异构的无线多媒体传感网络分为两层架构，包括多个上层节点和多个下层节点；其中，上层节点管理功耗较大的摄像头，具有较强的图像处理能力；下层节点则管理用于采集物理信息的标量传感器，处理能力较弱。功耗较低的下层传感设备进行物理信息的周期性采集，当下层传感设备监测到异常情况发生时，才触发功耗较高的上层传感设备进行工作，能够实现上下层传感设备之间的协同工作，且能够显著降低系统功耗。但是，现有的双层异构的无线多媒体传感器网络中，上层节点和下层节点是相互分离的两个装置，一个上层节点对应一个或多个下层节点，节点的数量较多，往往达到上百个甚至上千，整个网络的构建成本较高；且很多工作场合，节点一旦使用后很难回收，易造成资源浪费；此外，现有的节点还存在可扩展性较差的缺陷。
实用新型内容
为了克服现有技术中存在的缺陷，本实用新型提供一种双层异构的无线多媒体传感器网络节点及监测系统，该网络节点集成了上层节点和下层节点的功能，能进一步降低能耗，且有利于降低构建整个网络的成本。具体的技术方案如下：
一种双层异构的无线多媒体传感器网络节点，包括：主控制单元，以及分别与主控制单元连接的扩展接口单元和无线收发单元；其中，主控制单元包括基于ARM Cortex-M0+内核的MCU芯片；扩展接口单元用于通过串行通信方式分别与周期监测传感设备以及异常触发传感设备连接；主控制单元、扩展接口单元以及无线收发单元均集成在一块电路板上。
作为优化方案，扩展接口单元提供GPIO、UART、SPI以及I2C串行接口。
作为优化方案，无线收发单元包括支持IEEE802.15.4协议或IEEE802.11b协议的射频收发器、射频电路以及收发天线。
作为优化方案，网络节点还包括数据存储单元，数据存储单元包括32KB的FRAM存储器和2MB的FLASH存储器。
作为优化方案，网络节点还包括电源单元：用于将5V电源转换为3.3V电源。
一种双层异构的无线多媒体传感器网络监测系统，包括若干网络节点；所有网络节点通过无线网络与后端服务器连接；每个网络节点连接有周期监测传感设备和异常触发传感设备；其中，周期监测传感设备包括若干标量传感器；异常触发传感设备包括若干摄像头及若干标量传感器。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
（1）本实用新型提供的网络节点集成了上层节点和下层节点的功能，能进一步降低能耗，且有利于降低构建整个网络的成本；
（2）本实用新型提供的网络节点采用扩展接口连接传感设备，增强了平台的通用性，具有较高的可扩展性；
（3）无线收发单元可支持多种不同的无线通信模式的选择，有利于提高网络节点的应用领域。
附图说明
图1为双层异构的无线多媒体传感网络的结构示意图；
图2为本实用新型提供的无线多媒体传感器网络节点的结构示意图；
图3为无线收发单元的电路原理图；
图4为电源单元的电路原理图；
图5为本实用新型提供的无线多媒体传感器网络监测系统的结构示意图。
上图中序号为：1-网络节点、11-主控制单元、12-无线收发单元、13-扩展接口单元、14-数据存储单元、2-周期监测传感设备、3-异常触发传感设备连接、4-后端服务器。
具体实施方式
下面结合附图以实施例的方式详细描述本实用新型。
实施例1：
如图2所示，一种双层异构的无线多媒体传感器网络节点1，包括主控制单元11，以及分别与主控制单元11连接的扩展接口单元13、无线收发单元12和数据存储单元14。其中，主控制单元11包括基于ARM Cortex-M0+内核的MCU芯片，在实际应用中，该MCU芯片可采用型号为KL04P48M48SF1的低功耗32位处理器。该MCU芯片集成有4KB的SRAM存储器和32KB的FLASH存储器，在本实施例中，为防止MCU芯片自身的存储空间不足，外接了数据存储单元14，在实际应用中，数据存储单元14可包括32KB的FRAM存储器和2MB的FLASH存储器。可根据实际需要决定是否需要外加数据存储单元14，若MCU芯片自身的存储空间已足够，则无需数据存储单元14。
扩展接口单元13用于通过串行通信方式分别与周期监测传感设备2以及异常触发传感设备3连接；主控制单元11、扩展接口单元13以及无线收发单元12均集成在一块电路板上。在本实施例中，扩展接口单元13提供GPIO、UART、SPI以及I2C串行接口，可适用于连接多种不同类型的传感设备。在实际应用中，扩展接口可同时接入周期监测传感设备2和异常触发传感设备3。
如图3所示，无线收发单元12包括支持IEEE802.15.4协议或IEEE802.11b协议的射频收发器、射频电路以及收发天线。在本实施例中，采用型号为CC2520的Zigbee/ IEEE802.15.4射频收发器，但不限于此，可根据所需无线通信方式的不同选择其他类型的射频收发器。其中，射频收发器的引脚1-7通过GPIO串行通信方式与MCU芯片连接。
如图4所示，本实施例提供的网络节点1还包括电源单元：用于将5V电源转换为3.3V电源。在本实施例中，电源单元包括一型号为SPX1117的电压调节器，由该电压调节器及其外围电路实现5V电源转换为3.3V电源。
本实施例提供的网络节点1的使用方法及工作原理如下：
将外部的周期监测传感设备2和异常触发传感设备3同时接入网络节点1，其中，周期监测传感设备2包括若干标量传感器；异常触发传感设备3包括若干摄像头及若干标量传感器。其中，标量传感器可以是温度传感器、湿度传感器或者红外传感器等，摄像头以及标量传感器的数量可以根据实际需要进行选择。
一般情况下，周期监测传感设备2按预设的周期进行物理量的数据采集，并将采集到的监测数据通过扩展接口单元13发送给主控制单元11；此时，异常触发传感设备3是不工作的。主控制单元11将监测数据存储在自身的存储空间或数据存储单元14中；同时，主控制单元11对监测数据进行分析，若发现异常，则触发异常触发传感设备3开始工作。周期监测传感设备2和异常触发传感设备3采集到的监测数据均由无线收发单元12通过无线网络向外发布。
实施例2：
如图5所示，一种双层异构的无线多媒体传感器网络监测系统，包括若干实施例1提供的网络节点1，所有网络节点1通过无线网络与后端服务器4连接。其中，后端服务器4的数量可以是一个或多个。每个网络节点1连接有周期监测传感设备2和异常触发传感设备3；其中，周期监测传感设备2包括若干标量传感器；异常触发传感设备3包括若干摄像头及若干标量传感器。
在本实施例中，网络节点1的工作方式及原理与实施例1相同，在此不再赘述。周期监测传感设备2和异常触发传感设备3采集到的监测数据均由无线收发单元12通过无线网络向后端服务器4发送。后端服务器4将各个网络节点1发来的监测数据存储在数据库中，可通过后端服务器4对各个网络节点1的工作情况及各传感器的监测情况进行监控。
以上公开的仅为本申请的两个具体实施例，但本申请并非局限于此任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (6)

1.一种双层异构的无线多媒体传感器网络节点，其特征在于，包括：主控制单元，以及分别与所述主控制单元连接的扩展接口单元和无线收发单元；其中，所述主控制单元包括基于ARM Cortex-M0+内核的MCU芯片；所述扩展接口单元用于通过串行通信方式分别与周期监测传感设备以及异常触发传感设备连接；所述主控制单元、所述扩展接口单元以及所述无线收发单元均集成在一块电路板上。 
2.根据权利要求1所述的双层异构的无线多媒体传感器网络节点，其特征在于，所述扩展接口单元提供GPIO、UART、SPI以及I2C串行接口。 
3.根据权利要求1所述的双层异构的无线多媒体传感器网络节点，其特征在于，所述无线收发单元包括支持IEEE802.15.4协议或IEEE802.11b协议的射频收发器、射频电路以及收发天线。 
4.根据权利要求1-3任一项所述的双层异构的无线多媒体传感器网络节点，其特征在于，还包括数据存储单元，所述数据存储单元包括32KB的FRAM存储器和2MB的FLASH存储器。 
5.根据权利要求1-3任一项所述的双层异构的无线多媒体传感器网络节点，其特征在于，还包括电源单元：用于将5V电源转换为3.3V电源。 
6.一种双层异构的无线多媒体传感器网络监测系统，其特征在于，包括若干如权利要求1所述的网络节点；所有网络节点通过无线网络与后端服务器连接；每个网络节点连接有周期监测传感设备和异常触发传感设备；其中，所述周期监测传感设备包括若干标量传感器；所述异常触发传感设备包括若干摄像头及若干标量传感器。 
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CN105242618A (zh) * 2015-10-20 2016-01-13 湖南明和科技工程发展有限公司 一种舞台在线检测监控系统
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