CN204989938U - 一种无线多传感监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种无线多传感监控系统，主要包括若干个终端模块、一个协调器模块和服务器，所述终端模块包括信号采集电路、第一微处理器单元和第一Zigbee无线模块，所述信号采集电路将采集到的信号发送到第一微处理器单元，所述第一微处理器单元输出信号到第一Zigbee无线模块；所述协调器模块包括第二Zigbee无线模块、第二微处理器单元和以太网接口模块，所述第一Zigbee无线模块与第二Zigbee无线模块无线连接，所述第二Zigbee无线模块接收第一Zigbee无线模块发来的信号并输出到第二微处理器单元，所述第二微处理器单元输出信号到以太网接口模块，所述以太网接口模块把信号传送到服务器。

Description

一种无线多传感监控系统

技术领域

本实用新型涉及无线监控技术领域，尤其涉及一种无线多传感监控系统。

背景技术

通常情况下，监测系统需要完成多个监控区间的各种传感量的数据采集与后期处理，具有监测点数量较大、传感量种类较多、噪声干扰较强等特点，对通信系统安全性、数据传输可靠性、抗干扰能力等都提出了很高要求，如果采用传统的有线传输技术，易带来布线复杂、扩展性差等弊端，进而影响整个系统的监测性能。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种实时稳定、传输安全可靠、功耗低、成本低、扩展性强的无线多传感监控系统。

为实现上述目的，本实用新型可以通过以下技术方案予以实现：

一种无线多传感监控系统，包括若干个终端模块、一个协调器模块和服务器，所述终端模块包括信号采集电路、第一微处理器单元和第一Zigbee无线模块，所述信号采集电路将采集到的信号发送到第一微处理器单元，所述第一微处理器单元输出信号到第一Zigbee无线模块；所述协调器模块包括第二Zigbee无线模块、第二微处理器单元和以太网接口模块，所述第一Zigbee无线模块与第二Zigbee无线模块无线连接，所述第二Zigbee无线模块接收第一Zigbee无线模块发来的信号并输出到第二微处理器单元，所述第二微处理器单元输出信号到以太网接口模块，所述以太网接口模块把信号传送到服务器。作为Zigbee终端的若干个第一Zigbee无线模块和作为Zigbee协调器的一个第二Zigbee无线模块组成Zigbee无线网络，Zigbee协调器起到网关的作用，Zigbee终端起到信息采集与传输作用。Zigbee无线网络通过协调器模块的以太网接口模块实现与服务器的双向数据交换。

进一步的，所述无线多传感监控系统还包括客户端，所述客户端与服务器连接，用于实时显示无线监测状况。

进一步的，所述信号采集电路包括温度采集电路、湿度采集电路、烟雾采集电路、热释红外采集电路、声音采集电路和预留采集端口，上述所有信号采集电路组成了多传感量采集电路网络，通过对多种数据进行信息融合来实现对多传感量的监测与控制。预留采集端口包括本系统需要扩展的传感器(如超声波传感器、激光传感器、颜色传感器、姿态传感器等)及其外围电路，扩展性强。

进一步的，所述温度采集电路、湿度采集电路、烟雾采集电路、热释红外采集电路、声音采集电路分别包括温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器、热释红外传感器、麦克风及其外围电路。

进一步的，所述第一微处理器单元和第二微处理器单元均包括用于数据采集和处理的单片机及其外围接口电路。

进一步的，所述以太网接口模块包括用于数据通信的以太网收发芯片、RJ5网络接口及其外围电路，所述以太网收发芯片与RJ5网络接口连接，所述以太网收发芯片与第二微处理器单元的单片机连接，所述RJ5网络接口通过网线与服务器连接。

进一步的，所述第一Zigbee无线模块和第二Zigbee无线模块均包括用于数据通信的射频单片机及其外围电路，所述第一Zigbee无线模块的射频单片机与第一微处理器单元的单片机连接，所述第二Zigbee无线模块的射频单片机与第二微处理器单元的单片机连接。

进一步的，服务器包括工控机主机和液晶显示器。

进一步的，所述终端模块还包括用于提示工作状态的第一工作状态指示模块，所述协调器模块还包括用于提示工作状态的第二工作状态指示模块。

进一步的，所述第一工作状态指示模块和第二工作状态指示模块均包括发光二极管及其外围电路。

本实用新型对数据处理后，易于获得以下信息：

(1)通过温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器、热释红外传感器分别进行实时监控现场的温度、湿度、烟雾浓度及人员情况；

(2)综合考虑温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器三种监测方法的判定结果，通过多传感器信息融合进行监控现场异常情况的自动检测；

(3)若监测数据存在异常情况，则及时将监测结果传回中控室，同时在监控现场拉响警报；

(4)将监控现场的实时监测数据存入数据库，以供管理者事后查阅、统计分析及决策使用。

本实用新型通过若干个终端模块和一个协调器模块组成Zigbee无线网络，各个终端模块的传感器信息通过Zigbee无线网络进行数据传输，从而实现大型监控场景的在线监测，具有数据传输实时稳定、传输安全可靠、功耗低、成本低、扩展性强的优点，同时解决了传统布线复杂的问题。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图中：1-终端模块、11-信号采集电路、12-第一微处理器单元、13-第一Zigbee无线模块、2-协调器模块、21-第二Zigbee无线模块、22-第二微处理器单元、23-以太网接口模块、3-服务器、4-客户端。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施方式对本实用新型作进一步的说明：

如图1所示，本实用新型的无线多传感监控系统，主要包括若干个终端模块1、一个协调器模块2、服务器3和客户端4。终端模块1包括信号采集电路11、第一微处理器单元12和第一Zigbee无线模块13。具体的，信号采集电路11与第一微处理器单元12连接，第一微处理器单元12与第一Zigbee无线模块13连接；信号采集电路11将采集到的信号发送到第一微处理器单元12，第一微处理器单元12输出信号到第一Zigbee无线模块13。协调器模块2包括第二Zigbee无线模块21、第二微处理器单元22和以太网接口模块23。第一Zigbee无线模块13作为Zigbee终端，第二Zigbee无线模块21作为Zigbee协调器，若干个Zigbee终端与一个Zigbee协调器组成Zigbee无线网络，第一Zigbee无线模块13与第二Zigbee无线模块21进行无线通信。第二Zigbee无线模块21接收第一Zigbee无线模块13发来的信号并输出到第二微处理器单元22，第二微处理器单元22输出信号到以太网接口模块23，以太网接口模块23把信号传送到服务器3。客户端4与服务器3通过有线或无线连接，接收来自服务器3的监测信号。在这个信号传输过程中，Zigbee协调器起到网关的作用，Zigbee终端起到信息采集与传输作用。Zigbee无线网络通过协调器模块2的以太网接口模块23实现与服务器3的双向数据交换。

优选的，信号采集电路11包括温度采集电路、湿度采集电路、烟雾采集电路、热释红外采集电路、声音采集电路和预留采集端口，上述所有信号采集电路组成了多传感量采集电路网络，通过对多种数据进行信息融合来实现对多传感量的监测与控制。预留采集端口支持SPI、USART、I2C等常用通讯协议，容易兼容各种传感量采集模块，例如超声波传感器、激光传感器、颜色传感器、姿态传感器等，扩展性强。

优选的，温度采集电路、湿度采集电路、烟雾采集电路、热释红外采集电路、声音采集电路分别包括温度传感器DS18B20、湿度传感器DHT11、烟雾传感器MQ-2、热释红外传感器HC-SR501、麦克风及其外围电路。声音采集电路采用一体化语音识别模块LD3320，LD3320内嵌了一个STC单片机、麦克风及其他外围电路，采用串口通信方式与第一微处理器单元12进行数据交换，以方便后期开发且易于操作。

优选的，第一微处理器单元12和第二微处理器单元22均包括用于数据采集和处理的单片机STM32F103及其外围接口电路。STM32F103芯片具有功耗低、性能高、价格低等优点，使在进行各种传感器数据采集及多传感量信息融合时，运算速度快、实时性好，适用于各种大型场所的监控。外围电路主要包括时钟模块、电源模块、系统复位模块、MiniUSB模块等。其中电源模块有多种供电方式，包括电源插座供电、电池供电、USB接口直接供电等，再用三端稳压集成电路LM7805将输入的直流电压降至5V，最后使用低漏失电压调整器LM1117把5V降压至3V3，分别给予相应传感器和主控单片机STM32F103、第一Zigbee无线模块13、第二Zigbee无线模块21、以太网接口模块23供电，电路设计中采用在电源两端并联数个小电容，有平缓电压突变，滤除高频噪声的作用。复位模块包含上电复位模块和手动复位模块，前者方便了装置的安装，上电便能自动加入网络，后者在装置工作状态指示模块错误显示时能手动初始化默认设置，使得装置更加安全可靠。MiniUSB模块不仅能为微处理器单元供电，还能烧录程序进单片机，能够实现固件的更新，实时适应传感量。

优选的，以太网接口模块4包括用于数据通信的以太网收发芯片ENC28J60、RJ5网络接口HR911105A及其外围电路，以太网收发芯片与RJ5网络接口连接，以太网收发芯片与第二微处理器单元22的单片机连接，RJ5网络接口通过网线与服务器3连接，以实现第二微处理器单元22与服务器3的双向通讯，从而实现智能监控。

优选的，第一Zigbee无线模块13和第二Zigbee无线模块21均包括用于数据通信的集成了8051内核的CC2530射频单片机及其外围电路，第一Zigbee无线模块13的射频单片机与第一微处理器单元12的单片机连接，第二Zigbee无线模块21的射频单片机与第二微处理器单元22的单片机连接。STM32与CC2530都是采用3.3V逻辑电源，采用串口通信时不需要电平转换，简化了开发过程。为了增强控制节点的可靠性和抗干扰能力，电路使用单极子不平衡天线，利用分离电感L1、L2和电容C4、C8、C10、C5、C3组成的非平衡变压器以提高天线接收性能。另外，CC2530的DCOUPL脚串接一个去耦电容C1后再接地，以保证1.8V片上稳压器提供的1.8V数字逻辑稳定运行。

优选的，服务器3包括工控机主机和液晶显示器。工控机主机通过自带的以太网接口RJ5与以太网接口模块23的网络接口HR911105A相连，以实现服务器3与第二微处理器单元22的双向通讯。服务器3将采集到的多个传感器数据进行后期分析与管理，并通过液晶显示器来实时显示监控现场的监测实况。

优选的，终端模块1还包括用于提示工作状态的第一工作状态指示模块，协调器模块2还包括用于提示工作状态的第二工作状态指示模块。

优选的，第一工作状态指示模块和第二工作状态指示模块均包括发光二极管及其外围电路。由多个不同颜色的发光二极管及外围电路组成，每个发光二极管被点亮即表示处于不同的工作状态。其中，红色发光二极管亮代表报警，表示监测到异常情况，绿色发光二极管亮表示系统工作正常，白色发光二极管亮表示终端模块1加入Zigbee网络不成功，黄色发光二极管亮表示系统上电成功。

在实际应用中，第一微处理器单元12和第二微处理器单元22硬件相同，第一Zigbee无线模块13和第二Zigbee无线模块21硬件相同，通过给微处理器单元和Zigbee无线模块的芯片烧录不同的程序，可以在同样的硬件电路下充当Zigbee协调器及Zigbee终端两个不同的角色。这样的设定的好处是：当Zigbee协调器出错但又不能及时更换新的装置时，可以使用另一个Zigbee终端烧录协调器的程序来取代，从而使Zigbee无线网络稳定有效。需要注意的是一个Zigbee无线网络只允许存在最多一个协调器。

本实用新型的工作过程如下：

1)系统初始化：首先各个组成模块上电启动，并按照系统配置进行Zigbee协调器及Zigbee终端的角色分配，如用作Zigbee协调器则负责组建Zigbee无线网络，如用作Zigbee终端则申请加入已组建成功的Zigbee无线网络。系统服务器3上电启动，通过Zigbee协调器与Zigbee无线网络连接，并发送准备状态信息给Zigbee无线网络的Zigbee终端，通知可以发送监测数据。

2)监测数据获取与传输：系统上电初始化完成后，首先通过终端模块1的信号采集电路11采集监控现场的温度、湿度、烟雾、人员情况等原始监测数据，然后将原始监测数据传输给协调器模块2，最后协调器模块2将Zigbee无线网络的传感器原始数据实时传输给服务器3。

3)无线监测实现：服务器3将采集到的监控现场的原始监测数据进行数据处理与数据分析，再通过以太网交换机将监测结果在客户端4实时显示，并将监测结果保存在服务器3的数据库中。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上技术方案以及构思，做出其他各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变和变形都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无线多传感监控系统，其特征在于：包括若干个终端模块、一个协调器模块和服务器，所述终端模块包括信号采集电路、第一微处理器单元和第一Zigbee无线模块，所述信号采集电路将采集到的信号发送到第一微处理器单元，所述第一微处理器单元输出信号到第一Zigbee无线模块；所述协调器模块包括第二Zigbee无线模块、第二微处理器单元和以太网接口模块，所述第一Zigbee无线模块与第二Zigbee无线模块无线连接，所述第二Zigbee无线模块接收第一Zigbee无线模块发来的信号并输出到第二微处理器单元，所述第二微处理器单元输出信号到以太网接口模块，所述以太网接口模块把信号传送到服务器。

2.根据权利要求1所述的无线多传感监控系统，其特征在于：所述无线多传感监控系统还包括客户端，所述客户端与服务器连接。

3.根据权利要求1所述的无线多传感监控系统，其特征在于：所述信号采集电路包括温度采集电路、湿度采集电路、烟雾采集电路、热释红外采集电路、声音采集电路和预留采集端口。

4.根据权利要求3所述的无线多传感监控系统，其特征在于：所述温度采集电路、湿度采集电路、烟雾采集电路、热释红外采集电路、声音采集电路分别包括温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器、热释红外传感器、麦克风及其外围电路。

5.根据权利要求1所述的无线多传感监控系统，其特征在于：所述第一微处理器单元和第二微处理器单元均包括用于数据采集和处理的单片机及其外围接口电路。

6.根据权利要求5所述的无线多传感监控系统，其特征在于：所述以太网接口模块包括用于数据通信的以太网收发芯片、RJ5网络接口及其外围电路，所述以太网收发芯片与RJ5网络接口连接，所述以太网收发芯片与第二微处理器单元的单片机连接，所述RJ5网络接口通过网线与服务器连接。

7.根据权利要求5所述的无线多传感监控系统，其特征在于：所述第一Zigbee无线模块和第二Zigbee无线模块均包括用于数据通信的射频单片机及其外围电路，所述第一Zigbee无线模块的射频单片机与第一微处理器单元的单片机连接，所述第二Zigbee无线模块的射频单片机与第二微处理器单元的单片机连接。

8.根据权利要求1所述的无线多传感监控系统，其特征在于：所述服务器包括工控机主机和液晶显示器。

9.根据权利要求4所述的无线多传感监控系统，其特征在于：所述终端模块还包括用于提示工作状态的第一工作状态指示模块，所述协调器模块还包括用于提示工作状态的第二工作状态指示模块。

10.根据权利要求9所述的无线多传感监控系统，其特征在于：所述第一工作状态指示模块和第二工作状态指示模块均包括发光二极管及其外围电路。