一种承重智能实时监控装置及方法与流程

本发明属于安防监控领域，特别是涉及一种承重智能实时监控装置及方法。

背景技术：

随着计算机、网络、信息与通信、音视频编解码、流媒体等技术的日趋成熟与完善，在安防市场巨大的需求推动下，视频监控技术正在向着数字化、网络化、智能化的方向发展，已广泛地应用于教育、政府、娱乐、医疗、酒店、银行、博物馆等各种领域，但由于视频监控在适应复杂和多变的场景以及识别和分析更多的行为和异常事件上，存在一定的缺陷，比如：视频质量的下降、视频画面角度的限制、被监控对象的精确监测、突发事件的报警时限。另外由于当前人力成本的提高、工作人员的工作条件及时限限制，针对博物馆内的重要文物、档案馆重要的文档、贵重货物的运输、数字化教室内学生运动状态、银行内的贵重保险箱等监控保护问题亟需解决。

现在国内外已有多种类型的安防监控产品，比如已介绍的视频监控，还有光纤传感监控、超声波监控技术、红外监控等已有大量的应用，但是总体看来，这些监控产品及技术比较单一，难以适应当前社会复杂情况下对安防对象的综合监控需求。

技术实现要素：

本发明针对上述现有技术的不足，基于嵌入式控制平台，利用重量传感模块、GPS信号模块、光照传感模块、加速度计模块、陀螺仪模块、温湿度传感模块等采集数据，提供一种承重智能实时监控方法和装置，进而达到监控保护承重对象的目的，该装置使用简单，实时监控被测对象，遇到突发事件从而有效预警。

本发明的技术方案提供一种承重智能实时监控装置，包括用于放置承重对象的面板1、面板下的若干支撑架、GPS定位传感器6、智能监控主机8和手持机9，每个支撑架包括垫块2、悬臂梁3、螺栓4、应变传感器5和支撑块7，从上往下依次为垫块2、悬臂梁3、支撑块7，垫块2和悬臂梁3采用螺栓4固连到面板1下，支撑块7采用螺栓4固连到悬臂梁3下方，应变传感器5设置于悬臂梁3中；各支撑架上的应变传感器5分别接入智能监控主机8，面板1上设置GPS定位传感器6，GPS定位传感器6接入智能监控主机8；

所述智能监控主机8包括重量传感模块10、GPS信号模块11、光照传感模块12、加速度计模块13、陀螺仪模块14、温湿度传感模块15、嵌入式控制器16-1、无线通信模块17-1、按键显示模块19-1、语音报警模块20-1和开关量控制模块21；

所述重量传感模块10和应变传感器5相连，重量传感模块10采集应变传感器5所得承重重量信息；

所述GPS信号模块11和GSP定位传感器6相连，GPS信号模块11采集GSP定位传感器6所得承重位置的地理信息；

光照传感模块12采集承重位置的光照信息；加速度计模块13采集承重对象的加速度信息；陀螺仪模块14采集承重对象的运动特征；温湿度传感模块15采集承重位置的温湿度环境参数；

重量传感模块10、GPS信号模块11、光照传感模块12、加速度计模块13、陀螺仪模块14、温湿度传感模块15分别采集的信息输入嵌入式控制器16-1；

嵌入式控制器16-1与语音报警模块20-1、按键显示模块19-1、开关量控制模块21和无线通信模块17-1分别相连；

所述手持机9包括无线通信模块17-2、摄像头模块23、语音报警模块20-2、微型打印机24、按键显示模块19-2和嵌入式控制器16-2； 嵌入式控制器16-2与无线通信模块17-2、摄像头模块23、语音报警模块20-2、微型打印机24、按键显示模块19-2分别相连；

智能监控主机的无线通信模块17-1与手持机的无线通信模块17-2之间建立无线双向通信。

而且，面板1、智能监控主机8和各支撑架中垫块2、悬臂梁3、螺栓4、应变传感器5 、GPS定位传感器6、支撑块7装配为一个整体，支撑架的数目、支撑架的部件材料、支撑架的结构参数和支撑架的尺寸视情况设定，以能够支撑面板1上的承重对象的重量为准；手持机9则独立设置。

而且，所述应变传感器5采用电阻应变式传感器，重量传感模块10采用具有温度补偿功能的全桥电路实现；所述加速度计模块13采用MEMS加速度传感器实现；所述陀螺仪模块14采用MEMS陀螺微机械传感器实现；所述的光照传感模块12基于光敏电阻实现；所述温湿度传感模块15采用电容式数字温湿度传感器实现；所述摄像头模块23采用CCD或CMOS传感器实现；

所述智能监控主机8 的无线通信模块17-1与手持机9的无线通信模块17-2，采用移动通信模块实现，借助移动无线通信网络实现无线双向通信；

所述的智能监控主机8与手持机9的外壳采用防火防水的非金属材料制作，智能监控主机8由防撬锁具密封；

所述智能监控主机8的嵌入式控制器16-1与手持机9的嵌入式控制器16-2分别采用片上系统、单片机、ARM、DSP或PLC实现。

而且，所述智能监控主机8还包括存储模块18-1、电源模块22-1，嵌入式控制器16-1与存储模块18-1相连，电源模块22-1向嵌入式控制器16-1供电；所述手持机9还包括存储模块18-2、电源模块22-2，嵌入式控制器16-2与存储模块18-2相连，电源模块22-2向嵌入式控制器16-2供电。

本发明还相应提供一种采用上述承重智能实时监控装置实现的承重智能实时监控方法，针对放置承重对象的面板1，根据监控主机8的重量传感模块10采集所得面板1上的重量信息、GPS信号模块11采集所得面板1的地理位置信息、光照传感模块12采集所得面板1处的光照信息、加速度计模块13采集所得面板1的加速度信息、陀螺仪模块14采集所得面板1的运动特征、温湿度传感模块15采集所得面板1处的温湿度环境参数，嵌入式控制器16-1采用如下智能控制处理方式，

当承重对象被非法操作导致面板1上的重量信息产生改变，或当承重对象未经授权移动导致面板1的地理位置信息变化不符合预定的移动路径，或面板1处光照信息低于或高于预设的光照强度阈值，或面板1处温湿度环境参数超过温湿度阈值，或面板1的加速度信息变化，或面板1的运动特征变化时，将告警信息发往手持机9，同时启动语音报警模块20-1并触发开关量控制模块21，开关量控制模块21启动外接的门禁系统，实现保护承重对象；手持机9收到告警信息后，启动语音报警模块20-2；

当承重对象被移动导致面板1的地理位置信息变化时，加速度计所得面板1的加速度信息和陀螺仪所得面板1的运动特征经智能监控主机8不间断地发往手持机9，实现承重对象的实时移动状态监控；

当面板1处的光照信息低于或高于预设的光照强度阈值，或面板1处的温湿度环境参数超过温湿度阈值时，在开关量控制模块21启动外接的门禁系统的同时，控制外接的光照控制设备或温湿度控制设备，实现自动调整光照和温湿度。

而且，预先利用手持机9的按键显示模块19-2或智能监控主机8的按键显示模块19-1进行光照强度阈值、面板1的初始位置信息、温湿度阈值和预定移动路径；嵌入式控制器16-1根据面板1的初始位置信息和GPS信号模块11采集所得面板1的地理位置信息，判断面板1是否出现地理位置信息变化。

而且，将承重物品放置在承重智能实时监控装置的面板1上之后，由智能监控主机8将重量传感模块10采集所得承重重量信息、GPS信号模块11采集所得承重位置的地理信息作为初始特征信息发往手持机9存档，手持机9的微型打印机24打印初始特征信息贴附在承重对象上，并启动摄像头模块23保存相关图片视频信息，在手持机9收到智能监控主机8发来的告警信息时供用户调取验证，同时启动实时动态监控承重对象。

而且，当承重位置的光照信息低于或高于预设的光照强度阈值，或承重位置的温湿度环境参数超过温湿度阈值，持续超过一定时间则通过开关量控制模块21关断电源，保护承重对象。

而且，当GPS定位传感器6无法获取承重位置的地理信息时，根据最后成功获取的地理信息和陀螺仪模块14所得承重对象的运动特征，估计承重位置的当前地理信息。

而且，通过手持机9实时无线远程开启采集并动态监控承重对象的信息，并将历史数据生成报表文件并保存在手持机中或发往云端服务器以供查阅。

本发明利用传感器技术、嵌入式系统技术、智能软件技术、无线通信技术，研究新型的安防监控技术并开发相应的安防产品，设计了简易灵敏的承重感应支撑结构，提供了一种承重智能实时监控装置，更可以实现以下功能：

（1）当承重对象被非法取走、替换乃至增减操作导致承重重量信息改变时，智能监控主机将发出告警信息给手持机，启动语音报警，开关量控制模块关闭门禁等系统；

（2）当承重对象的移动路线未经授权导致承重对象的GPS信息改变时，智能监控主机将发出告警信息给手持机，启动语音报警，手持机可实时记录并跟踪移动路线信息；

（3）当承重对象在非法或合法移动过程中，加速度计、陀螺仪反应的相关信息提供给智能监控主机，并发往手持机进而监控承重对象的实时运动状态；

（4）当承重对象的光照、温湿度信息超过预设的阈值时，智能监控主机将发出告警信息给手持机，启动语音报警，开启开关量控制模块的光照、温湿度控制设备，进而自动调整光照和温湿度。

（5）手持机的微型打印机打印承重对象的相关特征信息贴附在承重对象上以供校验，并启动摄像头模块保存承重对象的图片及视频信息，以供验证校核使用。

（6）通过手持机可以实时无线远程开启并监控承重对象的重量、位置、光照、温湿度等信息，进而实时动态监控承重对象。

本发明设计简单，系统功能全面，实时监控效果好，有极大的社会推广及应用价值，便于推广到文物监控、档案保护、移动物流、数字教室、医院病人、银行保险箱等实时监控场合。

附图说明

图1为本发明实施例系统结构图；

图2为本发明实施例的智能监控主机结构框图；

图3为本发明实施例的手持机结构框图。

图4为本发明实施例的控制方式示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明技术方案进行具体描述。

参见图1，本发明实施例提供的一种承重智能实时监控装置，包括放置承重对象的面板1、面板下的若干支撑架、GPS定位传感器6、智能监控主机8和手持机9。具体实施时，通常可在一个面板1下设置四个支撑架，每个支撑架包括垫块2、悬臂梁3、螺栓4、应变传感器5、支撑块7，从上往下依次为垫块2、悬臂梁3、支撑块7，垫块2和悬臂梁3采用螺栓4固连到面板1下，支撑块7采用螺栓4固连到悬臂梁3下方，支撑块7一般置于地面上，面板1所在位置即承重位置。应变传感器5设置于悬臂梁3中。具体实施时，支撑架的数目可由本领域技术人员自行视情况设定，悬臂梁3的材料、结构参数和尺寸能够稳固地支撑面板1上的承重对象的重量并留有承重余量。各支撑架上的应变传感器5分别接入智能监控主机8。面板1上设置GPS定位传感器6，GPS定位传感器6接入智能监控主机8。

具体实施时，所述的面板1、各支撑架（包括垫块2、悬臂梁3、螺栓4、应变传感器5 、GPS定位传感器6、支撑块7）、GPS定位传感器6、智能监控主机8装配为一个整体设备，手持机9则独立设置，由操作人员负责携带。可采用多个整体设备和多个手持机组成大面积的分布式网络化监控系统。

所述的智能监控主机8包括重量传感模块10、GPS信号模块11、光照传感模块12、加速度计模块13、陀螺仪模块14、温湿度传感模块15、嵌入式控制器16-1、无线通信模块17-1、存储模块18-1、按键显示模块19-1、语音报警模块20-1、开关量控制模块21、电源模块22-1。所述的重量传感模块10和应变传感器5相连，重量传感模块10采集应变传感器5所得承重重量信息；GPS信号模块11和GSP定位传感器6相连，GPS信号模块11采集GSP定位传感器6所得承重位置的地理信息；光照传感模块12采集承重位置的光照信息；加速度计模块13采集承重对象的加速度信息；陀螺仪模块14采集承重对象的运动特征；温湿度传感模块15采集承重位置的温湿度环境参数。重量传感模块10、GPS信号模块11、光照传感模块12、加速度计模块13、陀螺仪模块14、温湿度传感模块15采集的上述信息送往嵌入式控制器16-1。嵌入式控制器16-1与存储模块18-1、语音报警模块20-1、按键显示模块19-1、开关量控制模块21和无线通信模块17-1分别相连。电源模块22-1向嵌入式控制器16-1供电。智能监控主机的无线通信模块17-1与手持机的无线通信模块17-2借助移动无线通信网络实现无线双向通信，参见图2。

所述的手持机9包括无线通信模块17-2、摄像头模块23、语音报警模块20-2、微型打印机24、存储模块18-2、按键显示模块19-2、电源模块22-2、嵌入式控制器16-2。所述的手持机9中嵌入式控制器16-2与无线通信模块17-2、摄像头模块23、语音报警模块20-2、微型打印机24、存储模块18-2、按键显示模块19-2分别相连。电源模块22-2向嵌入式控制器16-2供电，参见图3。

本发明的技术方案中，所述智能监控主机8的嵌入式控制器16-1与手持机9的嵌入式控制器16-2可分别记为第一嵌入式控制器、第二嵌入式控制器，分别可采用片上系统、单片机、ARM、DSP或PLC实现。智能监控主机8的嵌入式控制器16-1采集多传感器信号，包括经重量传感模块10输入的重量信息、经GPS信号模块11输入的地理位置信息（即GPS参数）、光照传感模块12输入的光照信息、加速度计模块13输入的加速度信息、陀螺仪模块14输入的运动特征（即陀螺仪参数）、温湿度传感模块15输入的温湿度环境参数，并且可通过无线通信方式不间断地发到手持机9，同时可将上述多传感器信号处理后将是否报警的信息发送到手持机9。基于手持机9的嵌入式控制器16-2，用户可通过按键显示单元19-2设置承重对象的预置地理位置信息，并处理来自智能监控主机8的多传感器信息以及语音报警信息，支持用微型打印机24打印承重对象的重量信息和位置信息并存档，摄像头模块23保留承重对象的照片信以供核对是否拆封动过。当出现承重对象被非法移动、非法加减物品等情况时，智能监控主机8的语音报警模块20-1、开关量控制模块21实时报警，手持机9的语音报警模块20-2也同时报警进而监控保护承重对象。

本发明实施例所提供装置的具体使用过程如下：

首先将承重智能实时监控装置的智能监控主机8和手持机9的电池充足，再将承重物品放置在承重智能实时监控装置的面板1上。可以预先利用手持机9的按键显示模块19-2对智能监控主机8（或智能监控主机8的按键显示模块19-1）进行有关参数的设置：面板1的初始位置信息、光照强度阈值、温湿度阈值、预定移动路径等参数的设置，设置完成后通过无线通信模块17-2、17-1发送到智能监控主机8；智能监控主机8将相关的预设参数显示在按键显示模块19-1的显示屏上。将承重物品放置在承重智能实时监控装置的面板1上之后，首先由智能监控主机8启动重量传感模块10、GPS信号模块11获取承重对象的重量及GPS位置信息并作为初始特征信息发往手持机9存档。手持机9的微型打印机24打印承重对象的初始特征信息贴附在承重对象上，并启动摄像头模块23保存相关图片视频信息，以供验证校核使用。然后智能监控主机8配合手持机9实时监控承重对象的重量、位置、光照、温湿度等信息，进而实现实时动态监控承重对象。具体实施时，可通过手持机9发出指令到智能监控主机8，实时无线远程开启监控。手持机9可基于手机设备实现，通过内置APP软件可以支持主动开启采集，查看智能监控主机8传输过来的多传感器信息，实时监控承重对象。

在传统的控制领域里，控制系统动态模式的精确与否是影响控制优劣的关键，系统动态的信息越详细，则越能达到精确控制的目的，然而对于复杂的系统，由于变量太多，往往难以正确的描述系统的动态，参见图4，智能监控主机8实时采集承重对象的重量信息、GPS信息、光照信息、温湿度信息、加速度和运动等信息并进行数据处理，包括经多通道模数转换处理后，针对放置承重对象的面板1，根据监控主机8的重量传感模块10采集所得面板1上的重量信息、GPS信号模块11采集所得面板1的地理位置信息、光照传感模块12采集所得面板1处的光照信息、加速度计模块13采集所得面板1的加速度信息、陀螺仪模块14采集所得面板1的运动特征、温湿度传感模块15采集所得面板1处的温湿度环境参数，嵌入式控制器16-1采用如下智能控制处理方式，

当承重对象被非法操作导致面板1上的重量信息产生改变，或当承重对象未经授权移动导致面板1的地理位置信息变化不符合预定的移动路径，或面板1处光照信息低于或高于预设的光照强度阈值，或面板1处温湿度环境参数超过温湿度阈值，或面板1的加速度信息变化，或面板1的运动特征变化时，将告警信息发往手持机9，同时启动语音报警模块20-1并触发开关量控制模块21，开关量控制模块21启动外接的门禁系统，实现保护承重对象；手持机9收到告警信息后，启动语音报警模块20-2发出提示音；

当承重对象被移动导致面板1的地理位置信息变化时，无论是否符合预定的移动路径，加速度计所得面板1的加速度信息和陀螺仪所得面板1的运动特征经智能监控主机8不间断地发往手持机9，可通过按键显示模块19-2的显示屏显示信息，以便实现承重对象的实时移动状态监控；

当面板1处的光照信息低于或高于预设的光照强度阈值，或面板1处的温湿度环境参数超过温湿度阈值时，在开关量控制模块21启动外接的门禁系统的同时，控制外接的光照控制设备或温湿度控制设备，实现自动调整光照和温湿度。

具体实施时，可根据面板1的初始位置信息和GPS信号模块11采集所得面板1的地理位置信息，判断面板1是否出现地理位置信息变化。

具体实施时，本领域技术人员可根据需要设定具体处理方式，借助模糊控制智能算法实现灵活控制。例如，当GPS定位传感器6的精度不高时，可以通过按键显示模块19-1、19-2预设承重对象的地理位置信息，在GPS定位传感器6采集承重位置的地理信息时，判断地理信息变化是否不符合预定的移动路径时，通过模糊算法考虑合理误差范围。

本发明实施例中，所述的应变传感器5采用电阻应变式传感器，4路电阻应变式传感器信号送到重量传感模块10，重量传感模块10采用具有温度补偿功能的全桥电路处理，成本低，电路简单，精度高。

本发明实施例中，所述的加速度计模块13的加速器采用MEMS加速度传感器，结构简单、成本低，实现承重对象的运动状态信息的采集。

本发明实施例中，所述的陀螺仪模块14的陀螺仪采用MEMS陀螺微机械传感器，易于数字化、智能化，当GPS定位传感器6无法获取承重位置的地理信息时，可以根据最后成功获取的GPS地理信息和陀螺仪所得承重对象的运动特征，估计承重位置的当前地理信息，实现运动位置信息的采集。

本发明实施例中，所述的光照传感模块12，是基于光敏电阻检测光照强度原理实现，用于实时地检测承重对象的光线强度，然后和系统设定的光照强度阈值参数进行比较判断，如果光线过暗，则语音报警模块20-1提醒提高光照强度，同时开关量控制模块21开启照明；相反如果光照强度过高，则提醒用户降低室内光照强度，自动关闭部分照明，进而在承重保护领域（比如文物保护、档案保护、数字化教室、医院病人）实现光照的监控。

本发明实施例中，所述的温湿度传感模块15，采用电容式数字温湿度传感器，主要功能是监测承重保护区的温湿度，主要是基于承重对象环境的考虑，通过设定温湿度的阈值，检测观看温湿度是否低于或高于一定范围值，比如有火灾、低温、湿度大、干燥时，则有语音报警，进一步地，可以设定超范围状态持续超过一定时间则通过开关量控制模块21关断电源，保护承重对象。

本发明实施例中，所述的语音报警模块20-1和开关量控制模块21，在根据控制处理产生告警信息时，语音报警模块20-1根据告警信息发出语音提示音，开关量控制模块21启动或关闭相应的设备；语音报警模块20-2根据收到的告警信息发出语音提示音。

本发明实施例中，所述的按键显示模块19-1、19-2可分别记为第一按键显示模块、第二按键显示模块，主要功能是显示采集信息、设置相关参数，包括光照强度阈值、温湿度阈值、预定移动路径。通过按键显示模块19-2设置时，是经无线传输到智能监控主机8后，输入嵌入式控制器16-1。

本发明实施例中，所述的手持机9的摄像头模块23，采用CCD或CMOS传感器实现，用于承重对象状态图片的保存，当手持机9收到智能监控主机8发来的告警信息时可供用户调取图像进而验证承重对象是否被非法操作（打开或移动）。

本发明实施例中，所述的智能监控主机8与手持机9的无线通信模块17-1、17-2，可分别记为第一无线通信模块、第二无线通信模块，采用移动通信模块实现，借助移动无线通信网络实现无线双向通信。

本发明实施例中，所述存储模块18-1、存储模块18-2可分别记为第一存储模块、第二存储模块，电源模块22-1、电源模块22-2可分别记为第一电源模块、第二电源模块。嵌入式控制器16-1与存储模块18-1相连，电源模块22-1向嵌入式控制器16-1供电；嵌入式控制器16-2与存储模块18-2相连，电源模块22-2向嵌入式控制器16-2供电。存储模块和电源模块是常用外围部件，具体实施时，本领域技术人员可自行根据需要设置实现。

具体实施时，所述的手持机9可内置有承重信息的APP应用程序，可以借助APP应用程序实时无线远程开启采集各项信息并实时监控承重对象，可以将承重对象的历史数据生成报表文件并保存在手持机9中（存储模块18-2内）或发往云端服务器内以供查阅。

本发明的技术方案中，所述的智能监控主机8与手持机9的外壳采用防火防水的非金属材料制作；智能监控主机8由防撬锁具密封；智能监控主机8与手持机9并预设密封条，防止非授权开启；智能监控主机8与手持机9的体积和大小根据元器件封装调整。

以上实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。