一种基于物联网的校园监控系统的制作方法

[0001]
本发明属于物联网领域；涉及校园监控技术；具体是一种基于物联网的校园监控系统。


背景技术：

[0002]
十年树木百年树人，教育关乎一个名民和国家的未来，我国把科教兴国作为国家战略对待，特别是近些年国家对于教育方面的改策和经费均模注了大量气力至此，我国的大学及中小学数量不断增长，所以校园安全尤为重要，学校安全工作，是全社会安全工作的一个十分重要的组成部分。它直接关系到青少年学生能否安全、健康地成长，关系到千千万万个家庭的幸福安宁和社会稳定；意外伤害不仅造成了大量儿童的永久性残疾和早亡，消耗巨大的医疗费用，而且削弱了国民生产力。不仅给孩子及家庭带来痛苦和不幸，而且给社会、政府及学校造成巨大的负担和损失。据调查，1999年～2002年间，北京市共发生学校赔偿经济损失的学生伤亡事故360余起，其中有一半以上学校在处理事故时遇到困难；因此，校园安全问题已成为社会各界关注的热点问题。保护好每一个孩子，使发生在他们身上的意外事故减少到最低限度，已成为中小学安全教育和管理的重要内容突发事件的处理必须严格遵循“以人为本，生命第一”的原则，组织自身力量并迅速请求社会有关方面快速开展各项救援工作，把损失降低到最低限度，全校师生员工要有“防范于未然”的思想意识，严格遵守学校的安全工作制度，及时妥善处理校园中可能发生的偶发事件，把不安全的隐患消灭在萌芽状态；如今，校园安全已经成为社会的焦点问题，如何保证一个和谐、安全的校园环境，已经成为校园建设过程中需要考虑的一个重要内容；目前学校的监控系统智能化程度较低，多数情况下仅仅依靠保安和老师在进行监视，同时监控系统只能监控学生的表面运动，无法监测学生在校园内的身体情况以及在宿舍内的情况，无法保证学生在校园安全。


技术实现要素：

[0003]
本发明的目的在于提供一种基于物联网的校园监控系统，用于解决学生在校期间身体状况监测的问题。
[0004]
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
[0005]
一种基于物联网的校园监控系统，包括智能终端模块、姿态监测单元、心率监测单元、体温监测单元、传输模块、物联网控制平台、报警模块、应急救援模块、发射电极以及接收电极；
[0006]
所述心率监测单元用于监测佩戴人员实时心率，并将实时心率信息传输到智能终端模块；
[0007]
所述姿态监测单元监测佩戴人员实时摆臂频率信息，并将摆臂频率信息发送到智能终端模块；
[0008]
所述体温监测单元通过公式测得体内温度信息|z|，并将体内温度信息|z|发送到智能终端模块；式中r
c
为当外部温度信息；为输出电流；c
m
为接收电流；r
i
为当前体表温度；所述发射电极产生的电流为所述接收电极接收到的电流为c
m
；所述温度传感器用于监测外部温度r
c
与体表温度 r
i
；
[0009]
所述智能终端模块将获取的实时心率信息、摆臂频率信息以及体内温度信息存储，并将实时心率信息、摆臂频率信息以及体内温度信息代入仿真模拟系统内进行模拟，具体操作如下：
[0010]
步骤一：将实时心率信息代入公式得到模拟心率xl，式中mx为实时心率信息，tc为温度修正系数，具体为：
[0011]
s1:通过物联网控制平台获取气象局实时温度t1；
[0012]
s2：通过公式得到当前皮肤干燥度g1，式中κ为人体皮肤电阻值；
[0013]
s3：通过公式t1-g1|z|得到温度修正系数tc；
[0014]
步骤二：将摆臂频率信息代入公式得到运动状态yd，式中pv具体为摆臂频率信息，sv具体为时区，所述时区为60s；
[0015]
步骤三：通过模拟心率xl、运动状态yd、以及体内温度信息|z|进行判断，具体为：
[0016]
ss1:初始化，智能终端模块与姿态监测单元、心率监测单元以及体温监测单元建立数据连接，当智能终端模块与姿态监测单元、心率监测单元以及体温监测单元建立数据连接失败次数超过6次，智能终端模块将生成报警信息 b1，并将报警信息b1传输至报警模块进行报警；
[0017]
ss2:获取运动状态yd和模拟心率xl，当运动状态yd和模拟心率xl匹配时，进入低功耗模式；
[0018]
sss1:当运动状态yd和模拟心率xl不匹配时，向智能终端模块建立体内温度信息数据连接，获取体内温度信息|z|，体内温度信息|z|与运动状态 yd进行匹配；
[0019]
sss2:当体内温度信息|z|与运动状态yd进行匹配成功时，智能终端模块重新与姿态监测单元、心率监测单元以及体温监测单元建立数据连接；在重复步骤ss2；
[0020]
sss3:当体内温度信息|z|与运动状态yd进行匹配失败时，体内温度信息|z|与模拟心率xl进行匹配，当体内温度信息|z|与模拟心率xl匹配成功后，智能终端模块重新与姿态监测单元、心率监测单元以及体温监测单元建立数据连接；在重复步骤ss2；
[0021]
sss4:当体内温度信息|z|与运动状态yd进行匹配失败后，体内温度信息|z|与模拟心率xl匹配失败，此时智能终端模块将生成危险报警信息b2，并将危险报警信息b2传输至报警模块。
[0022]
进一步地，所述报警模块接收到智能终端模块传输而来的报警信息b1，并将报警信息b1储存后发送到物联网控制平台，物联网控制平台对报警信息b1 进行处理，具体步骤为：
[0023]
k1:对发送报警信息b1的智能终端模块进行定位，并将定位坐标标记为w1；
[0024]
k2:将定位坐标w1代入维修更换模型进行维修更换，具体步骤为：
[0025]
q1:将定位坐标w1设为原点坐标；
[0026]
q2:将校园内所有维修更换地点位置坐标标记为w2；
[0027]
q3:将校园摄像头位置坐标标记为w3；
[0028]
q4:将其他智能终端模块位置坐标标记为wi，i＝1，2，3
……
n，n最大为校园总人数；
[0029]
q5:将定位坐标w1、维修更换地点位置坐标w2、摄像头位置坐标w3以及其他智能终端模块位置坐标wi代入校园地图中，并生成定位坐标w1到维修更换地点位置坐标w2路径lg，g＝1，2，3
……
n；
[0030]
q6：将路径lg内摄像头数目以及其他智能终端模块数目总和最多的路径标记维修更换路径lgs，并引导依照更换路径lgs前往更换维修。
[0031]
进一步地，所述报警模块接收到智能终端模块传输而来的危险报警信息b2，并将危险报警信息b2储存后发送到物联网控制平台，物联网控制平台对危险报警信息b2进行处理，具体步骤为：
[0032]
a1:将危险报警信息b2的智能终端模块进行定位，并将坐标标记为p1；
[0033]
a2:物联网控制平台向坐标p1周围1m距离内的其他智能终端模块发送急救请求，并向产生危险报警信息b2的智能终端模块发送蜂鸣信号；
[0034]
a3：物联网平台将受过急救训练的学生的智能终端模块标记为xl，l＝1，2， 3
……
n；物联网平台将校医对应的智能终端模块标记为xr，r＝1，2，3
……
n；物联网平台将120急救平台标记为yy，y＝1，2，3
……
n；
[0035]
物联网控制平台向坐标p1周围50m距离内的智能终端模块xl以及智能终端模块xr发送急救请求，并引导智能终端模块xl以及智能终端模块xr赶到坐标p1点；
[0036]
a4：当智能终端模块xr向平台发送救护车指令时，物联网控制平台向距离坐标p1点最近的120急救平台yy发送紧急救援信号。
[0037]
进一步地，所述智能终端模块包括腕带和表盘，所述表盘固定安装在腕带上，所述表盘的一侧固定安装有发射电极和接收电极，所述表盘内安装有姿态监测单元、心率监测单元、体温监测单元以及传输模块，所述姿态监测单元包括九轴惯性传感器；所述心率监测单元包括心率传感器；所述体温监测单元包括体温监测传感器；所述传输模块包括无线传输天线和gps定位天线。
[0038]
进一步地，所述发射电极和接收电极均为凸起状金属触点。
[0039]
进一步地，所述表盘上安装有led显示屏。
[0040]
进一步地，所述表盘上安装有led显示屏的一侧开设有通孔，所述通孔底端安装有蜂鸣器、gps天线以及传输数据天线。
[0041]
与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0042]
通过模拟心率xl、运动状态yd、以及体内温度信息|z|进行判断，可以实时获取到
学生在校期间身体状态，使得学生在校期间的身体状况可以被实时监测并传输到物联网控制平台，家长和老师可以通过物联网控制平台查阅自己孩子或学生的身体状态，并针对性的制定相应的计划，提高学生身体素质，学生也可以通过物联网控制平台查询当前自己身体状况，更加了解自身身体状况，调整自身状态，更好的完成学业任务，解决了现有监控系统互动性差，家长无法通过监控获取学生在校的状态和身体状态，学生也无法通过监控系统了解自己的身体情况，长时间不关注自身体质变化会造成学生身体发育以及心理发育造成严重的损伤；
[0043]
当学生仿真模拟系统发现学生身体状况异常时，此时智能终端模块将生成危险报警信息b2同时将危险报警信息b2的智能终端模块进行定位，并将坐标标记为p1，并将危险报警信息b2传输至报警模块，物联网控制平台通过向50m 距离内的校医的智能终端模块和学过急救培训同学的智能终端模块和老师的智能终端模块发送救援指令，同时危险报警信息b2的智能终端模块将接收到蜂鸣信号，蜂鸣器开始发出警报声音，使得老师能及时发现身体异常的学生，从而避免了校园惨剧的发生，解决了现有校园监控系统只能监控学生的行为举动，同时也无法做到预测学生身体状况以及实时监测学生身体状况的功能；
[0044]
同时物联网控制平台将120急救平台纳入控制平台内，当学生情况紧急时，智能终端模块将危险报警信息b2储存后发送到物联网控制平台，物联网控制平台对危险报警信息b2进行处理，将危险报警信息b2的智能终端模块进行定位，并将坐标标记为p1；物联网控制平台将向120急救平台发送急救请求，避免了人为失误而造成错失最佳抢救时间，导致学生情况进一步恶化；120报警急救中心也可同时查看到发生状况学生体温、心率信息，并同时判断是否派出救护车，对学生进行抢救；解决了现有校园监控只有单一监控的功能，无法在学生发生危险时智能为进行报警，同时现有监控系统无法24小时对在校学生进行检测，当学生在宿舍或人员稀少缺少监控系统的地方发生意外，很难在第一时间内得到有效的救助；
[0045]
同时医院也可通过物联网控制平台调取学生档案，及时通过档案了解学生以往病例与血型以及过敏症状等信息，提前为学生准备应急救援药品以及诊疗方案，提前做好对学生进行治疗的准备。
附图说明
[0046]
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0047]
图1是本发明程序框图；
[0048]
图2是发射电极与接收电极结构示意图；
[0049]
图3是表盘结构示意图。
[0050]
图中：1、腕带；2、表盘；3、发射电极；4、接收电极；5、led显示屏；6、蜂鸣器；7、gps天线；8、传输数据天线。
具体实施方式
[0051]
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的
范围。
[0052]
如图1所示，一种基于物联网的校园监控系统，包括智能终端模块、姿态监测单元、心率监测单元、体温监测单元、传输模块、物联网控制平台、报警模块、应急救援模块、发射电极3以及接收电极4；
[0053]
心率监测单元用于监测佩戴人员实时心率，并将实时心率信息传输到智能终端模块；
[0054]
姿态监测单元监测佩戴人员实时摆臂频率信息，并将摆臂频率信息发送到智能终端模块；
[0055]
体温监测单元通过公式测得体内温度信息|z|，并将体内温度信息|z|发送到智能终端模块；式中r
c
为当外部温度信息；为输出电流； c
m
为接收电流；r
i
为当前体表温度；温度传感器用于监测外部温度r
c
与体表温度r
i
；
[0056]
智能终端模块将获取的实时心率信息、摆臂频率信息以及体内温度信息存储，并将实时心率信息、摆臂频率信息以及体内温度信息代入仿真模拟系统内进行模拟，具体操作如下：
[0057]
步骤一：将实时心率信息代入公式得到模拟心率xl，式中mx为实时心率信息，tc为温度修正系数，具体为：
[0058]
s1:通过物联网控制平台获取气象局实时温度t1；
[0059]
s2：通过公式得到当前皮肤干燥度g1，式中κ为人体皮肤电阻值；
[0060]
s3：通过公式t1-g1
×
|z|得到温度修正系数tc；
[0061]
步骤二：将摆臂频率信息代入公式得到运动状态yd，式中pv具体为摆臂频率信息，sv具体为时区，时区为60s；
[0062]
步骤三：通过模拟心率xl、运动状态yd以及体内温度信息|z|进行判断，具体为：
[0063]
ss1:初始化，智能终端模块与姿态监测单元、心率监测单元以及体温监测单元建立数据连接，当智能终端模块与姿态监测单元、心率监测单元以及体温监测单元建立数据连接失败次数超过6次，智能终端模块将生成报警信息 b1，并将报警信息b1传输至报警模块进行报警；
[0064]
ss2:获取运动状态yd和模拟心率xl，当运动状态yd和模拟心率xl匹配时，进入低功耗模式；
[0065]
sss1:当运动状态yd和模拟心率xl数值相同时，则匹配成功，当运动状态yd和模拟心率xl数值不相同时，则匹配失败；
[0066]
当匹配成功向智能终端模块建立体内温度信息数据连接，获取体内温度信息|z|，体内温度信息|z|与运动状态yd进行匹配；
[0067]
sss2:当体内温度信息|z|与运动状态yd匹配成功时，智能终端模块重新与姿态监测单元、心率监测单元以及体温监测单元建立数据连接；在重复步骤ss2；
[0068]
sss3:当体内温度信息|z|与运动状态yd匹配失败时，体内温度信息 |z|与模拟心率xl进行匹配，当体内温度信息|z|与模拟心率xl匹配成功后，智能终端模块重新与姿态监测单元、心率监测单元以及体温监测单元建立数据连接；在重复步骤ss2；
[0069]
sss4:当体内温度信息|z|与运动状态yd匹配失败后，体内温度信息 |z|与模拟心率xl匹配失败，此时智能终端模块将生成危险报警信息b2，并将危险报警信息b2传输至报警模块。
[0070]
报警模块接收到智能终端模块传输的报警信息b1，并将报警信息b1储存后发送到物联网控制平台，物联网控制平台对报警信息b1进行处理，具体步骤为：
[0071]
k1:对发送报警信息b1的智能终端模块进行定位，并将定位坐标标记为w1；
[0072]
k2:将定位坐标w1代入维修更换模型进行维修更换，具体步骤为：
[0073]
q1:将定位坐标w1设为原点坐标；
[0074]
q2:将校园内所有维修更换地点位置坐标标记为w2；
[0075]
q3:将校园摄像头位置坐标标记为w3；
[0076]
q4:将其他智能终端模块位置坐标标记为wi，i＝1，2，3
……
n，n最大为校园总人数；
[0077]
q5:将定位坐标w1、维修更换地点位置坐标w2、摄像头位置坐标w3以及其他智能终端模块位置坐标wi代入校园地图中，并生成定位坐标w1到维修更换地点位置坐标w2路径lg，g＝1，2，3
……
n；
[0078]
q6：将路径lg内摄像头数目以及智能终端模块数目总和最多的路径标记为维修更换路径lgs，并引导依照更换路径lgs前往更换维修。
[0079]
报警模块接收到智能终端模块传输的危险报警信息b2，并将危险报警信息 b2储存后发送到物联网控制平台，物联网控制平台对危险报警信息b2进行处理，具体步骤为：
[0080]
a1:将危险报警信息b2的智能终端模块进行定位，并将坐标标记为p1；
[0081]
a2:物联网控制平台向坐标p1周围1m距离内的智能终端模块发送急救请求，并向产生危险报警信息b2的智能终端模块发送蜂鸣信号；
[0082]
a3：物联网平台将受过急救训练的学生的智能终端模块标记为xl，l＝1，2， 3
……
n；物联网平台将校医对应的智能终端模块标记为xr，r＝1，2，3
……
n；物联网平台将120急救平台标记为yy，y＝1，2，3
……
n；
[0083]
物联网控制平台向坐标p1周围50m距离内的智能终端模块xl以及智能终端模块xr发送急救请求，并引导智能终端模块xl以及智能终端模块xr赶到坐标p1点；
[0084]
a4：当智能终端模块xr向平台发送救护车指令时，物联网控制平台向距离坐标p1点最近的120急救平台yy发送紧急救援信号。
[0085]
如图2-3所示：智能终端模块包括腕带1和表盘2，表盘2固定安装在腕带 1上，表盘2的一侧固定安装有发射电极3和接收电极4，表盘2内安装有姿态监测单元、心率监测单元、体温监测单元以及传输模块，姿态监测单元包括九轴惯性传感器；心率监测单元包括心率传感器；体温监测单元包括体温监测传感器；传输模块包括无线传输天线和gps定位天线。
[0086]
发射电极3和接收电极4均为凸起状金属触点；发射电极3产生的电流为接收
电极4接收到的电流为c
m
。
[0087]
表盘2上安装有led显示屏5。
[0088]
led显示屏5的一侧开设有通孔，通孔底端安装有蜂鸣器6、gps天线7以及传输数据天线8。
[0089]
本发明在具体使用时：通过佩戴智能终端模块用来对佩带学生的姿态、心率、体温等进行监测，并通过传输模块与物联网控制平台进行数据交换；
[0090]
当学生身体突然发生状况时，智能终端模块将通过监测运动状态yd和模拟心率xl，当运动状态yd和模拟心率xl不匹配时，向智能终端模块建立体内温度信息数据连接，获取体内温度信息|z|，体内温度信息|z|与运动状态yd进行匹配；当体内温度信息|z|与运动状态yd进行匹配成功时，智能终端模块重新与姿态监测单元、心率监测单元以及体温监测单元建立数据连接；当体内温度信息|z| 与运动状态yd进行匹配失败时，体内温度信息|z|与模拟心率xl进行匹配，当体内温度信息|z|与模拟心率xl匹配成功后，智能终端模块重新与姿态监测单元、心率监测单元以及体温监测单元建立数据连接；当体内温度信息|z|与运动状态 yd进行匹配失败后，体内温度信息|z|与模拟心率xl匹配失败，此时智能终端模块将生成危险报警信息b2，并将危险报警信息b2传输至报警模块，报警模块控制蜂鸣器进行报警，起到警示与提醒的作用，同时智能终端模块通过将危险报警信息b2的智能终端模块进行定位，并将坐标标记为p1；物联网控制平台向坐标p1周围1m距离内的其他智能终端模块发送急救请求；物联网平台将受过急救训练的学生的智能终端模块标记为xl，物联网平台将校医对应的智能终端模块标记为xr，物联网控制平台向坐标p1周围50m距离内的智能终端模块xl以及智能终端模块xr发送急救请求，并引导智能终端模块xl以及智能终端模块 xr赶到坐标p1点，请求包括发生状况学生智能终端模块位置信息、学生姓名、紧急联系方式、体温、心率信息以及120报警信息，校医根据体温、心率信息判断是否与120报警急救中心进行数据连接；120报警急救中心也可同时查看到发生状况学生体温、心率信息，并同时判断是否派出救护车，对学生进行抢救；
[0091]
同时医院也可通过物联网控制平台调取学生档案，及时通过档案了解学生以往病例与血型以及过敏症状等信息，提前为学生准备应急救援药品以及诊疗方案，提前做好对学生进行治疗的准备，增加学生救助成功率。
[0092]
上述公式均是采集大量数据进行软件模拟得出且选取与真实值接近的一个公式，公式中的系数是由本领域技术人员根据实际情况进行设置。
[0093]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第二”仅由于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0094]
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的
普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。