专利名称：基于无线传感技术和无线通信技术的监测监控系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及无线传感和通信技术，属于物联网、无线通信、嵌入式系统和自动控制领域，具体地说是一种基于无线传感技术和无线通信技术的监测监控系统，适用于水环境监测、空气环境监测、交通环境监控、工农业生产过程、安防监控、电力设备监控、智能家居、仓储管理、图书文物保管、医疗护理等领域的信息采集与管理。
背景技术：
目前，对于现场信息的采集和反向控制，以往多采用工业总线传输，如对于模拟传感器信号，由于信号小，通常由信号放大器、变送器等现场设备对信号进行放大、调理，转换为4 20mA电流环进行远程传输，对于传输距离近的场合，也有转化为0 5V/(T10V电压进行传输的；对于设备状态、报警等开关量信号，通常由继电器输出触点信号直接传输， 也有智能化程度高的设备将模拟信号、数字信号进行处理、编程，再通过RS485/RS422、CAN、 ProfiBUS、Lonfforks等工业总线进行远程传输。然而，对于水环境(江、河、湖、泊、海洋等)、 空气环境等监测监控系统，存在着布线成本高、施工不方便、易破坏等因素，实时监测一直难以广泛推广。由于ZigBee具有无线传输、低功耗、自组网(星型、片状、网状型等拓扑结构)、网络扩充性强等特点，而且，ZigBee模块除了自带IEEE802. 15. 4通信协议外，还具有高性能的 8051微控制器、数据加密处理、电池监测、温度监测等功能，以及丰富的I/O 口、A/D、USART 等接口，ZigBee技术与传感器的结合可促进无线传感器技术和物联网技术在环境监测、交通管理、道路管理、医疗卫生、工农业生产、智能家居、抗灾抢险、仓储管理、物流运输、国防军事等领域发展。但ZigBee的传输距离有限，一般只有数十米，加放大器后，可传输数百米，但会加大电源的消耗，缩短电池寿命。WLAN、3G等宽带无线移动互联网的发展为距离远、大范围的监测提供了远程传输方案，同时为实时视频图像的传输提供了宽带条件，因此，通过无线传感器与视频图像的结合，可提高可视化的监测监控管理水平。
发明内容本实用新型的目的是针对上述的问题，提出一种基于无线传感技术和无线通信技术的监测监控系统。通过无线传感器与视频图像的结合，提高了可视化的监测管理水平。本实用新型的技术方案是一种基于无线传感技术和无线通信技术的监测监控系统，它包括多个监测节点装置、一个监测基站、一个无线网关或一个公网3G基站及中心控制器，各监测节点装置均与对应的监测基站通过无线单跳或多跳方式连接，各监测基站通过无线网关或公网3G基站与监控中心的控制器无线连接。本实用新型的监测节点装置包括多个模拟传感器、多个数字传感器、模拟信号处理模块、数字信号缓冲模块、ZigBee模块、电池、电源稳压模块和可控电源模块；所述的多个模拟传感器采集被监测对象的相应参数，各模拟传感器的信号输出端与模拟信号处理模块的信号输入端相连，多个数字传感器采集被监测对象的状态信息，各数字传感器的信号输出端与数字信号缓冲模块的信号输入端相连，模拟信号处理模块和数字信号缓冲模块的信号输出端分别与ZigBee模块的对应信号输入端相连，ZigBee模块的控制信号输出端与可控电源模块的控制输入端相连；电源稳压模块的电压输入端与电池的正极相连，其电压输出端分别与ZigBee模块的电源端和可控电源模块的电压输入端相连，可控电源模块的电压输出端分别与模拟信号处理模块和数字信号缓冲模块的对应电源端连接，为其供电。本实用新型的模拟信号处理模块包括模拟信号调理电路和A/D转换电路，模拟信号调理电路的信号输入端与各传感器的模拟信号输出端相连，模拟信号调理电路的信号输出端与A/D转换电路的模拟信号输入端相连，A/D转换电路的数字信号输出端与ZigBee模块的信号输入端相连。本实用新型的模拟传感器包括温湿度传感器、PH值传感器、电导率传感器、浊度传感器、溶解氧传感器、液位传感器、位移传感器、流量传感器、压力传感器、C02传感器、CO传感器、NH3传感器、粉尘传感器和光照传感器。本实用新型的数字传感器包括油污传感器、入侵报警器、光电开关。本实用新型的监测基站包括ZigBee模块、处理器、视频采集模块、以太网交换模块、无线AP模块、无线公网传输模块和电源模块，所述的视频采集模块采集基站周围监测节点所在位置被监测对象的视频图像，视频采集模块的以太网接口与以太网交换模块相连，处理器的通信接口分别与ZigBee模块、无线公网传输模块、以太网交换模块和视频采集模块的对应通信接口相连，ZigBee模块与电源模块相连，以太网交换模块与无线AP模块相连。本实用新型的视频采集模块包括网络摄像机、云台、解码器和照明灯，解码器的通信接口与处理器对应的通信接口相连，解码器的信号输出端分别与网络摄像机镜头、云台和照明灯对应的控制信号输入端相连，网络摄像机的以太网接口与以太网交换模块相连。本实用新型的ZigBee模块的信号输入端与防破坏监测器相应的信号输出端相连。本实用新型的有益效果基于ZigBee技术的监测节点装置既可以采集模拟信号，又可以采集数字信息，而且具有无线传输、低功耗、自组网(星型、片状、网状型等拓扑结构)、网络扩充性强等特点， 有效克服了现有技术对于现场信息采集存在的布线成本高、施工难度大的问题，也克服了无线传输由于现场环境阻隔、传输不畅的问题。本系统中的监测基站采用了 ZigBee、无线通信、视频监控及图像压缩、等技术，既可以将前端监测节点装置采集的信息进行远程传输，又可以通过采集基站周围各监测节点所在位置被监测对象的视频图像，提高了可视化的监测管理水平。同时通过双电源冗余技术，克服了监测现场市电可能停电、太阳能又不稳定的电源供电问题。本实用新型具有现场部署方便、采集信息丰富、智能化程度高、参数设置灵活方便、M小时全方位监控、无线传输、通信方式灵活、图像分辨率高、传输质量好、延时小、双电源冗余、防破坏等特点。
图1是本实用新型的原理框图。图2是本实用新型监测节点装置的原理框图。图3是本实用新型监测基站的原理框图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。如图1所示，一种基于无线传感技术和无线通信技术的监测监控系统，它包括多个监测节点装置、监测基站、无线网关或公网3G基站及中心控制器，各监测节点装置与对应区域的监测基站通过无线单跳或多跳方式连接，各监测基站通过无线网关或公网3G基站与监控中心的控制器无线连接。如图2所示，本实用新型的监测节点装置包括多个模拟传感器、多个数字传感器、 模拟信号处理模块、数字信号缓冲模块、ZigBee模块、电池、电源稳压模块和可控电源模块； 所述的多个模拟传感器采集被监测对象的相应参数，各模拟传感器的信号输出端与模拟信号处理模块的信号输入端相连，多个数字传感器采集被监测对象的状态信息，各数字传感器的信号输出端与数字信号缓冲模块的信号输入端相连，模拟信号处理模块和数字信号缓冲模块的信号输出端分别与ZigBee模块的对应信号输入端相连，ZigBee模块的控制信号输出端与可控电源模块的控制输入端相连；电源稳压模块的电压输入端与电池的正极相连，其电压输出端分别与ZigBee模块的电源端和可控电源模块的电压输入端相连，可控电源模块的电压输出端分别与模拟信号处理模块和数字信号缓冲模块的对应电源端连接，为其供电。本实用新型的模拟信号处理模块包括模拟信号调理电路和A/D转换电路，模拟信号调理电路的信号输入端与各传感器的模拟信号输出端相连，模拟信号调理电路的信号输出端与A/D转换电路的模拟信号输入端相连，A/D转换电路的数字信号输出端与ZigBee模块的信号输入端相连。本实用新型的模拟传感器包括温湿度传感器、PH值传感器、电导率传感器、浊度传感器、溶解氧传感器、液位传感器、位移传感器、流量传感器、压力传感器、C02传感器、CO传感器、NH3传感器、粉尘传感器和光照传感器。本实用新型的数字传感器包括油污传感器、入侵报警器、光电开关。如图3所示，本实用新型的监测基站包括ZigBee模块、处理器、视频采集模块、以太网交换模块、无线AP模块、无线公网传输模块和电源模块，所述的视频采集模块采集基站周围监测节点所在位置被监测对象的视频图像，视频采集模块的以太网接口与以太网交换模块相连，处理器的通信接口分别与ZigBee模块、无线公网传输模块、以太网交换模块和视频采集模块的对应通信接口相连，ZigBee模块与电源模块相连，以太网交换模块与无线AP模块相连。本实用新型的视频采集模块包括网络摄像机、云台、解码器和照明灯，解码器的通信接口与处理器对应的通信接口相连，解码器的信号输出端分别与网络摄像机镜头、云台和照明灯对应的控制信号输入端相连，网络摄像机的以太网接口与以太网交换模块相连。本实用新型的ZigBee模块的信号输入端与防破坏监测器相应的信号输出端相连。具体实施时(a)测节点装置采集被监测对象的模拟信号或数字信号后，通过ZigBee的单跳或多跳通信方式，将监测数据传输至监测节点；(b)监测基站将接收到的监测节点装置发送的信息连同视频信息一起，发送至无线网关或公网3G基站，通过hternet或htranet网络将信息发送至监控中心控制器；(c)监控中心的监控人员可通过控制器、Internet或htranet网络、无线网关或公网3G基站将命令发给监测基站，改变图像分辨率，或控制摄像机镜头、云台的动作；(d)监控中心的监控人员可通过控制器、Internet或htranet网络、无线网关或公网3G基站、监测基站将命令发给监测节点装置，改变监测节点的参数。其中监测节点装置的工作步骤如下(a)在ZigBee模块中进行参数设定，包括各传感器采集数据的采样周期T、数据差值阈值、数据发送频率、数据变化斜率阀值；(b)定时唤醒ZigBee模块，打开可控电源模块，各传感器对相应信息进行采集，由 ZigBee模块对数据进行处理、存储；(c)ZigBee模块对数据研判，根据数据所处的状态，选择相应的发送频率向监控中心发送数据；(d)接收监控中心下发的新的参数，修改参数设定； ( e)清空已发送数据，并关闭可控电源模块。(f)进入休眠状态。其中，监测基站的工作步骤如下(a)监测基站的ARM9处理器通过ZigBee的单跳或多跳通信方式，接收前端监测节点采集的监测数据，然后进行协议转换，采用TCP/IP协议通过无线AP模块或无线公网传输模块上传至监控中心；(b)ARM9处理器通过无线AP模块或无线公网传输模块接收监控中心下发的监测节点参数修改命令，然后进行协议转换，通过ZigBee将参数修改命令命令下传给监测节点
直ο( c)监测基站由视频采集模块中的网络摄像机采集基站周围监测节点所在位置被监测对象的视频图像，并输出H. 264压缩视频码流，通过TCP/IP协议由无线AP模块或无线公网传输模块发送至监控中心；(d)监测基站通过AP模块或无线公网传输模块接收监控中心下发的控制命令，由 ARM9处理器进行协议转换，通过RS485协议传输解码器，由解码器控制摄像机镜头的变倍、 聚焦和光圈，控制云台的上下、左右运动，控制照明灯的开关。(e)监测基站的ARM9处理器通过ZigBee模块采集防破坏监测装置的报警信号，通过无线AP模块或无线公网传输模块上传至监控中心进行报警。本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
权利要求1.一种基于无线传感技术和无线通信技术的监测监控系统，其特征是在每个监控区域布置多个监测节点装置、一个监测基站、一个无线网关或一个公网3G基站及控制器，各监测节点装置与对应区域的监测基站通过无线单跳或多跳方式连接，各监测基站通过无线网关或公网3G基站与监控中心的控制器无线连接。
2.根据权利要求1所述的基于无线传感技术和无线通信技术的监测监控系统，其特征是所述的监测节点装置包括多个模拟传感器、多个数字传感器、模拟信号处理模块、数字信号缓冲模块、ZigBee模块、电池、电源稳压模块和可控电源模块；所述的多个模拟传感器采集被监测对象的相应参数，各模拟传感器的信号输出端与模拟信号处理模块的信号输入端相连，多个数字传感器采集被监测对象的状态信息，各数字传感器的信号输出端与数字信号缓冲模块的信号输入端相连，模拟信号处理模块和数字信号缓冲模块的信号输出端分别与ZigBee模块的对应信号输入端相连，ZigBee模块的控制信号输出端与可控电源模块的控制输入端相连；电源稳压模块的电压输入端与电池的正极相连，其电压输出端分别与 ZigBee模块的电源端和可控电源模块的电压输入端相连，可控电源模块的电压输出端分别与模拟信号处理模块和数字信号缓冲模块的对应电源端连接，为其供电。
3.根据权利要求2所述的基于无线传感技术和无线通信技术的监测监控系统，其特征是所述的模拟信号处理模块包括模拟信号调理电路和A/D转换电路，模拟信号调理电路的信号输入端与各传感器的模拟信号输出端相连，模拟信号调理电路的信号输出端与A/D转换电路的模拟信号输入端相连，A/D转换电路的数字信号输出端与ZigBee模块的信号输入端相连。
4.根据权利要求2所述的基于无线传感技术和无线通信技术的监测监控系统，其特征是所述的模拟传感器包括温湿度传感器、PH值传感器、电导率传感器、浊度传感器、溶解氧传感器、液位传感器、位移传感器、流量传感器、压力传感器、C02传感器、CO传感器、NH3传感器、粉尘传感器和光照传感器。
5.根据权利要求2所述的基于无线传感技术和无线通信技术的监测监控系统，其特征是所述的数字传感器包括油污传感器、入侵报警器、光电开关。
6.根据权利要求1所述的基于无线传感技术和无线通信技术的监测监控系统，其特征是所述的监测基站包括ZigBee模块、处理器、视频采集模块、以太网交换模块、无线AP模块、无线公网传输模块和电源模块，所述的视频采集模块采集基站周围监测节点所在位置被监测对象的视频图像，视频采集模块的以太网接口与以太网交换模块相连，处理器的通信接口分别与ZigBee模块、无线公网传输模块、以太网交换模块和视频采集模块的对应通信接口相连，ZigBee模块与电源模块相连，以太网交换模块与无线AP模块相连。
7.根据权利要求6所述的基于无线传感技术和无线通信技术的监测监控系统，其特征是所述的视频采集模块包括网络摄像机、云台、解码器和照明灯，解码器的通信接口与处理器对应的通信接口相连，解码器的信号输出端分别与网络摄像机镜头、云台和照明灯对应的控制信号输入端相连，网络摄像机的以太网接口与以太网交换模块相连。
8.根据权利要求6所述的基于无线传感技术和无线通信技术的监测监控系统，其特征是所述ZigBee模块的信号输入端与防破坏监测器相应的信号输出端相连。
专利摘要一种基于无线传感技术和无线通信技术的监测监控系统，它包括多个监测节点装置、多个监测基站、一个无线网关、一个公网3G基站和控制器，在多个监控区域内分别布置多个监测节点装置，各监测节点装置均与各监控区域对应的监测基站无线单跳或多跳连接，各监测基站通过无线网关或公网3G基站与监控中心的控制器无线连接。本实用新型通过无线传感器与视频图像的有机结合，提高了可视化的监测管理水平，具有现场部署方便、采集信息丰富、智能化程度高、参数设置灵活方便、24小时全方位监控、无线传输、通信方式灵活、图像分辨率高、传输质量好、延时小、双电源冗余、防破坏等特点。
文档编号H04L29/08GK202153755SQ201120294750
公开日2012年2月29日 申请日期2011年8月15日 优先权日2011年8月15日
发明者王庆庆, 祁同林, 谭文彬 申请人:南京三宝通信技术实业有限公司