一种WSN监测系统的制作方法

本实用新型属于安防监控及环境数据监测领域，特别涉及一种基于无线传感器网络的无人值守地面传感器监测系统。

背景技术：

现有监测系统大致有如下几种：(1)红外对射监控系统；(2)震动光纤周界监控系统；(3)张力围栏周界报警系统；(4)视频监控系统，下面分别介绍。

(1)红外对射监控系统

红外对射探测器由收、发两部分组成。红外发射器向安装在几米甚至于几百米远的接收器发射红外线，其射束有单束、双束，甚至多束。当相应的红外射束被遮断时，接收器即发出报警信号。其工作原理是接收器能收到红外射束为正常状态，而当发生入侵时，发射器发射的红外射束被遮挡，即光电管接收不到红外光，从而输出相应的报警电信号，并经整形放大后输出开关量报警信号，该报警信号可被报警控制器接收，并去联动执行机构启动其它的报警设备，如声光报警器、模拟电子地图、电视监控系统、照明系统等。

主动红外周界监控报警系统通常由前端探测系统、现场报警系统、传输系统、中心控制系统、联动系统以及电源系统六部分组成。前端探测系统由主动红外探测器及其相关附件组成，其对周界围墙或护栏进行防护，检测周界入侵行为，并输出报警信号。现场报警系统由现场报警器及联动装置组成，在探测器检测到入侵行为时，即启动现场报警设备，对非法入侵行为进行威慑。总线制报警控制器包括信号传输模块及传输线路两部分；多线制报警控制器只涉传输线路，该部分负责探测器报警信号传输及相关电源的输送。总线传输距离根据报警控制器的不同或会有差异，一般都在1000m以上，甚至通过扩展设备还能实现总线传输距离延伸。中心控制系统负责接收前端报警信号，对前端探测器的工作状态进行检测，同时提供报警联动控制。

(2)震动光纤周界监控系统

震动光纤周界监控系统是利用激光、光纤传感和光通信等高科技技术构建的安全报警系统，它是基于分布式光纤传感技术应用于周界监控防护的新系统。该系统利用单根光纤(光缆)作为传感传输二合一的器件，通过对直接触及光纤(缆)或通过承载物，如覆土、铁丝网、围栏、管道等，传递给光纤(缆)的各种扰动，进行持续和实时的监控。采集扰动数据，经过后端分析处理和智能识别，判断出不同的外部干扰类型，实现系统预警或实时告警，从而达到对侵入设防区域周界的威胁行为进行预警监测的目的。

分布式全光纤振动周界安全告警系统，主要由传感光缆、传输光缆和信号处理器三部分组成。在这套系统中，光纤不仅可用于信号传输，还可以用作安全防范应用中的传感器。每个分区作为独立的安防区域，对本防区的外界入侵信号进行实时监控。当监控线路有入侵者攀爬时，光纤传感光缆中的光信号发生变化，信号处理器经过系列信号处理，区分第三方入侵行为与正常干扰，可以马上定位有入侵者的地方。

(3)张力围栏周界报警系统

张力式电子安全围栏周界报警系统由报警控制器(主机)和电子围栏两部分组成。主机探测入侵者，并能发出报警信号；电子围栏主机产生和接收高压脉冲信号，并在前端探测围栏处于触网、短路、断路状态时能产生报警信号，并把入侵信号发送到安全报警中心；前端探测围栏由金属杆及金属导线等构件组成的有形周界。通过控制键盘或控制软件，可实现多级联网。电子围栏是一种主动防入侵围栏，对入侵企图做出反击，击退入侵者，延迟入侵时间，并且不威胁人的性命，并把入侵信号发送到安全部门监控设备上，以保证管理人员能及时了解报警区域的情况，快速做出处理。

电子安全围栏是有形的屏障，安装适当的高度和角度，很难攀越；如果强行突破，脉冲主机又会发出报警信号，脉冲主机有两种信号，第一路信号每分钟对整个电子围栏巡检多次，检查电子线是否断路或短路，另一组信号传送到监控中心。主机在电子围栏上产生约8000伏低能量脉冲电压，该电压能有效击退并威慑入侵者。

(4)视频监控系统

视频监控系统是由摄像、传输、控制、显示、记录登记等部分组成。摄像机通过同轴视频电缆将视频图像传输到控制主机，控制主机再将视频信号分配到各监视器及录像设备，同时可将需要传输的语音信号同步录入到录像机内。通过控制主机，操作人员可发出指令，对云台的上、下、左、右的动作进行控制及对镜头进行调焦变倍的操作，并可通过控制主机实现在多路摄像机及云台之间的切换。

红外对射监控系统、震动光纤周界监控系统及张力电子围栏周界报警系统都属于“栅栏”式安防监测系统，只能对越过预设警戒线的入侵做出反应，无法有效地对整个监控区域进行全面监控。在这几种“栅栏式”安防监测系统中，红外对射监控系统安装使用较为方便，但易受干扰、可靠性能低，且无法防范有针对性的穿越。张力电子围栏周界报警系统和震动光纤周界监控系统可靠性较高，受到环境及飞鸟走兽的干扰比较小，可靠性高，但信号处理较为复杂。震动光纤周界监控系统对防水和防止磁场干扰的要求比较高，布放较为方便；张力电子围栏周界报警系统对安装基础的强度要求比较高，监测区域较广时布放费用过高。

视频监控系统网络能有效地对感兴趣的区域进行监控，得到的监控信息直观、准确、及时且信息量大，方便监控人员对情况有清晰的认识，但是在监控区域面积较大时，系统布放麻烦，且花费较高，摄像头密集程度不够时，布控区域存在监控死角。

基于以上分析，现有的监测系统存在着各种不足，有待改进，本案由此产生。

技术实现要素：

本实用新型的目的，在于提供一种WSM监测系统，其可用于野外、海岛、边境、机场、仓库及其它有监控需求区域的无人监控与环境数据监测。

为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种WSM监测系统，包括数个节点簇、监控中心和手持终端，其中，每个节点簇包含有布置在监测区域的若干个传感器节点和一个汇聚节点，监控中心设于另一安全地点，手持终端供监测区域巡逻人员使用；传感器节点将监测数据送入对应连接的汇聚节点，所述汇聚节点将传感器节点传输的监测数据以及汇聚节点采集的数据送入监控中心，由监控中心进行图形化显示；手持终端与监控中心进行数据通讯。

上述传感器节点包括第一嵌入式控制系统及分别与之连接的数个传感器模块、近程无线通信模块，第一嵌入式控制系统将数个传感器模块的监测数据通过近程无线通信模块送入对应连接的汇聚节点。

上述数个传感器模块包含磁传感器模块、声音阵列传感器模块、振动传感器模块、多普勒微波传感器模块及红外传感器模块。

上述传感器节点还包含有与第一嵌入式控制系统连接的北斗定位模块，第一嵌入式控制系统将北斗定位模块采集的实时位置送入对应连接的汇聚节点。

上述汇聚节点包括第二嵌入式控制系统及分别与之连接的数个传感器模块、近程无线通信模块、远程无线通信模块，第二嵌入式控制系统通过近程无线通信模块接收来自传感器节点的监测数据，并通过远程无线通信模块送入监控中心；第二嵌入式控制系统同时将数个传感器模块的监测数据通过远程无线通信模块送入监控中心。

上述数个传感器模块包含磁传感器模块、声音阵列传感器模块、振动传感器模块、多普勒微波传感器模块及红外传感器模块。

上述远程通信模块采用北斗通信模块或GPRS模块。

上述汇聚节点还包括与第二嵌入式控制系统连接的远程摄像头，远程摄像头在第二嵌入式控制系统的控制下进行拍照。

上述汇聚节点还包含有与第二嵌入式控制系统连接的北斗定位模块，第二嵌入式控制系统将北斗定位模块采集的实时位置送入监控中心。

采用上述方案后，本实用新型可代替巡逻人员对仓库、边境线、海岛等通常较难监控的地方进行监控，以及对感兴趣区域的环境数据连续采集。降低了区域监控及环境监测方面的人工成本，提高了系统监控效率及可靠性。系统以无线方式进行数据传输，以内置可充电锂电池方式进行供电，提高了系统布放的效率、降低了系统布放的成本，且布放及使用更为便捷。

附图说明

图1是本实用新型的整体架构示意图；

图2是本实用新型的传输示意图；

图3是传感器节点的结构示意图；

图4是传感器节点的原理框图；

图5是汇聚节点的结构示意图；

图6是汇聚节点的原理框图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本实用新型的技术方案进行详细说明。

如图1和图2所示，本实用新型提供一种WSN(Wireless Sensor Network，无线传感器网络)监测系统，包括数个节点簇、监控中心和手持终端，其中，每个节点簇包含有布置在监测区域的若干个传感器节点和一个汇聚节点，负责某一区域的监控；监控中心设于另一安全地点，手持终端供监测区域巡逻人员使用，下面分别介绍。

传感器节点可根据需要装配多种传感器，用以监测节点周围各种物理信号的变化。汇聚节点除配置各类传感器模块外并配置有远程通信模块及摄像头，在接收到传感器节点发送来的监测数据后，开启摄像头对检测到异常的传感器节点处进行拍照。所有数据(包括传感器节点发送来的监测数据，拍摄到的照片数据)经远程通信模块(北斗通信模块/GPRS模块)发送到监控中心，监控中心将接收到的数据以可视化形式显示出来。

如图3和图4所示，传感器节点以接口连接形式配置有磁、声音阵列、振动、多普勒微波及红外五种传感器模块，并以工作—休眠—工作交替的方式运行，实时监测节点周围的震动、红外、磁场强度及声音的变化，当传感器节点监测到异常后，采集并存储各传感器监测数据，并用目标分类及定位算法对目标进行初步分类，然后将监测数据及目标分类结果经短距无线通信模块发送给汇聚节点。

磁传感器模块主要检测节点周围磁场强度的变化，当铁磁物体出现和移动时，所引起的节点周围的磁场变化都能被检测到。声音阵列传感器模块主要用于检测节点周围声音信号变化，并利用TOA算法对声源进行定位。振动传感器模块主要用于检测节点周围是否发生振动，能检测车辆等经过时引起的地面振动。多普勒微波传感器模块主要测量移动物体的速度。红外传感器用来监测节点周围的光线变化，能检测到移动物体引起的微小光线变化。

如图5和图6所示，汇聚节点以接口连接形式配置有磁、声音阵列、振动、多普勒微波及红外五种传感器模块，以及远程摄像头、北斗模块及GPRS远程通信模块。汇聚节点在自身装配的传感器节点监测到异常，或者接收到传感器节点的异常汇报后启动远程摄像头对有异常区域进行拍照，并经北斗或GPRS远程通信模块，将监测数据和拍摄到的照片发送到监控中心。汇聚节点的GPRS模块上设计有受话器，在接收到监控中心发送来的指令后，开启模块上的麦克风，GPRS模块会将采集到的节点周围的声音数据实时传输至监控中心，供监控人员监听分辨。

除传感器外，传感器节点和汇聚节点分别配置不同的无线通信模块，传感器节点只配置近程无线通信模块，用以向汇聚接发送监测数据，判定有目标出现时向汇聚节点汇报异常警报。汇聚节点配置近程和远程无线通信模块，近程无线通信模块用以实现和传感器节点的通信，远程无线模块用以实现与监控中心的通信。传感器节点的监测数据与警报数据通过汇聚节点中转汇报至监控中心。

汇聚节点配置有远程摄像头，用以在有传感器节点发送异常警报后开启，对监测区域进行拍照并发送到监控中心。

传感器节点和汇聚节点都配置有北斗定位模块，用以向手持终端和监控中心汇报节点实时位置。

监控中心接收到汇聚节点发送的数据后，进行图形化显示。

巡逻人员配备有手持终端，实时查询接收各个节点的监测信息及异常汇报。

其中，目标检测的流程为，传感器节点和汇聚节点中的嵌入式控制系统通过AD通道采集各传感器感知到的环境数据，当采集到的数据连续多次超过设定的阈值时，判定有目标出现。阈值设定可通过无线命令实现非接触设置。判有目标出现时，节点通过声音传感器采集到的声音信号的频谱分析，对照预先得到的目标声音频谱特征对出现的目标进行分类。

其中，远程摄像机摄像流程为：当判定有目标出现时，传感器节点向汇聚节点发送异常警报，汇聚节点收到异常警报时，嵌入式控制系统开启摄像头，并向云台接口发送命令，控制云台带动摄像机转动到检测到异常的传感器节点方向，对该方向上情景进行拍照。照片数据经远程模块发送到监控中心。

汇聚节点配置有受话器及麦克风，监控中心认为有必要时，通过监控中心的上位机软件，经无线模块发送指令，汇聚节点接收到指令后打开受话器，麦克风实时采集到的语音信息经远程无线模块发送至监控中心，供监控中心监听判断。

其中，传感器节点的节能方式为工作休眠策略，即：只有震动传感器一直处于工作状态，电源管理模块受控于嵌入式控制系统内，按设定好的时间间隔为其他传感器及模块供电，当其他模块和传感器处于休眠状态时，若嵌入式控制系统判断震动传感器采集到的数据有异常时，唤醒所有传感器及模块，进入全功能工作方式。

综合上述，本实用新型一种WSN监测系统，具有如下特点：

(1)系统网络化组织节点并传输数据，采用锂电池供电，其中传感器节点的支架式设计可用于野外工作，布放简便，监控规模可随时扩展；

(2)智能式监测系统，可对监控区域进行持续可靠监测，能快速可靠地监测到监控区域的异常情况，在有异常情况时，系统可自主判定并启动远程摄像头，并转动到正确方位进行拍照；

(3)灵活的通信方式，采用远程/近程无线通信方式搭配工作，实现远距离非接触式的区域监控与环境数据监测。

(4)基于音频信号频谱的智能式目标自动分类，系统自主判定有异常后，自动对采集到的音频信号进行频谱分析，实现目标的自动分类；

(5)应用于无线传感器网络的音频信号受控监测传输装置，节点配置有受话器及麦克风，监控中心发送指令即可远程控制打开受话器，麦克风实时采集到的语音信息经远程无线模块发送至监控中心，供监控中心监听判断；

(6)系统高度模块化，可根据实际清况配备不同的传感器模块，自动组合多种传感器，以满足不同的探测任务需求

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。