基于Zigbee网络的入侵报警、图像记录及传输系统

1.基于Zigbee网络的入侵报警、图像记录及传输系统，其特征在于，其由人体探测及红外照明模块(1)、主控及图像存储记录模块(2)、Zigbee无线报警及数据传输模块(3)和监控中心(4)构成：
所述的人体探测及红外照明模块(1)，由红外照明模块(12)、光照强度探测模块(13)和热释电探测模块或微波探测模块(14)构成；红外照明模块(12)、光照强度探测模块(13)和热释电探测模块或微波探测模块(14)分别与第一微控制器(24)连接；光照强度探测模块(13)探测环境照度，当环境照度较低时，向第一微控制器(24)发出指令，由第一微控制器(24)启动红外照明模块(12)给成像系统提供辅助照明；人体探测及红外照明模块(1)对入侵者(50)产生的红外辐射进行探测，把探测得到的红外辐射信息通过输出端发给第一Zigbee网络(35)接收，报警信号通过第一Zigbee网络(35)无线传送至监控中心(4)；
所述的主控及图像存储记录模块(2)，由CMOS图像传感器(21)、FLASHROM图像存储器(22)、静态ROM图像缓存器(23)、第一微控制器(24)、状态显示(25)、USB第一接口(26)、电源模块(27)、语音模块(28)和逻辑控制单元(29)构成；电源模块(27)提供5.0V的直流电源；第一微控制器(24)接收人体探测及红外照明模块(1)的信号，通过由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线I2C传输对CMOS图像传感器(21)的控制信息；CMOS图像传感器(21)通过数据/控制复用总线把图像传输给静态ROM图像缓存器(23)和FLASH ROM图像存储器(22)；CMOS图像传感器(21)把8位灰度值D0～D7的图像数据传输给第一微控制器(24)；CMOS图像传感器(21)把逻辑信号传输给逻辑控制单元(29)，然后经逻辑控制单元(29)处理后通过控制总线把地址与读写控制信号储存到静态ROM图像存器(23)中；
第一微控制器(24)负责从人体探测及红外照明模块(1)接收信号，通过USB第一接口(26)上传到移动计算机(30)并通过第二微控制器(33)，把经过具有双口RAM的暂存RAM单元(32)输出的时序及数据传输给zigbee无线报警及数据传输模块(3)；CMOS图像传感器(21)把采集到的数字视频流利用数据/控制复用总线存储到静态ROM图像缓存器(23)和FLASH ROM图像存储器(22)中；第一微控制器(24)和逻辑控制单元(29)通过串口发送指令对CMOS图像传感器(21)的数字视频流进行时序处理，然后顺序存入静态ROM图像缓存器(23)和FLASH ROM图像存储器(22)中；对现场图像的存储控制以及通过第一Zigbee网络(35)进行无线数据传输的控制，在收到监控中心(4)发来的调取图像信息的命令时，暂时停止图像数据的录入，将最新的一张或者若干张现场图片通过zigbee无线报警及数据传输模块 (3)的第一zigbee网络(35)传送给监控中心(4)，再由监控中心(4)中的主控中心(42)的计算机进行分析处理，然后继续进行数据采集及存储；如此周而复始；
所述的Zigbee无线报警及数据传输模块(3)，由具有双口RAM的暂存RAM单元(32)、第二微控制器(33)、USB第二接口(34)和第一Zigbee网络(35)构成；第二微控制器(33)通过USB第二接口(34)把接收到的信号传输给第一Zigbee网络(35)，第二微控制器(33)负责存储从第一微控制器(24)接收的信息及其对第一Zigbee网络(35)的控制，第一Zigbee网络(35)利用无线通信把图像数据信息传输给监控中心(4)的第二Zigbee网络(43)，第一Zigbee网络(35)和第二Zigbee网络(43)之间利用Zigbee技术实现双向的无线通信；
当现场出现异常情况后，通过第一Zigbee网络(35)向监控中心(4)报警，同时CMOS图像传感器(21)开始工作，监控中心(4)根据需要，通过第一Zigbee网络(35)下达指令，调取指定时间的现场图像；
所述的监控中心(4)，由互联网(41)、主控中心(42)和第二Zigbee网络(43)构成；第二Zigbee网络(43)利用Zigbee协议接收现场的报警信息，通过Zigbee协议对现场下达传输图像的指令，再通过Zigbee协议接收现场图像；第二Zigbee网络(43)把从第一Zigbee网络(35)接收的信息通过互联网(41)传输给主控中心(42)，由互联网(41)传输给由一台计算机构成的主控中心(42)，在主控中心(42)的计算机上显示现场传输来的图像并进行分析处理。

基于Zigbee网络的入侵报警、图像记录及传输系统\n技术领域\n[0001] 本发明提供基于Zigbee网络的入侵报警、图像记录及传输系统。\n背景技术\n[0002] 入侵报警系统(参考文献：郑长风，程光伟，郭军.一种基于红外探测转无线报警监控系统.现代电子技术，2005，4(5)：84-86)是应用有线或者无线方式传输图像数据信号，并从摄像到图像显示和记录构成独立完整的系统。它能实时、形象、真实地反映被监控对象，在智能化系统(参考文献：刘晓冬.一种可视化智能监控系统.中国图像图形学报，\n2000，5：1024-1029)中，实现图像的远程传输，能延长人眼的观察距离，能在恶劣的环境下代替人工进行长时间监视，让人能够看到被监视现场的实际发生的一切情况，并通过电脑记录下来。同时报警系统设备对非法入侵进行报警，产生的报警信号输入报警主机，报警主机还能使用辅助的照明光源。\n[0003] 家居安防无线监控报警系统是借助最可靠、最成熟的GSM移动网络，直接将警情以短消息(短消息是全球移动通信系统中最简便的数据通信方式。随着短消息业务的日益完善，短消息已具备承载重要数据信息的能力)的形式反映到用户手机显示屏上，具有现场警笛报警和无线报警功能。该系统具有实时性强、可靠性高、安装维护及操作简单的优点。如图3所示，此系统以单片机1 SM89516A为核心，通过控制解码芯片2 PT2272和射频接收模块3，对感应器12采集到的报警信息(烟、火、盗窃信息)进行处理，通过控制GSM短信模块4 TC35以GSM短消息的方式实现合法用户手机SIM卡5与监控报警系统之间的指令与数据接收和发送。\n[0004] 家居安防无线监控报警系统主要由GSM短信模块4 TC35、用户手机SIM卡5和智能监控模块0：包括单片机1 SM89516A、解码芯片2 PT2272、射频接收模块3、感应器12组成。GSM短信模块4 TC35主要提供系统和用户手机SIM卡5之间的通信信道。智能监控模块0能实现对周围数据的采集和监控，如果监控对象正常的话就继续循环监测，如果出现问题，单片机1SM89516A即采用AT命令(单片机的一种命令)通过GSM短信模块4 TC35发送短信消息给用户手机SIM卡5，用户可通过用户手机SIM卡5用短信消息的命令形式去设置以单片机1SM89516A为核心的智能监控模块0，以及发送短信消息查询命令和监控情况，从而达到无线监控的目的。\n[0005] 220v的市电经电源适配器9输出9v直流电压，再经电源转换芯片11转换为5v直流电压，为单片机1 SM89516A、GSM短信模块4TC35、解码芯片2 PT2272、射频接收模块3、LED 7、蜂鸣器8供电，一旦掉电则启用后备电源10，以保持电路正常工作。\n[0006] 此系统利用单片机1 SM89516A的中断功能可对外界的突发事件进行监测。中断源中断后，单片机1 SM89516A就会发出指令执行相应的报警程序，通过RS232异步串行通信写入GSM短信模块4 TC35，通过一系列的AT命令，以短消息的形式发送到用户手机SIM卡5上，以便用户采取相应的处理措施，同时鸣笛，LED发光，实现防盗、防火、防燃气泄漏的作用。用户也可用短信息的命令形式去设置以单片机1 SM89516A为核心的智能监控模块\n0，以及发送短消息查询命令查询其监控情况，从而达到无线监控的目的。但是此系统只能报警，不能采集图像，不能为公安部门破案取证，而且此系统的作用范围比较小，不适合大型的工程应用。\n发明内容\n[0007] 为了克服上述技术的不足和缺点，本发明提供基于Zigbee网络的入侵报警、图像记录及传输系统。\n[0008] 如图1所示，小型光纤线路监控报警图像记录及传输系统由人体探测及红外照明模块1、主控及图像存储记录模块2、Zigbee无线报警及数据传输模块3和监控中心4构成。\n[0009] (1)人体探测及红外照明模块1\n[0010] 如图1所示，人体探测及红外照明模块1由红外照明模块12、光照强度探测模块\n13和热释电探测模块或微波探测模块14构成。\n[0011] 红外照明模块12、光照强度探测模块13和热释电探测模块或微波探测模块14分别与第一微控制器24连接；光照强度探测模块13探测环境照度，当环境照度较低时，向第一微控制器24发出指令，由第一微控制器24启动红外照明模块12给成像系统提供辅助照明，使得图像摄录系统拍摄的图像保持较好的对比度和亮度；人体探测及红外照明模块\n1对入侵者50产生的红外辐射进行探测，把探测得到的红外辐射信息通过输出端发给第一Zigbee网络35接收，报警信号通过第一Zigbee网络35无线传送至监控中心4。\n[0012] (2)主控及图像存储记录模块2\n[0013] 如图1所示，主控及图像存储记录模块2由CMOS图像传感器21、FLASH ROM图像存储器22、静态ROM图像缓存器23、第一微控制器24、状态显示25、USB第一接口26、电源模块27、语音模块28和逻辑控制单元29构成。\n[0014] 电源模块27为人体探测及红外照明模块1、主控及图像存储记录模块2和无线报警及数据传输模块3的各构成部分提供5.0V的直流电源；第一微控制器24接收人体探测及红外照明模块1的信号，通过由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线I2C传输对CMOS图像传感器21的控制信息；CMOS图像传感器21通过数据/控制复用总线把图像传输给静态ROM图像缓存器23和FLASH ROM图像存储器22；CMOS图像传感器21把8位灰度值D0～D7的图像数据传输给第一微控制器24；CMOS图像传感器21把逻辑信号传输给逻辑控制单元29，然后经逻辑控制单元29处理后通过控制总线把地址与读写控制信号储存到静态ROM图像缓存器23中。\n[0015] 第一微控制器24负责从人体探测及红外照明模块1接收信号，通过USB第一接口\n26上传到移动计算机30并通过第二微控制器33把经过具有双口RAM的暂存RAM单元32输出的时序及数据传输给无线报警及数据传输模块3；CMOS图像传感器21把采集到的数字视频流利用数据/控制复用总线存储到静态ROM图像缓存器23和FLASHROM图像存储器\n22中；第一微控制器24和逻辑控制单元29通过串口发送指令对CMOS图像传感器21的数字视频流进行时序处理，然后顺序存入静态ROM图像缓存器23和FLASHROM图像存储器22中；对现场图像的存储控制以及通过第一Zigbee网络35进行无线数据传输的控制，在收到监控中心4发来的调取图像信息的命令时，暂时停止图像数据的录入，将最新的一张或者若干张现场图片通过无线报警及数据传输模块3的第一Zigbee网络35传送给监控中心4，再由如图2所示的监控中心4中的主控中心42的计算机进行分析处理，然后继续进行数据采集及存储；如此周而复始。\n[0016] (3)Zigbee无线报警及数据传输模块3\n[0017] 如图1所示，Zigbee无线报警及数据传输模块3由具有双口RAM的暂存RAM单元\n32、第二微控制器33、USB第二接口34和第一Zigbee网络35构成。\n[0018] 第二微控制器33通过USB第二接口34把接收到的信号传输给第一Zigbee网络\n35，第二微控制器33负责存储从第一微控制器24接收的信息及其对第一Zigbee网络35的控制，第一Zigbee网络35利用无线通信把图像数据信息传输给监控中心4的如图2所示的第二Zigbee网络43，第一Zigbee网络35和第二Zigbee网络43之间利用ZigBee技术实现双向的无线通信；当现场出现异常情况后，通过ZigBee网络向监控中心4报警，同时CMOS图像传感器21开始工作。监控中心4可根据需要，通过第一Zigbee网络35下达指令，调取指定时间的现场图像。\n[0019] (4)监控中心4\n[0020] 如图2所示，监控中心4由互联网41、主控中心42和第二Zigbee网络43构成。\n[0021] 第二Zigbee网络43，利用ZigBee协议接收现场的报警信息，通过ZigBee协议对现场下达传输图像的指令，再通过ZigBee协议接收现场图像；第二Zigbee网络43把从第一Zigbee网络35接收的信息通过互联网41传输给主控中心42由互联网41传输给由一台计算机构成的主控中心42，在主控中心42的计算机上显示现场传输来的图像并进行分析处理。\n[0022] 系统工作过程：本装置监控的方式是平时热释电或微波人体探测器监控指定地点的情况，一旦在规定时间范围内发现有动态目标包括人出现，则通过语音模块28的语音装置通知该目标离开本区域，同时通过第一Zigbee网络35通知监控中心4监控地点出现异常情况，CMOS数字相机21对监控地点的现场进行拍摄，获取现场图像，并且在警报持续期间，每隔一定时间(如2秒或5秒)对现场进行持续拍摄，直到存储器空间耗尽，系统会通过无线信道向监控中心4发出报警标志，通知监控中心4存储空间已满，并确认是否想从存储器开始处循环存储现场图像。\n[0023] 只有报警信号到来的时候，图像记录系统才真正工作，将该时刻的现场情况记录下来，平时整个系统将工作在睡眠状态，以节省电能消耗。如果环境照度较低，则主控计算机启动红外照明模块12，为系统提供辅助照明。需要获得图像存储器中的数据时，可在现场使用USB第一接口26将存储在FLASH 22中的图像数据转存到移动计算机30中，准备后续的转存、辨别、打印工作。\n[0024] 有益效果：本方案是针对现有光纤通信线路保护的要求而研制的，它利用对探测灵敏度较高且对红外光敏感的新型CMOS图像传感器，结合高灵敏度微波感应人体探测器，实现对光线通信线路途经重点监视位置的现场实时监视，对发生的异常情况进行现场图像摄取及存储，同时通过ZigBee无线通信技术进行报警及图像数据传输，方便相关人员对现场情况的判断及处理。\n[0025] 本发明能达到的技术指标如下：\n[0026] 存储图像分辨率：320×240\n[0027] 图像存储容量：＞1000张\n[0028] 存储时间间隔：可控\n[0029] 存储时间数量：可控\n[0030] 报警方式：无线ZigBee技术，高响度喇叭\n[0031] 目标警戒方式：微波探测\n[0032] 目标探测警戒范围：60°\n[0033] 目标警戒距离：＞5m\n[0034] 背景辅助照明：近红外LED\n[0035] 工作温度：-25℃～50℃\n附图说明\n[0036] 图1为小型光纤线路监控报警图像记录及传输系统构成示意框图。\n[0037] 图2为小型光纤线路监控报警图像记录及传输系统的监控中心4的构成框图。\n[0038] 图3为已有技术的家居安防无线监控报警系统构成框图。\n具体实施方式\n[0039] 实施例1：本例的第一微控制器24和第二微控制器33的型号均为AT90S8515；逻辑控制单元29采用可编程逻辑芯片CPLD；静态ROM图像缓存器23和FLASH ROM图像存储器22的内存为1GBytes以上；第一Zigbee网络35采用的是ZigBee无线模块MG2450。\n[0040] 如图1所示，小型光纤线路监控报警图像记录及传输系统由人体探测及红外照明模块1、主控及图像存储记录模块2、无线报警及数据传输模块3和监控中心4构成。\n[0041] (1)人体探测及红外照明模块1\n[0042] 如图1所示，人体探测及红外照明模块1由红外照明模块12、光照强度探测模块\n13和热释电探测模块或微波探测模块14构成。\n[0043] 红外照明模块12、光照强度探测模块13和热释电探测模块或微波探测模块14分别与第一微控制器24连接；光照强度探测模块13探测环境照度，当环境照度较低时，向第一微控制器24发出指令，由第一微控制器24启动红外照明模块12给成像系统提供辅助照明，使得图像摄录系统拍摄的图像保持较好的对比度和亮度；人体探测及红外照明模块\n1对入侵者50产生的红外辐射进行探测，把探测得到的红外辐射信息通过输出端发给第一Zigbee网络35接收，报警信号通过第一Zigbee网络35无线传送至监控中心4。\n[0044] (2)主控及图像存储记录模块2\n[0045] 如图1所示，主控及图像存储记录模块2由CMOS图像传感器21、FLASH ROM图像存储器22、静态ROM图像缓存器23、第一微控制器24、状态显示25、USB第一接口26、电源模块27、语音模块28和逻辑控制单元29构成。\n[0046] 电源模块27为人体探测及红外照明模块1、主控及图像存储记录模块2和无线报警及数据传输模块3的各构成部分提供5.0V的直流电源；第一微控制器24接收人体探测及红外照明模块1的信号，通过由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线I2C传输对CMOS图像传感器21的控制信息；CMOS图像传感器21通过数据/控制复用总线把图像传输给静态ROM图像缓存器23和FLASH ROM图像存储器22；CMOS图像传感器21把8位灰度值D0～D7的图像数据传输给第一微控制器24；CMOS图像传感器21把逻辑信号传输给逻辑控制单元29，然后经逻辑控制单元29处理后通过控制总线把地址与读写控制信号储存到静态ROM图像缓存器23中。\n[0047] 第一微控制器24负责从人体探测及红外照明模块1接收信号，通过USB第一接口\n26上传到移动计算机30并通过第二微控制器33把经过具有双口RAM的暂存RAM单元32输出的时序及数据传输给无线报警及数据传输模块3；CMOS图像传感器21把采集到的数字视频流利用数据/控制复用总线存储到静态ROM图像缓存器23和FLASH ROM图像存储器\n22中；第一微控制器24和逻辑控制单元29通过串口发送指令对CMOS图像传感器21的数字视频流进行时序处理，然后顺序存入静态ROM图像缓存器23和FLASHROM图像存储器22中；对现场图像的存储控制以及通过第一Zigbee网络35进行无线数据传输的控制，在收到监控中心4发来的调取图像信息的命令时，暂时停止图像数据的录入，将最新的一张或者若干张现场图片通过无线报警及数据传输模块3的第一Zigbee网络35传送给监控中心4，再由如图所示的监控中心4中的主控中心42的计算机进行分析处理，然后继续进行数据采集及存储；如此周而复始。\n[0048] (3)Zigbee无线报警及数据传输模块3\n[0049] 如图1所示，Zigbee无线报警及数据传输模块3由具有双口RAM的暂存RAM单元\n32、第二微控制器33、USB第二接口34和第一Zigbee网络35构成。\n[0050] 第二微控制器33通过USB第二接口34把接收到的信号传输给第一Zigbee网络\n35，第二微控制器33负责存储从第一微控制器24接收的信息及其对第一Zigbee网络35的控制，第一Zigbee网络35利用无线通信把图像数据信息传输给监控中心4的如图2所示的第二Zigbee网络43，第一Zigbee网络35和第二Zigbee网络43之间利用ZigBee技术实现双向的无线通信；当现场出现异常情况后，通过ZigBee网络向监控中心4报警，同时CMOS图像传感器21开始工作。监控中心4可根据需要，通过第一Zigbee网络35下达指令，调取指定时间的现场图像。\n[0051] (4)监控中心4\n[0052] 如图2所示，监控中心4由互联网41、主控中心42和第二Zigbee网络43构成。\n[0053] 第二Zigbee网络43，利用ZigBee协议接收现场的报警信息，通过ZigBee协议对现场下达传输图像的指令，再通过ZigBee协议接收现场图像；第二Zigbee网络43把从第一Zigbee网络35接收的信息通过互联网41传输给主控中心42由互联网41传输给由一台计算机构成的主控中心42，在主控中心42的计算机上显示现场传输来的图像并进行分析处理。\n[0054] 系统工作过程：本装置监控的方式是平时热释电或微波人体探测器监控指定地点的情况，一旦在规定时间范围内发现有动态目标包括人出现，则通过语音模块28的语音装置通知该目标离开本区域，同时通过第一Zigbee网络35通知监控中心4监控地点出现异常情况，CMOS数字相机21对监控地点的现场进行拍摄，获取现场图像，并且在警报持续期间，每隔一定时间(如2秒或5秒)对现场进行持续拍摄，直到存储器空间耗尽，系统会通过无线信道向监控中心4发出报警标志，通知监控中心4存储空间已满，并确认是否想从存储器开始处循环存储现场图像。\n[0055] 只有报警信号到来的时候，图像记录系统才真正工作，将该时刻的现场情况记录下来，平时整个系统将工作在睡眠状态，以节省电能消耗。如果环境照度较低，则主控计算机启动红外照明模块12，为系统提供辅助照明。需要获得图像存储器中的数据时，可在现场使用USB第一接口26将存储在FLASH22中的图像数据转存到移动计算机30中，准备后续的转存、辨别、打印工作。