基于无线传感网络技术的智能监控系统

1.一种基于无线传感网络技术的智能监控系统，其特征在于，包括：
设置在各个监控点的监控节点；
与所述监控节点建立通信连接，用于对所述监控节点进行管控、汇总由所述监控节点上传的数据并对汇总的数据进行协议转换以供上传、以及向对应的所述监控节点发送控制指令的网关节点；
与至少一个所述网关节点建立通信连接，用于对所述网关节点进行管控、汇总由所述网关节点上传的数据、对汇总的数据进行存储、分析、统计及处理、以及通过所述网关节点向对应的所述监控节点发送管控指令的服务平台；所述网关节点与所述监控节点是通过Zigbee无线网络建立通信连接的，所述网关节点与所述服务平台是基于TCP/IP协议的虚拟专用网络VPN建立通信连接的；所述网关节点实现了Zigbee无线网络和基于TCP/IP协议的虚拟专用网络VPN的无缝连接；
与所述服务平台建立通信连接，用于访问所述服务平台并通过所述服务平台对相应的所述网关节点和/或所述监控节点进行操控的访问终端。
2.根据权利要求1所述的智能监控系统，其特征在于，所述监控节点包括温湿度检测应用中的温度传感器和湿敏电容；所述湿敏电容用于将被测空气中的相对湿度转换为电容值，通过连接的振荡电路将所述电容值转换为频率信号，经过数字信号处理后再将所述频率信号转换为可供显示的湿度值；当通过所述网关节点接收到由所述服务平台发出的请求数据读取指令时，由所述网关节点将所述温度传感器传感得到的温度数据和所述湿敏电容传感得到的湿度数据上传至所述服务平台。
3.根据权利要求1所述的智能监控系统，其特征在于，所述监控节点包括用电设备管控应用中分别用于检测用电设备电压和电流的电压传感器和电流传感器，所述用电设备管控应用还包括智能开关；当通过所述网关节点接收到由所述服务平台发出的请求数据读取指令时，由所述网关节点将所述电压传感器传感得到的电压数据和所述电流传感器传感得到的电流数据上传至所述服务平台；当通过所述网关节点接收到由所述服务平台发出的执行控制指令时，由所述网关节点控制相应的所述智能开关启动ON/OFF指令以对所述用电设备进行合闸/分闸操作。
4.根据权利要求1所述的智能监控系统，其特征在于，所述监控节点包括空调远程控制应用中的红外载波接收器和红外发生器；当通过所述网关节点接收到由所述服务平台发出的远程无线学习指令时，启动所述红外载波接收器，进行载波分析解码；当通过所述网关节点接收到由所述服务平台发出的执行控制指令时，利用所述红外发生器发出红外线控制命令，控制相应空调的工作状态。
5.根据权利要求1所述的智能监控系统，其特征在于，所述监控节点包括窗帘远程控制应用中的位置传感器，所述窗帘远程控制应用中还包括驱动器；当通过所述网关节点接收到由所述服务平台发出的请求数据读取指令时，由所述网关节点将所述位置传感器传感得到的所述窗帘的位置数据上传至所述服务平台；当通过所述网关节点接收到由所述服务平台发出的执行控制指令时，控制所述驱动器进行驱动以调整相应窗帘的开闭位置。
6.根据权利要求1所述的智能监控系统，其特征在于，所述监控节点包括视频监控应用中的视频探头。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的智能监控系统，其特征在于，所述网关节点汇总由所述监控节点上传的数据并对汇总的数据进行协议转换以供上传，包括：所述网关节点以广播方式获取相连的所述监控节点的数据，将获取的所述数据加入网关消息队列，从所述网关消息队列中读出所述数据并将其封装成数据包，并将所述数据包上传至所述服务平台。
8.根据权利要求7所述的智能监控系统，其特征在于，所述数据包为可扩展标记语言XML数据包。
9.根据权利要求8所述的智能监控系统，其特征在于，所述监控节点上传的数据包括所述监控节点的采集数据和与所述监控节点相关的设备数据。
10.根据权利要求7所述的智能监控系统，其特征在于，所述监控节点与所述网关节点之间的组网方式包括星型拓扑结构、树型拓扑结构或网状拓扑结构。

基于无线传感网络技术的智能监控系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种智能监控领域，尤其涉及一种利用Zigbee无线网络和基于TCP/IP协议网络相结合、适用于多种应用环境下的智能监控系统。\n背景技术\n[0002] 由于我国城市化进程的加速，现代化的楼宇越来越多的出现在城市中，人们的工作生活越来越依赖楼宇，很大一部分时间都是在楼宇中度过的。\n[0003] 一方面，人们对楼宇环境的舒适性、安全性等格外重视。针对于此，在现有技术中，已普遍采用用于对环境进行监控并在产生异常状况时发出报警信号的监控系统，例如应用于室内建筑物内的火警报警装置，煤气泄露报警装置，烟感报警装置，防盗报警装置等，以及应用于室外的空气质量监测装置等。\n[0004] 另一方面，随着世界能源日益紧缺的加剧，楼宇的节能性也显得尤其重要。针对于此，在现有技术中，通过对楼宇环境进行有效的监控可以为中央空调、冰箱等用电设备的运行提供参考，对节能减排起到积极的推动作用。\n[0005] 传感网络是由一组传感器以自由配置方式构成的有线或无线网络，其目的是协同地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并汇聚给观察者。传感器、网络技术和信息处理是传感网络的三个基本要素；一组传感器协同地完成感知任务；有线网络或无线网络在传感器之间、传感器和控制中心之间传输数据和控制命令；在对原始数据的统计、分析的基础上形成决策和控制，以实现信息处理的功能。\n[0006] 但是，现有的楼宇环境监控系统存在如下问题：\n[0007] 首先，功能单一，一个监控系统不能同时监测感应多种不安全因素，使得为了实现多种功能的监控，不可避免地要装配相应功能的多种监控系统，集成度及适用性较差；另外，监控系统是固定装配的，只能在指定区域中其传感器的监测范围内进行监测，覆盖范围受限，因此为覆盖更大的监控范围，必须在不同的地方添加多个监控系统，需要耗费相当可观的资金，工作的可靠性较差。\n[0008] 另外，现有的楼宇环境监控系统是将各检测点采用电缆连接，根据楼宇内部测点繁多、线路错综复杂等情况，各体系之间只能做到一些必要的联动，检测节点都是通过一对一的配线，集中到中央监控室来实现集中控制。系统的布设维护等都不方便，而且对于远距离传输来说存在电缆铺设成本较高的问题。\n发明内容\n[0009] 本发明的目的是在于提供一种基于无线传感网络技术的智能监控系统，用于解决现有技术中应用受限、功能单一或线路布设繁杂等问题。\n[0010] 为解决上述问题，本发明提供一种基于无线传感网络技术的智能监控系统，包括：\n设置在各个监控点的监控节点；与所述监控节点建立通信连接，用于对所述监控节点进行管控、汇总由所述监控节点上传的数据并对汇总的数据进行协议转换以供上传、以及向对应的所述监控节点发送控制指令的网关节点；与所述网关节点建立通信连接，用于对所述网关节点进行管控、汇总由所述网关节点上传的数据、对汇总的数据进行存储、分析、统计及处理、以及通过所述网关节点向对应的所述监控节点发送管控指令的服务平台；所述网关节点与所述监控节点是通过Zigbee无线网络建立通信连接的，所述网关节点与所述服务平台是基于TCP/IP协议的虚拟专用网络VPN建立通信连接的；所述网关节点实现了Zigbee无线网络和基于TCP/IP协议的虚拟专用网络VPN的无缝连接；与所述服务平台建立通信连接，用于访问所述服务平台并通过所述服务平台对相应的所述网关节点和/或所述监控节点进行操控的访问终端。\n[0011] 可选地，所述监控节点包括温湿度检测应用中的温度传感器和湿敏电容；所述湿敏电容用于将被测空气中的相对湿度转换为电容值，通过连接的振荡电路将所述电容值转换为频率信号，经过数字信号处理后再将所述频率信号转换为可供显示的湿度值；当通过所述网关节点接收到由所述服务平台发出的请求数据读取指令时，由所述网关节点将所述温度传感器传感得到的温度数据和所述湿度电容传感得到的湿度数据上传至所述服务平台。\n[0012] 可选地，所述监控节点包括用电设备管控应用中分别用于检测用电设备电压和电流的电压传感器和电流传感器，所述用电设备管控应用还包括智能开关；当通过所述网关节点接收到由所述服务平台发出的请求数据读取指令时，由所述网关节点将所述电压传感器传感得到的电压数据和所述电流传感器传感得到的电流数据上传至所述服务平台；当通过所述网关节点接收到由所述服务平台发出的执行控制指令时，由所述网关节点控制相应的所述智能开关启动ON或OFF指令以对所述用电设备进行合闸或分闸操作。\n[0013] 可选地，所述监控节点包括空调远程控制应用中的红外载波接收器和红外发生器；当通过所述网关节点接收到由所述服务平台发出的远程无线学习指令时，启动所述红外载波接收器，进行载波分析解码；当通过所述网关节点接收到由所述服务平台发出的执行控制指令时，利用所述红外发生器发出红外线控制命令，控制相应空调的工作状态。\n[0014] 可选地，所述监控节点包括窗帘远程控制应用中的位置传感器，所述窗帘远程控制应用中还包括驱动器；当通过所述网关节点接收到由所述服务平台发出的请求数据读取指令时，由所述网关节点将所述位置传感器传感得到的所述窗帘或所述驱动器的位置数据上传至所述服务平台；当通过所述网关节点接收到由所述服务平台发出的执行控制指令时，控制所述驱动器进行驱动以调整相应窗帘的开闭位置。\n[0015] 可选地，所述监控节点包括视频监控应用中的视频探头。\n[0016] 可选地，所述网关节点汇总由所述监控节点上传的数据并对汇总的数据进行协议转换以供上传，包括：所述网关节点以广播方式获取相连的所述监控节点的数据，将获取的所述数据加入网关消息队列，从所述网关消息队列中读出所述数据并将其封装成数据包，并将所述数据包上传至所述服务平台。\n[0017] 可选地，所述数据包为可扩展标记语言XML数据包。\n[0018] 可选地，所述监控节点上传的数据包括所述监控节点的采集数据和与所述监控节点相关的设备数据。\n[0019] 可选地，所述监控节点与所述网关节点之间的组网方式包括星型拓扑结构、树型拓扑结构或网状拓扑结构。\n[0020] 如上所述，本发明提供的基于无线传感网络技术的智能监控系统包括设置在各个监控点的监控节点、与监控节点网络连接网关节点、与网关节点网络连接的服务平台、以及与服务平台网络连接的访问终端。所述各个访问终端独立运行并可形成相互协调，这样，不仅可实现在线扩展和更新，更可根据不同的应用环境自适应配置，适用于多种应用环境。相比于现有技术，本发明的智能监控系统具有独立、动态及灵活等优点。\n[0021] 另外，在本发明提供的基于无线传感网络技术的智能监控系统中，所述网关节点与所述监控节点是通过Zigbee无线网络建立通信连接的，所述网关节点与所述服务平台是基于TCP/IP协议的网络建立通信连接的，所述网关节点实现了Zigbee无线网络和基于TCP/IP协议的虚拟专用网络VPN的无缝连接。本发明的智能监控系统，相对于现有技术，节省了大量的线缆，系统布设方便、组网简单、数据传输可靠、增加了系统的可重用性，同时也降低了系统的维护成本，有利于技术的推广应用。\n附图说明\n[0022] 图1显示了本发明基于无线传感网络技术的智能监控系统在一个实施方式中的结构示意图。\n[0023] 图2a至图2c显示了本发明基于无线传感网络技术的智能监控系统中网关节点与监控节点之间的建立的Zigbee无线网络的各种组网方式。\n具体实施方式\n[0024] 本发明的发明人发现：传统的监控系统，存在应用受限、功能单一或线路布设繁杂等问题。\n[0025] 因此，为克服上述缺陷的产生及解决上述各个问题，本发明的发明人对现有技术进行了改进，提出了一种基于无线传感网络技术、可适用于多种应用环境下的智能监控系统，根据不同的应用环境而自适应配置相应的可实现不同功能的监控节点，并且，调整了监控节点、网关节点以及服务平台之间的通信连接方式，使得所述网关节点实现了Zigbee无线网络和基于TCP/IP协议的虚拟专用网络VPN的无缝连接，相对于现有技术，节省了大量的线缆，系统布设更为便利。\n[0026] 下面结合附图对本发明的内容进行详细说明。\n[0027] 图1显示了本发明的基于无线传感网络技术的智能监控系统在一个实施方式中的结构示意图。如图1所示，所述智能监控系统包括：设置在各个监控点的监控节点10、与监控节点10建立通信连接网关节点12、与网关节点12建立通信连接的服务平台14、以及与服务平台14建立通信连接的访问终端16。\n[0028] 监控节点10设置在各个监控点处，用于执行数据采集或设备控制等任务。在实际应用中，监控节点10可根据不同的应用环境而自行配置。具体而言，在不同的应用环境下，监控节点10可采用不同的设备或器件。具体而言，监控节点10可以至少包括：在温湿度检测应用中的温度传感器和湿敏电容；在用电设备管控应用中的电压传感器、电流传感器、以及智能开关；在空调远程控制应用中的红外载波接收器和红外发生器；在窗帘远程控制应用中的位置传感器和驱动器；以及在视频监控应用中的视频探头中的一个或任意组合。当然，上述所列的各个具体监控节点仅为示例性说明，但并不以此为限，本领域技术人员应可以在前述基础上对监控节点作相应的扩展（例如，所述监控节点还可以是红外传感器、压力传感器、超声波传感器、烟感传感器、CO传感器、CO2传感器、SO2传感器、噪声传感器、电磁辐射传感器、可吸入颗粒物传感器等），所述扩展仍应属于本发明的权利保护范围内。\n[0029] 网关节点12是与监控节点10建立通信连接，用于对通信连接的各个监控节点10进行管控、汇总由监控节点10上传的数据并对汇总的数据进行协议转换以供上传、以及向对应的所述监控节点发送控制指令。在本实施方式中，特别地，所述网关节点与所述监控节点是通过Zigbee无线网络建立通信连接的。Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议，其具有如下优点：1、近距离；2、低复杂度、自组织；3、低功耗；4、低速率，采用Zigbee技术的产品可以在2.4GHz上提供250kbps（16个信道），在915MHz上提供40kbps（10个信道）和在868MHz上提供20kbps（1个信道）的传输速率；5、短时延；6、低成本，Zigbee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本；7、高容量，Zigbee采用多种网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可以由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大型网络。\n[0030] 网关节点12与各个监控节点10之间的建立的Zigbee无线网络可以采用不同的组网方式。具体来讲：在一个实施例中，所述组网方式为星状型网络，即：网关节点12作为一个中心控制点，各个监控节点10都与网关节点直接相连（如图2a所示），从而实现一点（网关节点12）对多点（监控节点10）的通信或多点（监控节点10）对一点（网关节点12）的通信。在另一实施例中，所述组网方式为树型拓扑结构（如图2b所示，在图2b中，在网关节点12和监控节点10之间还引入了具有路由功能的中间设备）。在再一实施例中，所述组网方式为网状拓扑结构（如图2c所示，在图2c中，在网关节点12和监控节点10之间还引入了具有路由功能的中间设备）。由于网络拓扑结构已为本领域技术人员所熟知的现有技术，故在此不再赘述。\n[0031] 在本实施方式中，各个监控节点10需要将监控点采集到数据或者与自身相关的设备数据上传至相连的网关节点12，即，网关节点12会汇总由监控节点10上传的数据。更进一步地，网关节点还包括对汇总的数据进行协议转换后再上传至服务平台14。在实际应用中，网关节点12汇总由监控节点10上传的数据并对汇总的数据进行协议转换以供上传，包括：\n网关节点12以广播方式获取相连的监控节点10的数据，将获取的所述数据加入网关消息队列，从所述网关消息队列中读出所述数据并将其封装成数据包，再将所述数据包上传至服务平台14。在上述处理中，监控节点10上传的数据包括监控节点10的采集数据和与监控节点10相关的设备数据（例如故障数据），所述数据包为可扩展标记语言XML数据包。在一具体实现中，优选地，网关节点为ARM9嵌入式处理器。\n[0032] 服务平台14是与网关节点12建立通信连接，用于对网关节点12进行管控、汇总由网关节点12上传的数据、对汇总的数据进行存储、分析、统计及处理、以及通过网关节点12向对应的监控节点10发送管控指令。\n[0033] 在本实施方式中，所述网关节点与所述服务平台是基于TCP/IP协议的网络建立通信连接的。如此，本发明中的网关节点12就实现了Zigbee无线网络和TCP/IP网络（例如Internet）的无缝连接，综合利用了各个网络类型的优势。\n[0034] 服务平台是作为一个管理中心，用于管理与之相连的各个网关节点12及其下的各个监控节点10。所属管控指令具体可包括请求数据读取指令和控制指令。服务平台14主要表现在：当服务平台14需要获取各个监控节点10的数据时，即通过网关节点12向指定的那一个或那几个监控节点10发出请求数据读取指令，并在后续汇总通过网关节点12上传所对应那一个或那几个监控节点的数据；服务平台14可以直接存储上传的数据或对这些数据进行分析、统计（例如针对一段时间内上传的数据进行统计获得相关的规律变化）以判定监控节点10或者监控节点10所对应的监控点的被监控对象的运行状况；当服务平台14接收到外部指令或判定监控节点10或者监控节点10所对应的监控点的被监控对象的运行状况需要变动时，则通过网关节点12向监控节点10发出控制指令，调整监控节点10或监控节点10所对应的监控点的被监控对象的运行状况。\n[0035] 访问终端16是与服务平台14建立通信连接，用于访问服务平台14并通过服务平台\n14对相应的网关节点12和/或监控节点10进行操控。在具体实现上，访问终端16不仅可以通过访问服务平台14获悉相关信息，例如：监控节点10、网关节点12以及服务平台14的连接关系，各个监控节点10的数据（包括实时数据或统计数据），更可以对各个监控节点10或监控节点10所对应的监控点的被监控对象进行操控，根据实际需要，调整监控节点10或监控节点10所对应的监控点的被监控对象的运行状况。这里的访问终端16可以是任何可访问服务平台14（具有网页登陆功能）的设备，例如：个人电脑、笔记本电脑、平板电脑、手机等。\n[0036] 以下针对本发明的基于无线传感网络技术的智能监控系统在各个应用环境下的实例进行详细描述。\n[0037] 第一实施例：\n[0038] 在第一实施例中，所述应用为温湿度检测应用。监控节点10包括用于传感被测空气的温度的温度传感器和用于传感被测空气的湿度的湿敏电容。对于湿敏电容而言，其是用于将被测空气中的相对湿度转换为电容值，通过后续连接的振荡电路将所述电容值转换为频率信号，经过例如单片机或数字信号处理芯片DSP的数字信号处理后再将所述频率信号转换为可供在显示设备上显示的湿度值。\n[0039] 在实际应用中，一般，当通过网关节点12接收到由服务平台14发出的请求数据读取指令时，网关节点12以广播方式获取相连的监控点处的温度传感器的温度数据和湿敏电容的湿度数据，将获取的温度数据和湿度数据加入网关消息队列，从所述网关消息队列中读出温度数据和湿度数据并将它们分别封装成数据包，并将所述数据包上传至服务平台\n14。\n[0040] 第二实施例：\n[0041] 在第二实施例中，所述应用为用电设备管控应用。监控节点10包括分别用于检测用电设备电压和电流的电压传感器和电流传感器，利用电压传感器和电流传感器，就能检测得到所述用电设备的电压、电流、功率、电量、功率因素、有功功率等电力参数。另外，在所述用电设备管控应用中还包括用于操控所述用电设备的智能开关。\n[0042] 在实际应用中，当通过网关节点12接收到由服务平台14发出的请求数据读取指令时，网关节点12以广播方式获取相连的监控点处的所述电压传感器传感得到的电压数据和所述电流传感器传感得到的电流数据，将获取的电压数据和电流数据加入网关消息队列，从所述网关消息队列中读出电压数据和电流数据并将它们分别封装成数据包，并将所述数据包上传至服务平台14。当通过网关节点12接收到由服务平台14发出的执行控制指令时，由网关节点12控制相应的智能开关启动ON/OFF指令以对所述用电设备进行合闸/分闸操作。需说明的是，在本实施例中，所述智能开关并不仅限于进行合闸/分闸操作，实际上，所述智能开关可根据实际需要实现更多的操控指令，例如增大/减少用电设备的功率等，在此不一一说明。\n[0043] 第三实施例：\n[0044] 在第三实施例中，所述应用为空调远程控制应用。监控节点10包括红外载波接收器和红外发生器。所述红外载波接收器，全面兼容NEC、PHILIPS、TOSHIBA、PANASONIC等编码格式，能够对市面上各类的空调遥控器进行解码学习。\n[0045] 在实际应用中，当通过网关节点12接收到由服务平台14发出的远程无线学习指令时，启动所述红外载波接收器，进行载波分析解码。若解析成功，即表明遥控学习完成；若解析失败，通过网关节点12返回EERO信息给服务平台14，以作为服务平台14进行下一动作的处理参考依据。在完成遥控学习的情况下，当通过网关节点12接收到由服务平台14发出的执行控制指令时，利用所述红外发生器发出红外线控制命令，控制相应空调的工作状态。\n[0046] 第四实施例：\n[0047] 在第四实施例中，所述应用为窗帘远程控制应用。监控节点10包括用于位置传感器。另外，所述窗帘远程控制应用中还包括驱动器。\n[0048] 在实际应用中，当通过网关节点12接收到由服务平台14发出的请求数据读取指令时，网关节点12以广播方式获取相连的监控点处的位置传感器传感得到的所述窗帘或所述驱动器的位置数据，将获取的位置数据加入网关消息队列，从所述网关消息队列中读出位置数据并将其封装成数据包，并将所述数据包上传至服务平台14。当通过网关节点12接收到由服务平台14发出的执行控制指令时，控制所述驱动器进行驱动以调整相应窗帘的开闭位置。\n[0049] 第五实施例：\n[0050] 在第五实施例中，所述应用为视频监控应用。监控节点10包括视频探头。\n[0051] 在实际应用中，当通过网关节点12接收到由服务平台14发出的请求数据读取指令时，网关节点12以广播方式获取相连的监控点处的视频探头摄取得到的影像数据，将获取的影像数据加入网关消息队列，从所述网关消息队列中读出影像数据并将其封装成数据包，并将所述数据包上传至服务平台14。当通过网关节点12接收到由服务平台14发出的执行控制指令时，控制所述视频探头进行相应的操作（例如水平位置调整、俯仰角调整、影像摄取方式等）。\n[0052] 综上所述，本发明提供的基于无线传感网络技术的智能监控系统包括设置在各个监控点的监控节点、与监控节点网络连接网关节点、与网关节点网络连接的服务平台、以及与服务平台网络连接的访问终端。所述各个访问终端独立运行并可形成相互协调，这样，不仅可实现在线扩展和更新，更可根据不同的应用环境自适应配置，适用于多种应用环境。相比于现有技术，本发明的智能监控系统具有独立、动态及灵活等优点。\n[0053] 另外，在本发明提供的基于无线传感网络技术的智能监控系统中，所述网关节点与所述监控节点是通过Zigbee无线网络建立通信连接的，所述网关节点与所述服务平台是基于TCP/IP协议的网络建立通信连接的，所述网关节点实现了Zigbee无线网络和基于TCP/IP协议的虚拟专用网络VPN的无缝连接。本发明的智能监控系统，相对于现有技术，节省了大量的线缆，系统布设方便、组网简单、数据传输可靠、增加了系统的可重用性，同时也降低了系统的维护成本，有利于技术的推广应用。\n[0054] 虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。