一種基于壓電效應(yīng)的幼兒園智能監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于壓電效應(yīng)的幼兒園智能監(jiān)控系統(tǒng)，包括嵌入式網(wǎng)關(guān)、GPRS模塊、Web服務(wù)器和Zigbee定位網(wǎng)絡(luò)，該Zigbee定位網(wǎng)絡(luò)與嵌入式網(wǎng)關(guān)通過(guò)信號(hào)連接，嵌入式網(wǎng)關(guān)與GPRS模塊通過(guò)信號(hào)連接，GPRS模塊與Web服務(wù)器通過(guò)信號(hào)連接；該Zigbee定位網(wǎng)絡(luò)，包括Zigbee協(xié)調(diào)器、Zigbee參考節(jié)點(diǎn)和Zigbee定位器；該Zigbee定位器，包括嵌入式壓電模塊、檢測(cè)傳感器和Zigbee控制器；該嵌入式壓電模塊，包括壓電材料、超級(jí)電容、高密度鋰電池和電源管理電路；該電源管理電路，包括控制電路、轉(zhuǎn)化電路和降壓電路，控制電路和轉(zhuǎn)化電路之間電信號(hào)連接，控制電路和降壓電路之間通過(guò)開(kāi)關(guān)連接。本實(shí)用新型的有益效果在于：具有自供電和自動(dòng)定位功能，改善了幼兒園小朋友的實(shí)時(shí)監(jiān)控管理問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】—種基于壓電效應(yīng)的幼兒園智能監(jiān)控系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種用于幼兒園的監(jiān)控系統(tǒng)，特別涉及一種基于壓電效應(yīng)的幼兒園智能監(jiān)控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，幼兒園小孩丟失、意外傷害等事故日益成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。由于小孩人數(shù)較多，缺乏自我約束，不能達(dá)到對(duì)每個(gè)學(xué)生的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
[0003]傳統(tǒng)的幼兒園監(jiān)控采用視頻技術(shù)，通過(guò)在校園布控?cái)z像頭，攝像頭采集視頻信息，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸至監(jiān)控中心，了解小孩的安全情況。但是由于攝像頭布控具有一定局限性，存在一些盲區(qū)，同時(shí)受到光線和其他環(huán)境因素影響，存在一些不能漏監(jiān)控的情況。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)了為基于壓電效應(yīng)的幼兒園智能監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)供電功能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)供電和鋰電池供電的切換。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:一種基于壓電效應(yīng)的幼兒園智能監(jiān)控系統(tǒng)，包括嵌入式網(wǎng)關(guān)、GPRS模塊和Web服務(wù)器，嵌入式網(wǎng)關(guān)與GPRS模塊通過(guò)信號(hào)連接，GPRS模塊與Web服務(wù)器通過(guò)信號(hào)連接，該系統(tǒng)還包括Zigbee定位網(wǎng)絡(luò)，該Zigbee定位網(wǎng)絡(luò)與嵌入式網(wǎng)關(guān)通過(guò)信號(hào)連接。
[0006]進(jìn)一步的，該Zigbee定位網(wǎng)絡(luò)，包括Zigbee協(xié)調(diào)器、Zigbee參考節(jié)點(diǎn)和Zigbee定位器；Zigbee定位器、Zigbee參考節(jié)點(diǎn)以及Zigbee協(xié)調(diào)器三者之間通過(guò)無(wú)線通信連接；
[0007]該Zigbee定位器負(fù)責(zé)發(fā)送和接收定位信號(hào)，
[0008]該Zigbee參考節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)接收并傳輸信號(hào)強(qiáng)度值給Zigbee定位器，
[0009]該Zigbee協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)收集Zigbee定位器計(jì)算出的坐標(biāo)信息。
[0010]進(jìn)一步的，該Zigbee定位器，包括嵌入式壓電模塊、檢測(cè)傳感器和Zigbee控制器，嵌入式壓電模塊和檢測(cè)傳感器分別通過(guò)導(dǎo)線與Zigbee控制器連接；
[0011]該Zigbee控制器主要負(fù)責(zé)處理和運(yùn)算數(shù)據(jù)，計(jì)算出小孩的具體位置，
[0012]該檢測(cè)傳感器用于檢測(cè)小孩是否遠(yuǎn)離Zigbee參考節(jié)點(diǎn)。
[0013]進(jìn)一步的，該嵌入式壓電模塊，包括壓電材料、超級(jí)電容、高密度鋰電池和電源管理電路,壓電材料和超級(jí)電容通過(guò)整流電路連接,超級(jí)電容、高密度鋰電池和電源管理電路采用電子開(kāi)關(guān)連接。
[0014]進(jìn)一步的，該電源管理電路，包括控制電路、轉(zhuǎn)化電路和降壓電路，控制電路和轉(zhuǎn)化電路之間電信號(hào)連接，控制電路和降壓電路之間通過(guò)開(kāi)關(guān)連接；
[0015]該轉(zhuǎn)化電路用于將所述壓電材料輸出的高電壓，低功率的交流電轉(zhuǎn)化為直流電，
[0016]該降壓電路用于將輸出電壓轉(zhuǎn)化為所述Zigbee定位器需要的3.3V,
[0017]該控制電路主要負(fù)責(zé)進(jìn)行混合供電的切換。
[0018]進(jìn)一步的，該Zigbee控制器采用針對(duì)IEEE802.15.4應(yīng)用的片上系統(tǒng)CC2531，內(nèi)部集成了工作在2.4GHz頻段的射頻發(fā)射器，擁有低功耗的8051MCU內(nèi)核。
[0019]進(jìn)一步的,該Zigbee定位器被嵌入在幼兒園小孩鞋內(nèi)。
[0020]進(jìn)一步的，該壓電材料選用直徑為30毫米的壓電陶瓷，以并聯(lián)方式連接。
[0021]本實(shí)用新型的有益效果:一種基于壓電效應(yīng)的幼兒園智能監(jiān)控系統(tǒng)，其中，通過(guò)嵌入式壓電模塊和電源管理電路的配合使用，實(shí)現(xiàn)了壓電效應(yīng)混合供電方式，具有自供電功能，安裝方便；通過(guò)ZigBee定位網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行位置信號(hào)的采集，通過(guò)Web服務(wù)器傳輸給互聯(lián)網(wǎng)，最后實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)查詢和位置的定位。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0023]圖1為本實(shí)用新型專利的原理框圖
[0024]圖2為Zigbee定位網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
[0025]圖3為Zigbee定位器結(jié)構(gòu)圖
[0026]圖4為嵌入式壓電模塊結(jié)構(gòu)圖
【具體實(shí)施方式】
[0027]實(shí)施例:下面結(jié)合附圖對(duì)本專利進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明
[0028]本專利采用壓電效應(yīng)原理，即在壓電材料上施加一定壓力會(huì)產(chǎn)生電荷，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)化，采用超級(jí)電容儲(chǔ)存電荷，設(shè)計(jì)電源管理電路實(shí)現(xiàn)嵌入式壓電模塊供電。
[0029]通信技術(shù)采用Zigbee定位網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行定位,將Zigbee定位器安裝于小孩鞋內(nèi)，通過(guò)Zigbee協(xié)調(diào)器發(fā)送定位信號(hào)到嵌入式網(wǎng)關(guān)，然后通過(guò)GPRS模塊發(fā)送報(bào)警信號(hào)，采用Web服務(wù)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并遠(yuǎn)程控制。
[0030]如圖1所示，幼兒園智能監(jiān)控系統(tǒng)，包括Zigbee定位網(wǎng)絡(luò)、嵌入式網(wǎng)關(guān)、GPRS模塊以及Web服務(wù)器。Zigbee定位網(wǎng)絡(luò)與嵌入式網(wǎng)關(guān)通過(guò)信號(hào)連接，嵌入式網(wǎng)關(guān)與GPRS模塊通過(guò)信號(hào)連接，GPRS模塊與Web服務(wù)器通過(guò)信號(hào)連接。
[0031]作為優(yōu)選，嵌入式網(wǎng)關(guān)的硬件采用三星公司的ARMll系列6410，軟件采用QT設(shè)計(jì)界面，用于顯示Zigbee定位網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和位置信息。GPRS模塊選用SM900A模塊，用于負(fù)責(zé)接收?qǐng)?bào)警信號(hào)和編碼信息，并通過(guò)GPRS模塊將其轉(zhuǎn)發(fā)到具有固定IP地址的Web服務(wù)器中，實(shí)現(xiàn)報(bào)警信號(hào)和編碼信息的上傳。Web服務(wù)器作為現(xiàn)有技術(shù)，這里不做詳細(xì)描述。
[0032]該幼兒園智能監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理為:通過(guò)Zigbee定位網(wǎng)絡(luò)將幼兒園小孩的位置信息和采集到的報(bào)警信號(hào)傳輸給嵌入式網(wǎng)關(guān)，嵌入式網(wǎng)關(guān)通過(guò)GPRS模塊將信息統(tǒng)一發(fā)送至固定IP的Web服務(wù)器上，學(xué)校監(jiān)控中心通過(guò)Web服務(wù)器可以查詢每個(gè)小孩的安全情況；同時(shí)Web服務(wù)器通過(guò)GPRS模塊將小孩的相關(guān)消息發(fā)送至老師和家長(zhǎng)，達(dá)到實(shí)時(shí)安全監(jiān)管的效果。
[0033]如圖2所示,Zigbee定位網(wǎng)絡(luò),包括Zigbee協(xié)調(diào)器、Zigbee參考節(jié)點(diǎn)和Zigbee定位器。Zigbee定位器、Zigbee參考節(jié)點(diǎn)以及Zigbee協(xié)調(diào)器三者之間通過(guò)無(wú)線通信連接，若干個(gè)Zigbee定位器、Zigbee參考節(jié)點(diǎn)和Zigbee協(xié)調(diào)器形成了 Zigbee定位網(wǎng)絡(luò)。Zigbee定位器負(fù)責(zé)發(fā)送和接收定位信號(hào)，Zigbee參考節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)接收并傳輸信號(hào)強(qiáng)度值給Zigbee定位器，Zigbee協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)收集Zigbee定位器計(jì)算出的坐標(biāo)信息。[0034]作為優(yōu)選，Zigbee協(xié)調(diào)器和Zigbee參考節(jié)點(diǎn)采用TI公司生產(chǎn)的CC2530，Zigbee定位器采用TI公司生產(chǎn)的具有定位功能的CC2531。
[0035]該Zigbee定位網(wǎng)絡(luò)的工作原理為:在幼兒園內(nèi)一些固定位置布置Zigbee參考節(jié)點(diǎn)，Zigbee參考節(jié)點(diǎn)會(huì)自動(dòng)發(fā)送自身的坐標(biāo)信息和信號(hào)強(qiáng)度RSSI值給Zigbee定位器；Zigbee定位器基于信號(hào)強(qiáng)度RSSI值和鏈路質(zhì)量LQI算法計(jì)算出自己的坐標(biāo)信息，最后將其坐標(biāo)信息發(fā)送給Zigbee協(xié)調(diào)器，Zigbee協(xié)調(diào)器將上述坐標(biāo)信息上傳至嵌入式網(wǎng)關(guān)。
[0036]如圖3所示，Zigbee定位器，包括嵌入式壓電模塊、檢測(cè)傳感器和Zigbee控制器，嵌入式壓電模塊和檢測(cè)傳感器分別通過(guò)導(dǎo)線不Zigbee控制器連接。
[0037]作為優(yōu)選，Zigbee控制器采用TI公司生產(chǎn)的針對(duì)IEEE802.15.4應(yīng)用的片上系統(tǒng)CC2531，內(nèi)部集成了工作在2.4GHz頻段的射頻發(fā)射器，擁有低功耗的8051MCU內(nèi)核。該MCU內(nèi)核作為控制芯片，主要負(fù)責(zé)處理和運(yùn)算數(shù)據(jù)，計(jì)算出小孩的具體位置。檢測(cè)傳感器采用熱釋紅外探測(cè)器，熱釋紅外探測(cè)器由熱釋紅外二極管和菲尼爾濾光片組成。由于人體固定溫度在37度，自生產(chǎn)生IOum的紅外線，通過(guò)菲尼爾濾光片濾光后聚集到熱釋紅外二極管上，從而判斷是否有紅外線產(chǎn)生，通過(guò)檢測(cè)是否有紅外線產(chǎn)生可以檢測(cè)小孩是否進(jìn)離Zigbee定位器。
[0038]該Zigbee定位器被嵌入在鞋內(nèi)，能夠近距離感知小孩散發(fā)出的紅外線，當(dāng)小孩脫掉鞋或者丟失Zigbee定位器時(shí),通過(guò)檢測(cè)傳感器傳輸報(bào)警信號(hào)告知Zigbee協(xié)調(diào)器。
[0039]該Zigbee定位器的工作原理為:通過(guò)嵌入式壓電模塊為Zigbee控制器供電，Zigbee控制器采集檢測(cè)傳感器的信號(hào)，將坐標(biāo)信號(hào)和紅外檢測(cè)信號(hào)傳輸給鄰近的Zigbee協(xié)調(diào)器。
[0040]如圖4所示，該嵌入式壓電模塊，包括壓電材料、超級(jí)電容、高密度鋰電池和電源管理電路。壓電材料選用直徑約30毫米的壓電陶瓷，以并聯(lián)方式連接，壓電材料放置于鞋跟處。超級(jí)電容選用1.5F漏電流較小的K0RCHIP法拉電容。壓電材料和超級(jí)電容之間通過(guò)整流電路連接。超級(jí)電容、高密度鋰電池和電源管理電路采用電子開(kāi)關(guān)連接，當(dāng)超級(jí)電容輸出電壓高于工作電壓時(shí)，電子開(kāi)關(guān)選擇超級(jí)電容進(jìn)行供電輸出，當(dāng)超級(jí)電容輸出電壓低于工作電壓時(shí)，電子開(kāi)關(guān)選擇高密度鋰電池進(jìn)行供電輸出。
[0041]超級(jí)電容作為現(xiàn)有技術(shù)，此處不作詳細(xì)描述。
[0042]電源管理電路，包括控制電路、轉(zhuǎn)化電路和降壓電路。控制電路和轉(zhuǎn)化電路之間電信號(hào)連接，控制電路和降壓電路之間通過(guò)開(kāi)關(guān)連接。
[0043]作為優(yōu)選，轉(zhuǎn)化電路采用集成芯片LTC3588，與門針對(duì)壓電傳感器等高阻抗源設(shè)計(jì)的一款低功耗芯片，將壓電材料輸出的高電壓，低功率的交流電轉(zhuǎn)化為直流電。
[0044]降壓電路采用漏電流較小的降壓芯片MAX666組成，將輸出電壓轉(zhuǎn)為Zigbee定位器需要的3.3V。
[0045]控制電路主要負(fù)責(zé)進(jìn)行混合供電的切換，采用低功耗的電子開(kāi)關(guān)芯片ADG801實(shí)現(xiàn)。當(dāng)超級(jí)電容上面的電壓達(dá)到閾值時(shí)對(duì)Zigbee控制器進(jìn)行供電，當(dāng)電容上面電壓沒(méi)達(dá)到時(shí)，采用高密度鋰電池進(jìn)行供電。
[0046]本實(shí)用新型與利的工作過(guò)程為:將Zigbee參考節(jié)點(diǎn)每間隔3m放置于幼兒園的各個(gè)角落，為Zigbee協(xié)調(diào)器上電，進(jìn)行組網(wǎng)檢測(cè)；完成后將Zigbee定位器安裝在幼兒園小孩的鞋內(nèi)，調(diào)試整個(gè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，在嵌入式網(wǎng)關(guān)上觀察Zigbee定位網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)Zigbee定位器情況，登陸Web服務(wù)器觀察Zigbee定位器的實(shí)時(shí)位置狀態(tài)。
[0047]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于壓電效應(yīng)的幼兒園智能監(jiān)控系統(tǒng)，包括嵌入式網(wǎng)關(guān)、GPRS模塊和Web服務(wù)器，所述嵌入式網(wǎng)關(guān)與GPRS模塊通過(guò)信號(hào)連接，所述GPRS模塊與Web服務(wù)器通過(guò)信號(hào)連接，其特征在于:還包括Zigbee定位網(wǎng)絡(luò)，所述Zigbee定位網(wǎng)絡(luò)與所述嵌入式網(wǎng)關(guān)通過(guò)信號(hào)連接，所述Zigbee定位網(wǎng)絡(luò)包括Zigbee協(xié)調(diào)器、Zigbee參考節(jié)點(diǎn)和Zigbee定位器,所述Zigbee定位器、Zigbee參考節(jié)點(diǎn)以及Zigbee協(xié)調(diào)器三者之間通過(guò)無(wú)線通信連接，所述Zigbee定位器包括嵌入式壓電模塊、檢測(cè)傳感器和Zigbee控制器，所述嵌入式壓電模塊和檢測(cè)傳感器分別通過(guò)導(dǎo)線與Zigbee控制器連接，所述嵌入式壓電模塊包括壓電材料、超級(jí)電容、高密度鋰電池和電源管理電路，所述壓電材料和超級(jí)電容通過(guò)整流電路連接，所述超級(jí)電容、高密度鋰電池和電源管理電路采用電子開(kāi)關(guān)連接，所述電源管理電路包括控制電路、轉(zhuǎn)化電路和降壓電路，所述控制電路和轉(zhuǎn)化電路之間電信號(hào)連接，所述控制電路和降壓電路之間通過(guò)開(kāi)關(guān)連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的幼兒園智能監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述Zigbee控制器采用針對(duì)IEEE802.15.4應(yīng)用的片上系統(tǒng)CC2531，內(nèi)部集成了工作在2.4GHz頻段的射頻發(fā)射器，擁有低功耗的8051MCU內(nèi)核。
3.按照權(quán)利要求1所述的幼兒園智能監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述壓電材料選用直徑為30毫米的壓電陶瓷，以并聯(lián)方式連接。
【文檔編號(hào)】H04L29/08GK203645709SQ201320652773
【公開(kāi)日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】李志 , 韋鵬程, 羅青青, 吳海霞 申請(qǐng)人:李志