一種雙層異構(gòu)的無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種雙層異構(gòu)的無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括：主控制單元，以及分別與主控制單元連接的擴(kuò)展接口單元和無(wú)線收發(fā)單元；主控制單元、擴(kuò)展接口單元以及無(wú)線收發(fā)單元均集成在一塊電路板上。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括若干該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與后端服務(wù)器連接；每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連接有周期監(jiān)測(cè)傳感設(shè)備和異常觸發(fā)傳感設(shè)備。本實(shí)用新型具有以下有益效果：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)集成了上層節(jié)點(diǎn)和下層節(jié)點(diǎn)的功能，能進(jìn)一步降低能耗，降低構(gòu)建整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的成本；網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)采用擴(kuò)展接口連接傳感設(shè)備，增強(qiáng)了平臺(tái)的通用性，具有較高的可擴(kuò)展性；無(wú)線收發(fā)單元可支持多種不同的無(wú)線通信模式的選擇，有利于提高網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】一種雙層異構(gòu)的無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種雙層異構(gòu)的無(wú)線 多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)含有豐富信息的圖像、音頻和視頻數(shù)據(jù)的迫切需求，導(dǎo)致了無(wú)線多媒體傳感器 網(wǎng)絡(luò)（WMSN, Wireless Multimedia Sensor Network)的出現(xiàn)。無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)是無(wú) 線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要分支，也是無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到高級(jí)階段的網(wǎng)絡(luò)形式，同時(shí)WMSN也擴(kuò) 充了傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍。WMSN是在傳統(tǒng)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上引入了圖像、聲音、視頻 等多媒體信息感知處理功能的一種新型傳感器網(wǎng)絡(luò)。結(jié)合了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體 處理技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)比傳統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)更加精密的監(jiān)控，從而使用戶更直觀，更深入地了解 觀測(cè)對(duì)象。目前，應(yīng)用于監(jiān)控的系統(tǒng)主要依靠底層單一標(biāo)量傳感器或攝像頭完成，單一的物 理信息容易導(dǎo)致漏報(bào)，而且準(zhǔn)確性不高。而單一的圖像采集的攝像頭功耗太大，不適合長(zhǎng)時(shí) 間工作，導(dǎo)致其應(yīng)用場(chǎng)合受限制。
[0003] 為解決上述技術(shù)缺陷，雙層異構(gòu)的無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生。如圖1所示， 雙層異構(gòu)的無(wú)線多媒體傳感網(wǎng)絡(luò)分為兩層架構(gòu)，包括多個(gè)上層節(jié)點(diǎn)和多個(gè)下層節(jié)點(diǎn)；其中， 上層節(jié)點(diǎn)管理功耗較大的攝像頭，具有較強(qiáng)的圖像處理能力；下層節(jié)點(diǎn)則管理用于采集物 理信息的標(biāo)量傳感器，處理能力較弱。功耗較低的下層傳感設(shè)備進(jìn)行物理信息的周期性采 集，當(dāng)下層傳感設(shè)備監(jiān)測(cè)到異常情況發(fā)生時(shí)，才觸發(fā)功耗較高的上層傳感設(shè)備進(jìn)行工作，能 夠?qū)崿F(xiàn)上下層傳感設(shè)備之間的協(xié)同工作，且能夠顯著降低系統(tǒng)功耗。但是，現(xiàn)有的雙層異構(gòu) 的無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中，上層節(jié)點(diǎn)和下層節(jié)點(diǎn)是相互分離的兩個(gè)裝置，一個(gè)上層節(jié)點(diǎn) 對(duì)應(yīng)一個(gè)或多個(gè)下層節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)的數(shù)量較多，往往達(dá)到上百個(gè)甚至上千，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建成 本較高；且很多工作場(chǎng)合，節(jié)點(diǎn)一旦使用后很難回收，易造成資源浪費(fèi)；此外，現(xiàn)有的節(jié)點(diǎn) 還存在可擴(kuò)展性較差的缺陷。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本實(shí)用新型提供一種雙層異構(gòu)的無(wú)線多媒體傳 感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)集成了上層節(jié)點(diǎn)和下層節(jié)點(diǎn)的功能，能進(jìn)一步降低 能耗，且有利于降低構(gòu)建整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的成本。具體的技術(shù)方案如下：
[0005] -種雙層異構(gòu)的無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，包括：主控制單元，以及分別與主控 制單元連接的擴(kuò)展接口單元和無(wú)線收發(fā)單元；其中，主控制單元包括基于ARM Cortex-M0+ 內(nèi)核的MCU芯片；擴(kuò)展接口單元用于通過(guò)串行通信方式分別與周期監(jiān)測(cè)傳感設(shè)備以及異常 觸發(fā)傳感設(shè)備連接；主控制單元、擴(kuò)展接口單元以及無(wú)線收發(fā)單元均集成在一塊電路板上。
[0006] 作為優(yōu)化方案，擴(kuò)展接口單元提供GPI0、UART、SPI以及I2C串行接口。
[0007] 作為優(yōu)化方案，無(wú)線收發(fā)單元包括支持IEEE802. 15. 4協(xié)議或IEEE802. lib協(xié)議的 射頻收發(fā)器、射頻電路以及收發(fā)天線。
[0008] 作為優(yōu)化方案，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)還包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元包括32KB的FRAM存 儲(chǔ)器和2MB的FLASH存儲(chǔ)器。
[0009] 作為優(yōu)化方案，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)還包括電源單元：用于將5V電源轉(zhuǎn)換為3. 3V電源。
[0010] 一種雙層異構(gòu)的無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括若干網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)；所有網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與后端服務(wù)器連接；每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連接有周期監(jiān)測(cè)傳感設(shè)備和異常觸發(fā) 傳感設(shè)備；其中，周期監(jiān)測(cè)傳感設(shè)備包括若干標(biāo)量傳感器；異常觸發(fā)傳感設(shè)備包括若干攝 像頭及若干標(biāo)量傳感器。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果：
[0012] (1)本實(shí)用新型提供的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)集成了上層節(jié)點(diǎn)和下層節(jié)點(diǎn)的功能，能進(jìn)一步降 低能耗，且有利于降低構(gòu)建整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的成本；
[0013] (2)本實(shí)用新型提供的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)采用擴(kuò)展接口連接傳感設(shè)備，增強(qiáng)了平臺(tái)的通用 性，具有較高的可擴(kuò)展性；
[0014] (3)無(wú)線收發(fā)單元可支持多種不同的無(wú)線通信模式的選擇，有利于提高網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 的應(yīng)用領(lǐng)域。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為雙層異構(gòu)的無(wú)線多媒體傳感網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2為本實(shí)用新型提供的無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖3為無(wú)線收發(fā)單元的電路原理圖；
[0018] 圖4為電源單元的電路原理圖；
[0019]圖5為本實(shí)用新型提供的無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 上圖中序號(hào)為：1-網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、11-主控制單元、12-無(wú)線收發(fā)單元、13-擴(kuò)展接口單 元、14-數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、2-周期監(jiān)測(cè)傳感設(shè)備、3-異常觸發(fā)傳感設(shè)備連接、4-后端服務(wù)器。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖以實(shí)施例的方式詳細(xì)描述本實(shí)用新型。
[0022] 實(shí)施例1 :
[0023] 如圖2所示，一種雙層異構(gòu)的無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)1，包括主控制單元11， 以及分別與主控制單元11連接的擴(kuò)展接口單元13、無(wú)線收發(fā)單元12和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元14。 其中，主控制單元11包括基于ARM Cortex-M0+內(nèi)核的MCU芯片，在實(shí)際應(yīng)用中，該MCU芯片 可采用型號(hào)為KL04P48M48SF1的低功耗32位處理器。該MCU芯片集成有4KB的SRAM存儲(chǔ) 器和32KB的FLASH存儲(chǔ)器，在本實(shí)施例中，為防止MCU芯片自身的存儲(chǔ)空間不足，外接了數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)單元14,在實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元14可包括32KB的FRAM存儲(chǔ)器和2MB的FLASH 存儲(chǔ)器?？筛鶕?jù)實(shí)際需要決定是否需要外加數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元14,若MCU芯片自身的存儲(chǔ)空間 已足夠，則無(wú)需數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元14。
[0024] 擴(kuò)展接口單元13用于通過(guò)串行通信方式分別與周期監(jiān)測(cè)傳感設(shè)備2以及異常觸 發(fā)傳感設(shè)備3連接；主控制單元11、擴(kuò)展接口單元13以及無(wú)線收發(fā)單元12均集成在一塊 電路板上。在本實(shí)施例中，擴(kuò)展接口單元13提供GPI0、UART、SPI以及I2C串行接口，可適 用于連接多種不同類型的傳感設(shè)備。在實(shí)際應(yīng)用中，擴(kuò)展接口可同時(shí)接入周期監(jiān)測(cè)傳感設(shè) 備2和異常觸發(fā)傳感設(shè)備3。
[0025] 如圖3所示，無(wú)線收發(fā)單元12包括支持IEEE802. 15. 4協(xié)議或IEEE802. lib協(xié) 議的射頻收發(fā)器、射頻電路以及收發(fā)天線。在本實(shí)施例中，采用型號(hào)為CC2520的Zigbee/ IEEE802. 15. 4射頻收發(fā)器，但不限于此，可根據(jù)所需無(wú)線通信方式的不同選擇其他類型的 射頻收發(fā)器。其中，射頻收發(fā)器的引腳1-7通過(guò)GPI0串行通信方式與MCU芯片連接。
[0026] 如圖4所示，本實(shí)施例提供的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)1還包括電源單元：用于將5V電源轉(zhuǎn)換為 3. 3V電源。在本實(shí)施例中，電源單元包括一型號(hào)為SPX1117的電壓調(diào)節(jié)器，由該電壓調(diào)節(jié)器 及其外圍電路實(shí)現(xiàn)5V電源轉(zhuǎn)換為3. 3V電源。
[0027] 本實(shí)施例提供的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)1的使用方法及工作原理如下：
[0028] 將外部的周期監(jiān)測(cè)傳感設(shè)備2和異常觸發(fā)傳感設(shè)備3同時(shí)接入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)1，其中， 周期監(jiān)測(cè)傳感設(shè)備2包括若干標(biāo)量傳感器；異常觸發(fā)傳感設(shè)備3包括若干攝像頭及若干標(biāo) 量傳感器。其中，標(biāo)量傳感器可以是溫度傳感器、濕度傳感器或者紅外傳感器等，攝像頭以 及標(biāo)量傳感器的數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。
[0029] -般情況下，周期監(jiān)測(cè)傳感設(shè)備2按預(yù)設(shè)的周期進(jìn)行物理量的數(shù)據(jù)采集，并將采 集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)擴(kuò)展接口單元13發(fā)送給主控制單元11 ;此時(shí)，異常觸發(fā)傳感設(shè)備3是 不工作的。主控制單元11將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在自身的存儲(chǔ)空間或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元14中；同時(shí)， 主控制單元11對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，若發(fā)現(xiàn)異常，則觸發(fā)異常觸發(fā)傳感設(shè)備3開(kāi)始工作。周 期監(jiān)測(cè)傳感設(shè)備2和異常觸發(fā)傳感設(shè)備3采集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均由無(wú)線收發(fā)單元12通過(guò)無(wú) 線網(wǎng)絡(luò)向外發(fā)布。
[0030] 實(shí)施例2 :
[0031] 如圖5所示，一種雙層異構(gòu)的無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括若干實(shí)施例1 提供的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)1，所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)1通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與后端服務(wù)器4連接。其中，后端服務(wù)器 4的數(shù)量可以是一個(gè)或多個(gè)。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)1連接有周期監(jiān)測(cè)傳感設(shè)備2和異常觸發(fā)傳感 設(shè)備3 ;其中，周期監(jiān)測(cè)傳感設(shè)備2包括若干標(biāo)量傳感器；異常觸發(fā)傳感設(shè)備3包括若干攝 像頭及若干標(biāo)量傳感器。
[0032] 在本實(shí)施例中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)1的工作方式及原理與實(shí)施例1相同，在此不再贅述。周 期監(jiān)測(cè)傳感設(shè)備2和異常觸發(fā)傳感設(shè)備3采集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均由無(wú)線收發(fā)單元12通過(guò)無(wú) 線網(wǎng)絡(luò)向后端服務(wù)器4發(fā)送。后端服務(wù)器4將各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)1發(fā)來(lái)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù) 庫(kù)中，可通過(guò)后端服務(wù)器4對(duì)各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)1的工作情況及各傳感器的監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行監(jiān)控。
[0033] 以上公開(kāi)的僅為本申請(qǐng)的兩個(gè)具體實(shí)施例，但本申請(qǐng)并非局限于此任何本領(lǐng)域的 技術(shù)人員能思之的變化，都應(yīng)落在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種雙層異構(gòu)的無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其特征在于，包括：主控制單元，以及 分別與所述主控制單元連接的擴(kuò)展接口單元和無(wú)線收發(fā)單元；其中，所述主控制單元包括 基于ARM C〇rtex-MO+內(nèi)核的MCU芯片；所述擴(kuò)展接口單元用于通過(guò)串行通信方式分別與周 期監(jiān)測(cè)傳感設(shè)備以及異常觸發(fā)傳感設(shè)備連接；所述主控制單元、所述擴(kuò)展接口單元以及所 述無(wú)線收發(fā)單元均集成在一塊電路板上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層異構(gòu)的無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其特征在于，所述 擴(kuò)展接口單元提供GPIO、UART、SPI以及I2C串行接口。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層異構(gòu)的無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其特征在于，所述 無(wú)線收發(fā)單元包括支持IEEE802. 15. 4協(xié)議或IEEE802. lib協(xié)議的射頻收發(fā)器、射頻電路以 及收發(fā)天線。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的雙層異構(gòu)的無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其特征在 于，還包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元包括32KB的FRAM存儲(chǔ)器和2MB的FLASH存儲(chǔ) 器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的雙層異構(gòu)的無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其特征在 于，還包括電源單元：用于將5V電源轉(zhuǎn)換為3. 3V電源。
6. -種雙層異構(gòu)的無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括若干如權(quán)利要 求1所述的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)；所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與后端服務(wù)器連接；每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連接 有周期監(jiān)測(cè)傳感設(shè)備和異常觸發(fā)傳感設(shè)備；其中，所述周期監(jiān)測(cè)傳感設(shè)備包括若干標(biāo)量傳 感器；所述異常觸發(fā)傳感設(shè)備包括若干攝像頭及若干標(biāo)量傳感器。
【文檔編號(hào)】H04W24/00GK203872360SQ201420162687
【公開(kāi)日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】方武, 馮蓉珍, 宋志強(qiáng) 申請(qǐng)人:蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院