专利名称：基于Zigbee无线网络和GPRS无线网络的犯人监控系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种无线通信和监控系统。具体涉及一种基于Zigbee无线网络和GPRS无线网络的犯人监控系统。
背景技术：
随着社会的发展和变迁，监狱内在押的犯人成分越来越复杂，犯人思想越来越活跃，导致监管区域内犯人闹事及出逃事件时有发生。仅仅依靠传统的视频监控系统和报警系统，无法排除死角，不能够实时准确的定位跟踪犯人，而且夜间或遇到恶劣天气，如大雨大雾天气，视频监控系统由于视野的局限便无法正常发挥作用，这些都让蓄意闹事和越狱的犯人有了可乘之机，因此需要利用现代的技术手段结合监狱管理现状建立一种能够对犯人进行实时定位跟踪，具有越界告警提示功能的犯人监控系统。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种基于Zigbee无线网络和GPRS无线网络的犯人监控系统，从而解决了传统视频监控系统的视野局限性和对天气环境的敏感性问题及设备维护困难问题。为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案本实用新型的一种基于Zigbee无线网络和GPRS无线网络的犯人监控系统，包括移动节点、参考节点、网关节点和监控中心，所述移动节点通过Zigbee无线网络与参考节点通信连接，并进行数据传输，参考节点通过Zigbee无线网络与网关节点通信连接，并进行数据传输，所述网关节点通过GPRS无线网络与监控中心连接。其中，所述移动节点包括Zigbee无线传输装置、防暴力拆解装置、电源管理装置、 告警提示装置、紧急求助按键，其中，电源管理装置分别与Zigbee无线传输装置、防暴力拆解装置、告警提示装置、紧急求助按键连接，Zigbee无线传输装置分别与防暴力拆解装置、 告警提示装置、紧急求助按键连接。其中，所述参考节点包括Zigbee无线传输装置、电源模块、告警提示装置，其中， 电源装置分别与Zigbee无线传输装置、告警提示装置连接，Zigbee无线传输装置与告警提示装置连接。其中，所述网关节点包括电源装置、无线传输装置、数据处理装置、GPRS装置，其中，电源装置分别与无线传输装置、数据处理装置、GPRS装置连接，无线传输装置与数据处理装置连接，数据处理装置与GPRS装置连接，所述网关节点用于实现Zigbee无线网络与 GPRS装置之间的协议转换。所述GPRS模块将从Zigbee无线自组网络获得的数据通过GPRS 网络上传至监控中心。其中，所述电源装置包括太阳能供电装置或其他电源装置。由于采取了以上技术方案，本实用新型的优点在于通过低功耗、自组织的Zigbee无线网络实现了监狱犯人的实时位置跟踪监控，通过监控中心的图形界面实时观测犯人的位置信息，户外节点采用太阳能供电，室内节点采用电池供电，设备维护简单，使用寿命长，克服了传统视频监控系统对天气敏感的缺点，有效预防监管区犯人闹事及出逃事件的发生，在条件恶劣和无人坚守的犯人监控和事件跟踪中显示了很大的应用价值。
图I是本实用新型的结构框图；图2是本实用新型移动节点的结构框图；图3是本实用新型参考节点的结构框图；图4是本实用新型网关节点结构框图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。如图I所示，本实用新型的一种基于Zigbee无线网络和GPRS无线网络的犯人监控系统，由移动节点、参考节点、网关节点和监控中心组成。其工作过程通过移动节点、参考节点及网关节点建立Zigbee无线自组网络，对网络中移动节点进行定位，采集移动节点的位置信息及告警信息，通过Zigbee无线自组网络传送至网关，由网关节点进行Zigbee无线网络与GPRS无线网络的协议转换，再经GPRS 无线网络将位置信息及告警信息传送至监控中心，监控中心对接收的信息进行处理，对移动节点进行位置跟踪和记录，同时对产生告警信息的移动节点进行标定并做出相应的告警，提示监管人员采取相应的的措施。其中移动节点采用德州仪器(TI)公司推出的Zigbee 无线射频的CC2431芯片，利用其内部集成的RSSI定位引擎配合参考节点计算本节点位置； 参考节点采用德州仪器(TI)公司推出的另一款Zigbee无线射频的CC2430芯片，该芯片不含有定位引擎，用作一直位置坐标的参考节点配合移动节点使用；网关节点采用Zigbee无线网络与GPRS无线网络相结合的网关，完成Zigbee无线网络与GPRS无线网络的协议转换，经GPRS无线网络将数据传送至监控中心，实现远程监控。移动节点是无线传感器网络的定位单元。移动节点由犯人佩戴，采用纽扣电池供电，包括=Zigbee无线传输装置、紧急求助按键、防暴力拆解装置、告警提示装置和电源装置。Zigbee无线传输装置采用德州仪器(TI)公司推出的Zigbee无线射频的CC2431芯片， 通过其内部集成的RSSI定位引擎配合参考节点计算本节点位置。参考节点是位置已知的节点，用于辅助定位，参考节点采用德州仪器(TI)公司推出的另一款Zigbee无线射频的CC2430芯片，该芯片不含定位引擎，所以作为参考节点配合移动节点进行定位。网关节点是无线传感器网络的核心装置，具有两种工作模式，即工作模式和休眠模式，主要负责移动节点与监控中心的信息连接。网关节点中设有与参考节点相匹配的 CC2430装置，进行Zigbee无线短距离通信，同时也有与监控中心通过GPRS无线网络进行远程数据传输的MC35I装置。当网关节点收到移动节点发来的数据时，网关节点进入工作模式，处理器进行快速处理，将该数据传送给监控中心，数据发送完毕后，此节点立即进入休眠模式。当网关节点收到监控中心发来的命令时，网关节点进入工作模式，经处理器处理
4后，将命令发送给相应的移动节点，等待接收移动节点的信息数据，并转发给监测中心，一定时间后进入休眠模式。由于处理器处理数据的时间相当快，所以处理器大部分时间是处于休眠模式，减小了系统的功耗。监控中心软件采用C#语言编程，可通过Zigbee无线网络对网内移动节点的位置信息进行实时采集及标定，并对网内人员位置进行存档，支持历史行迹回放，同时处理来自网络的各种报警信息，做出相应的告警以提示管理人员。如图2是实用新型移动节点的结构框图，移动节点共有五部分组成，即Zigbee无线传输装置、紧急求助按按键、防暴力拆解装置、告警提示装置和电源装置。Zigbee无线传输装置采用德州仪器(TI)公司推出的2. 4GHz免授权ISM频带专用的第一代ZigBee/IEEE 802. 15. 4无线射频收发器—CC2431 ；CC2431是德州仪器(TI) 公司的SoC解决方案，内部集成了业界领先的CC2420RF收发器内核及增强型8051微控制器，具有128kB的闪存、8kB的RAM以及其他一些附加功能，而且CC2431还集成了基于 RSSI (Received Signal Strength Indicator)的定位引擎,该引擎能根据接收信号强度与已知CC2430参考节点位置准确计算出有关节点位置，然后将位置信息经参考节点发送给网关，进而上传至监控中心。紧急求助按钮用于监狱内犯人闹事等突发事件受害人或目击者紧急求救，当该按钮按下，移动节点会将报警信息及告警位置信息通过Zigbee无线网络上传至监控中心，监控中心经过对数据的处理分析，在图形界面中对报警的位置及犯人信息进行标定，并产生报警信号通知管理人员，管理人员根据具体情况及时的采取相应的措施。防暴力拆解装置内部为防拆解报警回路，移动节点适合做成腕带或脚链由犯人佩戴，一旦该回路被破坏则会产生暴力拆解告警，移动节点会迅速将暴力拆解告警信息及告警位置信息由Zigbee无线网络上传至监控中心，同样监控中心经过数据分析会在图形界面上对告警位置及犯人信息进行标定，并产生报警信号通知管理人员。告警提示装置用于对犯人与以警示，当犯人非法靠近监控区域边界，或强行进入禁止区域时该装置会发出警示信息，警示灯烁，警笛鸣起，同时将告警信息及告警位置信息上传至监控中心，监控中心对位置及犯人信息进行标定并发出告警。另外，与此同时同时离告警移动节点最近的参考节点也会对该告警产生告警信号，以警示犯人，直到犯人回到指定区域，告警信号消失。电源装置的主要功能是给以上装置供电。由于移动节点设均采用低功耗器件，且移动节点由犯人随身携带，经以上考虑移动节点采用纽扣电池供电，并含电源电量检测电路，当电池电量不足时，会产生电源告警信息，并通过Zigbee无线网络上传至监控中心通
知管理人员。如图3是实用新型参考节点的结构框图，参考节点由无线传输装置、电源装置、告警提示装置组成。无限传输模块采用德州仪器(TI)公司推出的2. 4GHz免授权ISM频带专用的另一款ZigBee/IEEE 802. 15. 4无线射频收发器-CC2430，该芯片与CC2431 —样内部集成了 CC2420RF收发器内核及增强型8051微控制器，但CC2430不具有定位引擎，所以充当坐标已知的参考节点配合CC2431使用，每个定位网络应至少配置3个参考节点一遍确定移动节点位置。[0031]告警提示装置用于对犯人与以警示，当犯人非法靠近监控区域边界，或强行进入禁止区域时移动节点会发出警示信息，警示灯烁，警笛鸣起，同时将告警信息及告警位置信息发送给离告警移动节点最近的边界参考节点，该参考节点会对该告警进行检测并产生告警信号，闪烁告警指示灯，开启警笛，并将此告警信息通过Zigbee无线网络上传至监控中心，监控中心对位置及犯人信息进行标定并发出告警。直到犯人回到指定区域，告警信号消失。参考节点的电源装置可以根据室内外布置情况，采用充电电池直接供电或太阳能电池板充电锂电池供电的方案，图3所示为太阳能供电方案，该方案可以实现户外参考节点的持续供电，该方案采用太阳能电池板通过电源管理充电电路自动为充电锂电池充电， 能源清洁，绿色环保，增加了设备的使用寿命，减小了设备的维护难度。如图4是实用新型网关节点结构框图，网关节点包括Zigbee无线传输装置、处理器装置、GPRS装置和电源装置四部分。无线传输装置本实用新型仍然采用与参考节点相匹配的德州仪器(TI)公司推出的射频收发器CC2430。处理器装置本实用新型采用德州仪器(TI)公司推出的超低功耗16位RISC混合信号处理器的MSP430系列单片机完成Zigbee无线网络与GPRS无线网络的协议转换。GPRS装置本实用新型采用的是新一代西门子GSM/GPRS双模装置——MC35I， MC35I是Siemens公司推出的，可以快速安全可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务(Short Message Service)和传真。装置的工作电压为3. 3 4. 8V,可以工作在 900MHz和1800MHz两个频段，所在频段功耗分别为2W(900M)和1W(1800M)。该装置包括了前期版本TC35的所有功能，同时新增加了快速的GPRS技术，采用GPRS分时复用的CLASS 8 标准，具有始终在线的功能且理论上传输速率最高可达171. 2kb/s，通信传输时延较小，最长不超过3s。装置有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、第三组的二类传真、以及2. 4k，4. 8k，9. 6k的非透明模式。常用工作模式有省电模式、IDLE、TALK等模式。通过独特的40引脚的ZIF连接器，实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。 通过ZIF连接器及50 Q天线连接器，可分别连接SM卡支架和天线。电源装置本模块仍采用太阳能电池板充电、锂电池供电，详见图3参考节点。显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。 凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。
权利要求1.一种基于Zigbee无线网络和GPRS无线网络的犯人监控系统，其特征在于包括移动节点、参考节点、网关节点和监控中心，所述移动节点通过Zigbee无线网络与参考节点通信连接，并进行数据传输，参考节点通过Zigbee无线网络与网关节点通信连接，并进行数据传输，所述网关节点通过GPRS无线网络与监控中心连接。
2.根据权利要求I所述的一种基于Zigbee无线网络和GPRS无线网络的犯人监控系统，其特征在于所述移动节点包括Zigbee无线传输装置、防暴力拆解装置、电源管理装置、告警提示装置、紧急求助按键，其中，电源管理装置分别与Zigbee无线传输装置、防暴力拆解装置、告警提示装置、紧急求助按键连接，Zigbee无线传输装置分别与防暴力拆解装置、告警提示装置、紧急求助按键连接。
3.根据权利要求I所述的一种基于Zigbee无线网络和GPRS无线网络的犯人监控系统，其特征在于所述参考节点包括Zigbee无线传输装置、电源模块、告警提示装置，其中， 电源装置分别与Zigbee无线传输装置、告警提示装置连接，Zigbee无线传输装置与告警提示装置连接。
4.根据权利要求I所述的一种基于Zigbee无线网络和GPRS无线网络的犯人监控系统，其特征在于所述网关节点包括电源装置、无线传输装置、数据处理装置、GPRS装置，其中，电源装置分别与无线传输装置、数据处理装置、GPRS装置连接，无线传输装置与数据处理装置连接，数据处理装置与GPRS装置连接，所述网关节点用于实现Zigbee无线网络与 GPRS装置之间的协议转换。
专利摘要本实用新型涉及一种无线通信和监控系统，本实用新型公开了一种基于Zigbee无线网络和GPRS无线网络的犯人监控系统，包括移动节点、参考节点、网关节点和监控中心，所述移动节点通过Zigbee无线网络与参考节点通信连接，并进行数据传输，参考节点通过Zigbee无线网络与网关节点通信连接，并进行数据传输，所述网关节点通过GPRS无线网络与监控中心连接。本实用新型解决了传统视频监控系统的视野局限性和对天气环境的敏感性问题及设备维护困难问题。
文档编号G08B25/10GK202352033SQ20112041234
公开日2012年7月25日 申请日期2011年10月26日 优先权日2011年10月26日
发明者刘德君, 山传文, 曹艳, 王忠礼, 王钢, 白晶 申请人:北华大学