一种基于ZigBee的无线传感器网络数据采集监控系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于ZigBee的无线传感器网络数据采集监控系统，包括监控中心和信息采集网络，所述监控中心包括监控主机和无线传感器网关单元，所述监控主机通过有线或无线方式与所述无线传感器网关单元连接；所述信息采集网络包括若干可移动的无线传感器终端节点单元和若干固定设置在监控区域内的无线传感器中继节点单元，所述无线传感器网关单元、无线传感器终端节点单元和无线传感器中继节点单元通过ZigBee网络彼此相互连接进行无线通信。通过对所联网区域中的各项信息进行实时监控，可快速与监控中心进行通信，实用性强，降低了大量人工成本。
【专利说明】
一种基于ZigBee的无线传感器网络数据采集监控系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种监控系统，特别涉及一种基于ZigBee的无线传感器网络数据采集监控系统。
【背景技术】
[0002]ZigBee技术作为无线传感器网络的一种具体实现，保留了其短距离、低功耗、自组织的特点，可以嵌入各种设备，适用于自动控制和远程控制领域。同时，ZigBee自组网能力强，单网节点容纳量大，多网互不干扰，网络自愈性高，可以满足各种固定区域内的信息采集、人员通信等需求。
[0003]现代居民社区正逐步向面积巨大化、结构立体化的方向发展，传统主要依靠人力的监测管理模式已经无法胜任日益庞大、复杂的管理工作。即使将巨大的管理区域碎片化，仍然存在着诸如信息汇聚困难、维护周期长等不可避免的问题。基于现今的状况，管理者急需一个兼具自动化、智能化、网络化为一体的监测系统，从而提高监测管理水平、降低运营成本。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于克服现有技术之不足，提供一种基于ZigBee的无线传感器网络数据采集监控系统，人工投入少，智能化程度高，可实时监控社区环境信息、人员流动及其他安防报警信息。
[0005]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0006]一种基于ZigBee的无线传感器网络数据采集监控系统，包括监控中心和信息采集网络，所述监控中心包括监控主机和无线传感器网关单元，所述监控主机通过有线或无线方式与所述无线传感器网关单元连接;所述信息采集网络包括若干可移动的无线传感器终端节点单元和若干固定设置在监控区域内的无线传感器中继节点单元，所述无线传感器网关单元、无线传感器终端节点单元和无线传感器中继节点单元通过ZigBee网络彼此相互连接进行无线通信。
[0007]所述无线传感器网关单元包括第一可编程控制器;所述无线传感器终端节点单元包括第二可编程控制器、用户图形模块和输入输出接口板，所述用户图形模块、输入输出接口板分别与所述第二可编程控制器连接;所述无线传感器中继节点单元包括传感器模块、第三可编程控制器，所述传感器模块与所述第三可编程控制器连接。
[0008]所述第一、第二和第三可编程控制器均包括处理器模块、电源模块和通信接口，所述处理器模块与通信接口连接;所述处理器模块包括CPU芯片、内部存储器、CPU编程接口和CPU通用I/O接口，所述内部存储器、CPU编程接口、CPU通用I/O接口分别与CPU芯片连接;所述通信接口包括外部编程接口、串行总线接口和无线通信接口，所述无线射频模块与无线通信接口连接;所述第一及第三可编程控制器通过电源模块接收外部电源提供的电源，第二可编程控制器通过电源模块接收内部电池提供的电源;所述CPU芯片支持ZigBee无线通?目O
[0009]所述用户图形模块包括OLED接口和OLED显示屏。
[0010]所述无线传感器网关单元还包括第一无线射频模块，所述第一无线射频模块与第一可编程控制器连接;所述无线传感器终端节点单元还包括第二无线射频模块，所述第二无线射频模块与所述第二可编程控制器连接;所述无线传感器中继节点还包括第三无线射频模块，所述第三无线射频模块与所述第三可编程控制器连接。
[0011]所述无线传感器网关单元还包括第一控制计算机，所述第一控制计算机与第一可编程控制器连接;所述无线传感器终端节点单元还包括第二控制计算机，所述第二控制计算机与所述第二可编程控制器连接;所述无线传感器中继节点还包括第三控制计算机，所述第三控制计算机与所述第三可编程控制器连接;所述第一、第二和第三控制计算机均包括外部编程模块和USB/串口模块，所述外部编程模块与所述外部编程接口连接，所述USB/串口模块与所述串行总线接口连接。
[0012]所述监控主机通过串口或USB接口与所述无线传感器网关单元进行通信。
[0013]所述监控主机通过3G或4G无线网络与所述无线传感器网关单元进行通信。
[0014]本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是:
[0015]实现对联网区域中环境信息、安防状况、重要设施运行情况、工作人员流动信息等进行实时监控，同时提供简单便捷的交互功能，可快速与监控中心进行通信，节省了大量人工投入，建设成本低，系统抗毁性高，实用性强。
[0016]以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明，但本实用新型的一种基于ZigBee的无线传感器网络数据采集监控系统不局限于实施例。
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型系统的结构框图；
[0018]图2为本实用新型所述的无线传感器网关单元结构框图；
[0019]图3为本实用新型所述的无线传感器终端节点单元结构框图；
[0020]图4为本实用新型所述的无线传感器中继节点单元结构框图。
【具体实施方式】
[0021]如图1所示，一种基于ZigBee的无线传感器网络数据采集监控系统，包括监控中心和信息采集网络，该监控中心包括监控主机I和无线传感器网关单元2，所述监控主机I通过串口、USB接口、3G或4G网络与无线传感器网关单元2进行通信。所述信息采集网络包括若干可移动的无线传感器终端节点单元3和若干固定设置在监控区域内的无线传感器中继节点单元4。
[0022]无线传感器网关单元2结构如图2所示，包括第一可编程控制器21以、第一无线射频模块22、第一控制计算机23。第一可编程控制器21包括处理器模块211、电源模块212和通信接口 213，处理器模块211包括基于0:2530的0?1]芯片2111、内部存储器2114丄?1]编程接口2112和CPU通用I/O接口 2113，通信接口 213包括外部编程接口 2131、串行总线接口 2132与无线通信接口 2133。外部电源通过电源模块212向第一可编程控制器供电;第一无线射频模块22连接第一可编程控制器21的无线通信接口2133，向外发送或接收无线射频信号。系统正常工作时，该无线传感器网关单元2始终与监控主机I通过串行总线接口 2132通信；需要进行功能更新时，第一可编程控制器21通过第一控制计算机23进行数据通信，第一控制计算机23上设有外部编程模块231与USB/串口模块232，可分别连接外部编程接口 2131与串行总线接口 2132。
[0023]无线传感器终端节点单元结构如图3所示，包括第二可编程控制器31、用户图形模块32、输入输出接口板33、第二无线射频模块34和第二控制计算机35。用户图形模块32包括OLED接口 321和OLED显示屏322，通过OLED接口 321连接第二可编程控制器31的外部引脚，OLED显示屏322显示信息给使用者5，输入输出接口板33接收来自使用者5的按键输入。第二可编程控制器31包括处理器模块311、电源模块312和通信接口 313，处理器模块311包括基于CC2530的CPU芯片3111、内部存储器3114、0?1]编程接口3112和0?1]通用1/0接口3113，通信接口313包括外部编程接口3131、串行总线接口3132与无线通信接口 3133;安装于第二可编程控制器31底板的内部电池通过电源模块312向控制器供电。输入输出接口板33包括交互按键组331与LED显示灯332，可发送与接收简单命令;第二无线射频模块34连接无线通信接口 3133，向外发送或接收无线射频信号。需要进行功能更新时，第二可编程控制器31通过第二控制计算机35进行数据通信，第二控制计算机35上设有外部编程模块351与USB/串口模块352，可分别连接外部编程接口 3131与串行总线接口 3132。
[0024]无线传感器中继节点单元结构如图4所示，包括第三可编程控制器41、传感器模块42、第三无线射频模块43和第三控制计算机44。第三可编程控制器41包括处理器模块411、电源模块412和通信接口 413，处理器模块411包括基于CC2530的CPU芯片4111、内部存储器4114、CPU编程接口 4112和CPU通用I/O接口 4113，通信接口 413包括外部编程接口 4131、串行总线接口 4132与无线通信接口 4133。外部电源通过电源模块412向第三可编程控制器供电。传感器模块42包括温湿度传感器421、超声波传感器422、红外线传感器423、光敏传感器423与气体传感器425，各传感器模块读取区域环境6中的信息。第三无线射频模块43连接第三可编程控制器41的无线通信接口413，向外发送或接收无线射频信号。需要进行功能更新时，第二可编程控制器41通过第二控制计算机44进行数据通信，第二控制计算机44上设有外部编程模块441与USB/串口模块442，可分别连接外部编程接口 4131与串行总线接口4132ο
[0025]一种基于ZigBee的无线传感器网络数据采集监控系统工作过程如下:监控时，通过传感器模块42可将区域环境6中的各项信息读取到无线传感器中继节点单元4，无线传感器中继节点单元4通过第三可编程控制器41将接收到传感器模块42的环境信息发送到无线传感器网关单元2，无线传感器网关单元2通过RS-232串口将接收的区域环境6的环境信息发送到监控主机I，由监控主机I将各种环境信息显示出来，进而实现环境信息、安防状况、重要设施运行情况、工作人员流动信息的监控;通过OLED显示屏322可将无线传感器终端节单元3的各项信息及命令显示给使用者5;通过输入输出接口板33可将使用者5的按键输入发送给无线传感器终端节点单元3，并通过LED显示灯332向使用者5显示来自第三可编程控制器41的反馈信息；无线传感器终端节点单元3通过第三可编程控制器41将接收到的数据或控制命令直接发送到无线传感器网关单元2，也可将数据或控制命令发送到无线传感器网络中继节点单元4，通过多跳传输方式最终发送到无线传感器网关单元2，无线传感器网关单元2通过RS-232串口将使用者5的交互信息送到监控主机I内，由计算机I监控主机I完成交互通信操作。
[0026]本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是:实现对联网区域中环境信息、安防状况、重要设施运行情况、工作人员流动信息等进行实时监控，同时提供简单便捷的交互功能，可快速与监控中心进行通信，节省了大量人工投入，建设成本低，系统抗毁性高，实用性强。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于ZigBee的无线传感器网络数据采集监控系统，包括监控中心和信息采集网络，其特征在于: 所述监控中心包括监控主机和无线传感器网关单元，所述监控主机通过有线或无线方式与所述无线传感器网关单元连接;所述信息采集网络包括若干可移动的无线传感器终端节点单元和若干固定设置在监控区域内的无线传感器中继节点单元，所述无线传感器网关单元、无线传感器终端节点单元和无线传感器中继节点单元通过ZigBee网络彼此相互连接进行无线通信。2.根据权利要求1所述的基于ZigBee的无线传感器网络数据采集监控系统，其特征在于: 所述无线传感器网关单元包括第一可编程控制器;所述无线传感器终端节点单元包括第二可编程控制器、用户图形模块和输入输出接口板，所述用户图形模块、输入输出接口板分别与所述第二可编程控制器连接;所述无线传感器中继节点单元包括传感器模块、第三可编程控制器，所述传感器模块与所述第三可编程控制器连接。3.根据权利要求2所述的基于ZigBee的无线传感器网络数据采集监控系统，其特征在于: 所述第一、第二和第三可编程控制器均包括处理器模块、电源模块和通信接口，所述处理器模块与通信接口连接;所述处理器模块包括CPU芯片、内部存储器、CPU编程接口和CPU通用I/o接口，所述内部存储器、CPU编程接口、CPU通用I/O接口分别与CPU芯片连接;所述通信接口包括外部编程接口、串行总线接口和无线通信接口，所述无线射频模块与无线通信接口连接;所述第一及第三可编程控制器通过电源模块接收外部电源提供的电源，第二可编程控制器通过电源模块接收内部电池提供的电源;所述CPU芯片支持ZigBee无线通信。4.根据权利要求2所述的基于ZigBee的无线传感器网络数据采集监控系统，其特征在于: 所述用户图形模块包括OLED接口和OLED显示屏。5.根据权利要求3所述的基于ZigBee的无线传感器网络数据采集监控系统，其特征在于: 所述无线传感器网关单元还包括第一无线射频模块，所述第一无线射频模块与第一可编程控制器连接;所述无线传感器终端节点单元还包括第二无线射频模块，所述第二无线射频模块与所述第二可编程控制器连接;所述无线传感器中继节点还包括第三无线射频模块，所述第三无线射频模块与所述第三可编程控制器连接。6.根据权利要求3所述的基于ZigBee的无线传感器网络数据采集监控系统，其特征在于: 所述无线传感器网关单元还包括第一控制计算机，所述第一控制计算机与第一可编程控制器连接;所述无线传感器终端节点单元还包括第二控制计算机，所述第二控制计算机与所述第二可编程控制器连接;所述无线传感器中继节点还包括第三控制计算机，所述第三控制计算机与所述第三可编程控制器连接;所述第一、第二和第三控制计算机均包括外部编程模块和USB/串口模块，所述外部编程模块与所述外部编程接口连接，所述USB/串口模块与所述串行总线接口连接。7.根据权利要求1所述的基于ZigBee的无线传感器网络数据采集监控系统，其特征在 于: 所述监控主机通过串口或USB接口与所述无线传感器网关单元进行通信。8.根据权利要求1所述的基于ZigBee的无线传感器网络数据采集监控系统，其特征在于: 所述监控主机通过3G或4G无线网络与所述无线传感器网关单元进行通信。
【文档编号】H04W84/18GK205486724SQ201620030550
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月13日
【发明人】蒋文贤, 古辰哲, 张振兴
【申请人】华侨大学