专利名称：实现基于无线局域网多角度监控的远程监控终端的制作方法
技术领域：
本发明涉及远程监控技术领域，特别是一种对移动载体如运输设备或被运货物进 行多角度监控的远程监控终端。
背景技术：
随着GPS(Global Positioning System，全球卫星定位系统)技术的广泛应用， 作为远程控制中心与移动终端信息传递的手段——无线通信技术也得到了同步发展。 GPRS (General Packet Radio System，通用分组无线系统)与 WebGIS (Web Geographic Information System，互联网地理信息系统)技术的出现，使得实时监测和远程控制技术具 有了强大的支持。众所周知，当船舶或车辆等运输设备在运输危险品等货物的过程中，如果运输设 备发生事故或被运货物发生损坏(如危险品泄漏)，将会对周围的环境和人产生危害，因此 需要对移动载体(运输设备和/或被运货物)进行实时监测。现今，对移动载体进行实时监测采用了远程监控终端。所述远程监控终端利用传 感器实时采集移动载体的状态，并把采集数据传输至监控中心，监控中心根据所述采集数 据对移动载体进行远程、实时监控。然而，所述远程监控终端利用的传感器为压力传感器、倾斜传感器、加速度传感 器、液位传感器或二氧化碳浓度传感器等模拟传感器，或温度传感器或湿度传感器等数字 传感器，只能采集移动载体的压力、倾斜度、加速度、液位或二氧化碳浓度等模拟信息，或温 度或湿度等数字信息，导致监控中心只能从单一角度监控移动载体(例如压力监控、倾斜度 监控、加速度监控、液位监控、二氧化碳浓度监控、温度监控或湿度监控)。由于采集的信息 单薄，不足以反映移动载体的当前状态，因此单一角度监控的监控中心不能真实掌握移动 载体的状态，一旦移动载体出现问题，监控中心不能做出正确的处理。现有的多角度远程监控系统，只是对数据进行简单的采集，如传感器数据、图像数 据、等其它类型的数据。再对采集好的数据进行分类处理。其问题是
1.当这些采集数据的采集点出现问题时，如果不知道他们的相对地址就不能对他们即 时的修理与更换。2.当监控点很多时，数据就会产生阻塞，使数据变得难以分辨。3.监控系统所需要的附件比较多，性价比不高。4.因为是有线监控设备所以遇到拐角时就不容易放置。因此，有必要提供一种改进的远程监控终端来克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种实现基于无线局域网多角度监控的远程 监控终端，以便对移动载体进行多角度信息采集，使监控中心能根据所述多角度信息对移 动载体进行全方位的监控，并进行正确的处理。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案
本发明提供的实现基于无线局域网多角度监控的远程监控终端，主要由模拟传感器、 数字传感器、GPS模块、STC微控制器、S3C2440微控制器、图像采集模块和GPRS模块组成， 其中模拟传感器通过数据线与STC微控制器连接；数字传感器和GPS模块通过数据线经 第一 MAX 232芯片与STC微控制器连接；STC微控制器通过数据线经第二 MAX 232芯片与 一个节点型ZigBee模块连接，S3C2440微控制器与另一个协调型ZigBee模块通过串口方 式连接，节点型ZigBee模块与协调型ZigBee模块通过无线的方式相连，S3CM40微控制器 通过数据线分别与SD卡、GPRS模块、图像采集模块连接。所述模拟传感器安装在移动载体上，用于获取移动载体的模拟信息。所述模拟传感器包括采集移动载体的压力的压力传感器、采集移动载体的倾斜度 的倾斜传感器、采集移动载体的加速度的加速度传感器、采集移动载体的液位的液位传感 器以及采集移动载体的二氧化碳浓度的二氧化碳浓度传感器。所述数字传感器安装在移动载体上，用于获取移动载体的数字信息；该数字传感 器包括采集移动载体的温度的温度传感器，以及采集移动载体的湿度的湿度传感器。所述图像采集模块安装在移动载体上，用于获取移动载体的图像信息并将该图像 信息通过串口一帧一帧地传输到S3C2440微控制器。所述图像采集模块为串口摄像头。上述移动载体为运输设备或被运货物。所述STC微控制器包括模数转换器、处理单元以及两个全双工异步串口，其中模 数转换器和第一全双工异步串口的输出端均经处理单元与第二全双工异步串口的输入端 连接，第一全双工异步串口的输入端和第二全双工异步串口的输出端分别与第一 MAX 232 芯片、第二 MAX 232芯片连接；模数转换器的输入端与模拟传感器连接，用于将模拟传感器 获取的模拟信息进行模数转换，得到模拟一数字信息；所述处理单元将第二 MAX 232芯片 输出的来自传感器或GPS的监控数据，经ZigBee模块传输到S3C2440微控制器所处的单元 中，同时对监控数据进行分析与解析。所述第一 MAX 232芯片还与GPS模块连接，该芯片将所述GPS模块获取的地理位 置信息进行电平转换，转换成处理单元所适应的电平。所述S3C2440微控制器通过数据线与声光报警模块连接。本发明与现有技术相比具有以下主要的优点
1.因为应用了 ZigBee网络所以每一类数据采集单元都有对应的地址，在这个无线局 域网中对应的地址是唯一的，这样当数据采集单元出现故障时，就可以轻松的找到它加以 更换。2.现有的多角度监控方式多采用有线，这样监控具有局限性，同时也浪费了不必 要的材料。本发明的无线传输将会解决监控死角，不好放置等一系列问题。3.因为是基于无线局域网的监控方案，所以它的扩展性较好，可以实现多个局域 网相互融合，共享资源。例如图6和图7是分别来自两个局域网的数据，图6表示的是来自一个局域网的 对温度的监控数据；图7表示的是来自另一个局域网的GPS地理位置监控数据，其中红细线 为GPS定位的轨迹回放。两个数据可以同时发送到一个监控终端，实现两个局域网数据共享。总之，本发明能够实时了解移动载体的状态，从而对移动载体施行全方位的监控 与管理，可以实现多个局域网相互融合，共享资源。
图1为本发明实现基于无线局域网多角度监控的远程监控终端的电路图。图2为图1中ZigBee模块信号处理的流程图。图3为图1中STC微控器与ZigBee模块的电路连接图。图4为图1中ZigBee模块与S3CM40微控制器的电路连接图。图5为图1中STC微控器、STC微控器以及ZigBee模块之间的电路连接图。图6为温度传感器监控数据，该数据为一个局域网的历史数据。图7为GPS即地理位置监控数据，该数据为另一个局域网的历史数据。
具体实施例方式下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。本发明提供的实现基于无线局域网多角度监控的远程监控终端，其结构如图1所 示，主要由模拟传感器、数字传感器、GPS模块、STC微控制器、S3C2440微控制器、图像采集 模块和GPRS模块组成。其中模拟传感器通过数据线与STC微控制器连接；数字传感器 和GPS模块通过数据线经第一 MAX 232芯片与STC微控制器连接；STC微控制器通过数据 线经第二 MAX 232芯片与一个节点型ZigBee模块连接；S3CM40微控制器与另一个协调型 ZigBee模块通过串口方式连接，节点型ZigBee模块与协调型ZigBee模块通过无线的方式 相连，该S3CM40微控制器还通过数据线分别与SD卡、GPRS模块、图像采集模块连接。
所述模拟传感器安装在移动载体上，用于获取移动载体的模拟信息。该模拟传感器包 括采集移动载体的压力的压力传感器、采集移动载体的倾斜度的倾斜传感器、采集移动载 体的加速度的加速度传感器、采集移动载体的液位的液位传感器以及采集移动载体的二氧 化碳浓度的二氧化碳浓度传感器。所述数字传感器安装在移动载体上，用于获取移动载体的数字信息。该数字传感 器包括采集移动载体的温度的温度传感器，以及采集移动载体的湿度的湿度传感器。所述GPS模块安装在移动载体上，用于获取移动载体的地理位置信息。所述图像采集模块安装在移动载体上，用于获取移动载体的图像信息并将该图像 信息通过串口一帧一帧地传输到S3C2440微控制器。该图像采集模块可以为串口摄像头。所述STC微控制器包括模数转换器(ADC)、第一全双工异步串口(UATR1)、第二全 双工异步串口(UART2)，以及处理单元。其中模数转换器和第一全双工异步串口的输出 端均经处理单元与第二全双工异步串口的输入端连接，第一全双工异步串口的输入端和第 二全双工异步串口的输出端分别与第一 MAX 232芯片、第二 MAX 232芯片连接。模数转换 器的输入端与模拟传感器连接，用于将模拟传感器获取的模拟信息进行模数转换，得到模 拟一数字信息。所述处理单元用于将第二 MAX 232芯片输出的监控(传感器或GPS)数据， 经ZigBee模块形成的无线局域网传输到S3C2440微控制器所处的单元中，同时对数据进行 分析与解析。
所述第一 MAX 232芯片经第一全双工异步串口与数字传感器连接，该芯片将数字 传感器获取的数字信息进行电平转换，转换成处理单元所适应的TTL电平，其中电平1表示 5V,电平0表示0V。TTL电平是进入串口的默认电平，是STC微控制器或S3C2440微控制器中所适应的 处理电平，也就是说只有这种电平，STC微控制器和S3C2440微控制器才能正常工作。所述第一 MAX 232芯片还经第一全双工异步串口与GPS模块连接，该芯片将所述 GPS模块获取的地理位置信息进行电平转换，转换成处理单元所适应的电平。所述第二 MAX芯片，其作用是将STC微控制器所适应的TTL电平转化为串口传输 所适应的模式，然后通过第二全双工异步串口传输到ZigBee模块中。所述S3C2440微控制器与ZigBee模块、图像采集模块以及SD卡连接，用于将所述 图像采集模块获取的图像信息、所述ZigBee模块发送的精确的地理位置信息、模拟一数字 信息和数字信息存储至SD卡中，并将所述精确的地理位置信息、模拟一数字信息、数字信 息以及图像信息分别与对应的预置阀值作比较，当所述精确的地理位置信息、模拟一数字 信息、数字信息或图像信息超过对应的预置阀值时，发送报警命令至声光报警模块，同时将 所述超过预置阀值的精确的地理位置信息、模拟一数字信息、数字信息、或图像信息发送至 GPRS模块，使监控中心能接收该信息。所述声光报警模块与S3C2440微控制器连接，用于根据S3C2440微控制器发送的 报警命令进行声光报警。该声光报警模块的电路组成及信号处理方式详见专利文献1 (王 永红、张丽丽、戴学丰、刘树东，基于ARM微处理器的语音报警系统设计与实现[J]，齐齐哈 尔大学学报，2007，23(1) :89-91)。所述GPRS模块与S3C2440微控制器以及监控中心连接，用于接收所述监控中心 的数据发送命令，并根据所述数据发送命令将所述S3C2440微控制器中精确的地理位置信 息、模拟一数字信息、数字信息，以及图像信息发送至监控中心。由上述技术方案可知，本发明可以实现对移动载体(运输设备和/或被运货物)进 行多角度的监控，能获取移动载体多角度的信息，如移动载体的的压力、倾斜度、加速度、液 位和二氧化碳浓度等模拟信息、温度和湿度等数字信息以及图像信息。所述多角度的信息， 经ZigBee模块、S3CM40微控制器和GPRS模块传输至监控中心，由于多角度的信息较为丰 富，能充足反映移动载体的当前状态，因此监控中心根据所述多角度信息能实时且真实了 解移动载体的状态，从而对移动载体施行点、线、面的全方位的监控与管理。此外，本发明S3CM40微控制器与STC微控制器通过ZigBee模块连接后，由于 ZigBee局域网确保数据传输安全、高效，因此可将所述多角度的信息与预置阀值做比较，当 多角度的信息超过预置阀值时，一方面声光报警模块产生声光报警，载体管理员可以即时 处理险情，遏止险情的发生，另一方面GPRS模块将超出预置阀值的信息转发至监控中心， 监控人员可以处理出现的险情。再者，所述SD卡能通过S3C2440微控制器存储STC微控制器发送的各类传感器 (模拟传感器、数字传感器、GPS模块)采集的传感数据以及图像采集模块采集的图像数据， 同时S3C2440微控制器可根据GPRS模块接收的监控中心发送的数据发送命令将存储在SD 卡中的传感数据和图像数据通过GPRS模块传输到监控中心。另外，监控中心可以通过WebGis系统将所述精确的地理位置信息发布到网上，并根据所述精确的地理位置信息对移动载体的历史运行轨迹进行回放。需要说明的是，所述STC微控制器还包括一缓存，该缓存可以存储所述模数转换 器输出的模拟一数字信息、所述第二 MAX232芯片输出的TTL电平地理位置信息、以及所述 第一 MAX 232芯片输出的数字信息，此时所述处理单元可以读取所述缓存存储的信息并对 信息进行处理。需要说明的是，所述S3C2440微控制器还包括一缓存，该缓存存储ZigBee模块发 送的精确的地理位置信息、模拟一数字信息和TTL电平数字信息以及所述图像采集模块获 取的图像信息，此时当所述GPRS模块接收到监控中心的数据发送命令时，将S3C2440微控 制器的缓存存储的信息发送至监控中心。本实施例STC微控制器可以采用STMicroelectronics公司的STC12C5A32S2芯 片，该芯片带有8通道、10位高速模数转换器(ADC)，速度可达25万次/秒；带有全双工异步 串口(如前面所述第一全双工异步串口、第二全双工异步串口)和通用I/O 口 36个。另外， 该芯片的处理单元工作频率为(Γ35ΜΗζ，时钟包括外部晶体和内部RC震荡器；带有最高可 达6 字节片内Flash程序存储器、1280字节片内RAM数据存储器；带有2路PWM，该2路 PWM可当2路D/A使用；带有4个16位定时器；带有硬件看门狗(WDI)；高速SPI串行通信 端口。采用该芯片，能降低开发成本，并使现场开发与系统升级变更加方便。本实施例S3CM40微控制器可以采用三星公司的S3C2440芯片，该芯片能控制图 像采集模块的采集频率和图像分辨率。具体地，作为一个可选方式，该芯片嵌套WINCE操作 系统，该芯片通过所述GPRS模块接收监控中心发送的图像采集控制命令，所述WINCE操作 系统根据所述S3C2440芯片接收的图像采集控制命令控制所述图像采集模块的图像采集 频率和分辨率。作为另一种可选方式，所述S3C2440芯片通过串口接收图像采集操作控制 指令(可用代码实现)，以控制图像采集模块的采集频率和图像分辨率。在本实施例中，所述ZigBee模块将STC微控制器与S3C2440微控制器连接在一 起，实现无线局域网连接，可以保证数据传输安全、高效。STC微控制器与ZigBee模块的电路连接如图3所示=ZigBee模块为协协调器型， 包括CC2530芯片、AMS1117芯片、sp3232芯片。STC微控制器依次通过CC2530芯片、sp3232 芯片与S3C2440微控制器相连。相应地，STC微控器与ZigBee模块之间的信号处理流程为
第一步，将ZigBee模块中的CC2530芯片的接收缓存区以及发送缓存区进行初始化； 第二步，STC微控制器的发送数据程序将STC微控制器的缓存区存储的数据取出，组成 信息帧，并将STC微控制器的ID地址填入帧头，然后将填充有帧头的信息帧经过sp3232芯 片发送至CC2530芯片的接收缓存区；
第三步，CC2530通过无线信道发送组网信号给它通信范围内的其他节点(主要是发送 给协调器节点)，如果有协调器节点在附近就把在数据帧头再加一个地址数据头，发送到 CC2530的发送缓存区中。第四步，发送到CC2530缓存中的数据，经过无线射频发送端口的中断，把数据通 过无线组网的形式发送到协调器节点。本实施例中，由于ZigBee模块具有不同的优先级，所以CC2530芯片中的发送缓 存区和接收缓存区存放不同优先级的信息帧，且由信息帧的优先级从高到低进行发送与接 收，信息帧的接收与发送是以中断的方式实现的。其流程如图2所示，具体如下步骤Si，初始化ZigBee模块的CC2530芯片中接收缓存区以及发送缓存区的信息
帧；
步骤S2，判断CC2530芯片的接收缓存区是否产生中断，如果否，继续下一步，如果是， 转步骤S5 ；
步骤S3，CC2530芯片发送组网信号，监测在它的通信范围内是否有同类模块或协调器 节点的发送缓冲区顺序发送相同优先级的信息帧；
步骤S4,判断信号发送是否完毕，如果是，转步骤Si,如果否，转步骤S3 ； 步骤S5，CC2530芯片的接收缓冲区优先发送中断信号，接收端(S3CM40芯片)根据中 断子程序读取CC2530芯片的接收缓存区内的信息帧；
步骤S6，发送组网信号，监测通信范围内是否有同类型节点或协调器节点，如果有就释 放CC2530芯片的接收缓存区，同时将缓存区的数据通过射频口发送出去，结束。下面说明ZigBee模块与S3C2440微控制器的电路连接原理。如图4所示，ZigBee模块的信息依次通过CC2530芯片、SP3232芯片、进入S3C2440 微控制器。相应地，ZigBee模块与S3C2440微控制器之间的信号处理流程为这个过程和 前面图3的处理过程类似。只是，利用S3C2440芯片中的初始化程序将CC2530芯片的接收 缓存区以及发送缓存区按照下述步骤进行初始化；
步骤1，从ZigBee网络来的信号帧通过RF_P，RF_N接口进入CC2530芯片缓存区，并进 行电气隔离，滤波然后将电气隔离后的信息帧通过串口发送到SP3232芯片缓存区。步骤2，SP3232芯片将接收的数据进行芯片电平转换，转换成S3C2440读取信息 所需要的格式，然后将这种格式的数据传送给S3C2440的接收引脚。步骤3，S3C2440微控制器的接收数据程序对CC2530芯片操作，并通过对WE和 RD引脚的控制读取接收缓存区数据，数据通过串行接口传输到S3C2440微控制器的缓存区 中。步骤4，CC2530芯片接收到S3CM40微控制器的请求命令后，CC2530的接收程序 启动接收命令；
步骤5，S3C2440微控制器的接收程序从S3C2440微控制器的接收缓存区中读取信息， 并将读取的信息存储在S3C2440微控制器的数据存储区。注意，本实施例中，信息从CC2530芯片的发送缓冲区到ZigBee局域网是由CC2530 芯片自动完成的；信息从ZigBee局域网到CC2530芯片的接收缓冲区也是由CC25300芯片 自动完成的。需要说明的是，CC2530芯片具有完成ZigBee通信协议所要求的全部特性。经过 简单ZigBee局域网连接的CC2530可完成ZigBee局域网的物理层和数据链路层的所有功 能。其硬件与软件设计可兼容基本ZigBee协议模式。图5为图像采集模块、GPRS模块、ZigBee模块以及S3CM40微控制器等的电路连 接图。其中，图像采集模块为串口摄像头，其通过URAT与S3C2440微控制器连接，实现图像 采集功能。以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施 例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。
权利要求
1.一种实现基于无线局域网多角度监控的远程监控终端，其特征是主要由模拟传感 器、数字传感器、GPS模块、STC微控制器、S3C2440微控制器、图像采集模块和GPRS模块组 成，其中模拟传感器通过数据线与STC微控制器连接；数字传感器和GPS模块通过数据线 经第一MAX 232芯片与STC微控制器连接；STC微控制器通过数据线经第二MAX 232芯片与 一个ZigBee模块连接，S3CM40微控制器与另一个ZigBee模块通过无线方式连接，S3CM40 微控制器通过数据线分别与SD卡、GPRS模块、图像采集模块连接。
2.如权利要求1所述的实现基于无线局域网多角度监控的远程监控终端，其特征在于 所述模拟传感器安装在移动载体上，用于获取移动载体的模拟信息。
3.如权利要求2所述的实现基于无线局域网多角度监控的远程监控终端，其特征在于 所述模拟传感器包括采集移动载体的压力的压力传感器、采集移动载体的倾斜度的倾斜传 感器、采集移动载体的加速度的加速度传感器、采集移动载体的液位的液位传感器或采集 移动载体的二氧化碳浓度的二氧化碳浓度传感器。
4.如权利要求1所述的实现基于无线局域网多角度监控的远程监控终端，其特征在于 所述数字传感器安装在移动载体上，用于获取移动载体的数字信息；该数字传感器包括采 集移动载体的温度的温度传感器，以及采集移动载体的湿度的湿度传感器。
5.如权利要求1所述的实现基于无线局域网多角度监控的远程监控终端，其特征在于 所述图像采集模块安装在移动载体上，用于获取移动载体的图像信息并将该图像信息通过 串口一帧一帧地传输到S3C2440微控制器。
6.如权利要求5所述的实现基于无线局域网多角度监控的远程监控终端，其特征在于 所述图像采集模块为串口摄像头。
7.如权利要求2或4或5所述的实现基于无线局域网多角度监控的远程监控终端，其 特征在于所述的移动载体为运输设备或被运货物。
8.如权利要求1所述的实现基于无线局域网多角度监控的远程监控终端，其特征在于 所述STC微控制器包括模数转换器、处理单元以及两个全双工异步串口，其中模数转换器 和第一全双工异步串口的输出端均经处理单元与第二全双工异步串口的输入端连接，第一 全双工异步串口的输入端和第二全双工异步串口的输出端分别与第一 MAX 232芯片、第二 MAX 232芯片连接；模数转换器的输入端与模拟传感器连接，用于将模拟传感器获取的模 拟信息进行模数转换，得到模拟一数字信息；所述处理单元将第二 MAX 232芯片输出的来 自传感器或GPS的监控数据，经ZigBee模块传输到S3C2440微控制器所处的单元中，同时 对监控数据进行分析与解析。
9.如权利要求8所述的实现基于无线局域网多角度监控的远程监控终端，其特征在于 所述第一 MAX 232芯片还与GPS模块连接，该芯片将所述GPS模块获取的地理位置信息进 行电平转换，转换成处理单元所适应的电平。
10.如权利要求1所述的实现基于无线局域网多角度监控的远程监控终端，其特征在 于所述S3C2440微控制器通过数据线与声光报警模块连接。
全文摘要
本发明涉及实现基于无线局域网多角度监控的远程监控终端，其主要由模拟传感器、数字传感器、GPS模块、STC微控制器、S3C2440微控制器、图像采集模块和GPRS模块组成；模拟传感器通过数据线与STC微控制器连接；数字传感器和GPS模块通过数据线经第一MAX232芯片与STC微控制器连接；STC微控制器通过数据线经第二MAX232芯片与一个ZigBee模块连接；S3C2440微控制器与另一个ZigBee模块通过串口方式连接，并且由数据线分别与SD卡、GPRS模块、图像采集模块连接。本发明能够实时了解移动载体的状态，从而对移动载体施行全方位的监控与管理，实现多个局域网相互融合，共享资源。
文档编号H04N5/225GK102118444SQ20111004698
公开日2011年7月6日 申请日期2011年2月28日 优先权日2011年2月28日
发明者吕植勇, 宗成强, 彭小玓, 杜柯, 熊迹 申请人:武汉理工大学