基于红外传感器的范围性生物入侵预警系统的制作方法

本发明涉及基于红外传感器的范围性生物入侵预警系统，主要应用于安防、军事作战、电力系统、野外露营等领域。

背景技术：

传统的防生物入侵多采用站岗方式，通过人来判断是否由生物入侵，然后拉动警报。近年来随着传感器元件性能的改进与增强，新方法与新技术被不断引入生物运动定位领域，其中较为典型的是红外检测技术，这种检测技术通过红外传感器检测到一定波长的红外光谱，并将其转化为定量的电信号，从而检测出生物位置等信息。

红外检测技术从被感知信号源来区分，可分为主动式红外检测方法和被动式红外检测方法。主动式红外检测方法分为发射(投光器)和接收(受光器)两部分，投光器和受光器之间投射人眼不可见的红外光，通过红外敏感材料接收红外光谱，这类检测方法主要应用于入侵检测领域，属于点对点式检测。

相比主动式红外感知系统，被动式红外检测方法不需要主动发射单元，仅靠接收单元独立工作，通过接收生物辐射的红外信号，受激发产生电信号，通过放大电路输出，具有探测范围广的特点，但生物所处距离位置无法获知。

目前防生物入侵多采用主动式红外检测方法来确定生物所处的位置，然而该方法所检测的范围仅在于发射器和接收器之间，范围太窄，无法呈范围性检测。

鉴于此，本发明人为此研制出基于红外传感器的范围性生物入侵预警系统，有效的解决了上述问题，本案由此产生。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供基于红外传感器的范围性生物入侵预警系统，该系统能够范围性的检测是否有生物入侵，并确定生物入侵所处的大概位置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

基于红外传感器的范围性生物入侵预警系统，包括：

遍布于监测区域内的多个监测节点，相邻的所述监测节点之间的监测范围具有重叠区；

每个所述监测节点均具有无线传输模块和用于实时采集生物热辐射信息的红外传感器，所述无线传输模块实时将包括所述红外传感器采集的信号数据和所述监测节点位置信息数据的监测数据传输至网关；以及

与网关通信连接的具有显示功能的监测设备，所述监测设备用于接收所述网关发送来的所述监测数据并判断生物入侵位置并显示。

作为可选的进一步改进，所述监测设备为具有定位模块的移动终端设备，依靠所述移动终端设备来获取各所述监测节点的位置信息并记录。

作为可选的进一步改进，所述监测节点布设于以所述监测区域中心为圆心的至少两个同心圆上。

作为可选的进一步改进，所述监测设备用于根据入侵生物距离所述监测区域中心的距离不同而分为不同级别的警戒区，不同级别的所述警戒区以所述同心圆中一个或多个为界来划分；

所述监测设备具有报警单元，所述报警单元用于根据入侵生物所处警戒区的不同而发出不同级别的报警信息。

作为可选的进一步改进，所述监测设备还用于根据所述生物入侵位置生成该生物的入侵运动轨迹。

作为可选的进一步改进，所述监测设备还用于基于卡尔曼滤波算法来处理接收到的所述监测数据。

作为可选的进一步改进，所述监测设备根据所述监测节点的监测数据判断生物入侵位置的方法为：

之间两两相邻的各所述监测节点检测到生物入侵时，以所述之间两两相邻的各监测节点的几何中心作为生物入侵位置。

作为可选的进一步改进，所述监测设备还用于判断入侵生物的数量，判断方法为：

同一时刻，相邻位置仅单个监测节点检测到生物入侵则将该单个监测节点作为一组，以及之间两两相邻的各所述监测节点检测到生物入侵则将该各所述监测节点也作为一组，生物入侵的数量等于形成组的组数量。

作为可选的进一步改进，所述监测设备还用于基于生物入侵的数量建立数量相同的数组模块，同一入侵生物的位置信息存储于同一数组模块；

所述监测设备用于根据所述数组模块存储的位置信息生成对应入侵生物的运动轨迹。

作为可选的进一步改进，所述监测设备判断入侵生物的数量增加时，增加相应增加数量的所述数组模块来存储新增加的入侵生物位置信息，增加的入侵生物位置信息包括以下两种情况中的至少一种：

第一种，新增入侵生物的位置信息位于监测区域的最外围，则直接将该入侵生物的当前位置信息存储；

第二种，新增入侵生物的位置信息为从原入侵生物的位置信息中分化出，则将之前原入侵生物的位置信息和该新增入侵生物的当前位置信息一起存储于新增数组模块。

采用上述方案后，本发明通过遍布于监测区域内的多个监测节点来实时获取生物入侵信息，监测设备则依据监测节点自身的位置信息来确定入侵生物所在大概位置，并显示。因此本发明能够范围性的检测是否有生物入侵，从而实现范围性的生物入侵检测，确定生物入侵所处的大概位置。

附图说明

图1是本实施例监测布置示意图；

图2是本实施例主要系统工作流程图；

图3是本实施例判断生物入侵数量及每个入侵生物位置信息确定和存储的工作流程图；

图4是本实施例入侵轨迹分化后的轨迹图。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

如图1所示，是本发明一较佳实施例揭示的基于红外传感器的范围性生物入侵预警系统，包括遍布于监测区域100内的多个监测节点10，相邻的监测节点10之间的监测范围具有重叠区，以保证监测无盲区。

每个监测节点10均具有无线传输模块和红外传感器，红外传感器为热释电红外传感器，用于实时采集其检测范围内的生物热辐射信息，其中红外传感器采集的信号数据和监测节点10位置信息数据打包形成监测数据，无线传输模块实时将监测数据传输至网关20，本实施例优选的无线传输模块为采用zigbee无线技术的cc2530芯片。监测节点10通过stm8单片机对红外传感器采集的信号数据进行初步处理，然后将其和对应的监测节点10的位置信息数据打包形成监测数据。

还包括监测设备30，监测设备30与网关20通信连接并具有显示功能，通信方式优选采用蓝牙通信，网关20将监测数据实时发送至监测设备30，监测设备30用于根据接收到的监测数据判断生物入侵位置并显示。最好的，监测设备30还基于卡尔曼滤波算法来处理接收到的所有监测数据，以滤除掉噪声等干扰信息，从而判断出生物入侵的位置信息。

由此通过遍布于监测区域100内的多个监测节点10来实时采集生物入侵信息，监测设备30则依靠监测节点10自身的位置信息来确定入侵生物所在大概位置，并显示，从而实现范围性的生物入侵检测，确定生物入侵所处的大概位置。因此布置的监测节点10数越多，其入侵生物的位置判断精度越高。

为了能够在监测设备30上直观观察生物入侵，监测设备30还用于根据生物入侵位置生成该生物的入侵运动轨迹。

对于其中一较佳实施例，监测设备30选择具有定位模块的移动终端设备，依靠移动终端设备来获取位置信息，比如采用gps定位系统的手机。对于野外临时布置的监测区域100，即可依靠该移动终端设备来布置各监测节点10，并记录各监测节点10的位置信息。

各监测节点10的位置最佳的为，布设于以监测区域100中心为圆心的至少两个同心圆上，如此步骤后，区域性划分明显，且可依序布置。比如图1所示，直径14米的内圆40上均匀间隔布置8个监测节点10，直径25米的外圆50上均匀间隔布置16个监测节点10。

其中最佳的，监测设备30用于，根据入侵生物距离监测区域100中心的距离不同而分为不同级别的警戒区，不同级别的警戒区以同心圆中一个或多个为界来划分。比如图1所示，以内圆40和外圆50为界，外圆50以外的监测区域100为预警区101，外圆50和内圆40之间的监测区域100为缓冲区102，内圆40以内的监测区域100为危险区103，即警戒区划分为预警区101、缓冲区102和危险区103。

监测设备30具有报警单元，报警单元用于根据入侵生物所处警戒区的不同而发出不同级别的报警信息，比如，入侵生物被判断处于预警区101时报警单元发出低频报警，入侵生物被判断处于缓冲区102时报警单元发出中频报警，入侵生物被判断处于危险区103时报警单元发出高频报警。

由于本实施例选择的红外传感器是采集其检测范围内的生物热辐射信息，因此该红外传感器并不能准确的确定入侵生物的具体位置，只能依此来判断该红外传感器的检测范围内有入侵生物。为此进行如下设计，本实施例监测设备30根据接收到的监测数据判断生物入侵位置的方法为：一、相邻位置仅监测节点10检测到生物入侵时，以所述监测节点10的位置信息作为生物入侵位置；二、之间两两相邻的各监测节点10检测到生物入侵时，以所述之间两两相邻的各监测节点10的几何中心作为生物入侵位置。

其中之间两两相邻指的是任意一个监测节点10的检测范围均需与其它监测节点10的检测范围有重合，比如图1中显示最多的，两个监测节点10之间相邻，三个检测节点之间两两相邻。

几何中心的算法本实施例列举最为常见的四种情况：

同一时间，当入侵生物进入监测区域100内，仅被a监测节点10所检测到，则以a监测节点10坐标为(xi,yi)作为入侵生物的位置坐标，并记录。

同一时间，当入侵生物进入监测区域100内，被a、b两相邻监测节点10所检测到，计算此时该两个监测节点10的坐标的均值，得出当前被测生物的所在位置。设a监测节点10坐标为(xi，yi),b监测节点10坐标为(xj，yj),此时取得a、b监测节点10坐标的均值：此时，就可以得到入侵生物的位置坐标(x,y)，并记录该坐标数据作为当前入侵生物的位置信息。

同一时间，当入侵生物被a、b、c三个两两相邻的监测节点10所检测到，设此时监测节点10坐标为a(xi，yi)、b(xj，yj)、c(xk，yk)。结合a和b两监测节点10坐标，连接求出其斜率：以及两点的中垂线斜率kb＝-1×ka，再结合a、c两监测节点10坐标，求出a和c直线斜率：其两点中垂线斜率为kd＝-1×kc，取得两条中垂线的交点，得到一个三监测节点10构成的三角形的外接圆，其圆心为该入侵生物的位置坐标并记录该坐标数据作为当前入侵生物的位置信息。

同一时间，当入侵生物被a、b、c、d四个两两相邻的监测节点10所感知，设其坐标分别为a(xi，yi)、b(xj，yj)、c(xk，yk)、d(xt，yt)。此时，任意取其中两个点，例如a和b，求其中点m坐标再取c和d的中点n坐标再次通过n和m求出中点坐标作为被测生物的坐标并记录该坐标数据作为当前入侵生物的位置信息。

作为其中一较佳实施例，监测设备30还用于判断入侵生物的数量，判断方法为：

同一时刻，相邻位置仅单个监测节点10检测到生物入侵则将该单个监测节点10作为一组，以及之间两两相邻的各所述监测节点10检测到生物入侵则也作为一组，生物入侵的数量等于形成组的组数量。此种判断方法只能将结伴而行的入侵生物判断为同一入侵生物。

为了便于生成生物入侵运动轨迹，监测设备30还基于上述判断得到的生物入侵数量，建立数量相同的数组模块，同一入侵生物的位置信息存储于同一数组模块，监测设备30根据该数组模块存储的位置信息生成对应入侵生物的运动轨迹。

其中，当监测设备30判断入侵生物的数量增加时，增加相应增加数量的数组模块来存储新增加的入侵生物位置信息。鉴于本实施例判断入侵生物数量的方法，因此增加的入侵生物位置信息包括以下两种情况：

第一种，新增入侵生物的位置信息位于监测区域100的最外围，则直接将该入侵生物的当前位置信息存储；

第二种，新增入侵生物的位置信息为从原入侵生物的位置信息中分化出，则将之前原入侵生物的位置信息和该新增入侵生物的当前位置信息一起存储于新增数组模块，即原入侵生物为结伴而行，进入监测区域100之后分开而行，如图4所示。

以下结合图2说明本实施例的主要系统工作流程，工作流程包括：

s1-1布设各监测节点10后系统通电工作，可采用内置电池供电；红外传感器实时采集生物入侵的红外信息信号数据，以实时监测生物入侵。

s1-2红外传感器传输监测到的信号数据stm8并进行初步数据处理；stm8利用基于zigbee的cc2530芯片的无线传输模块把处理好的数据传输至网关20，其中处理好的数据即为监测数据，包括红外传感器采集的信号数据和所述监测节点10位置信息数据；网关20将监测数据归类后通过蓝牙传输至移动终端设备。

s1-3移动终端设备根据接收到的监测数据判断是否有生物入侵，判断有生物入侵时，移动终端设备基于卡尔曼滤波算法处理接收到的作为多源数据的所有监测数据，获得生物入侵的位置信息并显示运动轨迹，之后执行步骤s1-4；判断无生物入侵时，先判断监测节点10是否异常(比如是否有监测节点10未发送监测数据)，有异常则报告异常监测节点10信息，并使用备用监测节点10更换掉异常的监测节点10，无异常则执行步骤s1-7。

s1-4移动终端设备判断入侵生物是否处于预警区101，判断处于预警区101则报警单元发出低频报警；判断不处于预警区101，则执行步骤s1-5。

s1-5移动终端设备判断入侵生物是否处于缓冲区102，判断处于缓冲区102则报警单元发出中频报警；判断不处于缓冲区102，则执行步骤s1-6。

s1-6移动终端设备判断入侵生物是否处于危险区103，判断处于危险区103则报警单元发出高频报警，并执行步骤s1-7；判断不处于危险区103，则报告系统错误，记录错误日志。

s1-7人为判断是否关闭系统。

以下结合图3说明本实施例步骤s1-3中判断有生物入侵后，继续判断生物入侵数量及每个入侵生物位置信息确定和存储的一较佳实施例工作流程，工作流程包括：

s2-1判断有生物入侵后，开始创建一个数组模块。

s2-2接收网关20发送来的监测数据，判断检测到生物入侵的监测节点10形成一组的组数量n，如果n等于1则表示单生物入侵，继续用当前数据模块存储该组监测节点10的监测数据，然后执行步骤s2-3；如果n大于1则表示多生物入侵，然后执行步骤s2-2-1。

s2-2-1判断当前数组模块个数m是否等于n，如果m等于n，则继续使用m个数组模块用来存储n个入侵生物的位置信息数据，并执行步骤s2-3；如果n大于m，则新增n-m个数组模块用来存储n个入侵生物的位置信息数据，并执行步骤s2-3。

s2-3对上述检测到每一个入侵生物的一组监测节点10的监测数据进行分析得出当前入侵生物的具体位置；

判断该组监测节点10的监测节点10数量是否为1，如果是，则将该监测节点10的坐标(xi,yi)作为该生物的入侵位置，然后执行步骤s2-7；如果不是等于1，则执行步骤s2-4。

s2-4判断该组监测节点10的监测节点10数量是否为2，如果是，则将该两监测节点10的几何中心坐标作为该生物的入侵位置，然后执行步骤s2-7；如果不是等于2，则执行步骤s2-5。

s2-5判断该组监测节点10的监测节点10数量是否为3，如果是，则将该三个监测节点10的几何中心坐标作为该生物的入侵位置，然后执行步骤s2-7；如果不是等于3，则执行步骤s2-6。

s2-6判断该组监测节点10的监测节点10数量是否为4，如果是，则将该四个监测节点10的几何中心坐标作为该生物的入侵位置，然后执行步骤s2-7；对于本实施例上述距离的两同心圆布置的监测节点10来说，一般成组的监测节点10数最大为4，如果此时判断不等于4，则监测设备30提示异常。

s2-7对上述获得的该生物入侵位置信息存储记录于数组模块。

s2-8判断系统是否关闭，没关闭则执行步骤s2-2；关闭则结束。

以上仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的保护范围的限定。凡依本案的设计思路所做的等同变化，均落入本案的保护范围。