专利名称：基于无线传感器网络的儿童警报车载系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种报警系统，尤其涉及一种用于检测车内儿童遗留情况并对其进行无线报警的车载系统。
背景技术：
针对日益增多的儿童因被遗留在汽车内而失去生命的现象，美国一些技术公司发明了一些车载设备，提醒车主在下车时不要忘记将孩子带出。如，美国宇航局研制的一种“儿童传感器”，将其安装在汽车坐垫下面，车主下车时，传感器感到坐垫上重量变轻，就会响10下，提醒车主留意是否留有儿童在车上；另一种设备叫“儿童备忘者”，将其安装在儿童汽车坐椅固定用的卡子上，只要将儿童汽车座椅安装在汽车上，系统便会被激活，车主下车后离开车3米远，警报就会响起，提醒车主将孩子带走。这些车载设备都有一定缺陷，如信息获取方式单一，容易造成错误判断；有效报警距离短，当汽车距离车主或路人比较远时，发出的警报可能不会被注意到。因此这些设备在科技界和汽车企业难以推广普及。
发明内容
本发明的目的，在于结合无线传感器网络技术，提供一种结构简单、成本低、可配置的基于无线传感器网络的儿童警报车载系统及方法，其可对车内儿童遗留情况进行有效检测并利用无线方式对车主进行实时报警。为了达成上述目的，本发明的解决方案是
一种基于无线传感器网络的儿童警报车载系统，包括数个车载子节点模块、汇聚节点模块和手机终端；
车载子节点模块安装在汽车中，汇聚节点模块安装在车库或停车场中，所述各车载子节点模块和汇聚节点模块采用星型网络拓扑方式进行组网，并利用ZigBee技术进行无线通信及数据传输；
所述汇聚节点模块利用GSM网络将报警信息以短信形式发送至手机终端。上述车载子节点模块包括第一供电模块、用于检测车内儿童遗留情况的数据采集模块和ZigBee模块，第一供电模块采用电池为数据采集模块和ZigBee模块供电；数据采集模块包括传感器模块和信号调理电路，所述传感器模块与信号调理电路连接，将感测到的信号送入信号调理电路，然后将由信号调理电路处理后的信号送入ZigBee模块进行综合分析处理，以得到是否有儿童遗留在车中的准确判断，若确定为报警信息，则将该报警信息上传至汇聚节点模块。上述传感器模块包括声音传感器、热释电红外传感器和压力传感器，均与信号调理电路连接，所述声音传感器安装在离儿童比较近的地方，以便检测到儿童发出的声音；热释电红外传感器安装在正对着儿童的地方，以便检测到儿童发出的红外辐射；压力传感器安装在儿童的座椅下，当儿童坐在座椅上时检测到压力。上述汇聚节点模块包括供电模块、ZigBee模块和GSM模块，其中，供电模块采用5V稳压电源为ZigBee模块和GSM模块供电；GSM模块用于实现短信报警功能，其通过GSM网络与手机终端进行通信。一种基于无线传感器网络的儿童警报方法，包括如下步骤
(1)在车库或停车场中设置汇聚节点，在汽车中设置车载子节点；
(2)汇聚节点与各车载子节点采用星型网络拓扑方式进行组网，并利用ZigBee技术进行无线通信及数据传输；
(3)当汽车进入车库或停车场，车载子节点检测周围是否存在无线网络，当检测存在时，申请入网，汇聚节点为该子节点分配网络地址，进行连接；
(4)车载子节点对目标信息进行探测并对探测结果进行综合分析处理，以得到是否有儿童遗留在车中的准确判断，若确定为报警信息，则通过ZigBee无线传感器网络上传至汇聚节点；
(5)汇聚节点接收到报警信息，通过GSM网络发送报警短信至手机终端。上述步骤(2)中，汇聚节点充当协调器，选择合适的信道建立网络，建网成功后进入无线监控状态，实时接收来自车载子节点发出的入网请求。上述步骤(4)中，车载子节点对目标信息进行探测，然后对探测结果进行预处理，再进行基本可信度分配；然后利用D-S融合规则融合各基本可信度分配值；最后按照决策准则，得到最终决策结果，得到是否有儿童遗留在车中的准确判断。采用上述方案后，本发明具有以下特点
(1)节点结构简单，布线方便，易安装维护；
(2)节点之间采用ZigBee技术进行通信，使节点具有通信可靠、耗电低、成本低等优占.
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(3)采用无线方式，网络可扩展性强，可以根据用户不同的需求对节点进行配置，增减车载子节点的数量以及改变节点布置的位置或改变传感器的类型，以适应个性化产品的需求；
(4)采用GSM短信方式进行报警，进一步降低系统的成本，提高报警的实时性，而且使报警距离不再受限，整个系统从而具有更高的灵活性；
(5)采用多传感器信息融合技术，综合来自节点中各个传感器的信息，利用融合方法进行数据分析和处理，可以消除单传感器的局限性，提高系统报警的可靠性。
图1是本发明的总体结构示意图2是本发明中车载子节点模块的结构示意图；图3是本发明中汇聚节点模块的结构示意图；图4是本发明中车载子节点模块的工作流程图；图5是本发明中汇聚节点的工作流程图；图6是本发明中多传感器信息融合的原理框图。
具体实施例方式以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明提供一种基于无线传感器网络的儿童警报车载系统，包括数个车载子节点模块101、汇聚节点模块102和手机终端103，其中，车载子节点模块101安装在汽车中，具体可以安装在经常载有儿童的汽车中，如私家车、校车等，节点中的传感器根据具体情况进行布置；汇聚节点模块102安装在车库或停车场中，一旦汽车停在车库或停车场中，该汇聚节点模块102允许车中的车载子节点模块101入网，并与其进行通信，所述各车载子节点模块101和汇聚节点模块102利用ZigBee技术进行无线通信及数据传输；汇聚节点模块102利用GSM网络将报警信息以短信形式发送至手机终端103。参见图2，车载子节点模块101包括供电模块201，数据采集模块202和ZigBee模块203，其中，供电模块201采用电池供电，为数据采集模块202和ZigBee模块203提供电源动力。数据采集模块202用于检测车内儿童遗留情况，由传感器模块204和信号调理电路205组成，其中，传感器模块204包括声音传感器、热释电红外传感器和压力传感器，均与信号调理电路205连接，将感测到的信号送入信号调理电路205，具体而言，声音传感器可安装在离儿童比较近的地方，以便检测到儿童发出的声音；热释电红外传感器可安装在正对着儿童的地方，并配合菲涅尔透镜调节好检测角度和距离，以便检测到儿童发出的红外辐射；压力传感器安装在儿童的座椅下，当儿童坐在座椅上时，可以检测到压力。信号调理电路205对由传感器模块204采集的信号进行相应的处理，以得到符合要求的信号，然后通过模拟或数字接口送入ZigBee模块203。ZigBee模块203主要包括数据处理模块和无线收发模块，具体实现上可以CCM30为核心部件，在该芯片上整合ZigBee射频前端、内存和8051微控制器，可对经过信号调理电路处理后的信号进行综合分析处理，以得到是否有儿童遗留在车中的准确判断，若确定为报警信息，则将该报警信息通过无线收发模块上传至汇聚节点模块102 ；所述无线收发模块上还可安装天线，从而实现无线收发。如图3所示，汇聚节点模块102包括供电模块301、ZigBee模块302和GSM模块303，其中，供电模块301采用5V稳压电源为ZigBee模块302和GSM模块303供电。ZigBee模块302的结构与ZigBee模块203的结构类似，也包括数据处理模块和无线收发模块，实现时以CCM30为核心部件，在该芯片上整合ZigBee射频前端、内存和8051微控制器，进行数据处理。GSM模块303用于实现短信报警功能，其通过GSM网络与手机终端103进行通信。本发明所采用的ZigBee无线传感器网络采用简单的星型拓扑方式进行组网。在该网络中，汇聚节点模块102充当协调器，负责网络的建立与管理，与各车载子节点模块101进行无线通信并通过GSM网络与手机终端103进行通信；车载子节点模块101充当终端节点，加入汇聚节点模块102建立的网络，利用节点中的多传感器进行信息采集，并对采集信息进行处理，若确定为报警信息，则上传至汇聚节点模块102。参见图4，汇聚节点模块102的工作流程是这样的上电后汇聚节点模块先进行初始化，包括硬件配置初始化、软件配置初始化等；接着选择合适的信道，建立一个网络，建网成功后，进入无线监控状态；当收到车载子节点模块发出的入网请求后，汇聚节点模块为该车载子节点模块分配网络地址，建立连接；当子节点向汇聚节点模块发送报警信息时，协调器接收信息并通过GSM网络发送报警短信至手机终端103。
参见图5，车载子节点模块的工作流程是这样的上电后，车载子节点模块对硬件和软件配置进行初始化操作；当检测到无线网络时，申请入网；入网成功后，开始利用节点上的多传感器周期性采集信息，利用多传感器信息融合技术对信息进行处理后，若确定是报警信息，则发送信息至汇聚节点模块。参见图6，信号调理电路利用多传感器信息融合技术对信息进行处理的基本过程是这样的融合技术采用的是D-S证据理论方法。在传感器节点中，数据采集模块集合了声音、热释电红外和压力三种传感器。首先，车载子节点模块中的三种传感器分别对目标信息进行探测，然后对探测结果进行预处理，再赋予0到1之间的概率分配值，即基本可信度分配；然后利用D-S融合规则融合各传感器的基本可信度分配值；最后按照决策准则，得到最终决策结果。综上，本发明儿童车载警报系统的工作过程是首先，汇聚节点模块进行组网，当有车载子节点模块进入网络范围时，立即向汇聚节点模块发出入网请求；入网成功后，车载子节点模块开始工作，节点中的多传感器开始采集车内信息并进行融合处理；一旦融合结果达到报警指标，立刻通过ZigBee网络将报警信息发送至汇聚节点模块，汇聚节点模块启动GSM模块，及时将报警信息通过短信发送至车主或管理人员的手机终端，从而可使儿童迅速得到救援。另外，基于前述儿童警报车载系统，本发明还提供一种基于无线传感器网络的儿童警报方法，包括如下步骤
(1)在车库或停车场中设置汇聚节点，在汽车中设置车载子节点；
(2)汇聚节点与各车载子节点采用星型网络拓扑方式进行组网，并利用ZigBee技术进行无线通信及数据传输，组网时，汇聚节点充当协调器，选择合适的信道建立网络，建网成功后进入无线监控状态，实时接收来自车载子节点发出的入网请求；
(3)当汽车进入车库或停车场，车载子节点检测周围是否存在无线网络，当检测存在时，申请入网，汇聚节点为该子节点分配网络地址，进行连接；
(4)车载子节点对目标信息进行探测并对探测结果进行综合分析处理，以得到是否有儿童遗留在车中的准确判断，具体的判断过程是
车载子节点首先对目标信息进行探测，对探测结果进行预处理，再进行基本可信度分配；然后利用D-S融合规则融合各基本可信度分配值；最后按照决策准则，得到最终决策结果，得到是否有儿童遗留在车中的准确判断；
若确定为报警信息，则通过ZigBee无线传感器网络上传至汇聚节点；
(5)汇聚节点接收到报警信息，通过GSM网络发送报警短信至手机终端。需要特别指出的是，对实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种基于无线传感器网络的儿童警报车载系统，其特征在于包括数个车载子节点模块、汇聚节点模块和手机终端；车载子节点模块安装在汽车中，汇聚节点模块安装在车库或停车场中，所述各车载子节点模块和汇聚节点模块采用星型网络拓扑方式进行组网，并利用ZigBee技术进行无线通信及数据传输；所述汇聚节点模块利用GSM网络将报警信息以短信形式发送至手机终端。
2.如权利要求1所述的基于无线传感器网络的儿童警报车载系统，其特征在于所述车载子节点模块包括第一供电模块、用于检测车内儿童遗留情况的数据采集模块和ZigBee模块，第一供电模块采用电池为数据采集模块和ZigBee模块供电；数据采集模块包括传感器模块和信号调理电路，所述传感器模块与信号调理电路连接，将感测到的信号送入信号调理电路，然后将由信号调理电路处理后的信号送入ZigBee模块进行综合分析处理，以得到是否有儿童遗留在车中的准确判断，若确定为报警信息，则将该报警信息上传至汇聚节点模块。
3.如权利要求2所述的基于无线传感器网络的儿童警报车载系统，其特征在于所述传感器模块包括声音传感器、热释电红外传感器和压力传感器，均与信号调理电路连接，所述声音传感器安装在离儿童比较近的地方，以便检测到儿童发出的声音；热释电红外传感器安装在正对着儿童的地方，以便检测到儿童发出的红外辐射；压力传感器安装在儿童的座椅下，当儿童坐在座椅上时检测到压力。
4.如权利要求1所述的基于无线传感器网络的儿童警报车载系统，其特征在于所述汇聚节点模块包括供电模块、ZigBee模块和GSM模块，其中，供电模块采用5V稳压电源为ZigBee模块和GSM模块供电；GSM模块用于实现短信报警功能，其通过GSM网络与手机终端进行通信。
5.一种基于无线传感器网络的儿童警报方法，其特征在于包括如下步骤(1)在车库或停车场中设置汇聚节点，在汽车中设置车载子节点；(2)汇聚节点与各车载子节点采用星型网络拓扑方式进行组网，并利用ZigBee技术进行无线通信及数据传输；(3)当汽车进入车库或停车场，车载子节点检测周围是否存在无线网络，当检测存在时，申请入网，汇聚节点为该子节点分配网络地址，进行连接；(4)车载子节点对目标信息进行探测并对探测结果进行综合分析处理，以得到是否有儿童遗留在车中的准确判断，若确定为报警信息，则通过ZigBee无线传感器网络上传至汇聚节点；(5)汇聚节点接收到报警信息，通过GSM网络发送报警短信至手机终端。
6.如权利要求5所述的一种基于无线传感器网络的儿童警报方法，其特征在于所述步骤(2)中，汇聚节点充当协调器，选择合适的信道建立网络，建网成功后进入无线监控状态，实时接收来自车载子节点发出的入网请求。
7.如权利要求5所述的一种基于无线传感器网络的儿童警报方法，其特征在于所述步骤(4)中，车载子节点对目标信息进行探测，然后对探测结果进行预处理，再进行基本可信度分配；然后利用D-S融合规则融合各基本可信度分配值；最后按照决策准则，得到最终决策结果，得到是否有儿童遗留在车中的准确判断。
全文摘要
本发明公开一种基于无线传感器网络的儿童警报车载系统，包括数个车载子节点模块、汇聚节点模块和手机终端；车载子节点模块安装在汽车中，汇聚节点模块安装在车库或停车场中，所述各车载子节点模块和汇聚节点模块采用星型网络拓扑方式进行组网，并利用ZigBee技术进行无线通信及数据传输；所述汇聚节点模块利用GSM网络将报警信息以短信形式发送至手机终端。此种警报系统结合无线传感器网络技术，结构简单、成本低、可配置，可对车内儿童遗留情况进行有效检测并利用无线方式对车主进行实时报警。本发明还公开一种基于无线传感器网络的儿童警报方法。
文档编号H04W4/14GK102572156SQ20121000736
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月11日 优先权日2012年1月11日
发明者吴杰, 曹秀岚, 田裕鹏 申请人:南京航空航天大学