一种野生动物园自驾游览区游客导览及安全保护系统的制作方法

本实用新型涉及智能监控、安全防范及自动化管理的技术领域，具体是一种野生动物园自驾游览区游客导览及安全保护系统。

背景技术：

随着人们生活水平的提高，我国很多大中城市都建设了不同规模的动物园及野生动物园，游客进园游览的人数也不断增加，其游览活动对于丰富人民的业余生活起到了积极的推进作用，使越来越多的人有机会观赏到以往只有在影视荧屏上才能够看到的多种野生动物及许多猛兽。

但是，近年来我国的多个野生动物园发生了野兽危及游客安全的事件，最严重的是北京八达岭野生动物园的老虎袭击游客，导致游客一死一重伤的恶性事件，据受伤游客反映，老虎袭击死者后，园方救助受害者、驱赶老虎不及时是导致游客死亡的直接原因。因此，在野生动物园猛兽自驾游览区内设置一个游客安全保护系统是十分必要的。

目前，我国多数猛兽自驾游览区的游客安全保护措施是进园之前与游客签订安全协议、在游览区内设置警示牌的方法，并没有一个健全的安全保护系统来保障游客的人身安全，因此出现猛兽伤人的事件就不足为奇了。因此，在野生动物园猛兽游览区，利用计算机技术、网络技术、无线通信技术构建一个先进的、自动化的游客安全保护系统迫在眉睫。

技术实现要素：

实用新型目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本实用新型的目的是提供一种野生动物园自驾游览区游客导览及安全保护系统，该系统实现了对进入野生动物园猛兽区自驾游览的车辆进行全方位的监控与管理，一方面实现了动物园对猛兽区自驾游览活动的自动化管理，另一方面也实现了对自驾游览游客的安全保护。

技术方案：为了达到以上目的，本实用新型所述的一种野生动物园自驾游览区游客导览及安全保护系统，包括了监控管理中心节点、网络路由器节点、红外信号发射器和车载多媒体终端节点；所述监控管理中心节点由一台PC机和一个协调器组成，所述PC机同协调器之间通过串口相连；所述网络路由器节点由一个主站通信模块和一个主站控制终端模块组成；所述车载多媒体终端节点包括了控制/通信模块及多个数据采集模块；所述车载多媒体终端节点直接或通过网络路由器节点与协调器进行无线数据传输；所述协调器中的远程通信模块通过串口将车载多媒体终端节点的数据传至上位机，所述车载多媒体终端节点中的红外接收器接收红外信号发射器发出的区域位置代码，并将自身的具体位置通过路由器发送给监控管理中心。本实用新型构建了一个以动物园管理中心为核心的游客安全保护与监控网络，可实现对多个游览区自驾游览车辆的自动化管理。其采用无线通信组网技术，将其节点分为协调器节点、路由器节点和终端节点3类。在本实用新型中，将动物园监控管理中心配置为协调器节点，在动物园每个猛兽游览区域中设置一个路由器节点，每台游客车辆上的用户多媒体终端装置则作为终端节点接入网络。从网络的角度而言，该网络是一个树簇型网络，由动物园监控管理中心（协调器节点）、多个游客游览区（路由器节点）及其中的游客自驾车辆（用户多媒体终端节点）组成。该网络以基于ZigBee技术的无线传感模块作为网络的基本单元，所选用模块的主控芯片为TI公司的CC2530，配以射频收发电路、外设电路、按键、指示灯等，按照其在网络中的角色和所起的作用不同，分别配置即成为协调器、路由器和网络终端节点。PC机同协调器通过串口相连，进行数据交换，PC机可通过其GUI界面对游客安全保护系统各路由器节点及用户终端节点进行监测和控制。路由器节点由一个主站通信模块和一个主站控制终端模块组成，负责参数设定、控制模式设定等现场操作，并对用户多媒体终端进行管理。用户多媒体终端装置由控制/通信模块及各种数据采集模块组成，主要完成现场自驾车辆、动物园管理车辆运行的数据采集工作。游客车辆进入猛兽区进行自驾游览之前，动物园管理人员把用户多媒体终端装置发放给游客并放置于自驾车辆内；协调器通过在网络中加入路由器，可将距离协调器较远处的路由器和终端节点吸纳进网络，扩大了无线传感网的控制范围。网络中的路由器的作用是搜寻网络并加入网络，它是一种支持关联的设备，能够实现其他节点的消息转发功能，本实用新型采用的是树簇形网络拓扑结构，故可以有多个路由器。其终端节点不具备吸收其他节点入网的功能，大量的终端节点直接放在被监控的现场车辆中，作为终端节点的外接传感器和输出放大电路，对现场车辆进行实时监控，并直接或通过路由器与协调器进行无线数据传输，接受协调器和监控管理中心上位机发来的控制命令。网络节点根据IEEE 802.15.4协议组成自组织无线传感网络，对车辆运行情况进行实时采集。由协调器中的远程通信模块通过串口将自驾游览区内的自驾车辆运行参数传至监控管理中心上位机，实现上位机对所保护的自驾游览车辆及系统运行的智能化管理与优化控制。现场的车载多媒体终端在无线传感网中属于终端节点，一方面根据采集到的信号对现场自驾车辆进行监测与控制，另一方面，通过无线通信网络将测得的数据直接或通过路由器传递给监控管理中心上位机。

本实用新型中所述监控管理中心节点的硬件包括了CC2530核心板和协调器底板；所述CC2530核心板是协调器底板和路由器底板公用的电路板，其上设有CC2530芯片。

本实用新型中所述CC2530芯片可直接插在协调器底板上调试，无需制作PCB底板；所述协调器底板通过USB、外部电源或者电池对CC2530芯片直接提供电源；所述协调器底板通过USB、RS232、RS485接口将CC2530的数据直接传送到PC机上。

本实用新型中所述网络路由器节点放置在不同游览区的固定位置，所述网络路由器节点包括了CC2530核心板和路由器底板，并采用5V直流电源供电。其根据公园地形和区域划分，网络路由器放置在不同游览区的固定位置，为该区域内的活动终端节点提供网络连接服务。

本实用新型中所述红外信号发射器设置在保护区内的固定位置上，包括了一颗MCU控制红外二极管电路。其应用NEC红外通信协议发送子游览区的区域位置代码，车载多媒体终端的红外接收模块接收该代码后，通过路由器发送给监控管理中心，监控管理中心依此确定自驾游览车辆的具体位置。

本实用新型中所述车载多媒体终端节点包括了嵌入式多媒体系统主板，以及分别与嵌入式多媒体系统主板相连的红外接收模块、GPS定位模块、CAN/LIN通信模块和ZigBee通信模块。其为游客提供导览服务，通过车载多媒体终端可查看游览区的地形、车辆所处的位置、猛兽的数量和具体位置、天气预报、环境温度、风力以及实时推送信息等。

本实用新型中所述嵌入式多媒体系统主板包括了AM4376主处理器、2GB DDR3 SDRAM、4GB NAND FLASH内存以及一颗EEPROM芯片；所述嵌入式多媒体系统主板外部带有一个MicroSD卡槽和扩展接口，其卡槽通过SDMMC0接口和主控芯片连接，用以实现外部存储扩展；所述扩展接口包括了LCD显示、触摸控制模块和音频处理系统，其LCD显示和触摸控制模块用来实现图形化人机交互，在上层应用中实现如景区介绍、安全提示和信息输入等，其音频处理系统搭载一个扬声器用以播放语音提示和多媒体音频；所述嵌入式多媒体系统主板配备有一块4000mAh的锂电池包和充电电路，可以外接电源实现直接充电；所述嵌入式多媒体系统主板还包括了物理人机界面，所述物理人机界面包括一组物理按键和LED灯，用于显示各种工作状态和提示。

本实用新型中所述红外接收模块包括了红外接收器件和硬件电路，其用于接收固定红外信号发射器发出的位置信息。由于在特殊地形下，GPS定位可能会出现偏差或延迟，作为一种辅助定位手段，红外接收模块可以直接接收特定区域的专用红外信号信息，以明确游客多媒体终端的实际位置；所述GPS定位模块带有SIRF3芯片，其GPS定位模块搜集终端位置信息，通过Zigbee网络上传给控制中心，作为主要的位置数据，定位数据通过I2C接口发送给主控芯片。

本实用新型中所述ZigBee通信模块包括了CC2530主板和通信终端底板，其通过路由器收发各种控制指令和信息，受制于通信速率，媒体数据和音频数据保存在多媒体终端本地，通信仅作传送应用层信息和指令等；所述ZigBee通信模块和嵌入式多媒体系统主板之间采用SPI连接，从而便于设备维护以及扩展使用，应用层以下数据收发功能在CC2530中实现，控制器与多媒体主控制器使用自定义通信协议实现应用数据同步。

本实用新型中所述CAN/LIN通信模块包括了CAN/LIN转换芯片和电路，所述CAN/LIN通信模块通过车载OBD接口接入车身网络。其使得主机可以通过接入车内开放的CAN/LIN网络读取车辆信息，如车辆的具体位置、车辆行驶状态、车门开关状态等。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型中所述的一种野生动物园自驾游览区游客导览及安全保护系统，其实现了对进入野生动物园猛兽区自驾游览车辆的全方位的监控与管理，一方面实现了动物园对猛兽区自驾游览车辆的自动化管理，另一方面，实现了对自驾游览游客的安全保护。

2、本实用新型中所述的一种野生动物园自驾游览区游客导览及安全保护系统，其对游客而言，既可以通过多媒体终端装置进行自助服务，如车辆位置显示、区域环境信息查询、安全提示等，又能够安心游览，享受近距离观看各种猛兽的乐趣。

3、本实用新型中所述的一种野生动物园自驾游览区游客导览及安全保护系统，其监控管理中心可以收集游客信息、统一调度救援车辆、发布警示信息，以及实时消息推送；进入猛兽区进行自驾游览的游客，通过车载多媒体终端实时将自己所在的位置、安全状态等信息发送到监控管理中心，并可通过游客导览系统进行自助服务。

4、本实用新型中所述的一种野生动物园自驾游览区游客导览及安全保护系统，其将自动控制、计算机技术、无线通信技术相结合，对进入猛兽区自驾游览的游客进行导览、安全保护及游览区域全方位的自动化管理。

5、本实用新型中所述的一种野生动物园自驾游览区游客导览及安全保护系统，其按照树簇状网络拓扑结构，将现场的网络节点配置为3种类型，第一类为协调器节点，承担整个系统的管理工作；第二类为路由器节点，承担各封闭自驾游览区的管理及与监控管理中心通信的任务；第三类为用户终端节点，其作用是对游览保护区的自驾车辆运行状况进行监测，并通过网络将现场测得的数据通过路由器传递给协调器中的远程通信模块，从而利用各类模块组成了一个大规模实时监控现场设备的无线传感网络，在这个无线传感网中配置一个协调器，按照需要保护的猛兽自驾游览区的数量配置若干个路由器，按照进入猛兽自驾游览区的车辆数量，配置大量的用户终端节点。

附图说明

图1为本实用新型中游客导览及安全保护系统的模型图；

图2为本实用新型中游客导览及安全保护系统的结构原理图；

图3为本实用新型中车载多媒体终端节点的组成示意图；

图4为本实用新型中用户多媒体终端装置的硬件原理图。

图中：监控管理中心节点1、车载多媒体终端节点2、网络路由器节点3、红外信号发射器4、嵌入式多媒体系统主板21、红外接收模块22、GPS定位模块23、CAN/LIN通信模块24、ZigBee通信模块25。

具体实施方式

以下结合具体的实施例对本实用新型进行详细说明，但同时说明本实用新型的保护范围并不局限于本实施例的具体范围，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1-图4所示，本实施例的一种野生动物园自驾游览区游客导览及安全保护系统，包括了监控管理中心节点1、网络路由器节点3、红外信号发射器4和车载多媒体终端节点2。

上述各部件的连接关系如下：所述监控管理中心节点1由一台PC机和一个协调器组成，所述PC机同协调器之间通过串口相连；所述网络路由器节点3由一个主站通信模块和一个主站控制终端模块组成；所述车载多媒体终端节点2包括了控制/通信模块及多个数据采集模块；所述车载多媒体终端节点2直接或通过网络路由器节点3与协调器进行无线数据传输；所述协调器中的远程通信模块通过串口将车载多媒体终端节点2的数据传至上位机，所述车载多媒体终端节点2中的红外接收模块22接收红外信号发射器4发出的所在游览区的区域位置代码，将自身的具体位置通过路由器发送给监控管理中心。

本实施例中监控管理中心节点1利用PC机软件和协调器节点，实现对车辆位置和状态信息的收集，以及实时消息的推送。监控管理中心软件使用Visual C#在 Microsoft Visual Studio 2012开放环境下编写，VS2012支持Windows 8 Metro开发，其简洁、数字化、内容优于形式、强调交互的设计已经成为未来的趋势；在界面上，采用了彩色的图标和按照开发、运行、调试等环境区分的颜色方案；集成了ASP.NET MVC 4，全面支持移动和HTML5，其设计器完全能够支持C#表达式，实现了更好的生命周期管理，系统资源消耗小。监控管理中心节点1设置为网络中的协调器节点，为了便于设备维护以及扩展使用，本实施例中的节点硬件分为4部分，即CC2530核心板、协调器底板、路由器和终端节点底板。CC2530核心板是协调器底板和路由器底板公用的电路板，其上有CC2530芯片，监控管理中心节点采用了CC2530核心板和协调器底板。CC2530 结合了RF 收发器的优良性能，业界标准的增强型8051 CPU，系统内可编程闪存，8-KB RAM 和许多其它强大的功能。CC2530芯片集成了无线收发的射频元件及电路，可将其分为三部分，即CPU 和内存相关的模块；外设、时钟和电源管理相关的模块，以及无线电相关的模块；较之通用计算机系统，CC2530有软硬件可裁剪、功能灵活、体积小、成本低及可靠性高等优点。软件开发的平台化模块如下：

①CC2530核心板。CC2530单片机是一款完全兼容8051内核，同时支持IEEE 802.15.4协议的无线射频单片机。CC2530核心板集成了CC2530芯片正常工作时所有的外部电路（包括SMA接口，以连接2.4G天线）。本实用新型采用TI公司的CC2530F256核心芯片。

②协调器底板。协调器底板是配合TI公司的CC2530核心芯片使用和研发的底板，主要提供如下功能：（1）把CC2530芯片直接插在底板上调试，无需制作PCB底板；（2）通过 USB或者外部电源（或者电池）对CC2530芯片直接提供电源；（3）提供USB、RS232、RS485接口，把CC2530的数据直接传送到PC上；（4）提供CC2530的debug接口，可以在IAR的开发环境下在线调试CC2530；（5）提供LED灯和按键，可以辅助调试协议栈中的绑定等功能；（6）可以引出CC2530所有的I/O到插座，可以方便地配合其他板子。本实用新型的协调器节点采用协调器底板和CC2530核心板的组合。因此编写协调器程序，并下载至CC2530核心板里即成为协调器节点。

③软件设计。协议定义的是一系列的通信标准，通信双方需要共同遵循这一标准进行正常的数据收发，协议栈是协议的具体实现形式，将各个定义的协议都集合在一起，以函数的形式实现，并给用户提供一些应用层API，供用户调用。

本实施例中的无线传感器网络的软件部分的工作，主要是开发协议栈的应用程序，所采用的编程语言为C语言；无线传感网络中的数据采集，只需在应用层中加入传感器的读取函数；出于节能考虑，本实用新型根据数据采集周期进行定时，定时时间到就唤醒终端节点，终端节点唤醒后就自动采集传感器数据，然后将数据发送给路由器或直接发给协调器。

本实施例根据公园地形和区域划分，将网络路由器放置在不同游览区的固定位置，为该区域内的活动终端节点提供网络连接服务；网络路由器使用CC2530核心板和路由器底板实现，采用5V直流电源供电。

本实施例由于GPS信号定位精度和网络切换延时等因素，红外信号发射器4提供了对定位信息搜集的一种补充。根据公园地形特点和区域划分，红外信号发射器4直接将区域位置信息发送给照射范围内的活动节点。

本实施例采用无线传感网络与自动控制技术相结合的方法构建了一个动物园猛兽区自驾游览游客安全保护监控管理网络。由于系统中的自驾车辆布局比较分散，所以在需要监测的每个游客车辆及动物园管理、救护车辆上安装车载多媒体终端节点2，并配置合适的传感器，各个节点之间采用无线通信方式组网，这不但能够大大节省布线的成本，而且能增强数据通信的稳定性，简化系统的结构。本实施例中车载多媒体终端节点2包括了嵌入式多媒体系统主板21，以及分别与嵌入式多媒体系统主板21相连的红外接收模块22、GPS定位模块23、CAN/LIN通信模块24和ZigBee通信模块25。

本实施例嵌入式多媒体系统由以ARM Cortex A9 为核心的AM4376芯片为基础设计。多媒体处理主板使用TI AM4376 ARM Cortex A9主处理器实现用户主交互界面和对各种附加设备的支持。AM4376处理器提供300MHz, 800MHz和1GHz的不同选项，同时具备适用于增强的用户界面3D图形加速功能。处理器同时继承了可以从ARM卸载任务的可编程实时单元和工业通信子系统，在本实施例中，AM4376处理器可以很好地平衡成本和性能。

本实施例选用AM4376作为主处理器。作为嵌入式多媒体系统板的核心，AM4应用各种功能的完备支持。同时为了便于现场调试和配置，功能配置由外接电阻和开关等实现。

本实施例主系统时钟的原始输入为一颗24MHz晶振，用以生成AM4376内部各功能模块使用的时钟频率。RTC时钟源为一颗32kHz晶振。

本实施例系统配备2GB DDR3 SDRAM，由四颗512MB FBGA封装DDR3L SDRAM芯片组成（MT41K512M），同时系统配备4GB NAND FLASH内存，由8颗MT29F4G08芯片构成。此外，其还配置了一颗EEPROM芯片用以存储软件硬件版本识别信息。

本实施例使用一个标准的MicroSD卡槽，该开槽通过SDMMC0接口和主控芯片连接，用以实现外部存储扩展，如存放地图包，日志文件，多媒体文件和软件组件等等。

本实施例扩展接口主要有LCD显示和触摸控制模块、音频处理系统。LCD显示和触摸控制模块用来实现图形化人机交互，在上层应用中实现如景区介绍、安全提示和信息输入等等。根据整机尺寸、能耗、显示内容和观看效果等各方面要求，配置了7寸WVGA LCD显示屏和电容式触摸控制模块，屏幕分辨率为800×600。该显示屏为24位RGB TFT显示屏，使用16颗LED作为背光光源。屏幕的供电由一颗TPS61081芯片通过PWM调光方式进行直接控制。屏幕使用AM4376的LCD控制接口通过50 PIN FPC-type连接器直接驱动，触摸信息通过I2C接口反馈给主控芯片。整个LCD模块的供电由TPS65105芯片实现。音频处理系统使用TLV320ALC3106作为音频解码芯片，并搭载一个扬声器用以播放语音提示和多媒体音频，解码器使用McASP1和I2C接口与主芯片连接。

本实施例配备一块4000mAh的锂电池包和充电电路，可以外接电源实现直接充电，在中等使用条件下，系统可工作5小时左右。板上电源管理芯片使用TPS65128，提供各模块使用的电源如下：1.0V主控芯片内核电压、1.35V DDR内存电压、1.8V主工作电压、3.3V和5V常用电压等。同时，该芯片控制整个系统的启动时序。

本实施例物理人机界面包括一组物理按键和LED灯，用于显示各种工作状态和提示。

本实施例中红外接收模块22包含红外接收器件和硬件电路，用于接收固定红外信号发射器4发出的位置信息。特殊地形下，GPS定位可能会出现偏差或延迟，作为一种辅助定位手段，红外接收模块22可以直接接收特定区域的专用红外信号信息，以明确游客多媒体终端的实际位置。

本实施例中GPS定位模块23搜集终端位置信息，通过Zigbee网络上传给控制中心，作为主要的位置数据，其核心是SIRF3芯片。定位数据通过I2C接口发送给主控芯片。

本实施例中ZigBee通信模块25以CC2530主板和通信终端底板实现。其通过路由器收发各种控制指令和信息。受制于通信速率，媒体数据和音频数据保存在多媒体终端本地，通信仅作传送应用层信息和指令等。为了便于设备维护以及扩展使用，通信模块和多媒体主控制器间采用SPI连接，应用层以下数据收发功能在CC2530中实现，控制器与多媒体主控制器使用自定义通信协议实现应用数据同步。

本实施例中CAN/LIN通信模块24包含CAN/LIN转换芯片和电路，使得主机可以通过接入车内开放的CAN/LIN网络读取车辆信息。如车辆的具体位置、车辆行驶状态、车门开关状态等。模块通过车载OBD接口接入车身网络。因车内网络结构和报文因具体车型而异，实际的车型匹配需要与车辆厂家确认。

本实施例的通信方式：系统由监控管理中心上位机、自驾游览区监控主节点（路由器）和监控从节点（用户车载多媒体终端）三部分组成。根据动物园地形和主题区域的特点，系统划分为若干子网络，各个分支根据IEEE 802.15.4协议组成自组织无线传感网络。系统监控管理中心与现场监控主节点及从节点采用ZigBee网络进行通信。在本实施例中，实现了终端节点的网络移动切换，即离开某一路由器网络后自动加入新的路由器节点网络。

本实施例的一种野生动物园自驾游览区游客导览及安全保护系统的主要功能：

（1）游客安全保护系统所实现的主要功能

保护区状态监测：车载多媒体终端节点2负责监测自驾车辆的运行请况，如车速、具体位置、节点中蓄电池的电量、保护装置运行状态等。由网络路由器节点3定时向监控管理中心发送系统运行信息。

故障报警：在系统运行过程中，终端节点检测到不正常情况后，将信息传递给路由器，路由器将报警信号传至监控管理中心上位机，并在上位机监控界面中显示故障节点的具体位置。其中所述的不正常情况即指：①终端监控装置电池电量小于设定值；②监控管理中心在规定的时限内没有收到用户多媒体终端装置的信息等，即向监控管理中心发出报警信号，提示维修人员进行维修。③路由器按照设定参数检测到个别用户终端监控装置不能正常工作时。

现场实时操作与管理：在每个猛兽游览区的路由器上设置触摸屏插口，利用触摸屏可在现场对子网中的自驾车辆及园区管理、救护车辆进行管理。

信息接收与发送：监控管理中心定期接收各子网路由器节点发来的信息，通过监控主界面及子界面观察整个系统的及各子网的运行工况，对现场节点发出的报警信号进行处理；定期发布服务信息至网络中。

安全提示：采用蜂鸣器提供简单音频提示；根据车辆位置通过扬声器播放导览语音/视频，在关键区域用语音提示注意事项如安全警告等；

紧急情况救援：系统可以通过异常报警、游客按键等方式启动救援服务，当公园管理处接收到救援请求时，可将游客位置信息、救援类型等广播发送至园方救援车辆。

通过GPS对自驾游游客车辆及动物园管理车辆进行定位；通过接入车辆总线监测门锁，显示车窗位置信息并进行提醒；回收充电和系统信息升级。

（2）用户监控终端装置所实现的主要功能

通过GPS定位模块23将其自驾车辆的位置信息上传监控管理中心；利用其上的蜂鸣器接收监控管理中心的简单音频提示；利用其上的扬声器收听导览语音/视频，在关键区域用语音提示注意事项如安全警告等；通过其上的按键输入简单指令；通过装置上的LED灯显示自驾车辆的状态；利用其上的电容式触摸屏播放多媒体资料以及输入用户指令；利用报警按钮向监控管理中心发出报警信号。

本实用新型的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。