[发明专利]一种基于无线传感器网络的入侵监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络在目标识别和跟踪领域的应用，适用于民用安防监控和军事入侵监测。

背景技术

现有的民用安防监控和军事入侵监测主要是利用视频监控实现，而视频监控又可分为被动式监控和主动式监控两类，其中被动式监控主要是指摄像头装置直接通过采集物体反射的可见光来监控物体，主动式监控主要是指摄像头装置采用红外灯辐射“照明”，再应用普通低照度黑白摄像机、彩色转黑白摄像机或红外低照度彩色摄像机，感受周围景物和环境反射回来的红外光实现夜视监控。这两类视频监控系统均由分布在不同位置的摄像头和监控主机构成，信号采用有线传输。虽然它能实时、形象、真实地反映被监控对象，但是其成本高、安装工作麻烦，通常要求在装修阶段部署，后期维护工作大，同时还存在隐蔽性差，线路易破坏，监控范围有限，需要人工辨别事件等缺点。在民用安防监控中和军事入侵监测中，这些缺点都将直接影响监测的有效性。

近年发展起来的无线传感器网络具有自组织性、鲁棒性和隐蔽性等特点，很好的克服了有线视频监控系统用在安防和入侵监测领域的局限性，必将成为未来监控系统的主流方向。它通过大量低成本、低功耗的传感器节点对周围信息进行监测和处理，并通过汇聚节点转发给上位机处理，能够广泛应用于军事、环境监测、反恐、城市交通和智能家居。无线传感器网络应用于入侵监测领域，对进入传感器监测区域的目标进行监测有其自身的优势：

组网灵活：用户可以根据实际的监测环境、区域大小和监测对象等的不同，灵活配置网络中监测节点的数量，监测节点的安装位置及所使用的传感器组合等。对于单用户的家居安全监测，可以选用较少的含有声音传感器和红外传感器的监测节点监控门窗，当识别到非正常进入事件时，立即触发报警装置。对于比较复杂的军事入侵监测，可以选用合适的传感器组合，布置大量的监测检点，对入侵目标进行识别和路径跟踪。

安装方便：无线传感器网络监测节点摆脱了线缆的束缚，减少了对安装环境的要求，可以按照实际需要随时确定安装方式，安装工作量小，易改变安装位置。

发明内容

本发明提供了一种应用于安防或入侵监测的无线传感器网络系统，实现对入侵者的有效监测、识别和运动轨迹预测。本发明通过以下方案实现：

本发明设置了一种包括监测节点、汇聚节点和监测中心的无线传感器网络系统，用于监控入侵对象。其中监测节点主要负责传感器信号采集与处理和传感器数据融合，同时将处理结果通过无线方式发送至汇聚节点；汇聚节点主要负责无线传感器网络的组建与维护，接收并处理监测节点发送的监测信息，同时通过串口转发至监测中心处理；监测中心主要完成目标报警、目标监测结果显示及数据存储等功能。

本发明监测节点包括通信模块、处理器模块、电源模块和传感器模块；汇聚节点包括处理器模块、无线传输模块、串口通信模块和电源模块；监测中心的监测软件包括串口通信模块、数据显示模块、数据存储模块和报警模块。传感器模块选用的传感器包括磁场传感器、声音传感器和红外传感器，可以实现对人、车辆、武装人员等的有效监测，通信和处理器模块选用支持ZigBee协议芯片，供电电源采用两节1.5V、1300mAH的AA电池供电，串口通信选用RS232，监测软件用LABVIEW编写。

本发明采用了一种新型的以红外传感器作为唤醒传感器的节点唤醒机制。红外传感器输出信号经过放大滤波后，一路直接连接处理器的模拟输入通道，另一路经过窗口比较器，连接处理器的普通IO口，当没有目标进入红外传感器监测范围时，经过窗口比较器的信号为高电平，当有目标进入红外传感器监测范围时，这一路输出由高电平变为低电平，软件设置此时唤醒处理器和通信模块，并接通磁场传感器和声音传感器电源，进入多传感器工作状态。处理器连续一段时间采集到红外模拟输入通道的信号在设定的睡眠门槛电压之间时，断开磁场传感器和生意传感器电源，自身进入深度睡眠状态。这种节点唤醒机制有效地节省了系统的能耗，大大延长了整个无线传感器网络电池的供电时间和使用寿命。

本发明的工作原理：将多个传感器节点部署在被监视区域内，当有目标进入监测区域后，首先通过上面所述的唤醒机制将监测节点唤醒，传感器监测节点采集到入侵者活动时产生的声音，磁场等信号，经过多传感器数据融合后由无线收发芯片传送到汇聚节点，汇聚节点通过串口RS232把数据传送给监控中心，监控中心完成目标的识别、跟踪与报警，并通过图形化界面显示出来。当目标离开监测区域后，通过睡眠机制使得监测节点进入深度睡眠状态以达到节省能量的目的。