一種基於壓電效應的幼兒園智能監控系統的製作方法
2023-09-19 12:59:20 3
一種基於壓電效應的幼兒園智能監控系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基於壓電效應的幼兒園智能監控系統，包括嵌入式網關、GPRS模塊、Web伺服器和Zigbee定位網絡，該Zigbee定位網絡與嵌入式網關通過信號連接，嵌入式網關與GPRS模塊通過信號連接，GPRS模塊與Web伺服器通過信號連接；該Zigbee定位網絡，包括Zigbee協調器、Zigbee參考節點和Zigbee定位器；該Zigbee定位器，包括嵌入式壓電模塊、檢測傳感器和Zigbee控制器；該嵌入式壓電模塊，包括壓電材料、超級電容、高密度鋰電池和電源管理電路；該電源管理電路，包括控制電路、轉化電路和降壓電路，控制電路和轉化電路之間電信號連接，控制電路和降壓電路之間通過開關連接。本實用新型的有益效果在於：具有自供電和自動定位功能，改善了幼兒園小朋友的實時監控管理問題。
【專利說明】—種基於壓電效應的幼兒園智能監控系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種用於幼兒園的監控系統，特別涉及一種基於壓電效應的幼兒園智能監控系統。
【背景技術】
[0002]近年來，幼兒園小孩丟失、意外傷害等事故日益成為了人們關注的焦點。由於小孩人數較多，缺乏自我約束，不能達到對每個學生的實時監控。
[0003]傳統的幼兒園監控採用視頻技術，通過在校園布控攝像頭，攝像頭採集視頻信息，通過網絡傳輸至監控中心，了解小孩的安全情況。但是由於攝像頭布控具有一定局限性，存在一些盲區，同時受到光線和其他環境因素影響，存在一些不能漏監控的情況。
實用新型內容
[0004]本實用新型要解決的技術問題是實現了為基於壓電效應的幼兒園智能監控系統自動供電功能，同時實現了自動供電和鋰電池供電的切換。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型的技術方案為:一種基於壓電效應的幼兒園智能監控系統，包括嵌入式網關、GPRS模塊和Web伺服器，嵌入式網關與GPRS模塊通過信號連接，GPRS模塊與Web伺服器通過信號連接，該系統還包括Zigbee定位網絡，該Zigbee定位網絡與嵌入式網關通過信號連接。
[0006]進一步的，該Zigbee定位網絡，包括Zigbee協調器、Zigbee參考節點和Zigbee定位器；Zigbee定位器、Zigbee參考節點以及Zigbee協調器三者之間通過無線通信連接；
[0007]該Zigbee定位器負責發送和接收定位信號，
[0008]該Zigbee參考節點負責接收並傳輸信號強度值給Zigbee定位器，
[0009]該Zigbee協調器負責收集Zigbee定位器計算出的坐標信息。
[0010]進一步的，該Zigbee定位器，包括嵌入式壓電模塊、檢測傳感器和Zigbee控制器，嵌入式壓電模塊和檢測傳感器分別通過導線與Zigbee控制器連接；
[0011]該Zigbee控制器主要負責處理和運算數據，計算出小孩的具體位置，
[0012]該檢測傳感器用於檢測小孩是否遠離Zigbee參考節點。
[0013]進一步的，該嵌入式壓電模塊，包括壓電材料、超級電容、高密度鋰電池和電源管理電路,壓電材料和超級電容通過整流電路連接,超級電容、高密度鋰電池和電源管理電路採用電子開關連接。
[0014]進一步的，該電源管理電路，包括控制電路、轉化電路和降壓電路，控制電路和轉化電路之間電信號連接，控制電路和降壓電路之間通過開關連接；
[0015]該轉化電路用於將所述壓電材料輸出的高電壓，低功率的交流電轉化為直流電，
[0016]該降壓電路用於將輸出電壓轉化為所述Zigbee定位器需要的3.3V,
[0017]該控制電路主要負責進行混合供電的切換。
[0018]進一步的，該Zigbee控制器採用針對IEEE802.15.4應用的片上系統CC2531，內部集成了工作在2.4GHz頻段的射頻發射器，擁有低功耗的8051MCU內核。
[0019]進一步的,該Zigbee定位器被嵌入在幼兒園小孩鞋內。
[0020]進一步的，該壓電材料選用直徑為30毫米的壓電陶瓷，以並聯方式連接。
[0021]本實用新型的有益效果:一種基於壓電效應的幼兒園智能監控系統，其中，通過嵌入式壓電模塊和電源管理電路的配合使用，實現了壓電效應混合供電方式，具有自供電功能，安裝方便；通過ZigBee定位網絡進行位置信號的採集，通過Web伺服器傳輸給網際網路，最後實現網際網路查詢和位置的定位。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進一步詳細的說明。
[0023]圖1為本實用新型專利的原理框圖
[0024]圖2為Zigbee定位網絡結構圖
[0025]圖3為Zigbee定位器結構圖
[0026]圖4為嵌入式壓電模塊結構圖
【具體實施方式】
[0027]實施例:下面結合附圖對本專利進行進一步說明
[0028]本專利採用壓電效應原理，即在壓電材料上施加一定壓力會產生電荷，實現了機械能到電能的轉化，採用超級電容儲存電荷，設計電源管理電路實現嵌入式壓電模塊供電。
[0029]通信技術採用Zigbee定位網絡進行定位,將Zigbee定位器安裝於小孩鞋內，通過Zigbee協調器發送定位信號到嵌入式網關，然後通過GPRS模塊發送報警信號，採用Web伺服器存儲數據並遠程控制。
[0030]如圖1所示，幼兒園智能監控系統，包括Zigbee定位網絡、嵌入式網關、GPRS模塊以及Web伺服器。Zigbee定位網絡與嵌入式網關通過信號連接，嵌入式網關與GPRS模塊通過信號連接，GPRS模塊與Web伺服器通過信號連接。
[0031]作為優選，嵌入式網關的硬體採用三星公司的ARMll系列6410，軟體採用QT設計界面，用於顯示Zigbee定位網絡狀態和位置信息。GPRS模塊選用SM900A模塊，用於負責接收報警信號和編碼信息，並通過GPRS模塊將其轉發到具有固定IP位址的Web伺服器中，實現報警信號和編碼信息的上傳。Web伺服器作為現有技術，這裡不做詳細描述。
[0032]該幼兒園智能監控系統的工作原理為:通過Zigbee定位網絡將幼兒園小孩的位置信息和採集到的報警信號傳輸給嵌入式網關，嵌入式網關通過GPRS模塊將信息統一發送至固定IP的Web伺服器上，學校監控中心通過Web伺服器可以查詢每個小孩的安全情況；同時Web伺服器通過GPRS模塊將小孩的相關消息發送至老師和家長，達到實時安全監管的效果。
[0033]如圖2所示,Zigbee定位網絡,包括Zigbee協調器、Zigbee參考節點和Zigbee定位器。Zigbee定位器、Zigbee參考節點以及Zigbee協調器三者之間通過無線通信連接，若干個Zigbee定位器、Zigbee參考節點和Zigbee協調器形成了 Zigbee定位網絡。Zigbee定位器負責發送和接收定位信號，Zigbee參考節點負責接收並傳輸信號強度值給Zigbee定位器，Zigbee協調器負責收集Zigbee定位器計算出的坐標信息。[0034]作為優選，Zigbee協調器和Zigbee參考節點採用TI公司生產的CC2530，Zigbee定位器採用TI公司生產的具有定位功能的CC2531。
[0035]該Zigbee定位網絡的工作原理為:在幼兒園內一些固定位置布置Zigbee參考節點，Zigbee參考節點會自動發送自身的坐標信息和信號強度RSSI值給Zigbee定位器；Zigbee定位器基於信號強度RSSI值和鏈路質量LQI算法計算出自己的坐標信息，最後將其坐標信息發送給Zigbee協調器，Zigbee協調器將上述坐標信息上傳至嵌入式網關。
[0036]如圖3所示，Zigbee定位器，包括嵌入式壓電模塊、檢測傳感器和Zigbee控制器，嵌入式壓電模塊和檢測傳感器分別通過導線不Zigbee控制器連接。
[0037]作為優選，Zigbee控制器採用TI公司生產的針對IEEE802.15.4應用的片上系統CC2531，內部集成了工作在2.4GHz頻段的射頻發射器，擁有低功耗的8051MCU內核。該MCU內核作為控制晶片，主要負責處理和運算數據，計算出小孩的具體位置。檢測傳感器採用熱釋紅外探測器，熱釋紅外探測器由熱釋紅外二極體和菲尼爾濾光片組成。由於人體固定溫度在37度，自生產生IOum的紅外線，通過菲尼爾濾光片濾光後聚集到熱釋紅外二極體上，從而判斷是否有紅外線產生，通過檢測是否有紅外線產生可以檢測小孩是否進離Zigbee定位器。
[0038]該Zigbee定位器被嵌入在鞋內，能夠近距離感知小孩散發出的紅外線，當小孩脫掉鞋或者丟失Zigbee定位器時,通過檢測傳感器傳輸報警信號告知Zigbee協調器。
[0039]該Zigbee定位器的工作原理為:通過嵌入式壓電模塊為Zigbee控制器供電，Zigbee控制器採集檢測傳感器的信號，將坐標信號和紅外檢測信號傳輸給鄰近的Zigbee協調器。
[0040]如圖4所示，該嵌入式壓電模塊，包括壓電材料、超級電容、高密度鋰電池和電源管理電路。壓電材料選用直徑約30毫米的壓電陶瓷，以並聯方式連接，壓電材料放置於鞋跟處。超級電容選用1.5F漏電流較小的K0RCHIP法拉電容。壓電材料和超級電容之間通過整流電路連接。超級電容、高密度鋰電池和電源管理電路採用電子開關連接，當超級電容輸出電壓高於工作電壓時，電子開關選擇超級電容進行供電輸出，當超級電容輸出電壓低於工作電壓時，電子開關選擇高密度鋰電池進行供電輸出。
[0041]超級電容作為現有技術，此處不作詳細描述。
[0042]電源管理電路，包括控制電路、轉化電路和降壓電路。控制電路和轉化電路之間電信號連接，控制電路和降壓電路之間通過開關連接。
[0043]作為優選，轉化電路採用集成晶片LTC3588，與門針對壓電傳感器等高阻抗源設計的一款低功耗晶片，將壓電材料輸出的高電壓，低功率的交流電轉化為直流電。
[0044]降壓電路採用漏電流較小的降壓晶片MAX666組成，將輸出電壓轉為Zigbee定位器需要的3.3V。
[0045]控制電路主要負責進行混合供電的切換，採用低功耗的電子開關晶片ADG801實現。當超級電容上面的電壓達到閾值時對Zigbee控制器進行供電，當電容上面電壓沒達到時，採用高密度鋰電池進行供電。
[0046]本實用新型與利的工作過程為:將Zigbee參考節點每間隔3m放置於幼兒園的各個角落，為Zigbee協調器上電，進行組網檢測；完成後將Zigbee定位器安裝在幼兒園小孩的鞋內，調試整個網絡狀態，在嵌入式網關上觀察Zigbee定位網絡中各個Zigbee定位器情況，登陸Web伺服器觀察Zigbee定位器的實時位置狀態。
[0047]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種基於壓電效應的幼兒園智能監控系統，包括嵌入式網關、GPRS模塊和Web伺服器，所述嵌入式網關與GPRS模塊通過信號連接，所述GPRS模塊與Web伺服器通過信號連接，其特徵在於:還包括Zigbee定位網絡，所述Zigbee定位網絡與所述嵌入式網關通過信號連接，所述Zigbee定位網絡包括Zigbee協調器、Zigbee參考節點和Zigbee定位器,所述Zigbee定位器、Zigbee參考節點以及Zigbee協調器三者之間通過無線通信連接，所述Zigbee定位器包括嵌入式壓電模塊、檢測傳感器和Zigbee控制器，所述嵌入式壓電模塊和檢測傳感器分別通過導線與Zigbee控制器連接，所述嵌入式壓電模塊包括壓電材料、超級電容、高密度鋰電池和電源管理電路，所述壓電材料和超級電容通過整流電路連接，所述超級電容、高密度鋰電池和電源管理電路採用電子開關連接，所述電源管理電路包括控制電路、轉化電路和降壓電路，所述控制電路和轉化電路之間電信號連接，所述控制電路和降壓電路之間通過開關連接。
2.按照權利要求1所述的幼兒園智能監控系統，其特徵在於:所述Zigbee控制器採用針對IEEE802.15.4應用的片上系統CC2531，內部集成了工作在2.4GHz頻段的射頻發射器，擁有低功耗的8051MCU內核。
3.按照權利要求1所述的幼兒園智能監控系統，其特徵在於:所述壓電材料選用直徑為30毫米的壓電陶瓷，以並聯方式連接。
【文檔編號】H04L29/08GK203645709SQ201320652773
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年10月22日 優先權日:2013年10月22日
【發明者】李志 , 韋鵬程, 羅青青, 吳海霞 申請人:李志