防盜及防錯拿報警組網系統及方法
2023-05-21 11:24:26
專利名稱：防盜及防錯拿報警組網系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種報警網絡，特別是一種低成本防盜及防拿錯報警裝置大規模組網方法。
背景技術：
基於RFID的報警網絡系統近年來已經獲得了大規模的推廣。傳統的基於射頻識別RFID無線防盜報警裝置的組網方法利用有源RFID標籤實現較長距離讀寫，不僅讀寫器與RFID卡的方向位置和讀寫器天線的方向的匹配有嚴格要求，而且各讀寫器之間一般通過有線連接到中心控制計算機，布線工作量大，且讀卡器沒有動態路由轉發和實時組網功能，因而系統的靈活性大受限制，也無成本優勢。基於RFID標籤的無線防盜報警裝置的另一個缺點是RFID使用的頻率較低，為窄帶通信，極易受到同頻幹擾，且加密措施較為簡單， 不利於保密傳輸。這些都嚴重阻礙了無線防盜報警裝置的發展與應用。中國專利CN1405738A示出了一種防盜報警裝置大規模組網方法。該文件公開了一種系統，解決了在一個有多個報警控制器的區域內，如何把報警信號傳遞到報警中心的方法。在每個小區內各用戶的報警控制器向轉發器發送報警信號，轉發器收到報警信號後， 通過移動通信網發送到報警中心。然而，在這個系統中，報警控制器和報警中心之間的信號傳遞通過的是移動通信網，必須向運營商支付費用，因而增加了使用成本。
發明內容
本發明的目的是提供一種能夠大規模實施且較為經濟的防盜防拿錯報警裝置大規模組網方法和系統，這種方法和系統既具有傳統基於RFID無線組網方法的優點，又克服了其缺點。本發明的一個方面，提供一種防盜及防錯拿報警組網系統，所述系統包括多個持有人節點、多個子網主節點和中心節點，所述多個持有人節點中的每個節點具有短距離低功耗無線收發器；所述多個子網主節點中的每個節點具有短距離低功耗無線收發器和中距離無線收發器；所述中心節點具有個人電腦和中心無線模塊，所述中心無線模塊具有短距離低功耗無線收發器和中距離無線收發器，其中所述的多個持有人節點和1個子網主節點構成多個無線子網，其中所述的多個子網主節點和中心節點構成大規模的報警組網系統。所述多個持有人節點採用基於2. 4G的NRFMOl射頻收發器或者是滿足藍牙協議標準的短距離、低功耗射頻收發器。所述多個子網主節點，具有2種不同的射頻收發器，分別為(1)基於2. 4G的NRFMOl射頻收發器或者是滿足藍牙協議標準的短距離、低功耗射頻收發器；
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(2)具有滿足ZIGBEE協議功能的射頻收發器，其功率大、傳輸距離遠，且附帶組網功能。所述持有人節點，包括電源管理模塊、處理器、參考時鐘、射頻模塊、射頻匹配網絡和天線。所述持有人節點發送的信號包括以下的內容心跳報文，標識本持有人節點仍然正常工作；監控報文，傳遞其依附的物品的相關信息，例如溫度，位置等；報警報文，傳遞滿足報警條件的報文，例如持有人節點從物品上脫落、封裝被破壞，或者持有人節點對中的某個節點離本節點距離超出給定的範圍，或者持有人節點對中的其他節點的射頻信號的丟失。本發明的另一個方面，提供了一種防盜及防錯拿報警組網方法，包括a)把一個指定監控區域劃分為η個子網，在每個子網區域中都有一個其對應的中心節點，第一個子網的中心節點作為主節點與計算機相連；b)每個子網中都有若干個物品持有人節點及其所屬物品節點；c)當任何物品持有人節點或物品節點未經許可離開監控區，或者物品持有人和其所屬物品在一定範圍內不配對，產生報警信號，並採取安全措施。所述的物品持有人節點與多個其所屬的物品節點產生映射關係，這種關係在啟用時綁定，並在離開監控區前一直保持。實現大規模無線組網包含如下步驟物品持有人和物品節點在監控區域內可以移動，主節點和中心節點在監控區內的位置固定，每個中心節點對動態加入或退出本子網的節點進行管理，具有路由功能，把信息通過射頻信號傳遞到其相鄰的節點。下面結合附圖對本發明的上述目的、優點以及發明內容進行詳細說明。
圖1是本發明的系統框圖；圖2是主節點與相鄰中心節點連接示意圖；圖3是獨立工作節點框圖；圖4是主節點框圖；圖5是各子網區域轉發配置具體實施方案如圖1所示，無線網絡系統由中心節點101，子網主節點102和持有人節點103 這三種不同的無線收發節點構成。持有人節點103為依附在被監控物品或者人員上的無線收發器單元，其射頻收發器採用低功率的近距離通信協議，優選的，例如採用基於2. 4G 的NRFMOl射頻收發器或者是滿足藍牙協議標準的短距離，低成本，低功耗射頻收發器， 通訊距離在小於一指定範圍，例如10米，發射功率小於一指定功率，例如5毫瓦。子網主節點為包含2種不同規格的射頻收發器的無線通訊單元。一種為和持有人節點採用的收發器相同的近距離無線通信收發器，可以和持有人節點進行互相通訊，例如採用基於2. 4G 的NRFMOl射頻收發器或者是滿足藍牙協議標準的射頻收發器；另一種為功率較大，例如lO-lOOmw，傳輸距離較遠，例如10-100米，且附帶組網功能的中距離無線通信收發器，例如符合具有ZIGBEE協議功能的收發器晶片或者射頻模塊，這種晶片或者射頻模塊具有傳輸距離10-100米的無線收發功能，帶有單片機單元，自帶組網協議，可方便的和其他的帶有同樣模塊的子網主節點構成數據轉發網絡，子網主節點可以將接收到的持有人節點通過近距離射頻模塊發送的數據通過中距離射頻模塊傳送至相鄰的子網主節點或者轉發至中心節點。中心節點101由帶有網際網路連接的通用計算機(PC機)以及中心無線模塊構成，中心無線模塊包括多種無線通訊子模塊，一種為和持有人節點採用的收發器相同的近距離無線通信收發器，可以和持有人節點進行互相通訊，例如採用基於2. 4G的NRFMOl射頻收發器或者是滿足藍牙協議標準的射頻收發器；一種為功率較大，傳輸距離較遠，且附帶組網功能的中距離無線通信收發器，例如符合具有ZIGBEE協議功能的收發器晶片或者射頻模塊， 用於和一個或者多個子網主節點的通訊；一種為遠距離傳輸無線模塊，例如基於GPRS的2G 移動通訊收發模塊或者是基於WCDMA/TD-SCDMA/CDMA2000的3G高速移動通訊收發模塊，用於通過移動通信基站，和遠端的網絡設備或者監控設備通訊。中心無線模塊通過串行通信協議(如RS232或者USB接口)和通用計算機進行連接，中心節點101通過中心無線模塊和子網主節點102進行通訊，並控制整個網絡的運行。通用計算機上運行的監控和管理程序接收各子網主節點轉發來的數據報文，並進行處理和顯示。本發明提出的防盜及防錯拿報警組網方法包括1、在一個指定區域內劃分出多個子網，每個子網的劃定範圍依據持有人節點的無線功率覆蓋範圍以及該區域內持有人節點的數量而劃定。每個子網包括N個持有人節點和 1個子網主節點。優選的，例如，每個子網覆蓋範圍以小於32個持有人節點或者半徑10米的範圍2者中的小的範圍為界。每個子網中的所有的持有人節點通過其短距離無線收發器和子網主節點進行通訊，傳輸監控和狀態數據。子網主節點監控子網範圍內的持有人節點的加入或者離開(根據持有人節點射頻信號的出現或者消失)，持有人節點周期性的通過其短距離射頻收發器向子網主節點發送其狀態信息。2、在每個子網中心位置上放置子網主節點l，2...n，其中第一個子網主節點採用中心節點101代替，具有作為控制中心的通用計算機。任何兩個相鄰子網主節點之間都可以進行無線通信。物品持有人節點10和其所屬的物品節點101、102加入任何一個子網後， 該子網的中心節點就會定時接收由物品持有人節點發出的、與物品關聯的信息。根據本發明的一個實施例，所有子網主節點都可以採用例如具有ZIGBEE協議功能的晶片，通過對其編程，由ZIGBEE協議棧完成組網和數據傳輸的功能。3、持有人節點與其監控的物品發生綁定，例如通過物理手段固定或者嵌套在物品或者被監控人員上。這種關係在啟用時綁定，並在被解除監控前前一直保持(例如由物品管理人員進行一對一的編號設定，並將關係通過程序寫入持有人節點內部非易失性存儲器和中心節點計算機的資料庫)。持有人節點對所依附物品或者人員發生了下列情況之一時產生報警信號，並通知中心節點和監控人員採取安全措施(A)持有人節點被非法從物品取下、脫落或分離；(B)持有人節點未經許可離開監控區；4、持有人節點也可以採取與另一個或多個持有人節點進行配對進行工作，構成持有人節點對或者持有人節點組。這種關係在啟用時綁定，並在被解除監控前一直保持(例如由物品管理人員進行一對一的編號設定，並將關係通過程序寫入持有人節點內部非易失性存儲器和中心節點計算機的資料庫)，對以下的情況產生報警信號，並通知中心節點和監控人員採取安全措施(A)持有人節點對或者持有人節點組中的某一個被非法從物品取下、脫落或分 1 ；(B)持有人節點對或者持有人節點組中的某一個未經許可離開監控區；(C)持有人節點對中的兩個節點互相距離超過一個指定的值，例如10米，或者持有人節點組中的任意兩個節點互相距離超過一個指定的值，例如10米；圖2示出了中心節點和一個相鄰子網主節點通信過程，中心節點和子網主節點之間通過無線通信協議連接，節點都有處理器單元和射頻模塊構成，子網主節點和子網主節點之間可以使用例如Zigbee等無線協議。每個監控區域只用一臺計算機，只有一個中心節點。經中心無線模塊節點送來的信息，由串行接口自動送到中心節點的通用計算機，通用計算機根據編制的程序運行處理流程，產生各個持有人節點的狀態報告或者相應的告警信肩、ο持有人節點系統框圖如圖3所示，由電源管理模塊，處理器，參考時鐘，射頻模塊， 射頻匹配網絡和天線構成，其中射頻模塊和處理器之間通過數字IO進行互聯，射頻模塊和射頻匹配網絡之間通過傳輸線進行互聯。持有人節點的處理器可以採用通用的單片機 (MCU)構成，例如51系列單片機或者PIC系列單片機等。天線收到的射頻信號經過射頻匹配網絡的阻抗匹配，在射頻模塊內部進行放大和解調，輸出數據信號至處理器，以監控作為持有人節點對或者持有人節點組中的其他持有人節點是否距離本節點超過指定的範圍，或者其他節點的信號處於丟失狀態。處理器通過數字IO 口將物品監測數據送到射頻模塊，由射頻模塊內的功率放大器放大後，經傳輸線和射頻匹配網絡，由天線把射頻信號發送到子網主節點。參考時鐘為射頻電路提供頻率源，用於射頻信號的收發；持有人節點發送的信號主要包括以下的內容心跳報文，標識本持有人節點仍然正常工作；監控報文，傳遞其依附的物品的相關信息，例如溫度，位置等；報警報文，傳遞滿足報警條件的報文，例如持有人節點從物品上脫落，封裝被破壞，或者持有人節點對中的某個節點離本節點距離超出給定的範圍，或者持有人節點對中的其他節點的射頻信號的丟失。持有人節點均使用電池供電，電源管理模塊用於監測電池性能，及時對低電壓、供電異常等情況報警。子網主節點的構成與持有人節點類似，不同之處僅在於，子網主節點包含1種以上的射頻模塊、射頻匹配網絡以及射頻天線。典型的實施例包括2種射頻系統，一種為基於 2. 4G的NRFMOl射頻收發器或者是滿足藍牙協議標準的近距離射頻收發器，另一種為符合 ZIGBEE標準的中距離射頻收發器。子網主節點的多種收發器均具有數據接收和發送功能， 在典型的配置下，近距離射頻收發器接收持有人節點發出的心跳報文，物品狀態信息或者報警信息，通過中距離射頻收發器轉發至臨近的子網主節點，並通過臨近的子網主節點轉發至中心節點。圖4所示為中心節點框圖，與子網主節點相比，中心節點多了遠距離射頻傳輸模塊和與計算機的接口電路部分。處理器提供的數字IO 口經接口轉換晶片轉換後，可直接接到計算機進行處理，從而實現全雙工工作。物品持有人和物品節點在監控區域內可以移動，子網主節點和中心節點在監控區內的位置固定。每個子網主節點對動態加入或退出本子網的持有人節點進行管理。子網主節點具有路由功能，把信息通過射頻信號傳遞到其相鄰的節點並最終傳送到中心節點。在指定監控區域內，每兩個子網區域的子網主節點都以實現通信，通信半徑可達幾十米，若要增大監控區域，則增加子網主節點即可。各子網主節點都有路由轉發功能，通過無線通信協議發送到中心節點，如圖5所示。相鄰區域的子網主節點無線頻率不同，可採用寬帶、跳頻的通信方式，因而抗幹擾能力極強。此外，信號還可以採用加密傳輸，增強保密性，可以任意規劃組網規模，例如採用Zigbee協議，可在一個監控區設置多達65535個節點。所以，本方法綜合了傳統無線組網方法的優點，又能克服其抗幹擾能力差、構建和使用成本高等缺點，可以達到信號傳輸可靠、無需布線又能大規模組網的功能。綜上所述，本方法又是十分經濟的。因為，如今射頻無線收發技術已十分成熟，硬體成本較低；加之所使用的無線電頻段不需要申請，更不用支付任何費用，也不會對在監控區域中的電子設備產生幹擾；最後，該系統的安裝及其簡便，易於便攜，沒有特殊安裝要求。 所以，整個無線網絡具有很強的實用性。儘管結合特定的實施例描述了本發明，但對於本領域的技術人員而言，許多不同的改變，修改等是裡顯而易見的。因此，所描述的實施例不是為了限制所附權利要求定義的本發明的範圍。
權利要求
1.一種防盜及防錯拿報警組網系統，其特徵在於所述系統包括多個持有人節點、多個子網主節點和中心節點，所述多個持有人節點中的每個節點具有短距離低功耗無線收發器；所述多個子網主節點中的每個節點具有短距離低功耗無線收發器和中距離無線收發器；所述中心節點具有個人電腦和中心無線模塊，所述中心無線模塊具有短距離低功耗無線收發器和中距離無線收發器，其中所述的多個持有人節點和1個子網主節點構成多個無線子網，其中所述的多個子網主節點和中心節點構成大規模的報警組網系統。
2.如權利要求1所述的防盜及防錯拿報警組網系統，其特徵在於，所述多個持有人節點採用短距離低功耗射頻收發器如基於2. 4GHz的NRFMOl射頻收發器或者是滿足藍牙協議標準的短距離低功耗射頻收發器等。
3.如權利要求1所述的防盜及防錯拿報警組網系統，其特徵在於，所述多個子網主節點，具有2種不同的射頻收發器，分別為(1)基於2.4GHz的NRF2401射頻收發器或者是滿足藍牙協議標準的短距離、低功耗射頻收發器；(2)具有滿足ZIGBEE協議功能的射頻收發器，其功率較大、傳輸距離較遠，且附帶組網功能。
4.如權利要求1所述的防盜及防錯拿報警組網系統，其特徵在於，所述持有人節點，包括電源管理模塊、處理器、參考時鐘、射頻模塊、射頻匹配網絡和天線。
5.如權利要求1所述的防盜及防錯拿報警組網系統，其特徵在於，所述持有人節點發送的信號包括以下的內容心跳報文，標識本持有人節點仍然正常工作；監控報文，傳遞其依附的物品的相關信息，例如溫度，位置等；報警報文，傳遞滿足報警條件的報文。
6.如權利要求5所述的防盜及防錯拿報警組網系統，其特徵在於，所述報警報文優選為持有人節點從物品上脫落、封裝被破壞，或者持有人節點對中的某個節點離本節點距離超出給定的範圍，或者持有人節點對中的其他節點的射頻信號的丟失。
全文摘要
本發明涉及的是一種防盜及防錯拿報警組網方法和系統，包括1)把一個指定監控區域劃分為n個子網，在每個子網區域中都有一個其對應的子網主節點；2)每個子網中都有若干個物品持有人節點，物品持有人節點和子網主節點間通訊與各個子網主節點間通訊採用不同的射頻協議與標準；3)當任何物品持有人節點或物品節點未經許可離開監控區，或者物品持有人和其所屬物品在一定範圍內不配對，產生報警信號，並採取安全措施。本發明結合無線傳感網組網的特點，降低了成本，具有低功耗、便攜的優點。
文檔編號G08B13/00GK102419896SQ20111023524
公開日2012年4月18日 申請日期2011年8月17日 優先權日2011年8月17日
發明者徐飛, 李彧, 苗澎 申請人:南京護鷹電子科技有限公司