CN202512717U - 一种基于GSM/GPRS和ZigBee无线传感器网络的实验室安防*** - Google Patents

一种基于GSM/GPRS和ZigBee无线传感器网络的实验室安防*** Download PDF

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Abstract

本实用新型属于安防***技术领域，提供了一种基于GSM/GPRS和ZigBee无线传感器网络的实验室安防***，实验室子***对实验室进行长期持续性的环境检测与实时监控，并通过网关与局域网络互联，将现场参数及警报信息传输至监控中心子***的移动终端，实现了实验室长期持续性的环境检测和智能实时控制的一体化，实验室管理员也能通过远程网络接口与***进行信息交互和控制，及时地掌握各监测点的环境状态，简化了监控***复杂的布线，易于实现***的模块化、安装维护方便，实现了高校实验室的集成化、智能化与网络化监控，提升了可扩展性及移动性能，降低了维护成本，节省了人力资源，提高了实验室安全运转的经济性、智能化及可靠性。

Description

一种基于GSM/GPRS和ZigBee无线传感器网络的实验室安防***
技术领域
本实用新型属于安防***领域，尤其涉及一种基于GSM/GPRS和ZigBee无线传感器网络的实验室安防***。 
背景技术
近年来，随着高校学生数量和科研水平的不断提高，实验室的规模和仪器数量进一步扩大，安全隐患也随之增多，因而实验室安全监控网络***的研发已成为保障实验室安全运行和管理的重要课题。 
目前，这类监控***主要是采用传感器组网来完成实验室环境参数的感测，传统的采用监测点有线接入监控中心方案的实验室监控***是利用电力线载波或其它专用有线网络构建的，具有稳定、寿命长等优点，但有线接入过程繁琐、建置和维护成本高、***可扩展性和移动性能差，因而随着计算机技术、控制技术和网络通信技术的发展，数字化、无线化、网络化监控技术已经成为主流。 
发明内容
本实用新型提供了一种基于GSM/GPRS和ZigBee无线传感器网络的实验室安防***，旨在解决现有技术提供的安防***中监测点有线接入过程繁琐、建置及维护成本较高、安防***可扩展性及移动性能差，***运行的经济性、智能化及可靠性较低的问题。 
本实用新型的目的在于提供一种基于GSM/GPRS和ZigBee无线传感器网络的实验室安防***，所述实验室安防***还包括分别与所述局域网络相连接的实验室子***和监控中心子***。 
进一步，所述实验室子***包括：传感器模块、第一ZigBee无线收发模块、电源开启控制模块、设备监测及跟踪模块、门禁管理模块、第一GSM/GPRS模块、功能按键模块、插卡取电模块、存储器模块、电源及复位模块、中央控制器； 
所述传感器模块、第一ZigBee无线收发模块、电源开启控制模块、设备监测及跟踪模块、门禁管理模块、GSM/GPRS模块、功能按键模块、插卡取电模块、存储器模块及电源及复位模块分别与所述中央控制器模块相连接。 
进一步，所述监控中心子***包括：第二ZigBee无线收发模块、键盘、LCD显示模块、第二GSM/GPRS模块、声光报警模块、主控制器； 
所述第二ZigBee无线收发模块、键盘、LCD显示模块、第二GSM/GPRS模块及声光报警模块与所述主控制器相连接。 
进一步，所述中央控制器及主控制器采用基于ARM7核的32位嵌入式RISC处理器(S3C44B0X)作为主控芯片；所述第一ZigBee无线收发模块级第二ZigBee无线收发模块采用型号为CC2530F256的芯片；所述第一GSM/GPRS模块级第二GSM/GPRS模块选用型号为TC35的芯片。 
进一步，所述传感器模块包括：红外传感器、烟雾传感器、门磁及窗磁传感器、光电耦合电路、温湿度传感器； 
所述红外传感器、烟雾传感器及门磁及窗磁传感器通过所述光电耦合电路与所述中央控制器相连接，所述温湿度传感器与所述中央控制器相连接。 
进一步，所述电源开启控制模块包括：空调开关、加湿器开关、风扇开关、 
报警器开关、驱动继电器； 
所述空调开关、加湿器开关、风扇开关及报警器开关通过所述驱动继电器与所述中央控制器相连接。 
进一步，所述监控中心子***包括用于查看实验室的实际状态、历史告警信息以及设置监控中心子***的工作模式的操作键盘与LCD显示模块。 
本实用新型提供的实验室安防***，实验室子***对实验室进行长期持续 性的环境检测与实时监控，并通过网关与局域网络互联，将现场参数及警报信息传输至远程监控中心子***的移动终端，实现了实验室长期持续性的环境检测和智能实时控制的一体化，实验室管理员也能通过远程网络接口与***进行信息交互和控制，及时地掌握各监测点的环境状态，了解其是否受到良好的控制，以期在实验室环境出现异常时采取最佳的行动策略，不仅简化了监控***复杂的布线，而且易于实现***的模块化、安装维护方便，实现了高校实验室的集成化、智能化与网络化监控，提升了可扩展性及移动性能，降低了维护成本，节省了人力资源，提高了高校实验室安全运转的经济性、智能化和可靠性。 
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的实验室安防***的结构框图； 
图2是本实用新型实施例提供的实验室安防***中实验室子***的结构框图； 
图3是本实用新型实施例提供的实验室安防***中监控中心子***的结构框图。 
图中：11、实验室子***；110、中央控制器；111、传感器模块；1111、红外传感器；1112、烟雾传感器；1113、门磁及窗磁传感器；1114、光电耦合电路；1115、温湿度传感器；112、第一ZigBee无线收发模块；113、电源开启控制模块；1131、空调开关；1132、加湿器开关；1133、风扇开关；1134、报警器开关；1135、驱动继电器；114、设备监测及跟踪模块；115、门禁管理模块；116、第一GSM/GPRS模块；117、功能按键模块；118、插卡取电模块；119、存储器模块；120、电源及复位模块；12、局域网络；13、监控中心子***；130、主控制器；131、第二ZigBee无线收发模块；132、键盘；133、LCD显示模块；134、第二GSM/GPRS模块；135、声光报警模块。 
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定发明。 
图1示出了本实用新型实施例提供的基于GSM/GPRS和ZigBee无线传感器网络的实验室安防***的结构。为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。 
该实验室安防***包括：局域网络12以及： 
实验室子***11，与局域网络12相连接，用于对实验室的实际环境信息与安全参数进行实时采集与处理，对实验室进行门禁管理，对实验设备进行定位、监测与跟踪，并进行***查询及实验室安防设置，对实验室进行长期持续性的环境检测与实时监控； 
监控中心子***13，与局域网络12相连接，用于接收来自实验室子***11发送的实际环境信息与安全参数，当警情信息出现后，及时通知相关人员对实验室进行巡查与维护，在实验室环境出现异常时及时地采取最佳的行动策略。 
在本实用新型实施例中，实验室子***11包括：传感器模块111、第一ZigBee无线收发模块112、电源开启控制模块113、设备监测及跟踪模块114、门禁管理模块115、第一GSM/GPRS模块116、功能按键模块117、插卡取电模块118、存储器模块119、电源及复位模块120、中央控制器110； 
传感器模块111、第一ZigBee无线收发模块112、电源开启控制模块113、设备监测及跟踪模块114、门禁管理模块115、GSM/GPRS模块、功能按键模块117、插卡取电模块118、存储器模块119及电源及复位模块120与中央控制器110模块相连接； 
设备监测及跟踪模块114采用RFID射频识别技术，通过在实验设备上粘贴电子标签(TG230)、在门窗附近安装射频读卡器(FR300)，对实验室设备进行实时的定位、跟踪以及监测； 
门禁管理模块115采用校园一卡通对实验室进出许可权限、进出人员登记、 额定实践时间收费进行管理操作； 
功能按键模块117进行***查询和安防设置，包括设定布防、撤防及安防等级； 
插卡取电模块118采用插卡取电方式，通过一个光耦的通断来控制晶闸管，从而控制实验室220V交流电的通断。 
在本实用新型实施例中，监控中心子***13包括：第二ZigBee无线收发模块131、键盘132、LCD显示模块133、第二GSM/GPRS模块134、声光报警模块135、主控制器130； 
第二ZigBee无线收发模块131、键盘132、LCD显示模块133、第二GSM/GPRS模块134及声光报警模块135与主控制器130相连接。 
在本实用新型实施例中，中央控制器110及主控制器130采用基于ARM7核的32位嵌入式RISC处理器(S3C44B0X)作为主控芯片；第一ZigBee无线收发模块112级第二ZigBee无线收发模块131采用型号为CC2530F256的芯片；第一GSM/GPRS模块116级第二GSM/GPRS模块134选用型号为TC35的芯片。 
在本实用新型实施例中，传感器模块111包括：红外传感器1111、烟雾传感器1112、门磁及窗磁传感器1113、光电耦合电路1114、温湿度传感器1115； 
红外传感器1111、烟雾传感器1112及门磁及窗磁传感器1113通过光电耦合电路1114与中央控制器110相连接，温湿度传感器1115与中央控制器110相连接； 
红外传感器1111采用红外热释电传感器(P2288)，其核心器件为热释传感放大芯片(BISS0001)，用于探测实验室内部人员的异常入侵，可与门磁及窗磁传感器1113一起作为盗窃报警信号发生器；烟雾传感器1112采用型号为QM-N5的传感器，用于火灾的报警；温湿度传感器1115采用集成器件(HMW61B)，用于实时监测实验室内的温度和湿度，并实现温湿度的调节和控制； 
在本实用新型实施例中，电源开启控制模块113包括：空调开关1131、加湿器开关1132、风扇开关1133、报警器开关1134、驱动继电器1135； 
空调开关1131、加湿器开关1132、风扇开关1133及报警器开关1134通过驱动继电器1135与中央控制器110相连接。 
在本实用新型实施例中，监控中心子***13通过操作键盘132与LCD显示模块133查看实验室的实际状态、历史告警信息以及设置监控中心子***13的工作模式，包括：值班模式和无人值守工作模式；在值班工作模式下，第二ZigBee无线收发模块131接收来自实验室子***11发送的警情信息后，启动声光报警模块135提示值班员查询警情信息，并前去处理和维护；在无人值守工作模式下，第二ZigBee无线收发模块131接收到警情信息后，若在白天，***通过第二GSM/GPRS模块134发送警情短消息给实验室管理员，通知前去维护，若在晚上，监控中心子***13则发送短消息给安保处夜间值班室，通知前去巡查，在实验室环境出现异常时及时地采取最佳的行动策略，实现了实验室长期持续性的环境检测与实时监控。 
下面结合附图及具体实施例对本实用新型的应用原理作进一步描述。 
图2示出了本实用新型实施例提供的实验室子***11结构，该实验室子***11主要包括：传感器模块111、第一ZigBee无线收发模块112、电源开启控制模块113、设备监测及跟踪模块114、门禁管理模块115、第一GSM/GPRS模块116、功能按键模块117、插卡取电模块118、存储器模块119、电源及复位模块120、中央控制器110，传感器模块111主要由红外传感器1111、烟雾传感器1112、门磁及窗磁传感器1113、光电耦合电路1114、温湿度传感器1115组成，该实验室子***11以32位ARM单片机(S3C44B0X)处理器作为中央控制器110，通过传感器模块111对实验室的温度、烟雾、防盗以及供电等环境与安全参数进行实时采集和智能响应；门禁管理模块115采取校园一卡通对实验室进行门禁管理；设备监测及跟踪模块114利用RFID射频识别技术对实验设备进行定位、监测与跟踪；功能按键模块117可进行***查询和实验室安 防设置，包括布防、撤防和安防等级设定，如有警情则根据实际情况开启声光报警模块135，并通过第一ZigBee无线收发模块112和基于以太网的校园局域网络12将现场参数及警报信息传输至远程监控中心子***13或由第一GSM/GPRS模块116以短信息的形式通知相关管理员，从而简化了复杂的布线，实现了实验室长期持续性的环境检测与实时监控。 
传感器模块111：红外传感器1111用于探测实验室内部人员的异常入侵，采用红外热释电传感器(P2288)，其核心器件为热释传感放大芯片(BISS0001)，可与门磁及窗磁传感器1113一起作为盗窃报警信号发生器； 
烟雾传感器1112用于火灾的报警，采用型号为QM-N5的传感器，当检测的烟雾浓度达到报警限度时，触发报警开关动作，启动室内声光报警装置发出警报，该信号经光电耦合电路1114传送至中央控制器110，中央控制器110检测到信号输入后，则控制第一ZigBee无线收发模块112发出报警信息到监控中心子***13； 
温湿度传感器1115采用集成器件(HMW61B)，集温度、湿度一体传感器实时采集实验室内的温度和湿度，并将该参数通过第一ZigBee无线收发模块112发送至监控中心子***13主机并通过LCD显示模块133进行显示，当温度、湿度值过高或过低时，监控中心子***13下达命令给实验室子***11的中央控制器110，通过GPIO口输出控制信号，经放大后驱动相应的继电器动作，从而实现空调温度的调节、加湿器以及风扇的开启与关闭； 
第一ZigBee无线收发模块112采用TI公司推出的CC2530F256芯片，它能够以非常低的材料成本建立强大的网络节点，结合了领先的RF收发器的优良性能、业界标准的增强型8051CPU、超低功耗以及拥有256KB可编程闪存空间等强大功能，它通过串行通信接口USART与主控芯片的UART相连，从而对实验室现场的环境参数及警报信息进行无线传输，简化了监控***复杂的布线； 
电源开启控制模块113采用插卡取电方式，通过一个光耦的通断来控制晶 闸管，从而控制实验室220V交流电的通断； 
设备监测及跟踪模块114采用RFID射频识别技术，在实验设备上粘贴电子标签(TG230)，在门窗附近安装射频读卡器(FR300)，当实验室处于布防状态时，如果有设备搬离实验室，读卡器会检测到设备，将设备信息通过RS232接口传送给中央控制器110，中央控制器110通过GPIO口输出控制信号，经放大后驱动相应的继电器动作，从而使报警器嗡鸣报警，同时控制第一ZigBee无线收发模块112发出报警信息至监控中心子***13的主机； 
门禁管理模块115采用校园一卡通对实验室进出许可权限、进出人员登记、额定实践时间收费等进行管理操作； 
存储器模块119用于存储实验室进出人员信息、实验室设备状态、实验室温湿度等环境参数以及警情信息包括报警时间、实验室房间号、警情种类等，以供日后查询； 
第一GSM/GPRS模块116采用华为的GM900型GPRS模块，通过异步串行口与中央控制器110相连，利用串口的AT操作指令来操作GM900，以实现警情以及控制信息的远程传输。当网络感测到异常状况时，模块便向固定的GSM号码发送报警信息，把实验室目前的安全状况通知管理员，同时管理员向该模块发送固定格式的短信信息，完成***功能的设置和控制操作； 
图3示出了本实用新型实施例提供的监控中心子***13的结构，由第二ZigBee无线收发模块131、键盘132、LCD显示模块133、第二GSM/GPRS模块134、声光报警模块135以及主控制器130组成，通过键盘132和LCD显示模块133选择设定监控中心子***13的工作模式，包括值班模式和无人值守工作模式，在值班工作模式下，第二ZigBee无线收发模块131接收来自实验室子***11发送的警情信息后，启动声光报警模块135，提示值班员查询警情信息并前去维护和处理；而在无人值守工作模式下，第二ZigBee无线收发模块131接收到警情信息后，若在白天，监控中心子***13通过第二GSM/GPRS模块134发送警情短消息给实验室管理员，通知其前去维护，若在晚上，监控中心 子***13则发送短消息给安保处夜间值班室，通知前去巡查，从而能在实验室环境出现异常时及时地采取最佳的行动策略。 
其中，键盘132与LCD显示模块133用于查看***状态和历史告警信息以及设置***的工作模式，包括值班模式和无人值守工作模式；而实验室子***11中的功能按键模块117主要用于安防设置，包括布防、撤防和安防等级的设定，其中安防等级根据学校教学工作的需要设置了三种等级，正常教学日程为最低级别，周末与小假期为第二等级，寒暑假等较长假期可选择最高等级即第三级。 
本实用新型实施例提供的实验室安防***，实验室子***11对实验室进行长期持续性的环境检测与实时监控，并通过网关与局域网络12互联，将现场参数及警报信息传输至远程监控中心子***13的移动终端，实现了实验室长期持续性的环境检测和智能实时控制的一体化，实验室管理员也能通过远程网络接口与***进行信息交互和控制，及时地掌握各监测点的环境状态，了解其是否受到良好的控制，以期在实验室环境出现异常时采取最佳的行动策略，不仅简化了监控***复杂的布线，而且易于实现***的模块化、安装维护方便，实现了高校实验室的集成化、智能化与网络化监控，提升了可扩展性及移动性能，降低了维护成本，节省了人力资源，提高了高校实验室安全运转的经济性、智能化和可靠性。 
以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (7)

1.一种基于GSM/GPRS和ZigBee无线传感器网络的实验室安防***，该实验室安防***包括：局域网络，其特征在于，所述实验室安防***还包括分别与所述局域网络相连接的实验室子***和监控中心子***。
2.如权利要求1所述的实验室安防***，其特征在于，所述实验室子***包括：传感器模块、第一ZigBee无线收发模块、电源开启控制模块、设备监测及跟踪模块、门禁管理模块、第一GSM/GPRS模块、功能按键模块、插卡取电模块、存储器模块、电源及复位模块、中央控制器；
所述传感器模块、第一ZigBee无线收发模块、电源开启控制模块、设备监测及跟踪模块、门禁管理模块、GSM/GPRS模块、功能按键模块、插卡取电模块、存储器模块及电源及复位模块分别与所述中央控制器模块相连接。
3.如权利要求1所述的实验室安防***，其特征在于，所述监控中心子***包括：第二ZigBee无线收发模块、键盘、LCD显示模块、第二GSM/GPRS模块、声光报警模块、主控制器；
所述第二ZigBee无线收发模块、键盘、LCD显示模块、第二GSM/GPRS模块及声光报警模块与所述主控制器相连接。
4.如权利要求1、2或3所述的实验室安防***，其特征在于，所述中央控制器及主控制器采用基于ARM7核的32位嵌入式RISC处理器S3C44B0X作为主控芯片；所述第一ZigBee无线收发模块级第二ZigBee无线收发模块采用型号为CC2530F256的芯片；所述第一GSM/GPRS模块级第二GSM/GPRS模块选用型号为TC35的芯片。
5.如权利要求1或2所述的实验室安防***，其特征在于，所述传感器模块包括：红外传感器、烟雾传感器、门磁及窗磁传感器、光电耦合电路、温湿度传感器；
所述红外传感器、烟雾传感器及门磁及窗磁传感器通过所述光电耦合电路与所述中央控制器相连接，所述温湿度传感器与所述中央控制器相连接。 
6.如权利要求1或2所述的实验室安防***，其特征在于，所述电源开启控制模块包括：空调开关、加湿器开关、风扇开关、报警器开关、驱动继电器；
所述空调开关、加湿器开关、风扇开关及报警器开关通过所述驱动继电器与所述中央控制器相连接。
7.如权利要求1或3所述的实验室安防***，其特征在于，所述监控中心子***包括用于查看实验室的实际状态、历史告警信息以及设置监控中心子***的工作模式的操作键盘与LCD显示模块。 
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