CN203645709U - 一种基于压电效应的幼儿园智能监控*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于压电效应的幼儿园智能监控***，包括嵌入式网关、GPRS模块、Web服务器和Zigbee定位网络，该Zigbee定位网络与嵌入式网关通过信号连接，嵌入式网关与GPRS模块通过信号连接，GPRS模块与Web服务器通过信号连接；该Zigbee定位网络，包括Zigbee协调器、Zigbee参考节点和Zigbee***；该Zigbee***，包括嵌入式压电模块、检测传感器和Zigbee控制器；该嵌入式压电模块，包括压电材料、超级电容、高密度锂电池和电源管理电路；该电源管理电路，包括控制电路、转化电路和降压电路，控制电路和转化电路之间电信号连接，控制电路和降压电路之间通过开关连接。本实用新型的有益效果在于：具有自供电和自动定位功能，改善了幼儿园小朋友的实时监控管理问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于幼儿园的监控***，特别涉及一种基于压电效应的幼儿园智能监控***。
背景技术
近年来，幼儿园小孩丢失、意外伤害等事故日益成为了人们关注的焦点。由于小孩人数较多，缺乏自我约束，不能达到对每个学生的实时监控。
传统的幼儿园监控采用视频技术，通过在校园布控摄像头，摄像头采集视频信息，通过网络传输至监控中心，了解小孩的安全情况。但是由于摄像头布控具有一定局限性，存在一些盲区，同时受到光线和其他环境因素影响，存在一些不能漏监控的情况。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是实现了为基于压电效应的幼儿园智能监控***自动供电功能，同时实现了自动供电和锂电池供电的切换。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：一种基于压电效应的幼儿园智能监控***，包括嵌入式网关、GPRS模块和Web服务器，嵌入式网关与GPRS模块通过信号连接，GPRS模块与Web服务器通过信号连接，该***还包括Zigbee定位网络，该Zigbee定位网络与嵌入式网关通过信号连接。
进一步的，该Zigbee定位网络，包括Zigbee协调器、Zigbee 参考节点和Zigbee***；Zigbee***、Zigbee参考节点以及Zigbee协调器三者之间通过无线通信连接；
该Zigbee***负责发送和接收定位信号，
该Zigbee参考节点负责接收并传输信号强度值给Zigbee***，
该Zigbee协调器负责收集Zigbee***计算出的坐标信息。
进一步的，该Zigbee***，包括嵌入式压电模块、检测传感器和Zigbee控制器，嵌入式压电模块和检测传感器分别通过导线与Zigbee控制器连接；
该Zigbee控制器主要负责处理和运算数据，计算出小孩的具***置，
该检测传感器用于检测小孩是否远离Zigbee参考节点。
进一步的，该嵌入式压电模块，包括压电材料、超级电容、高密度锂电池和电源管理电路，压电材料和超级电容通过整流电路连接，超级电容、高密度锂电池和电源管理电路采用电子开关连接。
进一步的，该电源管理电路，包括控制电路、转化电路和降压电路，控制电路和转化电路之间电信号连接，控制电路和降压电路之间通过开关连接；
该转化电路用于将所述压电材料输出的高电压，低功率的交流电转化为直流电，
该降压电路用于将输出电压转化为所述Zigbee***需要的3.3V，
该控制电路主要负责进行混合供电的切换。
进一步的，该Zigbee控制器采用针对IEEE802.15.4应用的片上***CC2531，内部集成了工作在2.4GHz频段的射频发射器，拥有低功耗的8051MCU内核。
进一步的，该Zigbee***被嵌入在幼儿园小孩鞋内。
进一步的，该压电材料选用直径为30毫米的压电陶瓷，以并联方式连接。
本实用新型的有益效果：一种基于压电效应的幼儿园智能监控***，其中，通过嵌入式压电模块和电源管理电路的配合使用，实现了压电效应混合供电方式，具有自供电功能，安装方便；通过ZigBee定位网络进行位置信号的采集，通过Web服务器传输给互联网，最后实现互联网查询和位置的定位。
附图说明
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本实用新型专利的原理框图
图2为Zigbee定位网络结构图
图3为Zigbee***结构图
图4为嵌入式压电模块结构图
具体实施方式
实施例：下面结合附图对本专利进行进一步说明
本专利采用压电效应原理，即在压电材料上施加一定压力会产生 电荷，实现了机械能到电能的转化，采用超级电容储存电荷，设计电源管理电路实现嵌入式压电模块供电。
通信技术采用Zigbee定位网络进行定位，将Zigbee***安装于小孩鞋内，通过Zigbee协调器发送定位信号到嵌入式网关，然后通过GPRS模块发送报警信号，采用Web服务器存储数据并远程控制。
如图1所示，幼儿园智能监控***，包括Zigbee定位网络、嵌入式网关、GPRS模块以及Web服务器。Zigbee定位网络与嵌入式网关通过信号连接，嵌入式网关与GPRS模块通过信号连接，GPRS模块与Web服务器通过信号连接。
作为优选，嵌入式网关的硬件采用三星公司的ARM11系列6410，软件采用QT设计界面，用于显示Zigbee定位网络状态和位置信息。GPRS模块选用SIM900A模块，用于负责接收报警信号和编码信息，并通过GPRS模块将其转发到具有固定IP地址的Web服务器中，实现报警信号和编码信息的上传。Web服务器作为现有技术，这里不做详细描述。
该幼儿园智能监控***的工作原理为：通过Zigbee定位网络将幼儿园小孩的位置信息和采集到的报警信号传输给嵌入式网关，嵌入式网关通过GPRS模块将信息统一发送至固定IP的Web服务器上，学校监控中心通过Web服务器可以查询每个小孩的安全情况；同时Web服务器通过GPRS模块将小孩的相关消息发送至老师和家长，达到实时***的效果。
如图2所示，Zigbee定位网络，包括Zigbee协调器、Zigbee参考节点和Zigbee***。Zigbee***、Zigbee参考节点以及Zigbee协调器三者之间通过无线通信连接，若干个Zigbee***、Zigbee参考节点和Zigbee协调器形成了Zigbee定位网络。Zigbee***负责发送和接收定位信号，Zigbee参考节点负责接收并传输信号强度值给Zigbee***，Zigbee协调器负责收集Zigbee***计算出的坐标信息。
作为优选，Zigbee协调器和Zigbee参考节点采用TI公司生产的CC2530，Zigbee***采用TI公司生产的具有定位功能的CC2531。
该Zigbee定位网络的工作原理为：在幼儿园内一些固定位置布置Zigbee参考节点，Zigbee参考节点会自动发送自身的坐标信息和信号强度RSSI值给Zigbee***；Zigbee***基于信号强度RSSI值和链路质量LQI算法计算出自己的坐标信息，最后将其坐标信息发送给Zigbee协调器，Zigbee协调器将上述坐标信息上传至嵌入式网关。
如图3所示,Zigbee***，包括嵌入式压电模块、检测传感器和Zigbee控制器，嵌入式压电模块和检测传感器分别通过导线不Zigbee控制器连接。
作为优选，Zigbee控制器采用TI公司生产的针对IEEE802.15.4应用的片上***CC2531，内部集成了工作在2.4GHz频段的射频发射器，拥有低功耗的8051MCU内核。该MCU内核作为控制芯片， 主要负责处理和运算数据，计算出小孩的具***置。检测传感器采用热释红外探测器，热释红外探测器由热释红外二极管和菲尼尔滤光片组成。由于人体固定温度在37度，自生产生10um的红外线，通过菲尼尔滤光片滤光后聚集到热释红外二极管上，从而判断是否有红外线产生，通过检测是否有红外线产生可以检测小孩是否进离Zigbee***。
该Zigbee***被嵌入在鞋内，能够近距离感知小孩散发出的红外线，当小孩脱掉鞋或者丢失Zigbee***时，通过检测传感器传输报警信号告知Zigbee协调器。
该Zigbee***的工作原理为：通过嵌入式压电模块为Zigbee控制器供电，Zigbee控制器采集检测传感器的信号，将坐标信号和红外检测信号传输给邻近的Zigbee协调器。
如图4所示，该嵌入式压电模块，包括压电材料、超级电容、高密度锂电池和电源管理电路。压电材料选用直径约30毫米的压电陶瓷，以并联方式连接，压电材料放置于鞋跟处。超级电容选用1.5F漏电流较小的KORCHIP法拉电容。压电材料和超级电容之间通过整流电路连接。超级电容、高密度锂电池和电源管理电路采用电子开关连接，当超级电容输出电压高于工作电压时，电子开关选择超级电容进行供电输出，当超级电容输出电压低于工作电压时，电子开关选择高密度锂电池进行供电输出。
超级电容作为现有技术，此处不作详细描述。
电源管理电路，包括控制电路、转化电路和降压电路。控制电路 和转化电路之间电信号连接，控制电路和降压电路之间通过开关连接。
作为优选，转化电路采用集成芯片LTC3588，与门针对压电传感器等高阻抗源设计的一款低功耗芯片，将压电材料输出的高电压，低功率的交流电转化为直流电。
降压电路采用漏电流较小的降压芯片MAX666组成，将输出电压转为Zigbee***需要的3.3V。
控制电路主要负责进行混合供电的切换，采用低功耗的电子开关芯片ADG801实现。当超级电容上面的电压达到阈值时对Zigbee控制器进行供电，当电容上面电压没达到时，采用高密度锂电池进行供电。
本实用新型与利的工作过程为：将Zigbee参考节点每间隔3m放置于幼儿园的各个角落，为Zigbee协调器上电，进行组网检测；完成后将Zigbee***安装在幼儿园小孩的鞋内，调试整个网络状态，在嵌入式网关上观察Zigbee定位网络中各个Zigbee***情况，登陆Web服务器观察Zigbee***的实时位置状态。
以上所述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 (3)
1.一种基于压电效应的幼儿园智能监控***，包括嵌入式网关、GPRS模块和Web服务器，所述嵌入式网关与GPRS模块通过信号连接，所述GPRS模块与Web服务器通过信号连接，其特征在于：还包括Zigbee定位网络，所述Zigbee定位网络与所述嵌入式网关通过信号连接，所述Zigbee定位网络包括Zigbee协调器、Zigbee参考节点和Zigbee***，所述Zigbee***、Zigbee参考节点以及Zigbee协调器三者之间通过无线通信连接，所述Zigbee***包括嵌入式压电模块、检测传感器和Zigbee控制器，所述嵌入式压电模块和检测传感器分别通过导线与Zigbee控制器连接，所述嵌入式压电模块包括压电材料、超级电容、高密度锂电池和电源管理电路，所述压电材料和超级电容通过整流电路连接，所述超级电容、高密度锂电池和电源管理电路采用电子开关连接，所述电源管理电路包括控制电路、转化电路和降压电路，所述控制电路和转化电路之间电信号连接，所述控制电路和降压电路之间通过开关连接。
2.按照权利要求1所述的幼儿园智能监控***，其特征在于:所述Zigbee控制器采用针对IEEE802.15.4应用的片上***CC2531，内部集成了工作在2.4GHz频段的射频发射器，拥有低功耗的8051MCU内核。
3.按照权利要求1所述的幼儿园智能监控***，其特征在于:所述压电材料选用直径为30毫米的压电陶瓷，以并联方式连接。
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|---|---|---|---|---|
| CN105187470A (zh) * | 2015-05-25 | 2015-12-23 | 吉首大学 | 一种基于ZigBee和4G技术的智能幼儿园看护*** |
| CN113409545A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-09-17 | 苏州德品医疗科技股份有限公司 | 基于Zigbee技术的婴儿监控*** |
| CN116434495A (zh) * | 2023-06-08 | 2023-07-14 | 厦门星拉科技有限公司 | 基于电力物联网的作业施工隐患预警***及方法 |
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