專利名稱：基于物聯(lián)網(wǎng)的雙閉環(huán)博物館環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)的雙閉環(huán)博物館環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)及方法，屬于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
環(huán)境氣候、溫度、相對(duì)濕度、空氣污染、光線輻射、昆蟲(chóng)危害、微生物繁殖等環(huán)境因素導(dǎo)致博物館藏品受損現(xiàn)象呈明顯加劇趨勢(shì)，文物受到破壞與威脅，金屬加速腐蝕、石刻風(fēng)化粉碎、紙張酸化脆裂、絲織品老化等，各類文物都處于瀕危的境地.而博物館作為陳列文物的主要地點(diǎn)，對(duì)博物館環(huán)境參數(shù)的精確監(jiān)控尤為重要?，F(xiàn)有博物館監(jiān)控技術(shù)多由人工進(jìn)行操作，調(diào)整博物館環(huán)境溫濕度.由于設(shè)計(jì)、機(jī)械效率、控制系統(tǒng)等原因，控制精度達(dá)不到文物保存的要求，或者能耗很大.有涉及到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的也多為環(huán)境監(jiān)測(cè)，并未形成一個(gè)完整的集監(jiān)測(cè)控制為一體的系統(tǒng)。因此，有必要建立一套精確、穩(wěn)定的、自動(dòng)化程度高的基于物聯(lián)網(wǎng)的博物館環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述不足，提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的雙閉環(huán)博物館環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)及方法，用于對(duì)博物館環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控和保護(hù)。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述基于物聯(lián)網(wǎng)的雙閉環(huán)博物館環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，包括無(wú)線傳感器模塊、信息處理模塊和監(jiān)控中心，所述無(wú)線傳感器模塊包括位于待測(cè)點(diǎn)處的傳感器節(jié)點(diǎn)和簇頭節(jié)點(diǎn)，每個(gè)展室中的傳感器節(jié)點(diǎn)自組織成網(wǎng)絡(luò)，按能量損耗最低原則選擇簇頭節(jié)點(diǎn)，簇頭節(jié)點(diǎn)與非簇頭節(jié)點(diǎn)之間形成父子節(jié)點(diǎn)；簇頭節(jié)點(diǎn)通過(guò)Zigbee無(wú)線通信協(xié)議與所述信息處理模塊連接，信息處理模塊將數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾、融合、壓縮，所述信息處理模塊通過(guò)Wifi與監(jiān)控中心雙向通信，監(jiān)控中心能夠遙控響應(yīng)設(shè)備、調(diào)整環(huán)境參數(shù)并與管理人員手機(jī)通信；所述傳感器節(jié)點(diǎn)包括電源、CPU模塊、無(wú)線通信模塊、GPS模塊以及環(huán)境參數(shù)傳感器，所述CPU模塊分別與電源、無(wú)線通信模塊、GPS模塊以及環(huán)境參數(shù)傳感器相連。所述環(huán)境參數(shù)傳感器包括溫濕度傳感器、光照傳感器、振動(dòng)傳感器、氣體(如CO2)濃度傳感器中的一種或多種。所述傳感器節(jié)點(diǎn)的電源分為正常供電電源和備用電源，備用電源在正常供電電源發(fā)生故障或者更換時(shí)啟動(dòng)使用。基于物聯(lián)網(wǎng)的雙閉環(huán)博物館環(huán)境監(jiān)控方法，包括如下步驟
(1)由傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)博物館中各個(gè)展室的待測(cè)點(diǎn)的環(huán)境參數(shù)實(shí)時(shí)采集；
(2)由傳感器節(jié)點(diǎn)將采集到的環(huán)境參數(shù)信息發(fā)送給簇頭節(jié)點(diǎn)，簇頭節(jié)點(diǎn)再將數(shù)據(jù)傳送給信息處理模塊；
(3)信息處理模塊對(duì)上傳上來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾、融合、壓縮，然后傳送給監(jiān)控中心；
(4)監(jiān)控中心讀取信息處理模塊上傳上來(lái)的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中；(5)監(jiān)控中心將傳送上來(lái)的數(shù)據(jù)與設(shè)定的各個(gè)閾值比較，若發(fā)現(xiàn)超過(guò)閾值就進(jìn)行報(bào)警， 并向管理人員手機(jī)發(fā)送短信通知。監(jiān)控中心報(bào)警后，在設(shè)定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有得到響應(yīng)，則向管理人員手機(jī)發(fā)送短信。監(jiān)控中心發(fā)出的短信通知內(nèi)容包括需要做出調(diào)整的響應(yīng)設(shè)備的位置信息以及響應(yīng)設(shè)備需做出的響應(yīng)動(dòng)作。所述響應(yīng)設(shè)備包括空調(diào)、抽濕機(jī)、增濕器、窗簾中的一種或多種，每個(gè)響應(yīng)設(shè)備都具有GSM模塊。監(jiān)控中心報(bào)警時(shí)，管理人員通過(guò)監(jiān)控中心的監(jiān)控界面發(fā)送控制命令，控制所述響應(yīng)設(shè)備的工作。管理人員手機(jī)接收到短信通知后，通過(guò)手機(jī)客戶端軟件連接各響應(yīng)設(shè)備，通過(guò)手機(jī)客戶端軟件遙控各響應(yīng)設(shè)備工作。管理人員手機(jī)接收到短信通知后，也可以通過(guò)手機(jī)短信回復(fù)控制命令，以此通過(guò)手機(jī)完成監(jiān)控中心控制職能。本發(fā)明由監(jiān)控中心和手機(jī)客戶端雙閉環(huán)監(jiān)控環(huán)境參數(shù)，設(shè)定監(jiān)控中心的響應(yīng)優(yōu)先級(jí)高于手機(jī)客戶端的響應(yīng)優(yōu)先級(jí)；若采集到的環(huán)境參數(shù)值超過(guò)了閾值，而監(jiān)控中心在設(shè)定時(shí)間內(nèi)未下達(dá)控制命令，則監(jiān)控中心向管理人員手機(jī)發(fā)送手機(jī)短信報(bào)警，通過(guò)手機(jī)短信回復(fù)控制命令或者打開(kāi)手機(jī)客戶端軟件，以此通過(guò)手機(jī)完成監(jiān)控中心職能。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于博物館環(huán)境監(jiān)控中，不但能夠精確地監(jiān)測(cè)到環(huán)境參數(shù)的變化而且能夠迅速的做出調(diào)整，環(huán)境中的響應(yīng)設(shè)備能夠?qū)Νh(huán)境參數(shù)變化迅速做出反應(yīng)，通過(guò)監(jiān)控中心PC機(jī)和管理人員手機(jī)客戶端軟件雙閉環(huán)控制，控制精度更高。


圖1為本發(fā)明所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的雙閉環(huán)博物館監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明所述的傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖3為本發(fā)明監(jiān)控中心監(jiān)控軟件結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明的基于物聯(lián)網(wǎng)的雙閉環(huán)博物館環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，硬件部分包括無(wú)線傳感器模塊、信息處理模塊和監(jiān)控中心。所述無(wú)線傳感器模塊包括位于待測(cè)點(diǎn)處的傳感器節(jié)點(diǎn)和簇頭節(jié)點(diǎn)，每個(gè)展室中的傳感器節(jié)點(diǎn)自組織成網(wǎng)絡(luò)，按能量損耗最低原則選擇簇頭節(jié)點(diǎn)，簇頭節(jié)點(diǎn)與非簇頭節(jié)點(diǎn)之間形成父子節(jié)點(diǎn)；簇頭節(jié)點(diǎn)通過(guò)Zigbee無(wú)線通信協(xié)議與所述信息處理模塊連接，信息處理模塊將數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾、融合、壓縮，所述信息處理模塊通過(guò)Wifi與監(jiān)控中心雙向通信，監(jiān)控中心能夠遙控響應(yīng)設(shè)備、調(diào)整環(huán)境參數(shù)并與管理人員手機(jī)通信。如圖2所示，所述傳感器節(jié)點(diǎn)包括電源、CPU模塊(本實(shí)施例采用STM32F103單片機(jī))、無(wú)線通信模塊、GPS模塊以及各類環(huán)境參數(shù)傳感器，所述CPU模塊分別與電源、無(wú)線通信模塊、GPS模塊以及環(huán)境參數(shù)傳感器相連。所述環(huán)境參數(shù)傳感器可以包括溫濕度傳感器、光照傳感器、振動(dòng)傳感器、CO2傳感器以及各種氣體傳感器，對(duì)多種環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。各傳感器與CPU模塊通過(guò)IIC接口連接。無(wú)線通信模塊與CPU模塊通過(guò)SPI接口連接。所述傳感器節(jié)點(diǎn)的電源分為正常供電電源和備用電源，備用電源在正常供電電源發(fā)生故障或者更換時(shí)啟動(dòng)使用。在正常供電電源電量不足時(shí)啟用備用電源，使得傳感器節(jié)點(diǎn)的工作不間斷。所述響應(yīng)設(shè)備包括空調(diào)、抽濕機(jī)、增濕器、窗簾中的一種或多種，每個(gè)響應(yīng)設(shè)備都設(shè)置有GSM模塊。如圖3所示，監(jiān)控軟件由中心信息處理模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)顯示模塊，控制命令發(fā)送模塊，警報(bào)模塊和閾值設(shè)定模塊組成。無(wú)線傳感器模塊與信息處理模塊之間采用Zigbee低功耗無(wú)線通信協(xié)議。信息處理模塊與監(jiān)控中心之間采用Wifi無(wú)線協(xié)議連接。監(jiān)控中心通過(guò)短信或者3G網(wǎng)絡(luò)向各響應(yīng)設(shè)備發(fā)送控制命令。工作時(shí)將無(wú)線傳感器模塊布置在各個(gè)需要采集參數(shù)的展覽室中，監(jiān)控中心向下發(fā)送控制命令，傳感器模塊響應(yīng)命令，初始化參數(shù)，開(kāi)始采集數(shù)據(jù)。采集周期設(shè)置為3秒。各個(gè)展室中的無(wú)線傳感器模塊自組織成網(wǎng)絡(luò)，按能量損耗最低原則選擇簇頭節(jié)點(diǎn)，簇頭節(jié)點(diǎn)與各節(jié)點(diǎn)之間形成父子節(jié)點(diǎn)，簇頭節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)融合后利用Zigbee無(wú)線通信協(xié)議上傳至信息處理模塊，信息處理模塊接收數(shù)據(jù)，對(duì)采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾、融合、壓縮。所述過(guò)濾主要是過(guò)濾掉采集過(guò)程中受到的干擾信息，例如電磁干擾，噪聲等，原始數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)濾波之后，在剩下的數(shù)據(jù)中，將同種類型節(jié)點(diǎn)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，例如，將溫度傳感器上傳的溫度信息融合在一起，融合后的數(shù)據(jù)中，選擇一個(gè)有代表性的數(shù)據(jù)，將大量數(shù)據(jù)壓縮成為幾個(gè)值。例如，有幾個(gè)溫度節(jié)點(diǎn)采集的原始數(shù)據(jù)分別見(jiàn)下表1。表 權(quán)利要求
1.基于物聯(lián)網(wǎng)的雙閉環(huán)博物館環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，包括無(wú)線傳感器模塊、信息處理模塊和監(jiān)控中心，其特征在于所述無(wú)線傳感器模塊包括位于待測(cè)點(diǎn)處的傳感器節(jié)點(diǎn)和簇頭節(jié)點(diǎn)，每個(gè)展室中的傳感器節(jié)點(diǎn)自組織成網(wǎng)絡(luò)，按能量損耗最低原則選擇簇頭節(jié)點(diǎn)，簇頭節(jié)點(diǎn)與非簇頭節(jié)點(diǎn)之間形成父子節(jié)點(diǎn)；簇頭節(jié)點(diǎn)通過(guò)Zigbee無(wú)線通信協(xié)議與所述信息處理模塊連接，信息處理模塊將數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾、融合、壓縮，所述信息處理模塊通過(guò)Wifi與監(jiān)控中心雙向通信，監(jiān)控中心能夠遙控響應(yīng)設(shè)備、調(diào)整環(huán)境參數(shù)并與管理人員手機(jī)通信；所述傳感器節(jié)點(diǎn)包括電源、CPU模塊、無(wú)線通信模塊、GPS模塊以及環(huán)境參數(shù)傳感器，所述CPU模塊分別與電源、無(wú)線通信模塊、GPS模塊以及環(huán)境參數(shù)傳感器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于物聯(lián)網(wǎng)的雙閉環(huán)博物館環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述環(huán)境參數(shù)傳感器包括溫濕度傳感器、光照傳感器、振動(dòng)傳感器、氣體濃度傳感器中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于物聯(lián)網(wǎng)的雙閉環(huán)博物館環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器節(jié)點(diǎn)的電源分為正常供電電源和備用電源，備用電源在正常供電電源發(fā)生故障或者更換時(shí)啟動(dòng)使用。
4.基于物聯(lián)網(wǎng)的雙閉環(huán)博物館環(huán)境監(jiān)控方法，其特征在于，包括如下步驟(1)由傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)博物館中各個(gè)展室的待測(cè)點(diǎn)的環(huán)境參數(shù)實(shí)時(shí)采集；(2)由傳感器節(jié)點(diǎn)將采集到的環(huán)境參數(shù)信息發(fā)送給簇頭節(jié)點(diǎn)，簇頭節(jié)點(diǎn)再將數(shù)據(jù)傳送給信息處理模塊；(3)信息處理模塊對(duì)上傳上來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾、融合、壓縮，然后傳送給監(jiān)控中心；(4)監(jiān)控中心讀取信息處理模塊上傳上來(lái)的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中；(5)監(jiān)控中心將傳送上來(lái)的數(shù)據(jù)與設(shè)定的各個(gè)閾值比較，若發(fā)現(xiàn)超過(guò)閾值就進(jìn)行報(bào)警，并向管理人員手機(jī)發(fā)送短信通知。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于物聯(lián)網(wǎng)的雙閉環(huán)博物館環(huán)境監(jiān)控方法，其特征在于，監(jiān)控中心報(bào)警后，在設(shè)定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有得到響應(yīng)，則向管理人員手機(jī)發(fā)送短信。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于物聯(lián)網(wǎng)的雙閉環(huán)博物館環(huán)境監(jiān)控方法，其特征在于，監(jiān)控中心發(fā)出的短信通知內(nèi)容包括需要做出調(diào)整的響應(yīng)設(shè)備的位置信息以及響應(yīng)設(shè)備需做出的響應(yīng)動(dòng)作。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述基于物聯(lián)網(wǎng)的雙閉環(huán)博物館環(huán)境監(jiān)控方法，其特征在于，所述響應(yīng)設(shè)備包括空調(diào)、抽濕機(jī)、增濕器、窗簾中的一種或多種，每個(gè)響應(yīng)設(shè)備都具有GSM模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述基于物聯(lián)網(wǎng)的雙閉環(huán)博物館環(huán)境監(jiān)控方法，其特征在于，監(jiān)控中心報(bào)警時(shí)，管理人員通過(guò)監(jiān)控中心的監(jiān)控界面發(fā)送控制命令，控制所述響應(yīng)設(shè)備的工作。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述基于物聯(lián)網(wǎng)的雙閉環(huán)博物館環(huán)境監(jiān)控方法，其特征在于，管理人員手機(jī)接收到短信通知后，通過(guò)手機(jī)客戶端軟件連接各響應(yīng)設(shè)備，通過(guò)手機(jī)客戶端軟件遙控各響應(yīng)設(shè)備工作。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述基于物聯(lián)網(wǎng)的雙閉環(huán)博物館環(huán)境監(jiān)控方法，其特征在于，管理人員手機(jī)接收到短信通知后，通過(guò)手機(jī)短信回復(fù)控制命令，以此通過(guò)手機(jī)完成監(jiān)控中心控制職能。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的雙閉環(huán)博物館環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)包括無(wú)線傳感器模塊、信息處理模塊和監(jiān)控中心，所述無(wú)線傳感器模塊包括位于待測(cè)點(diǎn)處的傳感器節(jié)點(diǎn)和簇頭節(jié)點(diǎn)，簇頭節(jié)點(diǎn)與非簇頭節(jié)點(diǎn)之間形成父子節(jié)點(diǎn)。簇頭節(jié)點(diǎn)通過(guò)Zigbee無(wú)線通信協(xié)議與信息處理模塊連接，信息處理模塊將數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾、融合、壓縮，通過(guò)Wifi與監(jiān)控中心雙向通信，監(jiān)控中心能夠遙控響應(yīng)設(shè)備、調(diào)整環(huán)境參數(shù)并與管理人員手機(jī)通信。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是不但能夠精確地監(jiān)測(cè)到環(huán)境參數(shù)的變化而且能夠迅速的做出調(diào)整，環(huán)境中的響應(yīng)設(shè)備能夠?qū)Νh(huán)境參數(shù)變化迅速做出反應(yīng)，通過(guò)監(jiān)控中心PC機(jī)和管理人員手機(jī)客戶端軟件雙閉環(huán)控制，控制精度更高。
文檔編號(hào)G05B19/418GK102393719SQ20111035472
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月10日
發(fā)明者王艷, 紀(jì)志成, 高春能, 魏雷 申請(qǐng)人:江南大學(xué)