專利名稱：基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的兒童警報車載系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種報警系統(tǒng)，尤其涉及一種用于檢測車內(nèi)兒童遺留情況并對其進行無線報警的車載系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
針對日益增多的兒童因被遺留在汽車內(nèi)而失去生命的現(xiàn)象，美國一些技術(shù)公司發(fā)明了一些車載設(shè)備，提醒車主在下車時不要忘記將孩子帶出。如，美國宇航局研制的一種“兒童傳感器”，將其安裝在汽車坐墊下面，車主下車時，傳感器感到坐墊上重量變輕，就會響10下，提醒車主留意是否留有兒童在車上；另一種設(shè)備叫“兒童備忘者”，將其安裝在兒童汽車坐椅固定用的卡子上，只要將兒童汽車座椅安裝在汽車上，系統(tǒng)便會被激活，車主下車后離開車3米遠，警報就會響起，提醒車主將孩子帶走。這些車載設(shè)備都有一定缺陷，如信息獲取方式單一，容易造成錯誤判斷；有效報警距離短，當(dāng)汽車距離車主或路人比較遠時，發(fā)出的警報可能不會被注意到。因此這些設(shè)備在科技界和汽車企業(yè)難以推廣普及。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可配置的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的兒童警報車載系統(tǒng)及方法，其可對車內(nèi)兒童遺留情況進行有效檢測并利用無線方式對車主進行實時報警。為了達成上述目的，本發(fā)明的解決方案是
一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的兒童警報車載系統(tǒng)，包括數(shù)個車載子節(jié)點模塊、匯聚節(jié)點模塊和手機終端；
車載子節(jié)點模塊安裝在汽車中，匯聚節(jié)點模塊安裝在車庫或停車場中，所述各車載子節(jié)點模塊和匯聚節(jié)點模塊采用星型網(wǎng)絡(luò)拓撲方式進行組網(wǎng)，并利用ZigBee技術(shù)進行無線通信及數(shù)據(jù)傳輸；
所述匯聚節(jié)點模塊利用GSM網(wǎng)絡(luò)將報警信息以短信形式發(fā)送至手機終端。上述車載子節(jié)點模塊包括第一供電模塊、用于檢測車內(nèi)兒童遺留情況的數(shù)據(jù)采集模塊和ZigBee模塊，第一供電模塊采用電池為數(shù)據(jù)采集模塊和ZigBee模塊供電；數(shù)據(jù)采集模塊包括傳感器模塊和信號調(diào)理電路，所述傳感器模塊與信號調(diào)理電路連接，將感測到的信號送入信號調(diào)理電路，然后將由信號調(diào)理電路處理后的信號送入ZigBee模塊進行綜合分析處理，以得到是否有兒童遺留在車中的準確判斷，若確定為報警信息，則將該報警信息上傳至匯聚節(jié)點模塊。上述傳感器模塊包括聲音傳感器、熱釋電紅外傳感器和壓力傳感器，均與信號調(diào)理電路連接，所述聲音傳感器安裝在離兒童比較近的地方，以便檢測到兒童發(fā)出的聲音；熱釋電紅外傳感器安裝在正對著兒童的地方，以便檢測到兒童發(fā)出的紅外輻射；壓力傳感器安裝在兒童的座椅下，當(dāng)兒童坐在座椅上時檢測到壓力。上述匯聚節(jié)點模塊包括供電模塊、ZigBee模塊和GSM模塊，其中，供電模塊采用5V穩(wěn)壓電源為ZigBee模塊和GSM模塊供電；GSM模塊用于實現(xiàn)短信報警功能，其通過GSM網(wǎng)絡(luò)與手機終端進行通信。一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的兒童警報方法，包括如下步驟
(1)在車庫或停車場中設(shè)置匯聚節(jié)點，在汽車中設(shè)置車載子節(jié)點；
(2)匯聚節(jié)點與各車載子節(jié)點采用星型網(wǎng)絡(luò)拓撲方式進行組網(wǎng)，并利用ZigBee技術(shù)進行無線通信及數(shù)據(jù)傳輸；
(3)當(dāng)汽車進入車庫或停車場，車載子節(jié)點檢測周圍是否存在無線網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)檢測存在時，申請入網(wǎng)，匯聚節(jié)點為該子節(jié)點分配網(wǎng)絡(luò)地址，進行連接；
(4)車載子節(jié)點對目標信息進行探測并對探測結(jié)果進行綜合分析處理，以得到是否有兒童遺留在車中的準確判斷，若確定為報警信息，則通過ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)上傳至匯聚節(jié)點；
(5)匯聚節(jié)點接收到報警信息，通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送報警短信至手機終端。上述步驟(2)中，匯聚節(jié)點充當(dāng)協(xié)調(diào)器，選擇合適的信道建立網(wǎng)絡(luò)，建網(wǎng)成功后進入無線監(jiān)控狀態(tài)，實時接收來自車載子節(jié)點發(fā)出的入網(wǎng)請求。上述步驟(4)中，車載子節(jié)點對目標信息進行探測，然后對探測結(jié)果進行預(yù)處理，再進行基本可信度分配；然后利用D-S融合規(guī)則融合各基本可信度分配值；最后按照決策準則，得到最終決策結(jié)果，得到是否有兒童遺留在車中的準確判斷。采用上述方案后，本發(fā)明具有以下特點
(1)節(jié)點結(jié)構(gòu)簡單，布線方便，易安裝維護；
(2)節(jié)點之間采用ZigBee技術(shù)進行通信，使節(jié)點具有通信可靠、耗電低、成本低等優(yōu)占.
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(3)采用無線方式，網(wǎng)絡(luò)可擴展性強，可以根據(jù)用戶不同的需求對節(jié)點進行配置，增減車載子節(jié)點的數(shù)量以及改變節(jié)點布置的位置或改變傳感器的類型，以適應(yīng)個性化產(chǎn)品的需求；
(4)采用GSM短信方式進行報警，進一步降低系統(tǒng)的成本，提高報警的實時性，而且使報警距離不再受限，整個系統(tǒng)從而具有更高的靈活性；
(5)采用多傳感器信息融合技術(shù)，綜合來自節(jié)點中各個傳感器的信息，利用融合方法進行數(shù)據(jù)分析和處理，可以消除單傳感器的局限性，提高系統(tǒng)報警的可靠性。


圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明中車載子節(jié)點模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明中匯聚節(jié)點模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明中車載子節(jié)點模塊的工作流程圖；圖5是本發(fā)明中匯聚節(jié)點的工作流程圖；圖6是本發(fā)明中多傳感器信息融合的原理框圖。
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明。
如圖1所示，本發(fā)明提供一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的兒童警報車載系統(tǒng)，包括數(shù)個車載子節(jié)點模塊101、匯聚節(jié)點模塊102和手機終端103，其中，車載子節(jié)點模塊101安裝在汽車中，具體可以安裝在經(jīng)常載有兒童的汽車中，如私家車、校車等，節(jié)點中的傳感器根據(jù)具體情況進行布置；匯聚節(jié)點模塊102安裝在車庫或停車場中，一旦汽車停在車庫或停車場中，該匯聚節(jié)點模塊102允許車中的車載子節(jié)點模塊101入網(wǎng)，并與其進行通信，所述各車載子節(jié)點模塊101和匯聚節(jié)點模塊102利用ZigBee技術(shù)進行無線通信及數(shù)據(jù)傳輸；匯聚節(jié)點模塊102利用GSM網(wǎng)絡(luò)將報警信息以短信形式發(fā)送至手機終端103。參見圖2，車載子節(jié)點模塊101包括供電模塊201，數(shù)據(jù)采集模塊202和ZigBee模塊203，其中，供電模塊201采用電池供電，為數(shù)據(jù)采集模塊202和ZigBee模塊203提供電源動力。數(shù)據(jù)采集模塊202用于檢測車內(nèi)兒童遺留情況，由傳感器模塊204和信號調(diào)理電路205組成，其中，傳感器模塊204包括聲音傳感器、熱釋電紅外傳感器和壓力傳感器，均與信號調(diào)理電路205連接，將感測到的信號送入信號調(diào)理電路205，具體而言，聲音傳感器可安裝在離兒童比較近的地方，以便檢測到兒童發(fā)出的聲音；熱釋電紅外傳感器可安裝在正對著兒童的地方，并配合菲涅爾透鏡調(diào)節(jié)好檢測角度和距離，以便檢測到兒童發(fā)出的紅外輻射；壓力傳感器安裝在兒童的座椅下，當(dāng)兒童坐在座椅上時，可以檢測到壓力。信號調(diào)理電路205對由傳感器模塊204采集的信號進行相應(yīng)的處理，以得到符合要求的信號，然后通過模擬或數(shù)字接口送入ZigBee模塊203。ZigBee模塊203主要包括數(shù)據(jù)處理模塊和無線收發(fā)模塊，具體實現(xiàn)上可以CCM30為核心部件，在該芯片上整合ZigBee射頻前端、內(nèi)存和8051微控制器，可對經(jīng)過信號調(diào)理電路處理后的信號進行綜合分析處理，以得到是否有兒童遺留在車中的準確判斷，若確定為報警信息，則將該報警信息通過無線收發(fā)模塊上傳至匯聚節(jié)點模塊102 ；所述無線收發(fā)模塊上還可安裝天線，從而實現(xiàn)無線收發(fā)。如圖3所示，匯聚節(jié)點模塊102包括供電模塊301、ZigBee模塊302和GSM模塊303，其中，供電模塊301采用5V穩(wěn)壓電源為ZigBee模塊302和GSM模塊303供電。ZigBee模塊302的結(jié)構(gòu)與ZigBee模塊203的結(jié)構(gòu)類似，也包括數(shù)據(jù)處理模塊和無線收發(fā)模塊，實現(xiàn)時以CCM30為核心部件，在該芯片上整合ZigBee射頻前端、內(nèi)存和8051微控制器，進行數(shù)據(jù)處理。GSM模塊303用于實現(xiàn)短信報警功能，其通過GSM網(wǎng)絡(luò)與手機終端103進行通信。本發(fā)明所采用的ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用簡單的星型拓撲方式進行組網(wǎng)。在該網(wǎng)絡(luò)中，匯聚節(jié)點模塊102充當(dāng)協(xié)調(diào)器，負責(zé)網(wǎng)絡(luò)的建立與管理，與各車載子節(jié)點模塊101進行無線通信并通過GSM網(wǎng)絡(luò)與手機終端103進行通信；車載子節(jié)點模塊101充當(dāng)終端節(jié)點，加入?yún)R聚節(jié)點模塊102建立的網(wǎng)絡(luò)，利用節(jié)點中的多傳感器進行信息采集，并對采集信息進行處理，若確定為報警信息，則上傳至匯聚節(jié)點模塊102。參見圖4，匯聚節(jié)點模塊102的工作流程是這樣的上電后匯聚節(jié)點模塊先進行初始化，包括硬件配置初始化、軟件配置初始化等；接著選擇合適的信道，建立一個網(wǎng)絡(luò)，建網(wǎng)成功后，進入無線監(jiān)控狀態(tài)；當(dāng)收到車載子節(jié)點模塊發(fā)出的入網(wǎng)請求后，匯聚節(jié)點模塊為該車載子節(jié)點模塊分配網(wǎng)絡(luò)地址，建立連接；當(dāng)子節(jié)點向匯聚節(jié)點模塊發(fā)送報警信息時，協(xié)調(diào)器接收信息并通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送報警短信至手機終端103。
參見圖5，車載子節(jié)點模塊的工作流程是這樣的上電后，車載子節(jié)點模塊對硬件和軟件配置進行初始化操作；當(dāng)檢測到無線網(wǎng)絡(luò)時，申請入網(wǎng)；入網(wǎng)成功后，開始利用節(jié)點上的多傳感器周期性采集信息，利用多傳感器信息融合技術(shù)對信息進行處理后，若確定是報警信息，則發(fā)送信息至匯聚節(jié)點模塊。參見圖6，信號調(diào)理電路利用多傳感器信息融合技術(shù)對信息進行處理的基本過程是這樣的融合技術(shù)采用的是D-S證據(jù)理論方法。在傳感器節(jié)點中，數(shù)據(jù)采集模塊集合了聲音、熱釋電紅外和壓力三種傳感器。首先，車載子節(jié)點模塊中的三種傳感器分別對目標信息進行探測，然后對探測結(jié)果進行預(yù)處理，再賦予0到1之間的概率分配值，即基本可信度分配；然后利用D-S融合規(guī)則融合各傳感器的基本可信度分配值；最后按照決策準則，得到最終決策結(jié)果。綜上，本發(fā)明兒童車載警報系統(tǒng)的工作過程是首先，匯聚節(jié)點模塊進行組網(wǎng)，當(dāng)有車載子節(jié)點模塊進入網(wǎng)絡(luò)范圍時，立即向匯聚節(jié)點模塊發(fā)出入網(wǎng)請求；入網(wǎng)成功后，車載子節(jié)點模塊開始工作，節(jié)點中的多傳感器開始采集車內(nèi)信息并進行融合處理；一旦融合結(jié)果達到報警指標，立刻通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)將報警信息發(fā)送至匯聚節(jié)點模塊，匯聚節(jié)點模塊啟動GSM模塊，及時將報警信息通過短信發(fā)送至車主或管理人員的手機終端，從而可使兒童迅速得到救援。另外，基于前述兒童警報車載系統(tǒng)，本發(fā)明還提供一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的兒童警報方法，包括如下步驟
(1)在車庫或停車場中設(shè)置匯聚節(jié)點，在汽車中設(shè)置車載子節(jié)點；
(2)匯聚節(jié)點與各車載子節(jié)點采用星型網(wǎng)絡(luò)拓撲方式進行組網(wǎng)，并利用ZigBee技術(shù)進行無線通信及數(shù)據(jù)傳輸，組網(wǎng)時，匯聚節(jié)點充當(dāng)協(xié)調(diào)器，選擇合適的信道建立網(wǎng)絡(luò)，建網(wǎng)成功后進入無線監(jiān)控狀態(tài)，實時接收來自車載子節(jié)點發(fā)出的入網(wǎng)請求；
(3)當(dāng)汽車進入車庫或停車場，車載子節(jié)點檢測周圍是否存在無線網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)檢測存在時，申請入網(wǎng)，匯聚節(jié)點為該子節(jié)點分配網(wǎng)絡(luò)地址，進行連接；
(4)車載子節(jié)點對目標信息進行探測并對探測結(jié)果進行綜合分析處理，以得到是否有兒童遺留在車中的準確判斷，具體的判斷過程是
車載子節(jié)點首先對目標信息進行探測，對探測結(jié)果進行預(yù)處理，再進行基本可信度分配；然后利用D-S融合規(guī)則融合各基本可信度分配值；最后按照決策準則，得到最終決策結(jié)果，得到是否有兒童遺留在車中的準確判斷；
若確定為報警信息，則通過ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)上傳至匯聚節(jié)點；
(5)匯聚節(jié)點接收到報警信息，通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送報警短信至手機終端。需要特別指出的是，對實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其他實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的實施例，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的兒童警報車載系統(tǒng)，其特征在于包括數(shù)個車載子節(jié)點模塊、匯聚節(jié)點模塊和手機終端；車載子節(jié)點模塊安裝在汽車中，匯聚節(jié)點模塊安裝在車庫或停車場中，所述各車載子節(jié)點模塊和匯聚節(jié)點模塊采用星型網(wǎng)絡(luò)拓撲方式進行組網(wǎng)，并利用ZigBee技術(shù)進行無線通信及數(shù)據(jù)傳輸；所述匯聚節(jié)點模塊利用GSM網(wǎng)絡(luò)將報警信息以短信形式發(fā)送至手機終端。
2.如權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的兒童警報車載系統(tǒng)，其特征在于所述車載子節(jié)點模塊包括第一供電模塊、用于檢測車內(nèi)兒童遺留情況的數(shù)據(jù)采集模塊和ZigBee模塊，第一供電模塊采用電池為數(shù)據(jù)采集模塊和ZigBee模塊供電；數(shù)據(jù)采集模塊包括傳感器模塊和信號調(diào)理電路，所述傳感器模塊與信號調(diào)理電路連接，將感測到的信號送入信號調(diào)理電路，然后將由信號調(diào)理電路處理后的信號送入ZigBee模塊進行綜合分析處理，以得到是否有兒童遺留在車中的準確判斷，若確定為報警信息，則將該報警信息上傳至匯聚節(jié)點模塊。
3.如權(quán)利要求2所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的兒童警報車載系統(tǒng)，其特征在于所述傳感器模塊包括聲音傳感器、熱釋電紅外傳感器和壓力傳感器，均與信號調(diào)理電路連接，所述聲音傳感器安裝在離兒童比較近的地方，以便檢測到兒童發(fā)出的聲音；熱釋電紅外傳感器安裝在正對著兒童的地方，以便檢測到兒童發(fā)出的紅外輻射；壓力傳感器安裝在兒童的座椅下，當(dāng)兒童坐在座椅上時檢測到壓力。
4.如權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的兒童警報車載系統(tǒng)，其特征在于所述匯聚節(jié)點模塊包括供電模塊、ZigBee模塊和GSM模塊，其中，供電模塊采用5V穩(wěn)壓電源為ZigBee模塊和GSM模塊供電；GSM模塊用于實現(xiàn)短信報警功能，其通過GSM網(wǎng)絡(luò)與手機終端進行通信。
5.一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的兒童警報方法，其特征在于包括如下步驟(1)在車庫或停車場中設(shè)置匯聚節(jié)點，在汽車中設(shè)置車載子節(jié)點；(2)匯聚節(jié)點與各車載子節(jié)點采用星型網(wǎng)絡(luò)拓撲方式進行組網(wǎng)，并利用ZigBee技術(shù)進行無線通信及數(shù)據(jù)傳輸；(3)當(dāng)汽車進入車庫或停車場，車載子節(jié)點檢測周圍是否存在無線網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)檢測存在時，申請入網(wǎng)，匯聚節(jié)點為該子節(jié)點分配網(wǎng)絡(luò)地址，進行連接；(4)車載子節(jié)點對目標信息進行探測并對探測結(jié)果進行綜合分析處理，以得到是否有兒童遺留在車中的準確判斷，若確定為報警信息，則通過ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)上傳至匯聚節(jié)點；(5)匯聚節(jié)點接收到報警信息，通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送報警短信至手機終端。
6.如權(quán)利要求5所述的一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的兒童警報方法，其特征在于所述步驟(2)中，匯聚節(jié)點充當(dāng)協(xié)調(diào)器，選擇合適的信道建立網(wǎng)絡(luò)，建網(wǎng)成功后進入無線監(jiān)控狀態(tài)，實時接收來自車載子節(jié)點發(fā)出的入網(wǎng)請求。
7.如權(quán)利要求5所述的一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的兒童警報方法，其特征在于所述步驟(4)中，車載子節(jié)點對目標信息進行探測，然后對探測結(jié)果進行預(yù)處理，再進行基本可信度分配；然后利用D-S融合規(guī)則融合各基本可信度分配值；最后按照決策準則，得到最終決策結(jié)果，得到是否有兒童遺留在車中的準確判斷。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的兒童警報車載系統(tǒng)，包括數(shù)個車載子節(jié)點模塊、匯聚節(jié)點模塊和手機終端；車載子節(jié)點模塊安裝在汽車中，匯聚節(jié)點模塊安裝在車庫或停車場中，所述各車載子節(jié)點模塊和匯聚節(jié)點模塊采用星型網(wǎng)絡(luò)拓撲方式進行組網(wǎng)，并利用ZigBee技術(shù)進行無線通信及數(shù)據(jù)傳輸；所述匯聚節(jié)點模塊利用GSM網(wǎng)絡(luò)將報警信息以短信形式發(fā)送至手機終端。此種警報系統(tǒng)結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可配置，可對車內(nèi)兒童遺留情況進行有效檢測并利用無線方式對車主進行實時報警。本發(fā)明還公開一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的兒童警報方法。
文檔編號H04W4/14GK102572156SQ20121000736
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者吳杰, 曹秀嵐, 田裕鵬 申請人:南京航空航天大學(xué)