基于紅外傳感器的范圍性生物入侵預警系統的制作方法
本發明涉及基于紅外傳感器的范圍性生物入侵預警系統，主要應用于安防、軍事作戰、電力系統、野外露營等領域。
背景技術：
傳統的防生物入侵多采用站崗方式，通過人來判斷是否由生物入侵，然后拉動警報。近年來隨著傳感器元件性能的改進與增強，新方法與新技術被不斷引入生物運動定位領域，其中較為典型的是紅外檢測技術，這種檢測技術通過紅外傳感器檢測到一定波長的紅外光譜，并將其轉化為定量的電信號，從而檢測出生物位置等信息。
紅外檢測技術從被感知信號源來區分，可分為主動式紅外檢測方法和被動式紅外檢測方法。主動式紅外檢測方法分為發射(投光器)和接收(受光器)兩部分，投光器和受光器之間投射人眼不可見的紅外光，通過紅外敏感材料接收紅外光譜，這類檢測方法主要應用于入侵檢測領域，屬于點對點式檢測。
相比主動式紅外感知系統，被動式紅外檢測方法不需要主動發射單元，僅靠接收單元獨立工作，通過接收生物輻射的紅外信號，受激發產生電信號，通過放大電路輸出，具有探測范圍廣的特點，但生物所處距離位置無法獲知。
目前防生物入侵多采用主動式紅外檢測方法來確定生物所處的位置，然而該方法所檢測的范圍僅在于發射器和接收器之間，范圍太窄，無法呈范圍性檢測。
鑒于此，本發明人為此研制出基于紅外傳感器的范圍性生物入侵預警系統，有效的解決了上述問題，本案由此產生。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供基于紅外傳感器的范圍性生物入侵預警系統，該系統能夠范圍性的檢測是否有生物入侵，并確定生物入侵所處的大概位置。
為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：
基于紅外傳感器的范圍性生物入侵預警系統，包括：
遍布于監測區域內的多個監測節點，相鄰的所述監測節點之間的監測范圍具有重疊區；
每個所述監測節點均具有無線傳輸模塊和用于實時采集生物熱輻射信息的紅外傳感器，所述無線傳輸模塊實時將包括所述紅外傳感器采集的信號數據和所述監測節點位置信息數據的監測數據傳輸至網關；以及
與網關通信連接的具有顯示功能的監測設備，所述監測設備用于接收所述網關發送來的所述監測數據并判斷生物入侵位置并顯示。
作為可選的進一步改進，所述監測設備為具有定位模塊的移動終端設備，依靠所述移動終端設備來獲取各所述監測節點的位置信息并記錄。
作為可選的進一步改進，所述監測節點布設于以所述監測區域中心為圓心的至少兩個同心圓上。
作為可選的進一步改進，所述監測設備用于根據入侵生物距離所述監測區域中心的距離不同而分為不同級別的警戒區，不同級別的所述警戒區以所述同心圓中一個或多個為界來劃分；
所述監測設備具有報警單元，所述報警單元用于根據入侵生物所處警戒區的不同而發出不同級別的報警信息。
作為可選的進一步改進，所述監測設備還用于根據所述生物入侵位置生成該生物的入侵運動軌跡。
作為可選的進一步改進，所述監測設備還用于基于卡爾曼濾波算法來處理接收到的所述監測數據。
作為可選的進一步改進，所述監測設備根據所述監測節點的監測數據判斷生物入侵位置的方法為：
之間兩兩相鄰的各所述監測節點檢測到生物入侵時，以所述之間兩兩相鄰的各監測節點的幾何中心作為生物入侵位置。
作為可選的進一步改進，所述監測設備還用于判斷入侵生物的數量，判斷方法為：
同一時刻，相鄰位置僅單個監測節點檢測到生物入侵則將該單個監測節點作為一組，以及之間兩兩相鄰的各所述監測節點檢測到生物入侵則將該各所述監測節點也作為一組，生物入侵的數量等于形成組的組數量。
作為可選的進一步改進，所述監測設備還用于基于生物入侵的數量建立數量相同的數組模塊，同一入侵生物的位置信息存儲于同一數組模塊；
所述監測設備用于根據所述數組模塊存儲的位置信息生成對應入侵生物的運動軌跡。
作為可選的進一步改進，所述監測設備判斷入侵生物的數量增加時，增加相應增加數量的所述數組模塊來存儲新增加的入侵生物位置信息，增加的入侵生物位置信息包括以下兩種情況中的至少一種：
第一種，新增入侵生物的位置信息位于監測區域的最外圍，則直接將該入侵生物的當前位置信息存儲；
第二種，新增入侵生物的位置信息為從原入侵生物的位置信息中分化出，則將之前原入侵生物的位置信息和該新增入侵生物的當前位置信息一起存儲于新增數組模塊。
采用上述方案后，本發明通過遍布于監測區域內的多個監測節點來實時獲取生物入侵信息，監測設備則依據監測節點自身的位置信息來確定入侵生物所在大概位置，并顯示。因此本發明能夠范圍性的檢測是否有生物入侵，從而實現范圍性的生物入侵檢測，確定生物入侵所處的大概位置。
附圖說明
圖1是本實施例監測布置示意圖；
圖2是本實施例主要系統工作流程圖；
圖3是本實施例判斷生物入侵數量及每個入侵生物位置信息確定和存儲的工作流程圖；
圖4是本實施例入侵軌跡分化后的軌跡圖。
具體實施方式
為了進一步解釋本發明的技術方案，下面通過具體實施例來對本發明進行詳細闡述。
如圖1所示，是本發明一較佳實施例揭示的基于紅外傳感器的范圍性生物入侵預警系統，包括遍布于監測區域100內的多個監測節點10，相鄰的監測節點10之間的監測范圍具有重疊區，以保證監測無盲區。
每個監測節點10均具有無線傳輸模塊和紅外傳感器，紅外傳感器為熱釋電紅外傳感器，用于實時采集其檢測范圍內的生物熱輻射信息，其中紅外傳感器采集的信號數據和監測節點10位置信息數據打包形成監測數據，無線傳輸模塊實時將監測數據傳輸至網關20，本實施例優選的無線傳輸模塊為采用zigbee無線技術的cc2530芯片。監測節點10通過stm8單片機對紅外傳感器采集的信號數據進行初步處理，然后將其和對應的監測節點10的位置信息數據打包形成監測數據。
還包括監測設備30，監測設備30與網關20通信連接并具有顯示功能，通信方式優選采用藍牙通信，網關20將監測數據實時發送至監測設備30，監測設備30用于根據接收到的監測數據判斷生物入侵位置并顯示。最好的，監測設備30還基于卡爾曼濾波算法來處理接收到的所有監測數據，以濾除掉噪聲等干擾信息，從而判斷出生物入侵的位置信息。
由此通過遍布于監測區域100內的多個監測節點10來實時采集生物入侵信息，監測設備30則依靠監測節點10自身的位置信息來確定入侵生物所在大概位置，并顯示，從而實現范圍性的生物入侵檢測，確定生物入侵所處的大概位置。因此布置的監測節點10數越多，其入侵生物的位置判斷精度越高。
為了能夠在監測設備30上直觀觀察生物入侵，監測設備30還用于根據生物入侵位置生成該生物的入侵運動軌跡。
對于其中一較佳實施例，監測設備30選擇具有定位模塊的移動終端設備，依靠移動終端設備來獲取位置信息，比如采用gps定位系統的手機。對于野外臨時布置的監測區域100，即可依靠該移動終端設備來布置各監測節點10，并記錄各監測節點10的位置信息。
各監測節點10的位置最佳的為，布設于以監測區域100中心為圓心的至少兩個同心圓上，如此步驟后，區域性劃分明顯，且可依序布置。比如圖1所示，直徑14米的內圓40上均勻間隔布置8個監測節點10，直徑25米的外圓50上均勻間隔布置16個監測節點10。
其中最佳的，監測設備30用于，根據入侵生物距離監測區域100中心的距離不同而分為不同級別的警戒區，不同級別的警戒區以同心圓中一個或多個為界來劃分。比如圖1所示，以內圓40和外圓50為界，外圓50以外的監測區域100為預警區101，外圓50和內圓40之間的監測區域100為緩沖區102，內圓40以內的監測區域100為危險區103，即警戒區劃分為預警區101、緩沖區102和危險區103。
監測設備30具有報警單元，報警單元用于根據入侵生物所處警戒區的不同而發出不同級別的報警信息，比如，入侵生物被判斷處于預警區101時報警單元發出低頻報警，入侵生物被判斷處于緩沖區102時報警單元發出中頻報警，入侵生物被判斷處于危險區103時報警單元發出高頻報警。
由于本實施例選擇的紅外傳感器是采集其檢測范圍內的生物熱輻射信息，因此該紅外傳感器并不能準確的確定入侵生物的具體位置，只能依此來判斷該紅外傳感器的檢測范圍內有入侵生物。為此進行如下設計，本實施例監測設備30根據接收到的監測數據判斷生物入侵位置的方法為：一、相鄰位置僅監測節點10檢測到生物入侵時，以所述監測節點10的位置信息作為生物入侵位置；二、之間兩兩相鄰的各監測節點10檢測到生物入侵時，以所述之間兩兩相鄰的各監測節點10的幾何中心作為生物入侵位置。
其中之間兩兩相鄰指的是任意一個監測節點10的檢測范圍均需與其它監測節點10的檢測范圍有重合，比如圖1中顯示最多的，兩個監測節點10之間相鄰，三個檢測節點之間兩兩相鄰。
幾何中心的算法本實施例列舉最為常見的四種情況：
同一時間，當入侵生物進入監測區域100內，僅被a監測節點10所檢測到，則以a監測節點10坐標為(xi,yi)作為入侵生物的位置坐標，并記錄。
同一時間，當入侵生物進入監測區域100內，被a、b兩相鄰監測節點10所檢測到，計算此時該兩個監測節點10的坐標的均值，得出當前被測生物的所在位置。設a監測節點10坐標為(xi，yi),b監測節點10坐標為(xj，yj),此時取得a、b監測節點10坐標的均值：
同一時間，當入侵生物被a、b、c三個兩兩相鄰的監測節點10所檢測到，設此時監測節點10坐標為a(xi，yi)、b(xj，yj)、c(xk，yk)。結合a和b兩監測節點10坐標，連接求出其斜率：
同一時間，當入侵生物被a、b、c、d四個兩兩相鄰的監測節點10所感知，設其坐標分別為a(xi，yi)、b(xj，yj)、c(xk，yk)、d(xt，yt)。此時，任意取其中兩個點，例如a和b，求其中點m坐標
作為其中一較佳實施例，監測設備30還用于判斷入侵生物的數量，判斷方法為：
同一時刻，相鄰位置僅單個監測節點10檢測到生物入侵則將該單個監測節點10作為一組，以及之間兩兩相鄰的各所述監測節點10檢測到生物入侵則也作為一組，生物入侵的數量等于形成組的組數量。此種判斷方法只能將結伴而行的入侵生物判斷為同一入侵生物。
為了便于生成生物入侵運動軌跡，監測設備30還基于上述判斷得到的生物入侵數量，建立數量相同的數組模塊，同一入侵生物的位置信息存儲于同一數組模塊，監測設備30根據該數組模塊存儲的位置信息生成對應入侵生物的運動軌跡。
其中，當監測設備30判斷入侵生物的數量增加時，增加相應增加數量的數組模塊來存儲新增加的入侵生物位置信息。鑒于本實施例判斷入侵生物數量的方法，因此增加的入侵生物位置信息包括以下兩種情況：
第一種，新增入侵生物的位置信息位于監測區域100的最外圍，則直接將該入侵生物的當前位置信息存儲；
第二種，新增入侵生物的位置信息為從原入侵生物的位置信息中分化出，則將之前原入侵生物的位置信息和該新增入侵生物的當前位置信息一起存儲于新增數組模塊，即原入侵生物為結伴而行，進入監測區域100之后分開而行，如圖4所示。
以下結合圖2說明本實施例的主要系統工作流程，工作流程包括：
s1-1布設各監測節點10后系統通電工作，可采用內置電池供電；紅外傳感器實時采集生物入侵的紅外信息信號數據，以實時監測生物入侵。
s1-2紅外傳感器傳輸監測到的信號數據stm8并進行初步數據處理；stm8利用基于zigbee的cc2530芯片的無線傳輸模塊把處理好的數據傳輸至網關20，其中處理好的數據即為監測數據，包括紅外傳感器采集的信號數據和所述監測節點10位置信息數據；網關20將監測數據歸類后通過藍牙傳輸至移動終端設備。
s1-3移動終端設備根據接收到的監測數據判斷是否有生物入侵，判斷有生物入侵時，移動終端設備基于卡爾曼濾波算法處理接收到的作為多源數據的所有監測數據，獲得生物入侵的位置信息并顯示運動軌跡，之后執行步驟s1-4；判斷無生物入侵時，先判斷監測節點10是否異常(比如是否有監測節點10未發送監測數據)，有異常則報告異常監測節點10信息，并使用備用監測節點10更換掉異常的監測節點10，無異常則執行步驟s1-7。
s1-4移動終端設備判斷入侵生物是否處于預警區101，判斷處于預警區101則報警單元發出低頻報警；判斷不處于預警區101，則執行步驟s1-5。
s1-5移動終端設備判斷入侵生物是否處于緩沖區102，判斷處于緩沖區102則報警單元發出中頻報警；判斷不處于緩沖區102，則執行步驟s1-6。
s1-6移動終端設備判斷入侵生物是否處于危險區103，判斷處于危險區103則報警單元發出高頻報警，并執行步驟s1-7；判斷不處于危險區103，則報告系統錯誤，記錄錯誤日志。
s1-7人為判斷是否關閉系統。
以下結合圖3說明本實施例步驟s1-3中判斷有生物入侵后，繼續判斷生物入侵數量及每個入侵生物位置信息確定和存儲的一較佳實施例工作流程，工作流程包括：
s2-1判斷有生物入侵后，開始創建一個數組模塊。
s2-2接收網關20發送來的監測數據，判斷檢測到生物入侵的監測節點10形成一組的組數量n，如果n等于1則表示單生物入侵，繼續用當前數據模塊存儲該組監測節點10的監測數據，然后執行步驟s2-3；如果n大于1則表示多生物入侵，然后執行步驟s2-2-1。
s2-2-1判斷當前數組模塊個數m是否等于n，如果m等于n，則繼續使用m個數組模塊用來存儲n個入侵生物的位置信息數據，并執行步驟s2-3；如果n大于m，則新增n-m個數組模塊用來存儲n個入侵生物的位置信息數據，并執行步驟s2-3。
s2-3對上述檢測到每一個入侵生物的一組監測節點10的監測數據進行分析得出當前入侵生物的具體位置；
判斷該組監測節點10的監測節點10數量是否為1，如果是，則將該監測節點10的坐標(xi,yi)作為該生物的入侵位置，然后執行步驟s2-7；如果不是等于1，則執行步驟s2-4。
s2-4判斷該組監測節點10的監測節點10數量是否為2，如果是，則將該兩監測節點10的幾何中心坐標
s2-5判斷該組監測節點10的監測節點10數量是否為3，如果是，則將該三個監測節點10的幾何中心坐標
s2-6判斷該組監測節點10的監測節點10數量是否為4，如果是，則將該四個監測節點10的幾何中心坐標
s2-7對上述獲得的該生物入侵位置信息存儲記錄于數組模塊。
s2-8判斷系統是否關閉，沒關閉則執行步驟s2-2；關閉則結束。
以上僅為本發明的較佳實施例，并非對本發明的保護范圍的限定。凡依本案的設計思路所做的等同變化，均落入本案的保護范圍。
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