基于MEMS的无人值守侦测传感器设备和系统的制作方法

基于mems的无人值守侦测传感器设备和系统
技术领域
1.本发明涉及无人值守相关技术领域，具体涉及一种基于mems的无人值守侦测传感器设备和系统。


背景技术：

2.对边境线的周界安防报警与监控管理，一直以来都是国家安全的重要组成部分和重要保障。如何防范人员非法越境成为各国在边防领域迫切需要解决的问题。


技术实现要素：

3.有鉴于此，提供一种基于mems的无人值守侦测传感器设备和系统已解决现有技术中防范人员非法越境的问题。
4.本发明采用如下技术方案：第一方面，本发明实施例提供了一种基于mems的无人值守侦测传感器设备，包括：传感器模组，用于检测预设区域的目标信息；所述目标信息用于判断预设区域是否存在入侵目标；定位模组，用于获取位置信息；无线通信模组，用于与预设的监控中心进行通信，或通过自组网技术，通过基于mems的无人值守侦测传感器设备与预设的监控中心进行通信；分别与所述无线通信模组、所述传感器模组和所述定位模组连接的主控模块，获取目标信息和位置信息，并基于预设的目标识别算法判断预设区域是否出现入侵目标，若出现入侵目标，则将所述目标信息和位置信息发送至预设的监控中心。
5.可选的，所述传感器模组包括：音频传感器、震动传感器、红外传感器和三轴传感器。
6.可选的，所述定位模块包括：gnss模组和天线；或所述定位模块包括：gps模组和天线；或所述定位模块包括：北斗定位模组和天线。
7.可选的，所述主控模块由stm32微处理器、flash和基本接口电路组成。
8.可选的，还包括：用于供电的电池。
9.可选的，包括与所述电池连接的太阳能电池板。
10.可选的，所述无线通信模组包括：nb/lora模组和天线。
11.可选的，还包括：电源管理模块，所述电源管理模块对于外部模组统一进行电源管理，已达到低功耗的目的。
12.第二方面，本发明实施例还提供一种基于mems的无人值守侦测系统，包括：多个如本申请的基于mems的无人值守侦测传感器设备和监控中心；所述基于mems的无人值守侦测传感器设备通过自组网技术，使得各个基于mems的无人值守侦测传感器设备之间通信连接，各个基于mems的无人值守侦测传感器设备与所述监控中心通信连接；基于mems的无人值守侦测传感器设备通过智能识别技术和边缘计算技
术判断预设区域是否出现入侵目标；所述监控中心用于，获取各个基于mems的无人值守侦测传感器设备发送的位置信息和目标信息；基于所述位置信息和目标信息确定所述入侵目标；所述监控中心还用于提供历史轨迹查询和对入侵目标进行入侵行为分析。
13.可选的，所述基于mems的无人值守侦测传感器设备还用于当自身出现异常状况时，向所述监控中心发送警报。
14.本发明采用以上技术方案，传感器模组检测预设区域的目标信息用于判断预设区域是否存在入侵目标；定位模组获取位置信息；无线通信模组，用于与预设的监控中心进行通信，或通过自组网技术，通过基于mems的无人值守侦测传感器设备与预设的监控中心进行通信；主控模块，获取目标信息和位置信息，并基于预设的目标识别算法判断预设区域是否出现入侵目标，若出现入侵目标，则将所述目标信息和位置信息发送至预设的监控中心。如此设置，通过自组网技术，使得设备可以在无网络的环境下运行，在铺设传感器的时候，无需进行大量的线缆铺设，降低了铺设难度，进一步的，主控模块通过目标识别算法进行目标的识别，可以有效的完成区域内的入侵目标的检测工作。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1是本发明实施例提供的一种基于mems的无人值守侦测传感器设备 的结构示意图；图2是本发明实施例提供的一种基于mems的无人值守侦测传感器设备 的爆炸结构示意图；图3是本发明实施例提供的一种基于mems的无人值守侦测系统的结构示意图。
17.附图标记：1
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传感器模组；2
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定位模组；3
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无线通信模组；4
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主控模块；5
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电池；6
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电源管理模块；7
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太阳能电池板；8
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基于mems的无人值守侦测传感器设备；9
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监控中心。
具体实施方式
18.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
19.首先对本申请提供方案的具体应用场景进行说明：目前，世界各国均投入大量人力、物力和财力进行边境安防报警监控相关技术的研究。传统边境防护方法采用刺丝防护网进行物理隔绝防护，如美国墨西哥边境的防护墙；在重要区域安装震动光纤、电子视频监控、红外探测、雷达探测等设备，由巡防人员巡逻进行搜寻维护。
20.然而我国的陆地边界线全长约2.2万公里，是世界上陆地边界线最长和邻国最多
的国家之一。边境线周界大多环境极其复杂，多为沙漠、山区等，出没的动物种类繁多。边防人员无法完全保持整段线路的同时搜寻工作，存在边防人员巡逻工作强度大、工作效率低等问题。
21.防护墙和震动光纤不可能全境建设和安装覆盖，摄像头只能在可视区域实现监控，摄像头安装不便隐蔽，不法份子容易避开摄像头进行违法活动。红外探测布防范围小，受环境因素影响较大，不适于室外安装，准确率较低。雷达探测采用多普勒雷达原理进行入侵探测，根据接收到的回波的多普勒频移来判断是否入侵，存在较大盲区。同时，传统设备如视频监控、雷达等探测设备耗电量较大，受供电限制，布防区域无法扩大，野外环境无法长时间工作。
实施例
22.图1是本发明实施例提供的一种基于mems的无人值守侦测传感器设备 的结构示意图；图2是本发明实施例提供的一种基于mems的无人值守侦测传感器设备的爆炸结构示意图；参考图1和图2，本申请提供的基于mems的无人值守侦测传感器设备包括：传感器模组1，用于检测预设区域的目标信息；所述目标信息用于判断预设区域是否存在入侵目标；定位模组2，用于获取位置信息；无线通信模组3，用于与预设的监控中心9进行通信，或通过自组网技术，通过基于mems的无人值守侦测传感器设备与预设的监控中心9进行通信；分别与所述无线通信模组3、所述传感器模组1和所述定位模组2连接的主控模块4，获取目标信息和位置信息，并基于预设的目标识别算法判断预设区域是否出现入侵目标，若出现入侵目标，则将所述目标信息和位置信息发送至预设的监控中心9。
23.如此设置，通过自组网技术，使得设备可以在无运营商网络的环境下运行，在铺设传感器的时候，无需进行大量的线缆的铺设，降低了铺设难度，进一步的，主控模块4通过目标识别算法进行目标的识别，可以有效的完成区域内的入侵目标的检测工作。
24.其中，所述传感器模组1包括：音频传感器、震动传感器、红外传感器和三轴传感器。本申请提供的方案中，通过多种传感器采集多个维度的信息，基于多个维度的信息确定是否存在入侵目标，如此设置，使得对于入侵目标的检测更加的准确。需要说明的是，传感器模组1是系统的数据采集单元，主要完成对于震动数据、音频数据、红外数据等目标数据的采集。多传感器功能端采用标准化协议与可拆卸设计，结合使用场景改变分段功能，使得产品的使用维度与数据多样性更加丰富。具体的，多方位的音频传感器用于收集区域场内声音数据，便于精确判断目标的类型与状态。震动传感器和多轴传感器是该设备的主要状态传感器，它可以精确的采集到震动数据，能直观体现目标运动和方位情况；红外传感器用于辅助实现对于目标的精确识别与判断；本申请提供的方案中，还可以包括其它传感器。具体的，该设备的可拆卸多功能段设计，还能通过加装图像传感器、激光雷达传感器、环境传感器等，使得设备具有不同应用场景下的多业务适配能力。
25.进一步的，所述定位模块包括：gnss模组和天线；或所述定位模块包括：gps模组和天线；或所述定位模块包括：北斗定位模组和天线。如图所示。通过现有的gps模组进行设备的定位。如此设置，在设备的安装过程中，无需记录设备的位置信息。在使用过程中，设备可
以通过自身携带的定位模块获取的位置信息。设备在与其他设备进行交互的过程中，可以发送自身的位置信息作为标识，以帮助其他设备判断该设备的位置。
26.进一步的，所述主控模块4由stm32微处理器、flash和基本接口电路组成。主控模块4：主控模块4为标准设计，主要由stm32微处理器、flash和基本接口电路组成，通过标准接口与主控端通信模块、电源管理模块6、gps模块等进行数据通信与管理，并具有一定的数据预处理和业务计算能力，是整个系统的核心处理单元；stm32芯片是物联网设备通用主控芯片，功能完善，接口充足，功耗低，具有良好的业务运行能力；具体的，stm32芯片包括内部数据接口：内部数据接口主要有uart/spi/i2c等接口，完成对主控功能段各模块的数据传输；主控模块4的外部数据接口，通过uart和通用协议，完成对多段功能端各端数据的接入。
27.进一步的，本申请提供的方案中，基于mems的无人值守侦测传感器设备，还包括：用于供电的电池5。电池5（即：电池组）用于完成对单个设备的电源供应，并具有良好的高低温适应性和放电效应，能实现产品的1
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3年工作时间要求。
28.进一步的，本申请提供的方案中，还可以包括与所述电池5连接的太阳能电池板7。太阳能电池板7可以与电池组结合使得设备可以达到提供更高的工作时间要求。
29.具体的，所述无线通信模组3包括：nb/lora模组和天线。nb/lora模组（即：物联网数据传输模块/自组网通信数据传输模块），既可结合运营商物联网传输网络进行数据传输，也可在无运营商网络覆盖时，通过lora模组进行自组网或网关数据通信，完成数据传输；内置高性能通讯天线，使数据传输更加稳定可靠。
30.基于mems的无人值守侦测传感器设备，还包括：电源管理模块6，所述电源管理模块6对于外部模组统一进行电源管理，以达到低功耗的目的。由于设备采用电池5供电，需具有长期的工作能力，而其外部器件多数在待机模式下仍具有微功耗的损耗，电源管理模块6对于外部模组统一进行电源管理，主控模块4通过io端口对电源管理模块6进行管理与控制，达到对于外部功能模块的通断电能力。
31.需要说明的是图2中，画出了设备的防水外壳和设备仓，传感器模组1、定位模组2、无线通信模组3、主控模块4、电池5、电源管理模块6设置在设备舱内。防水外壳包括4个管端脚。
32.参照图3，本申请提供的基于mems的无人值守侦测系统，包括：多个本申请实施例提供的基于mems的无人值守侦测传感器设备8和监控中心9；所述基于mems的无人值守侦测传感器设备8通过自组网技术，使得各个基于mems的无人值守侦测传感器设备8之间通信连接，各个基于mems的无人值守侦测传感器设备8与所述监控中心9通信连接；基于mems的无人值守侦测传感器设备8通过智能识别技术和边缘计算技术判断预设区域是否出现入侵目标；所述监控中心9用于，获取各个基于mems的无人值守侦测传感器设备8发送的位置信息和目标信息；基于所述位置信息和目标信息确定所述入侵目标；所述监控中心9还用于提供历史轨迹查询和对入侵目标进行入侵行为分析。
33.进一步的，所述基于mems的无人值守侦测传感器设备8还用于当自身出现异常状况时，向所述监控中心9发送警报。
34.综上所述，本申请提供的无人值守侦测传感器设备采用多传感器进行目标识别，可区分出人、动物以及车辆等目标。一旦检测到有异常目标出现在传感器检测范围，则传感
器就将识别结果发送给监控中心9。系统采用无线组网的方式将数据传输至监控中心9，使用灵活，无需专用线缆。无人值守侦测传感器设备可支持gnss/北斗定位功能，每个设备上报入侵信息时都将位置信息发送至指控中心，以便确定异常入侵位置。无人值守侦测传感器设备后台系统提供态势展示，为监控管理提供高效的可视化环境。操作员可以在平台上进行缩放浏览、定位查询、传感器参数配置等基础操作。可查询指定段时间内的入侵目标轨迹情况，并在地图上显示出来，以重现入侵目标该时间段的运行过程。无人值守侦测传感器设备可根据入侵目标的行为轨迹，推测出入侵目标的行进速度，目的地推测，以及入侵危险等级，给指控人员提供参考决策。
35.本申请提供的方案中，采用目标识别算法，可以根据对人、车等的特定状态数据的采集，通过系统对于数据解算与分析，清楚的获取一定区域内人、车、动物等的活动情况，还可根据不同车辆的数据信息判断入侵车辆类型。多传感器技术，设备包含震动传感器、音频传感器、红外传感器等，可以获取埋设区域的多维传感数据，实现对人、车、动物的精确识别，还可实现多业务的数据支持。物联网技术的应用，使得设备体积与成本大大降低，能够使单位面积下埋设的设备数量更多，埋设设备数量的变化使无人值守防护区域增加，海量的多维数据使后台对于该地段入侵状态的分析更加准确与完善。低功耗技术的应用使得无人值守成为可能，1
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3年免值守免维护使用，降低人员工作强度，设备设定的告警阈值使当异常发生时能及时告警，避免安全事故发生。采用自主自组网通信技术使设备即使远离运营商网络覆盖区域也能进行数据传输，有效的扩展了设备使用的广域。
36.在实际应用中，设备可使用在边境线值守、战术路段伏击监控、重要区域防御监控、重要设施监控等。无人值守侦测传感器设备以单点布防或者多点网络布防的方式取代或者补充传统防护系统，作为补充设备时，可将设备布防在传统防护设备监控盲区以及无法24小时值守的地方。依靠传感器设备gps/北斗定位功能，结合远距离视频监控设备、无人机、卫星等进行入侵目标精准确认。低功耗及物联网技术的应用，有效减少设备体积，降低安装难度。安装人员可以单人携带较多产品设备野外施工，安装方式仅需打孔、埋装、开启即可；低廉的价格，可以大量的进行多点埋设，能够收集海量的区域数据，便于大范围的进行边境、重点区域的无人值守防护。 多年无人值守免维护，减少工作强度。
37.综上所述，本申请提供的基于mems的无人值守侦测传感器设备和系统采用低功耗设计，由电池供电，可长期24小时无人值守，完全可以解决传统设备的不足。同时，传感器设备工作在地表以下，在恶劣环境依然能正常工作，同时具有隐蔽特性，不易被发现。
38.本发明结合现有物联网技术、mems传感器技术、gps定位技术、自组网通信技术、智能识别技术、边缘计算技术、大数据分析技术的实现，较其它侦测设备/方式的优点有:低功耗技术的应用，有效减少设备体积，降低安装难度；自组网通信技术的应用，能使设备在无网络的环境下使用，增加了设备的使用区域广度；边缘计算技术及识别算法的应用，使设备在终端完成对信号的处理与目标的识别，减少数据传输带宽，有效降低功耗，延长设备使用寿命；成本的有效降低，可以使得在相同的应用场景下布放更多的设备，获取不同点位的目标信息，便于后台进行数据的分析；维护简单，采用无线互联和电池供电，1
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3年的免维护工作寿命，实现长时间无人值守的工作模式，减少工作强度；安全可靠，当出现设备出现工作异常、电池耗尽、非法拔除等情况时，能较快的获得异常信息和定位信息，便于及时进行问题排除与工作恢复。
39.可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
40.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
41.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
42.应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（pga），现场可编程门阵列（fpga）等。
43.本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
44.此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
45.上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
46.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
47.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。