基于无线传感器网络的低功耗校园监控传染病预警系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于无线传感器网络的低功耗校园监控传染病预警系统，包括温度传感器节点装置、路由器节点装置、协调器节点装置和监控中心；每个路由器节点装置在唤醒期间接收对应的所有温度传感器节点装置发送的体温数据，对体温数据进行融合处理，将融合结果发送至协调器节点装置；协调器节点装置整合所有路由器节点装置发送的经融合处理后的体温数据，根据预设的预警策略对其进行处理，筛选出其中的预警数据。本发明专利技术能够在校园内针对移动监控对象布设稳定工作的预警网络；考虑到温度传感器节点装置、路由器节点装置和协调器节点装置的分布特性和工作特性，采用多种手段在确保预警效率的基础上尽可能减少三者的耗电量，减少设备维护量。

【技术实现步骤摘要】
基于无线传感器网络的低功耗校园监控传染病预警系统
本专利技术涉及校园疾病预警
，具体而言涉及一种基于无线传感器网络的低功耗校园监控传染病预警系统。
技术介绍
人体的体温是人体生命体征最重要的表征之一，也是确诊和判断很多疑似病例的最关键、最直接的指标之一。如发热是新冠肺炎、SARS、禽流感、甲型H1N1型流感等传染病的常见症状。体温检测也是诊断此类病例的首要环节。目前，常见的体温测量方式主要有水银体温计为代表有接触式测量方式，计测量比较精准，但测量时间较长，测量过程接触人体，每次使用后都需要消毒，还存在交叉感染的风险，不适合疫情防控需求；另一种是以红外体温仪为代表的非接触式测量方式，红外体温仪能降低交叉感染概率，比水银体温计方便快捷，这种测温方法在疫情期间被广泛应用，但其缺点一是测量的温度容易受到气温、风速的影响而产生测量误差；二是暴露在外的皮肤温度并不稳定。校园是人群密度较大的地方，属于传染病爆发的高危区，目前的校园通常采用在出入口或考勤点设置红外体温探测装置，以及学生自主测量老师等负责人统一数据进行人工管理相结合的方式进行管控。以上传统的体温测量基于人工方式工作量巨大，存在测量误差，还在交叉感染的风险，不能实时掌握体温状态，不能及时发现疑似病人，增加传染病的扩散风险。目前市面上也存在部分便携式的体温测量穿戴式设备，但并未建立大范围内(如校园内)的巨大人数的体温监控预警体系，即使参考现有工业生产中的数据传输方式，也难以应对体温测量穿戴式设备的大功耗问题，也无法解决相关网络设备难以在校园这种极大场地场景下有效布设的问题，更加未考虑用户之间的关系网数据对测量频率等的影响。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中的不足，提供一种基于无线传感器网络的低功耗校园监控传染病预警系统，能够在校园内针对移动监控对象布设稳定工作的预警网络；同时，考虑到温度传感器节点装置、路由器节点装置和协调器节点装置的分布特性和工作特性，采用多种手段在确保预警效率的基础上尽可能减少三者的耗电量，减少设备维护量，成功解决现有技术中存在的测量误差，测量不稳定，测量体温工作量大，费时、费力，存在交叉感染风险，以及由于外界环境温度影响导致的测量结果不准确等问题。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于无线传感器网络的低功耗校园监控传染病预警系统，所述预警系统包括M个温度传感器节点装置、N个路由器节点装置、协调器节点装置和监控中心；所述M、N为大于等于1的正整数，且M大于等于N；所述温度传感器节点装置、路由器节点装置和协调器节点装置均被设置成周期性唤醒工作模式，在唤醒期间执行数据采集、处理和收发任务；所述M个温度传感器节点装置一一对应地佩戴在用户身上，用于根据外部控制指令按照预设体温采集周期采集所属用户的体温数据；所述N个路由器节点装置分布设置在校园内，每个所述路由器节点装置与通信范围内至少一个温度传感器节点装置连接，每个所述路由器节点装置在唤醒期间接收对应的所有温度传感器节点装置发送的体温数据，对体温数据进行融合处理，将融合结果发送至协调器节点装置；所述协调器节点装置整合所有路由器节点装置发送的经融合处理后的体温数据，根据预设的预警策略对其进行处理，筛选出其中的预警数据，并根据预警数据生成对应的预警信号进行预警；所述监控中心与协调器节点装置连接，用于接收并存储协调器节点装置发送的体温数据和对应的预警处理结果，自适应地调整协调器节点装置的预警策略。为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：进一步地，所述温度传感器节点装置包括温度传感器、第一微控制器、第一显示模块、第一射频通信模块和第一电源模块；所述第一电源模块分别与温度传感器、第一微控制器、第一显示模块、第一射频通信模块连接，提供其正常工作所需电源；所述温度传感器、第一显示模块、第一射频通信模块均与第一微控制器电连接；所述温度传感器根据第一微控制器的控制指令按照预设体温采集周期采集所属用户的实时体温，所述第一微控制器将实时体温通过第一显示模块进行显示，并在路由器节点装置唤醒期间通过第一射频通信模块将当前路由器唤醒周期内采集到的所有体温数据发送至路由器节点装置；所述第一微控制器通过Z-stack协议栈对温度传感器节点采用休眠机制。进一步地，所述第一微控制器还用于在路由器节点装置唤醒期间将第一电源模块的剩余电量连同体温数据一起发送至路由器节点装置，并接收路由器节点装置反馈的下一个路由器唤醒周期内的体温采集周期。进一步地，温度采集周期为动态的，当温度传感器节点数据正常，采集周期按预定的周期采集；当温度数据高于警戒温度，启动异常体温采集模式，采集频率根据温度的异常程度动态变化，体温越高采集频率越高，路由器唤醒周期相应动态变化，同时异常体温采集的节点范围扩大到异常节点周围的3阶邻居节点，保障体温异常节点能被及时准确发现，可能被传染的节点也能纳入重点监测范围，能及时有效阻止传染扩散，提高实时监测的有效性，最大程度避免病毒传播。进一步地，所述第一射频通信模块包括相互连接的巴比伦匹配电路和单极子不平衡天线；所述巴比伦匹配电路包括收发端(RF_N)、收发端(RF_P)、电容(C15)、电容(C16)、电容(C17)、电容(C18)、电容(C19)、电感(L1)和电感(L2)；所述收发端(RF_N)依次通过电容(C15)、电感(L1)和电容(C19)连接至单极子不平衡天线；所述收发端(RF_P)依次通过电容(C16)、电容(C17)和电容(C19)连接至单极子不平衡天线；所述电容(C15)与电感(L1)相连接的端部通过电容(C18)连接至地；所述电容(C16)与电容(C17)相连接的端部通过电感(L2)连接至地。第一射频通信模块选用单极子不平衡天线，包括由分立电感L1、L2，电容C15、C16和C17等组成非平衡变压器，该电路既满足RF输入/输出匹配要求，又能获得最优的芯片性能。进一步地，所述路由器节点装置包括第二微控制器、第二电源模块、第二射频通信模块和第一URAT通信模块；所述第二微控制器依次通过第二射频通信模块、第一射频通信模块与第一微控制器连接，接收第一微控制器发送的体温数据，对体温数据进行融合处理，删除其中包括的冗余数据和错误数据；所述第二微控制器通过第一URAT通信模块与协调器节点装置连接，采用串行通信URAT模式将融合结果发送至协调器节点装置。进一步地，所述协调器节点装置包括第三微控制器、第三电源模块、第二URAT通信模块、第二显示模块、报警模块和4G通信模块；所述第三微控制器依次通过第二URAT通信模块、第一URAT通信模块与第二微控制器连接，接收经融合处理后的体温数据，根据预设的预警策略对其进行处理，筛选出其中的预警数据，并根据预警数据生成对应的预警信号，通过报警模块发出预警信息；所述第三微控制器与第二显示模块连接，通过第二显示模块显示体温数据、预警数据和预警信息；所述第三微控制器通过4G通信模块与监控中心连接，将体温数据、预警数据和预警信息发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无线传感器网络的低功耗校园监控传染病预警系统，其特征在于，所述预警系统包括M个温度传感器节点装置、N个路由器节点装置、协调器节点装置和监控中心；所述M、N为大于等于1的正整数，且M大于等于N；/n所述温度传感器节点装置、路由器节点装置和协调器节点装置均被设置成周期性唤醒工作模式，在唤醒期间执行数据采集、处理和收发任务；/n所述M个温度传感器节点装置一一对应地佩戴在用户身上，用于根据外部控制指令按照预设体温采集周期采集所属用户的体温数据；/n所述N个路由器节点装置分布设置在校园内，每个所述路由器节点装置与通信范围内至少一个温度传感器节点装置连接，每个所述路由器节点装置在唤醒期间接收对应的所有温度传感器节点装置发送的体温数据，对体温数据进行融合处理，将融合结果发送至协调器节点装置；/n所述协调器节点装置整合所有路由器节点装置发送的经融合处理后的体温数据，根据预设的预警策略对其进行处理，筛选出其中的预警数据，并根据预警数据生成对应的预警信号进行预警；/n所述监控中心与协调器节点装置连接，用于接收并存储协调器节点装置发送的体温数据和对应的预警处理结果，自适应地调整协调器节点装置的预警策略。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于无线传感器网络的低功耗校园监控传染病预警系统，其特征在于，所述预警系统包括M个温度传感器节点装置、N个路由器节点装置、协调器节点装置和监控中心；所述M、N为大于等于1的正整数，且M大于等于N；
所述温度传感器节点装置、路由器节点装置和协调器节点装置均被设置成周期性唤醒工作模式，在唤醒期间执行数据采集、处理和收发任务；
所述M个温度传感器节点装置一一对应地佩戴在用户身上，用于根据外部控制指令按照预设体温采集周期采集所属用户的体温数据；
所述N个路由器节点装置分布设置在校园内，每个所述路由器节点装置与通信范围内至少一个温度传感器节点装置连接，每个所述路由器节点装置在唤醒期间接收对应的所有温度传感器节点装置发送的体温数据，对体温数据进行融合处理，将融合结果发送至协调器节点装置；
所述协调器节点装置整合所有路由器节点装置发送的经融合处理后的体温数据，根据预设的预警策略对其进行处理，筛选出其中的预警数据，并根据预警数据生成对应的预警信号进行预警；
所述监控中心与协调器节点装置连接，用于接收并存储协调器节点装置发送的体温数据和对应的预警处理结果，自适应地调整协调器节点装置的预警策略。


2.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的低功耗校园监控传染病预警系统，其特征在于，所述温度传感器节点装置包括温度传感器、第一微控制器、第一显示模块、第一射频通信模块和第一电源模块；所述第一电源模块分别与温度传感器、第一微控制器、第一显示模块、第一射频通信模块连接，提供其正常工作所需电源；
所述温度传感器、第一显示模块、第一射频通信模块均与第一微控制器电连接；所述温度传感器根据第一微控制器的控制指令按照预设体温采集周期采集所属用户的实时体温，所述第一微控制器将实时体温通过第一显示模块进行显示，并在路由器节点装置唤醒期间通过第一射频通信模块将当前路由器唤醒周期内采集到的所有体温数据发送至路由器节点装置；
所述第一微控制器通过Z-stack协议栈对温度传感器节点采用休眠机制。


3.根据权利要求2所述的基于无线传感器网络的低功耗校园监控传染病预警系统，其特征在于，所述第一微控制器还用于在路由器节点装置唤醒期间将第一电源模块的剩余电量连同体温数据一起发送至路由器节点装置，并接收路由器节点装置反馈的下一个路由器唤醒周期内的体温采集周期。


4.根据权利要求2所述的基于无线传感器网络的低功耗校园监控传染病预警系统，其特征在于，所述温度采集周期为动态的，当温度传感器节点...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘斌，陆峰，刘伟彦，勾荣，龚伟，
申请(专利权)人：江苏开放大学江苏城市职业学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32