本实用新型属于文物安防技术领域，特别是涉及一种野外文物安防姿态传感器信号监测系统。
背景技术：
野外文物主要指的是现存于户外环境中，不方便移动到博物馆中妥善保存的文物，多数野外文物为石质文物。野外文物普遍体积较大，重量较重，无法轻易移动，且所处的环境情况复杂，多数处在荒郊野外，远离人居环境，无法供电，安保人员工作巡查困难；因此，野外文物因大部分处于无安防状态，处境较为危险，而且野外文物因为分布面广、线长、位置偏远、技术受限等因素，基本都未配备相应监控设备，安防措施实施起来比较困难，且很难达到理想的效果。
因此，如何提供一种文物监测系统，安装更加的灵活方便，且监测过程人力资源的投入减少，提高文物保护的效率。
技术实现要素：
鉴于上述问题，本实用新型提出了一种野外文物安防姿态传感器信号监测系统，该系统通过将传感器采集到的信息传输至远程控制设备，利用远程控制设备进行分析，区分出采集信号源是人力还是自然力发出的，从而判断文物是处于正常状态还是被盗抢状态，减少人力资源的投入，提高文物保护的效率。
本实用新型提供了一种野外文物安防姿态传感器信号监测系统，包括：电源管理设备、现场检测设备和远程监控设备；
所述电源管理设备包括蓄电池、太阳能电池板和光伏控制器；所述蓄电池和太阳能电池板通过光伏控制器连接；
所述现场检测设备包括网络连接设备和数据采集设备，所述网络连接设备包括网络节点、路由器节点；所述数据采集设备为无线传感器网络节点，所述无线传感器网络节点安装在被监测文物上和周围环境中；
所述远程监控设备包括中心节点、监控中心服务器和无线通讯设备；
所述蓄电池与所述网络节点、路由器节点和无线传感器网络节点连接；
所述无线传感器网络节点通过无线方式与所述网络节点连接，所述网络节点通过无线方式与路由器节点连接；
所述路由器节点通过无线通讯设备与所述中心节点连接；
所述中心节点通过rs232串口与所述监控中心服务器连接。
在一个实施例中，所述无线传感器网络节点包括：所述无线传感器网络节点包括：电源模块、微处理器和姿态传感器；
所述电源模块与所述蓄电池连接，所述姿态传感器与所述微处理器的i/o端口连接，所述微处理器和所述姿态传感器均与所述电源模块连接；
所述微处理器具有射频模块，所述微处理器通过所述射频模块与所述网络节点通讯连接。
在一个实施例中，所述无线传感器网络节点还包括：振动传感器；所述振动传感器与所述微处理器的i/o端口连接；所述电源模块与振动传感器电连接。
在一个实施例中，所述微处理器，采用低功耗soc芯片cc2530；所述电源模块采用低功耗电源管理芯片tps60211
在一个实施例中，所述振动传感器的外部设有双层防护箱，所述振动传感器位于被监测文物的周围环境中，所述姿态传感器位于被监测文物上。
在一个实施例中，所述微处理器cc2530具有调试模块，所述调试模块外置usb接口；所述电源模块给所述usb接口供电。
在一个实施例中，所述电源管理设备还包括箱体，所述蓄电池和光伏控制器位于所述箱体的内部；所述箱体埋设在水平方向距离检测文物预测距离，深度范围为10-30cm处。
本实用新型提供了一种野外文物安防姿态传感器信号监测系统，该系统通过将传感器采集到的信息传输至监控中心服务器，利用监控中心服务器上的软件对于采集的信号进行分析，区分出采集信号源是人力还是自然力发出的，从而判断文物是处于正常状态还是被盗抢状态，减少人力资源的投入，提高文物保护的效率。
本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1为本实用新型实施例提供的野外文物安防姿态传感器信号监测系统的原理图。
图2为本实用新型实施例提供的无线传感器节点的结构示意图
图3为本实用新型实施例提供的野外文物安防姿态传感器信号监测系统的结构图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如图1所示，本实用新型提供了一种野外文物安防姿态传感器信号监测系统，电源管理设备、现场检测设备和远程监控设备；电源管理设备包括蓄电池1、太阳能电池板2和光伏控制器3；蓄电池1和太阳能电池板2通过光伏控制器3连接；现场检测设备包括网络连接设备和数据采集设备，网络连接设备包括网络节点4、路由器节点5；数据采集设备为无线传感器网络节点6，无线传感器网络节点安装在被监测文物上和周围环境中；远程监控设备包括中心节点7、监控中心服务器8和无线通讯设备9；蓄电池1与所述网络节点4、路由器节点5和无线传感器网络节点6连接；无线传感器网络节点6通过无线方式与网络节点4连接，网络节点4通过无线方式与路由器节点5连接；路由器节点5通过无线通讯设备9与中心节点7连接；中心节点7通过rs232串口与监控中心服务器8连接。
其中，每一个网络节点4可连接多个无线传感器网络节点6，这些无线传感器网络节点6随文物分布在不同地方，网络节点4、路由节点5均通过无线的方式进行连接，路由器节点5和中心节点7之间通过无线通讯设备9进行信号的传输；其中，网络节点4是指一台电脑或其他设备与一个有独立地址和具有传送或接收数据功能的网络相连。节点可以是工作站、客户、网络用户或个人计算机，还可以是服务器、打印机和其他网络连接的设备。每一个工作站﹑服务器、终端设备、网络设备，即拥有自己唯一网络地址的设备都是网络节点4。
监控中心服务器8集合了数据的接收、分析、判断处理、返回指令四部分，包含用户界面、数据监测分析层、控制层和通信层；远程监控设备位于整个框架的最顶层，接收来自底层采集的数据并借由网络进行数据传输，对上传数据进行一个判断和处理，集成了报警控制软件。
电源管理设备中的蓄电池1和太阳能电池板2通过光伏控制器3连接，可以控制太阳能电池的输出电压，保护电池不被过充，同时，在晚上太阳能电池板2不发电时，防止蓄电池1的电倒流，提高蓄电池1的使用寿命。
如图2所示，在一个实施例中，无线传感器网络节点6包括：电源模块61、微处理器62和姿态传感器63；电源模块61与蓄电池1连接，姿态传感器63与微处理器的i/o端口连接，微处理器62和姿态传感器63与电源模块1连接；微处理器62具有射频模块，微处理器62通过射频模块与网络节点4以无线方式连接。其中，无线传感器网络节点还包括：振动传感器64；振动传感器64与微处理器62的i/o端口连接；振动传感器64与电源模块61电连接。
其中，该微处理器62的核心处理芯片可采用t1新一代低功耗soc芯片cc2530，其提供了改进的rf性能，多达256kb的闪存以支持更大的应用，强大的地址识别和数据包处理引擎，能够很好地匹配rf前端，封装更小。电源模块61设计可采用t1最新的低功耗电源管理芯片tps60211，它的输入电压范围为1.8v-3.6v。另外，无线传感器网络节点6的数据采用单总线工作模式，节约了系统的i/o。
该系统的无线传感器网络节点高度集成化，且采用拓扑结构，节点大多随机分布在具有复杂地貌的地区或运行在人类无法接近的危险环境中，可代替人工巡防，减少劳动力，且监控信息更准确。本实例中，该系统组网灵活、传输距离远、可靠性高、低功耗、低成本、抗毁性高以及可扩展性高等。
在本实施例中，振动传感器64的型号为607ax1，振动传感器64的数量有多个，振动传感器64采集野外大型文物周围的混合的杂波信号；姿态传感器63的型号为41m/cjrs-z，其是一种新型姿态传感器63，它是将倾角传感器与角速度陀螺按特定方式组合在一起，构成组合式惯性器件，利用陀螺的输出信号消除加速度对倾角传感器输出信号的干扰，从而能准确地敏感运动载体的姿态，具有测量范围宽、响应快、精度和可靠性高等优点，其用来采集被监测文物的三维姿态角，加速度等数据信号。
采用振动、姿态两种传感器混合监测，每种传感器的布置位置根据被监测文物的相应位置，防止单一种类传感器的局限性，监测全面；另外，多种传感器配合工作，可以避免单一传感器的误动作，检测更加可靠。
在一个实施例中，振动传感器64的外部设有双层防护箱，振动传感器64位于被监测文物的周围环境中，姿态传感器63位于被监测文物上。
振动传感器64安装在被监测文物的周围环境中，周围加两层的防护箱，用以防止被腐蚀和虫子的叮咬，可以延长使用寿命；中间夹层部分可存放后续需要的设备，其中防护箱的材质为高分子聚乙烯(pe)，该材质具有优良的耐低温性能(最低使用温度可达-70～-100℃),化学稳定性好,能耐大多数酸碱的侵蚀(不耐具有氧化性质的酸),使用寿命长。而姿态传感器63安装在被监测的野外文物上，检测被测文物的三维的姿态角、加速度的变化。
在一个实施例中，所述电源管理设备还包括箱体，所述蓄电池1和光伏控制器3位于所述箱体的内部；所述箱体埋设在水平方向距离被检测文物预设距离，深度范围为10-30cm处。
在本实施例中，通过使用箱体将蓄电池1和光伏控制器3封装起来，可以避免蓄电池1受到土壤环境的影响，而大大损耗太阳能蓄电池1的寿命，埋地隐藏安装以防止人为破坏。箱体一般埋设在水平方向距离被监测文物1m以内，埋设深度为10-30cm处；箱体内的蓄电池1和各个节点至之间的线缆长度不宜过长，以1米左右为最佳，若线缆过长会造成施工困难以及目标过于明显易于暴露。
本实用新型的工作原理为：通过姿态传感器63和振动传感器64采集被检测文物三维的姿态角、加速度以及其振动的波形，将采集的数据通过网络节点4、路由器节点5和中心节点7传输至远程监控设备1，利用远程控制设备1对采集的数据进行分析，将姿态传感器63采集的数据与设定的阈值进行对比，判断是否超过阈值设定，用来判断异常的来源到底是人为触动还是自然环境影响所致，从而认定文物是否处于危险状态；
利用独立分量分析方法可以把野外现场的振动传感器64从周围环境采集到混杂的杂波信号，从这些混合信号中分离出某一路或几路信号进行分析和处理，在杂波信号分离完成后要对单个信号进行分析，小波变换与多分辨率分析，每次小波分解完的小波系数对应信号的不同频率部分，逐级将这些小波系数和自定义函数比对库中的各组小波系数进行对比，如果不满足报警条件则继续向下进行二分查找，最终找出符合条件且距离最近的一组，即为振动传感器64采集到的人为触发的信号，当两种传感器采集的数据均满足为人为触动时，监控中心服务器中的报警软件就会被触发。
在一个具体实施例中，如图3所示，以野外石碑文物为例，石碑文物的下半部位于地平面以下，石碑文物周围布满碎石，将网络节点4和无线传感器网络节点6中的振动传感器64一起固定在地平面以下的石碑文物周围，无线传感器网络节点6中的姿态传感器63布设在石碑文物上，姿态传感器63和振动传感器64通过无线方式将其采集的信号通过无线的方式传输至网络节点4，路由节点5通过无线方式连接网络节点4，路由节点5和中心节点7通过无线通讯设备9连接，中心节点7通过rs232串口连接监控中心服务器1。
当信号被传输到监控中心服务器1时，监控中心服务器1首先从振动传感器采集的信号中分离出载波信号和振动信号，再用fastica变换分离出各路源振动信号，然后对源振动信号采用小波变换方法进行分析，提取源振动信号低频分量的小波系数，将每一组振动信号的小波系数y和标准模式库中各组小波系数n的欧氏距离d(yi,ni)，比较找出当y和n的最小距离时，则自定义函数比对库中对应的该组数据即为与要查找的振动信号最相近的一组信号，然后监控中心服务器1同时对姿态传感器采集的信号进行分析，通过将姿态传感器采集的数据与设定的阈值进行比对，用来判断异常的来源到底是人为触动还是自然环境影响所致，从而认定文物是否处于危险状态；当两种传感器采集的数据均满足为人为触动时，监控中心服务器1中的报警软件就会被触发。
本实用新型提供了一种野外文物安防姿态传感器信号监测系统，该系统通过将传感器采集到的信息传输至监控中心服务器，利用监控中心服务器上的软件对于采集的信号进行分析，区分出采集信号源是人力还是自然力发出的，从而判断文物是处于正常状态还是被盗抢状态，减少人力资源的投入，提高文物保护的效率。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
1.一种野外文物安防姿态传感器信号监测系统，其特征在于，包括：电源管理设备、现场检测设备和远程监控设备；
所述电源管理设备包括蓄电池、太阳能电池板和光伏控制器；所述蓄电池和太阳能电池板通过光伏控制器连接；
所述现场检测设备包括网络连接设备和数据采集设备，所述网络连接设备包括网络节点和路由器节点；所述数据采集设备为无线传感器网络节点，所述无线传感器网络节点安装在被监测文物上和周围环境中；
所述远程监控设备包括中心节点、监控中心服务器和无线通讯设备；
所述蓄电池与所述网络节点、路由器节点和无线传感器网络节点连接；
所述无线传感器网络节点通过无线方式与所述网络节点连接，所述网络节点通过无线方式与路由器节点连接；
所述路由器节点通过无线通讯设备与所述中心节点连接；
所述中心节点通过rs232串口与所述监控中心服务器连接。
2.如权利要求1所述的一种野外文物安防姿态传感器信号监测系统，其特征在于，所述无线传感器网络节点包括：电源模块、微处理器和姿态传感器；
所述电源模块与所述蓄电池连接，所述姿态传感器与所述微处理器的i/o端口连接，所述微处理器和所述姿态传感器均与所述电源模块连接；
所述微处理器具有射频模块，所述微处理器通过所述射频模块与所述网络节点通讯连接。
3.如权利要求2所述的一种野外文物安防姿态传感器信号监测系统，其特征在于，所述无线传感器网络节点还包括：振动传感器；所述振动传感器与所述微处理器的i/o端口连接；所述电源模块与振动传感器电连接。
4.如权利要求2所述的一种野外文物安防姿态传感器信号监测系统，其特征在于，所述微处理器，采用低功耗soc芯片cc2530；所述电源模块采用低功耗电源管理芯片tps60211。
5.如权利要求3所述的一种野外文物安防姿态传感器信号监测系统，其特征在于，所述振动传感器的外部设有双层防护箱，所述振动传感器位于被监测文物的周围环境中，所述姿态传感器位于被监测文物上。
6.如权利要求2所述的一种野外文物安防姿态传感器信号监测系统，其特征在于，所述微处理器cc2530具有调试模块，所述调试模块外置usb接口；所述电源模块给所述usb接口供电。
7.如权利要求1所述的一种野外文物安防姿态传感器信号监测系统，其特征在于，所述电源管理设备还包括箱体，所述蓄电池和光伏控制器位于所述箱体的内部；所述箱体埋设在水平方向距离被检测文物预设距离，深度范围为10-30cm处。
技术总结