阅读说明：本技术 一种应用于树木防盗监控的智能监控装置 (Intelligent monitoring device applied to tree anti-theft monitoring ) 是由 勾俊全 吴聪 吴晓文 于 2020-02-20 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种应用于树木防盗监控的智能监控装置,包括抱箍-橡胶垫对和外壳,外壳内安装有电池、第一电源模块、第二电源模块、定位模块、无线通信模块、信号处理模块和检测单元,检测单元包括状态检测模块、开盖检测模块、电量检测模块和温度检测模块,信号处理模块分别连接定位模块、无线通信模块和检测单元中的各检测模块。本发明能够实时精准对树木的物理的倾斜状况、碰撞砍伐、移动状况等物理状态进行监控,并在发生异常时,第一时间对异常目标进行定位和针对性报警,装置成本低、功耗低,续航时间长。装置的安装为无损安装,同时保障了树木有一定生长空间,且具备防水功能。(The invention provides an intelligent monitoring device applied to tree anti-theft monitoring, which comprises a hoop-rubber pad pair and a shell, wherein a battery, a first power supply module, a second power supply module, a positioning module, a wireless communication module, a signal processing module and a detection unit are arranged in the shell, the detection unit comprises a state detection module, a cover opening detection module, an electric quantity detection module and a temperature detection module, and the signal processing module is respectively connected with the positioning module, the wireless communication module and each detection module in the detection unit. The invention can accurately monitor physical states of trees such as physical inclination, collision felling and movement in real time, and can position and pertinently alarm abnormal targets in the first time when abnormality occurs, and the device has low cost, low power consumption and long endurance time. The installation of device is for harmless installation, has ensured simultaneously that trees have certain growth space, and possesses waterproof function.)

一种应用于树木防盗监控的智能监控装置

技术领域

本发明涉及林业监控领域，尤其是一种基于物联网领域的树木防盗监控装置。

背景技术

在随着社会的发展，城市绿化越来越重要，大街小巷树木越来越多，而针对一些名贵树木的监控管理也显得非常重要。目前，在树木防盗监控方面的研究并不多，为了弥补树木监控管理方面的产品不足，研究了本发明，树木防盗监控装置对树木倾斜角度、移动情况、地理位置进行实时监控报警。

目前市面上针对于树木防盗监控的产品非常少，且其普遍存在于在安装时损坏树木本身，或者体积较大，安装复杂，如有的是在树上开孔，将装置安装于孔内；有的则需要安装支架，将支架钉住在树上，然后将装置固定在支架上，同时上方还单独安装有遮雨器。并且这些装置普遍是监控树木的生长情况，对树木土壤湿度、温度进行检测。装置本身不具有防水功能，持续工作时间短，且不具备检测树木物理状态(如遭砍伐、倾斜、移动等)的功能。

发明内容

在本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种应用于树木防盗监控的智能监控器。以解决对树木的物理状态，尤其是异常状态进行远程监控和及时报警的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种应用于树木防盗监控的智能监控装置，其包括安装模块和外壳，所述安装模块固定于外壳外部，用于将外壳安装固定到树木上；所述外壳内部安装有：

电池、第一电源模块、第二电源模块，电池为第一电源模块和第二电源模块供电；以及

用于获得定位数据的定位模块、

用于进行无线通信的无线通信模块、

信号处理模块和检测单元，检测单元至少包括：

用于检测电池电量数据的电量检测模块、

用于检测树木状态数据的状态检测模块，所述树木状态数据至少包括用于判断树木所处状态的数据，

和用于检测外壳开盖状态的开盖检测模块；

第一电源模块为无线通信模块供电，第二电源模块为除无线通信模块的其他模块供电；

信号处理模块分别连接定位模块、无线通信模块和检测单元中的各检测模块。

检测单元能够实时对树木的物理状态进行监控，信号处理模块则可对检测的结果就地处理，将正常/异常数据通过无线方式及时发送到远端进行汇报。无线通信模块的工作电压与电流要高于其它模块，为了防止无线模块发送数据时工作电流突然变大而对其它模块造成干扰，分两个电源模块进行分别供电，这样可以减小无线通信模块对其它模块电源的干扰。同时也是为了更好管理无线通信模块的功耗，平时不用通信时就直接通过电源模块来切断无线通信模块的电源，这样可以降低功耗。

进一步的，所述智能监控器的工作流程为：

所述信号处理模块在初始状态下，处于未被激活模式；

所述信号处理模块在激活模式下，被定时触发(指预定频率触发)，控制开启无线通信模块和定位模块，获取定位模块的定位数据，获取检测单元中各检测模块的检测结果；将获取的数据在预处理后，通过无线通信模块向远端发送；和/或信号处理模块在检测单元中的至少一个检测模块的检测结果异常时被触发，控制开启无线通信模块和定位模块，获取定位模块的定位数据，至少获取异常检测结果；将获取的数据经过预处理后，通过无线通信模块向远端发送。

上述设计，在树木处于正常情况下，会定时上传对树木的检测数据，在树木处于异常状态下，则及时上报报警信息。

进一步的，信号处理模块从未激活模式切换到激活模式的方法包括：手动配置完成模式的切换，或者，

信号处理模块在未激活模式下，以预定频率通过无线通信模块向远端发送激活请求，每一次发送激活请求均核对在远端配置的自身的激活状态，在所核对的激活状态为被激活时，切换到激活模式。

通过上述设计，对于用户来讲，可以随时控制装置的激活时间，对于大批量使用的情况，可以进行远程的大批量统一激活，操作更加便捷，效率更高。

进一步的，所述信号处理模块在未激活模式下，在未发送激活请求时(即发送激活请求外的时刻)，保持睡眠模式，控制定位模块保持低功耗模式和无线通信模块保持关闭；信号处理模块在激活模式下，在未被触发和在向远端发送数据结束后，保持低功耗工作模式，控制无线通信模块关闭和定位模块处于低功耗模式；在被触发直至向远端发送数据时保持正常工作模式，控制无线通信模块和定位模块保持正常工作模式。

上述设计，信号处理模块等无需实时工作的模块，仅在需要时才被触发正常工作，降低了装置的工作功耗，使得装置能够持续工作较长时间。

进一步的，所述定位模块包括供电结构和内部寄存器，所述内部寄存器在一次定位后，保存定位卫星数据。

该设计采用了热启动定位模块的方式，可以大幅缩短每次启动时的启动时间和卫星搜索时间，使得定位更加快速，从而进一步降低功耗。

进一步的，所述安装模块包括若干抱箍-橡胶垫对。

该设计无需破坏树木，也不会损伤树木表皮，同时，为树木的生长提供了一定的空间。

进一步的，所述用于判断树木所处状态的数据包括三轴加速度数据，在三轴中任一轴检测数值达到对应的预定阈值时，则表示检测出异常。

进一步的，所述检测单元还包括温度检测模块10，所述温度检测模块10用于检测环境温度数据。

进一步的，所述温度检测模块10采用NTC电阻检测环境温度数据。NTC随温度升高在一定范围内电阻呈线性变化，这样，通过简单的设备和换算即可获得较为准确的温度值。

进一步的，所述电量检测模块采用电阻桥对电池电压进行检测，获得电量数据。

进一步的，所述第二电源模块采用DC-DC稳压电源电路；所述DC-DC稳压电源电路除输出电压接口外，还包括负载电源电压输出控制端，通过所述负载电源电压输出控制端可以控制输出电压接口的导通和关断。DC-DC稳压电源电路可控性强，通过信号处理模块的控制可以降低整个装置的静态功耗。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.本发明的树木防盗监控装置能够对树木倾斜角度报警、移动报警、定位进行实时监控，可及时将数据发送到远端平台，可靠性高、稳定性好，可支持介入智慧城管平台。

2.本发明的树木防盗监控装置采用低功耗器件，电量容量大、自损率低的电池进行供电，进一步设计了低静态功耗的工作模式，从而保证装置可持续较长时间工作。

3.本发明的树木防盗监控装置的安装方式使用抱箍与橡胶垫，既不会对树木造成损坏，也保障树木能够正常生长，还具备便于调节和可再利用的特点。该方式成本低、操作简单且可靠性高，外壳做了防水处理，保障装置内部电子元件不会短路，以及老化慢的优点。

4.本发明的树木防盗监控装置不仅能对树木防盗进行检测，而且还能对装置自身保护进行检测，从而提高了装置防盗功能的稳定性与可靠性。

5.本发明可以实现远程对大批量的装置进行统一的(或者自定义时间)激活，操作简便、效率高。

附图说明

在本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是智能监控装置内部元器件的构造关系图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例一

本实施例公开了一种应用于树木防盗监控的智能监控装置，包括安装模块和外壳，所述安装模块固定于外壳外部，用于将外壳安装固定到树木上；参见附图1，所述外壳内部安装有：

电池01、第一电源模块03、第二电源模块02，电池01为第一电源模块03和第二电源模块02供电；以及

用于获得定位数据的定位模块05、

用于进行无线通信的无线通信模块07、

信号处理模块06和检测单元，检测单元包括：

用于检测电池01电量数据的电量检测模块04、

用于检测树木状态数据的状态检测模块08，树木状态数据至少包括用于判断树木所处状态的数据，

和用于检测外壳开盖状态的开盖检测模块09。

第一电源模块03为无线通信模块07供电，第二电源模块02为除无线通信模块07的其他模块(定位模块05、电量检测模块04、检测单元中的各检测模块和信号处理模块06)供电。

信号处理模块06分别连接定位模块05、无线通信模块07和检测单元中的各检测模块。

电池01使用非可充电干电池。该电池具有电容量高，电压高稳定性，低自损率的特性，电池电压输出3.6-3.0V，近似线性变化，从而保证电压的稳定性。对应的，电量检测模块04采用电阻桥对电池01输出电压进行监测，信号处理模块06通过读取该监测的电压值，再根据电压-电量关系即可计算出电池实际的近似电量。

第一电源模块03为集成升压电路，其静态功耗低于20uA，对应的，无线通信模块07的静态功耗大于200mA，由此大大减少了静态功耗。

第二电源模块02为DC-DC稳压集成电路，输出电压可软件编码控制，本实施例中通过外接电阻编码控制电源输出电压2.9V稳定电压。第二电源模块02除输出电压接口外，还有一个负载电源电压输出控制端，信号处理模块06通过控制负载电源电压输出控制端来实现对定位模块05电源的导通与关断，以此降低整个装置的静态功耗。

信号处理模块06控制第一电源模块03与无线通信模块07之间的导通与关断，以控制开启或关闭无线通信模块07；控制第二电源模块02与定位模块05之间的导通与关断，以控制开启或关闭定位模块05。

信号处理模块06在激活状态下，被定时(如每间隔24小时)触发以控制开启无线通信模块07和定位模块05，获取定位模块05的定位数据，获取检测单元中各检测模块(电量检测模块04、状态检测模块08和开盖检测模块09)的检测结果；将获取的数据在预处理后，通过无线通信模块07向远端发送。和/或信号处理模块06在检测单元中的至少一个检测模块的检测结果异常时被触发，控制开启无线通信模块07和定位模块05，获取定位模块05的定位数据，至少获取异常检测结果；将获取的数据经过预处理后，通过无线通信模块07向远端发送。为了进一步降低功耗，信号处理模块06在将获取的数据向远端发送结束后，控制无线通信模块07关闭和定位模块05进入低功耗模式，(自身)再次进入低功耗模式。

信号处理模块06在初始状态下处于未激活模式。在首次开启电源时，信号处理模块06会通过无线通信模块07向远端发送一次激活请求，以后定时向远端发送激活请求，直至被激活，在未发送激活请求时，信号处理模块06处于睡眠模式。激活请求中携带有电量数据(未激活状态下，检测单元中已实时工作的检测模块的检测数据)，在未激活状态下，不进行树木状态数据的检测。每次发送激活请求后，均关闭无线通信模块07，进入睡眠模式。通常来讲，信号处理模块06通过内部时钟进行计时，以24小时为例，信号处理模块06通过内部时钟进行24小时计时，每计时24小时，则启动无线通信模块07，向远端发送一次激活请求，然后关闭无线通信模块07，进入睡眠模式，直至下一个24小时时钟的到来，或者被激活时结束。信号处理模块06的激活方式至少有两种，一种是手动配置激活，另一种为：远端配置监控装置的激活状态(包括激活模式和未激活模式两种)，信号处理模块06在每次发送激活请求时，均核对自身(对应的监控装置同等)的激活状态，在对应的激活状态为被激活时，则切换到激活模式。

在激活后，信号处理模块06采用低功耗工作模式，在未被触发时，信号处理模块06保持在低功耗模式。信号处理模块06在被触发后，且向远端发送数据结束后，若在规定时间内未再接收到触发信号，控制无线通信模块07关闭和定位模块05进入低功耗模式，再次进入低功耗模式。

信号处理模块06还支持OTA(Over-the-AirTechnology)软件升级方式，通过无线通信模块07远程下载升级包对监控器系统软件进行升级。

定位模块05可支持GPS、GLONASS、北斗三大定位系统，可任意使用其中一种进行定位。定位模块05包括供电接口和内部寄存器，内部寄存器在一次定位后，即可保存定位卫星数据，通过供电接口为内部寄存器供电，每次启动定位模块05时可大幅缩短启动时间和卫星搜索时间，使定位更加快速，从而降低功耗。

开盖检测模块09采用断线报警原理，通过滚轮式接触阀柄与外壳壳盖相接触，当壳盖合上时，开盖检测模块09向信号处理模块06发送正常信号(通常为电平信号)，一旦壳盖被开启，开盖检测模块09立刻向信号处理模块06发送异常开启信号，触发信号处理模块06切换到工作模式。随后信号处理模块06启动定位模块05和无线通信模块07，获取定位数据，将定位数据和异常开启信号向远端发送。

状态检测模块08包括三轴加速度计，在三轴中任一轴检测数值达到对应的预定阈值时，则表示检测出异常，激活信号处理模块06。信号处理模块06被激活后，从睡眠模式切换到工作模式，对三轴检测数值进行计算，进而计算出倾斜状况和移动状况(预处理)，在任一状况满足报警条件时，则启动定位模块05获取定位数据，开启无线通信模块07，将对应的报警信息(定位数据和满足报警条件的状况)向远端发送。

在一个实施例中，检测单元还包括温度检测模块10，温度检测模块10连接信号处理模块06，用于实时检测监控器的环境温度数据。由于对于工作温度的检测不需要太高的精度，在一个具体实施例中，温度检测模块10采用NTC电阻，根据其电阻随温度在一定温度范围内呈线形变化特性，信号处理模块06即可根据电压值计算出近似的温度数据(预处理)，以使用简单且成本低的方法检测温度。

实施例二

本实施例公开了一种应用于树木防盗监控的智能监控装置，包括安装模块和外壳，所述安装模块固定于外壳外部，用于将外壳安装固定到树木上；如图1所示，所述外壳内部安装有：

电池01、第一电源模块03、第二电源模块02，电池01为第一电源模块03和第二电源模块02供电；以及

用于获得定位数据的定位模块05、

用于进行无线通信的无线通信模块07、

信号处理模块06和检测单元，检测单元包括：

用于检测电池01电量数据的电量检测模块04、

用于检测树木状态数据的状态检测模块08，树木状态数据至少包括用于判断树木所处状态的数据，

用于检测外壳开盖状态的开盖检测模块09和

用于检测工作温度数据的温度检测模块10。

第一电源模块03为无线通信模块07供电，第二电源模块02为除无线通信模块07的其他模块供电。

信号处理模块06分别连接定位模块05、无线通信模块07和检测单元中的各检测模块。

电池01使用非可充电干电池。该电池具有电容量高，电压高稳定性，低自损率的特性，电池电压输出3.6-3.0V，近似线性变化，从而保证电压的稳定性。

第一电源模块03为集成升压电路，其静态功耗低于20uA，对应的，无线通信模块07的静态功耗小于200mA，由此大大减少了静态功耗。

第二电源模块02为DC-DC稳压集成电路，输出电压可软件编码控制，本实施例中通过外接电阻编码控制电源输出电压2.9V稳定电压。第二电源模块02除输出电压接口外，还有一个负载电源电压输出控制端，信号处理模块06通过控制负载电源电压输出控制端来实现对定位模块05电源的导通与关断，以此降低整个装置的静态功耗。

无线通信模块07具有2G、3G与4G通信功能，可以通过信号处理模块06选择通信方式。

信号处理模块06在初始状态下，处于未激活状态，且定时向远端发送激活请求，激活请求中携带有电量数据和工作温度数据；在未激活状态下，不进行树木状态数据的检测。其在监控装置电池开启后，向远端发送一次激活请求，以后每隔24小时(或其他频率)发送一次激活请求。在未发送激活请求时(包括发送激活请求前、后)，信号处理模块06处于睡眠模式(信号处理模块06具备低功耗、低成本、宽工作电压、ST低功耗的MCU，此处指MCU保持在睡眠模式)，控制无线通信模块07关闭和定位模块05保持低功耗模式。简单来说，在监控装置上电后，信号处理模块06处于未激活状态，会定时开启无线通信模块07向远端发送激活请求，激活请求中有检测单元中已实时工作的检测模块的检测数据，每次发送激活请求后，均控制无线通信模块07关闭，然后自身进入睡眠模式。激活的方式有两种，一种是对激活请求进行响应，即远端更新装置的激活状态，装置在发送激活请求时查看是否被更新为激活状态，若是，则被激活；另一种是手动配置激活。在被激活时，信号处理模块06立刻与远端同步时钟，控制开启定位模块05刷新定位数据，然后进入低功耗模式。在被激活后，被定时触发以控制开启无线通信模块07和定位模块05，获取定位模块05的定位数据，获取检测单元中各检测模块(电量检测模块04、状态检测模块08、开盖检测模块09和温度检测模块10)的检测结果，将获取的数据在预处理后，通过无线通信模块07向远端发送。另外，在被激活后，信号处理模块06在检测单元中的至少一个检测模块(一个或超过一个)的检测结果异常时也会被触发，控制开启无线通信模块07和定位模块05，获取定位模块05的定位数据，获取异常检测结果；对异常检测结果进行预处理，然后和定位数据一起，通过无线通信模块07向远端发送。无论何种原因触发，在发送数据结束后，信号处理模块06均控制关闭无线通信模块07，控制定位模块05保持低功耗模式，自身再进入睡眠模式。

信号处理模块06还支持OTA(Over-the-AirTechnology)软件升级方式，通过无线通信模块07远程下载升级包对监控器系统软件进行升级。

定位模块05可支持GPS、GLONASS、北斗三大定位系统，可任意使用其中一种进行定位。定位模块05包括供电接口和内部寄存器，内部寄存器在一次定位后，即可保存定位卫星数据，通过供电接口为内部寄存器供电，每次启动(热启动方式)定位模块05时可大幅缩短启动时间和卫星搜索时间，使定位更加快速，从而降低功耗。

电量检测模块04采用电阻桥对电池01输出电压进行监测，信号处理模块06通过读取该监测的电压值，再根据电压-电量关系即可计算出电池实际的近似电量(预处理)。

开盖检测模块09采用断线报警原理，通过滚轮式接触阀柄与外壳壳盖相接触，当壳盖合上时，开盖检测模块09向信号处理模块06发送正常信号(通常为电平信号)，一旦壳盖被开启，开盖检测模块09立刻向信号处理模块06发送异常开启信号，触发信号处理模块06切换到工作模式。随后信号处理模块06启动定位模块05和无线通信模块07，获取定位数据，将定位数据和异常开启信号向远端发送。

状态检测模块08包括三轴加速度计，在三轴中任一轴检测数值达到对应的预定阈值时，则表示检测出异常，激活信号处理模块06。信号处理模块06被激活后，从睡眠模式切换到工作模式，对三轴检测数值进行计算，进而计算出倾斜状况和移动状况(预处理)，在任一状况满足报警条件时，则启动定位模块05获取定位数据，开启无线通信模块07，将对应的报警信息(定位数据和满足报警条件的状况)向远端发送。在监控器安装完成后记录三轴三个方向的初始值，之后根据实时计算的倾角计算与初始值的变化量，当变化量大于阈值后即判定为异常状况，如角度变化达到15度即表示发生倾斜。异常状况包括碰撞检测和砍伐检测，碰撞检测通过同时检测到角度变化和加速度变化。砍伐检测通过检测到连续多次发生加速度值变化。

温度检测模块10实时检测监控器的温度数据。由于对于工作温度的检测不需要太高的精度，在一个具体实施例中，温度检测模块10采用NTC电阻，根据其电阻随温度在一定温度范围内呈线形变化特性，信号处理模块06即可根据电压值计算出近似的温度数据(预处理)，以使用简单且成本低的方法检测温度。

实施例三

本实施例公开了安装模块的结构。安装模块包括抱箍-橡胶垫对。通过抱箍安装监控器，无需在树干上开孔，安装和拆卸方便。橡胶垫具有一定延展性，其在抱箍固定到树干上时，不会对树干表皮造成损伤，同时，也为树木的生长预留了一定的生长空间。

在一个实施例中，抱箍-橡胶垫对为两对，安装于树干离地面2米高的位置，这样，可以防止遭到路人的随手破坏，同时也能有效保证通信信号和定位信号的质量。

实施例四

本实施例公开了外壳结构。外壳采用带壳盖的腔体结构，外壳上设置有天线孔，在壳盖口和天线孔处，均设置有防水密封圈，防水等级IP6.5。外壳采用铝制金属制成，对解决户外老化快问题起到较好的效果。

需要说明的是，本文中所述的信号处理模块开启某模块，是指控制该模块切换到正常工作模式，该模块在此前可能是关闭状态，也可能是处于其他状态(如低功耗模式)。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。