[发明专利]一种物联网蔬菜大棚智能安防网关和控制方法

摘要

本发明属于农业开发技术领域，公开了一种物联网蔬菜大棚智能安防网关和控制方法，包括蔬菜大棚网关、客户端、环境传感系统和安防系统；客户端通过信号与蔬菜大棚网关连接；蔬菜大棚网关通过信号分别与环境传感系统和安防系统连接；客户端用于显示控制菜单和蔬菜大棚用电设备工作状态以及根据显示的控制菜单发出控制信号；环境传感系统用于感知蔬菜大棚用电设备状态，并对异常现象进行报警；安防系统用于近程控制和远程控制，对蔬菜大棚用电设备异常现象进行保护。本发明以蔬菜大棚网关为中心认证和加密机制保障数据数据安全和用户安全，通过移动客户端实现点对点的数据传输而不需要任何设置，达到数字系统的远程控制和监控功能。

主权项

一种物联网蔬菜大棚智能安防网关，其特征在于，所述物联网蔬菜大棚智能安防网关包括蔬菜大棚网关、客户端、环境传感系统和安防系统；所述客户端通过信号与蔬菜大棚网关连接；所述蔬菜大棚网关通过信号分别与环境传感系统和安防系统连接；所述蔬菜大棚网关用于网关的控制管理和用于与外部设备通信连接；所述客户端用于显示控制菜单和蔬菜大棚用电设备工作状态以及根据显示的控制菜单发出控制信号；所述的环境传感系统用于感知蔬菜大棚用电设备状态，并对异常现象进行报警；所述安防系统用于近程控制和远程控制，对蔬菜大棚用电设备异常现象进行保护；所述的蔬菜大棚网关包括控制层和接口层；控制层，用于网关的控制管理，并控制连接应用层，该控制层包括：用于与用户进行信息交互的交互单元，所述交互单元与主控单元相连；用于计量蔬菜大棚用电量的计量单元，所述计量单元与主控单元、220V输入电路相连；用于蔬菜大棚用电负荷控制的限电执行单元，所述的限电执行单元分别与主控单元、蔬菜大棚电输入电路相连；用于为各个模块供电的电源单元，所述电源单元分别与主控单元、交互单元、计量单元、无线路由通信单元、PLC通信单元及限电执行单元相连；接口层，用于与外部设备通信连接；接口层与控制层之间还设有媒体交换层；应用层中设有应用程序兼容接口；接口层中含有通信协议翻译层和协议适配组件；该接口层包括：用于宽带网络接入、蔬菜大棚室内无线网络信号覆盖及与其它通讯终端的通信的无线路由通信单元，所述无线路由通信单元与主控单元相连；用于蔬菜大棚室内电力线载波通信的PLC通信单元，所述PLC通信单元分别与主控单元、220V电力线相连；所述的环境传感系统包括若干个传感器、处理器、通信模块和输出控制设备，所述的传感器包括电流传感器、温度传感器、湿度传感器、烟雾报警传感器和煤气报警传感器；所述的电流传感器安装在蔬菜大棚的各用电设备上，所述的温度传感器和湿度传感器安装在蔬菜大棚室内，各传感器的信号输出端与处理器的信号输入端相连，所述的处理器的控制信号输出端与输出控制设备的控制信号输入端相连，输出控制设备包括开关、空调和加湿器，所述的开关、空调和加湿器分别对个用电设备的开关、温度和湿度进行控制；处理器的通信信号端通过通信模块与对应不同蔬菜大棚网关的信号输入端相连，各网关通过网络与管理中心服务器连接，所述的管理中心服务器输出各住户的联网信息；所述的输出控制设备包括密码分析器、信息存储器，所述的密码分析器设置在输出控制设备的内部上端，所述的信息存储器连接在密码分析器的一侧；所述的烟雾报警传感器和煤气报警传感器均安装在蔬菜大棚室内，所述的烟雾报警传感器和煤气报警传感器的信号输出端与处理器的信号输入端相连；所述传感器的量测模型如下：传感器为A,YA(tk‑1)、YA(tk)、YA(tk+1)分别为传感器A对目标在tk‑1,tk,tk+1时刻的本地笛卡尔坐标系下的量测值，分别为：其中，Y'A(tk‑1)、Y'A(tk)、Y'A(tk+1)分别为传感器A在tk‑1,tk,tk+1时刻的本地笛卡尔坐标系下的真实位置；CA(t)为误差的变换矩阵；ξA(t)为传感器的系统误差；为系统噪声，假设为零均值、相互独立的高斯型随机变量，噪声协方差矩阵分别为RA(k‑1)、RA(k)、RA(k+1)；传感器A向处理器器进行配准的具体过程如下：其中：为传感器A的本地直角坐标系下目标的真实位置在tBk时刻的时间配准值；为系统误差造成的误差项；为随机噪声，假定tk‑1、tk、tk+1时刻的噪声互不相关的零均值白噪声，则为均值为零，协方差矩阵为RA＝a2RA(k‑1)+b2RA(k)+c2RA(k+1)的白噪声，而a、b、c、分别为且a+b+c＝1；所述的安防系统包括服务器、控制系统、报警系统、检测系统、GSM发射模块、执行系统；所述的控制系统包括近程控制端和远程控制端，所述的报警系统连接进程控制端，报警系统还经过服务器通过GSM发射模块连接远程控制端，该远程控制端与客户端连接；所述的检测系统连接近程控制端，检测系统还经过服务器连接远程控制端，执行系统连接近程控制端，还经过服务器连接远程控制端，所述的检测系统包括烟火检测模块、门禁探头传感模块、窗禁探头传感模块、摄像头，所述的执行系统包括火灾执行系统和门窗自动开闭系统；所述物联网蔬菜大棚智能安防网关还包括智能用电系统；所述智能用电系统与物联网蔬菜大棚网关信号连接；所述智能用电系统包括安装在客户端中的中央控制单元，以及安装在蔬菜大棚用电设备中的电器控制端；所述中央控制单元用于将控制信息通过无线通信网络发送给所述电器控制端，所述电器控制端用于根据所述控制信息设置运行参数以控制所述蔬菜大棚用电设备；所述控制信息包括对所述蔬菜大棚用电设备的运行参数和功能的设定信息；所述中央控制单元利用含有M个阵元的阵列天线接收来自多个蔬菜大棚用电设备的跳频信号，对每一路接收信号进行采样，得到采样后的M路离散时域混合信号(k＝1,2,....)m＝1,2,…,M；对M路离散时域混合信号进行重叠加窗短时傅里叶变换，得到M个混合信号的时频域矩阵p＝0,1,…,P‑1,q＝0,1,…,Nfft‑1，其中P表示总的窗数，Nfft表示FFT变换长度；(p，q)表示时频索引，具体的时频值为这里Nfft表示FFT变换的长度，p表示加窗次数，Ts表示采样间隔，fs表示采样频率，C为整数，表示短时傅里叶变换加窗间隔的采样点数，C＜Nfft，且Kc＝Nfft/C为整数，采用的是重叠加窗的短时傅里叶变换；对得到的跳频混合信号时频域矩阵进行预处理；所述预处理包括：(1)对进行去低能量预处理，即在每一采样时刻p，将幅值小于门限ε的值置0，得到门限ε的设定根据接收信号的平均能量来确定；(2)找出p时刻(p＝0,1,2,…P‑1)非零的时频域数据，用表示，其中表示p时刻时频响应非0时对应的频率索引，对这些非零数据归一化预处理，得到预处理后的向量b(p,q)＝[b1(p,q),b2(p,q),…,bM(p,q)]T，其中从而得到预处理后的控制信息。