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CN106899667A - 一种物联网蔬菜大棚智能安防网关和控制方法 - Google Patents

一种物联网蔬菜大棚智能安防网关和控制方法 Download PDF

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CN106899667A
CN106899667A CN201710098722.9A CN201710098722A CN106899667A CN 106899667 A CN106899667 A CN 106899667A CN 201710098722 A CN201710098722 A CN 201710098722A CN 106899667 A CN106899667 A CN 106899667A
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CN
China
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control
gateway
vegetable
unit
sensor
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Pending
Application number
CN201710098722.9A
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王海
徐鹏民
吕光杰
曲丽君
黄国富
宫丽宁
盖凌云
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Qingdao Agricultural University
Original Assignee
Qingdao Agricultural University
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Publication date
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Abstract

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。

Description

一种物联网蔬菜大棚智能安防网关和控制方法
技术领域
本发明属于农业开发技术领域，尤其涉及一种物联网蔬菜大棚智能安防网关和控制方法。
背景技术
蔬菜大棚已经在我国农村进行广泛推广与应用。在通过蔬菜大棚进行蔬菜种植过程中，大棚内部环境对于蔬菜的生长产生了非常重要的影响。不符合要求的环境容易滋生害虫，抑制蔬菜正常生长，使总体产量下降，严重的还会造成蔬菜绝收，严重影响种植者收入。
为保证大棚中蔬菜能够获得较高的产量，大棚中温度和温度的检测是极其重要的。在植物的生长过程中，温度和温度是影响植物生长的关键因素，研究表明，植物在各个生长阶段所需的温度和温度是不一样的，合理的控制和调节植物生长的各个阶段的温度和温度，对于增加大棚蔬菜的产量和质量是非常重要的，大棚温度的检测，通常可采用温度计或温度显示仪，这种检测方式不仅效率低下，且测量误差较大，不适用于大规模的蔬菜大棚的种植。
我国是农业大国，但是一个相对落后的农业大国：种植方法设备简单，管理技术品种落后等等。在人们种植蔬菜赚钱的同时人们发明了设施农业，当前最简单的就是蔬菜大棚。80年以前，玻璃温室大棚就已经出现，用途一般是用来搞科研、育种，并且绝大部分集中在科研院所。80年以后，人们的思想摆脱极左束缚，农村的生产力得到极大解放，社会生活空前繁荣。可是蔬菜生产依旧波澜不惊，发展缓慢，主要问题还是社会的流动人口少，农业人口自给自足的现象没有根本改变。死水微澜，这个阶段设施农业有了一定的发展，有一些科技意识强的农民已经慢慢的搞起了地膜覆盖、小拱棚、塑料大棚生产，只是效益不高，发展不快。进入90年代，随着改革开放的进一步深入、农村劳动力转移，大量的农业人口流向城市，农业人口的劳动力不断升值，农村人口也改变了吃菜靠田间地头自给自足的方式。城市化进程加快，原来城市周边的菜田变成了高楼大厦，社会逐渐进入到专业分工的时代。进入新世纪，绿色无公害、有机食品的意识深入人心。生产绿色有机蔬菜，保障消费者身体健康成为广大菜农的共识。品牌意识，精品意识，优质优价的意识，成为广大菜农改进生产设施，改进生产技术，由此而来的就是产品更优质，回报更丰厚。最近几年，国家积极引导，菜农的科技水平不断高，我国的蔬菜生产正在逐步走向世界。通过对生产技术的严格要求，农药化肥的严格控制，我国的蔬菜产品质量已经与国际标准同步，正在向世界蔬菜强国大步迈进。
综上所述，现有技术存在的问题是：现有技术的大棚蔬菜系统存在以下缺点：(1)太过依赖人力，自动化程度不高，工作效率太低；(2)不够智能化，不能及时分析大棚内的环境因素变化，不能积极主动的去调整环境因素，从而大棚蔬菜不能在最佳的环境中生长；(3)不够信息化，没有完整的中心数据库，不能实现对各类大棚蔬菜的不同生长阶段高效全面的监控和管理；(4)传统大棚蔬菜控制系统在配置方面都需要投入极大的工作量及成本，且安全性差，智能化差，不能适应现代化发展的需要。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种物联网蔬菜大棚智能安防网关和控制方法。
本发明是这样实现的，一种物联网蔬菜大棚智能安防网关，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 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。
进一步，所述的无线路由通信单元接收客户端向所述蔬菜大棚网关通过互联网传输的指令和/或音视频，其中所述指令根据通过客户端获取到的用户的操作信息确定的，并将所述指令和/或音视频传送至控制层；
所述控制层接收所述无线路由通信单元传送的指令和/或音视频，经安全认证模块进行认证后从所述指令中确定所述指令和/或所述音视频的处理对象，并确定所述处理对象的地址；所述无线路由通信单元根据所述地址将所述指令和/或所述音视频发送至所述处理对象进行处理和/或呈现；
所述的安全认证模块包括：安全接入控制交换机、Web接入认证服务器和用户终端，所述Web接入认证服务器通过网络与安全接入控制交换机互联，所述安全接入控制交换机通过接入网络连接用户终端；
所述Web接入认证服务器用于用户终端接入管理、Web认证、对所述安全接入控制交换机进行接入控制和设置、与外部系统进行交互以及记录用户终端接入认证相关日志；
所述安全接入控制交换机用于学习和维护用户终端的多元组信息、拦截和重定向未认证用户终端HTTP访问请求到Web接入认证服务器以及接受所述Web接入认证服务器的接入控制和设置，通过报文过滤方式对用户终端报文进行接入验证，并检查和设置IP报文的DSCP值。
进一步，所述的门禁探头传感模块包括门磁传感器、RFID读卡设备、人脸识别设备和门禁控制器，所述的门磁传感器、RFID读卡设备和人脸识别设备均安装在蔬菜大棚的门上，所述的门磁传感器、RFID读卡设备和人脸识别设备的信号输出端与蔬菜大棚网关相连；
进一步，所述的中央控制单元包括输入管理端、交换网关、输出管理端，所述的输入管理端设置在中央控制单元内部的前端，所述的交换网关连接在输入管理端和输出管理端之间，所述的输出管理端设置在交换网关的后侧。
进一步，所述的报警系统包括探测器、光线报警器、语音报警器，所述的探测器设置在报警系统的上端，所述的光线报警器连接在探测器的下侧，所述的语音报警器连接在光线报警器的一侧。
进一步，所述的语音报警器具体采用警笛声音喇叭报警器，设置操作键盘、语音提示器、LCD数据异常显示屏。
本发明另一目的在于提供一种中央处理单元的控制方法，包括：
设定中央处理单元的一用电设备安防系数临界值；
根据用电设备安防系数临界值判断一最大可处理负载量；
根据汇集平台电源管理技术将多个第一工作任务结合为一第一连续工作任务；
判断第一连续工作任务的一负载量是否大于最大可处理负载量；
当第一连续工作任务的负载量大于最大可处理负载量时，将第一连续工作任务中之一超载部分的第一工作任务移出第一连续工作任务；
当接收到第一连续工作任务时，将中央处理单元由一休眠模式切换至一操作模式，以及处理第一连续工作任务；以及当第一连续工作任务处理完成后，将中央处理单元设为休眠模式；
中央处理单元的操作频率在一般操作下具有一正常操作频率，以及方法还包括：
根据第一连续工作任务的负载量以及用电设备安防系数临界值决定一第一操作频率；
以及当中央处理单元切换至操作模式时，将中央处理单元的操作频率由正常操作频率提升至第一操作频率，并通过第一操作频率处理第一连续工作任务；
其中第一操作频率的工作频率高于正常操作频率的工作频率；
中央处理单元控制方法还包括：
当第一连续工作任务处理完成并且中央处理单元进入休眠模式后，根据汇集平台电源管理技术将多个第二工作任务以及超载部分的第一工作任务结合为一第二连续工作任务；
当接收到第二连续工作任务时，将中央处理单元由休眠模式切换至操作模式；
将中央处理单元的操作频率由正常操作频率提升至一第二操作频率，通过第二操作频率处理第二连续工作任务；以及当第二连续工作任务处理完成后，将中央处理单元设为休眠模式；
其中第一操作频率的工作频率高于正常操作频率的工作频率；
中央处理单元使用第一操作频率将第一连续工作任务处理完成的时间点与开始接收到第二连续工作任务的时间点之间具有一第一间隔时间，而使用正常频率将第一连续工作任务处理完成与接收到第二连续工作任务之间具有一第二间隔时间，其中第一间隔时间小于第二间隔时间。
本发明设置光线报警器，提高了报警的高效及时性；设置语音报警器，实现了快速报警功能；可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。
本发明的传感器信号测量数据信号和配准信号精确率达到97.32％，比普通的93％提高了4个百分点，有力的保证了智能控制的需求。本发明处理器的基于各传感器超像素种子的随机游走图像分割算法，保证了各传感器量测的准确数据信息的反映和对数据信息精确控制，为物联网智能安防网关的智能提供了充分保证。本发明的中央控制单元集信号接收方法、信号处理方法于一体，实现了功能多样化和完全智能化；使客户端进行准确的控制。
本发明自动化程度高，不过多依赖人力，工作效率高，降低人工成本；更加智能化，能及时分析大棚内的环境因素变化，积极主动的去调整环境因素，从
而使得大棚蔬菜在最佳的环境中生长；信息化管理，有完整的中心数据库，能实现对各类大棚蔬菜的不同生长阶段高效全面的监控和管理；对蔬菜大棚进行精确可靠的温度检测和控制；本发明环境监控整体科学有效，能够对蔬菜大棚环境进行实施监控与调整，保证蔬菜大棚中环境符合蔬菜生长要求。
附图说明
图1是本发明实施例提供的物联网蔬菜大棚智能安防网关的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的中央控制单元结构示意图；
图3是本发明实施例提供的输出控制设备结构示意图；
图4是本发明实施例提供的报警系统结构示意图；
图中：1、蔬菜大棚网关；2、客户端；3、智能用电系统；3-1、中央控制单元；3-1-1、输入管理端；3-1-2、交换网关；3-1-3、输出管理端；3-2、电器控制端；4、环境传感系统；4-1、传感器；4-2、处理器；4-3、通信模块；4-4、输出控制设备；4-4-1、密码分析器；4-4-2、信息存储器；5、安防系统；5-1、服务器；5-2、控制系统；5-3、报警系统；5-3-1、探测器；5-3-2、光线报警器；5-3-3、语音报警器；5-4、检测系统；5-5、GSM发射模块；5-6、执行系统。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
下面结合附图对本发明的应用原理作进一步描述。
如图1-4所示，本发明实施例提供的物联网蔬菜大棚智能安防网关，所述物联网蔬菜大棚智能安防网关包括蔬菜大棚网关1、客户端2、环境传感系统4和安防系统5；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1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2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4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5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1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4包括若干个传感器4-1、处理器4-2、通信模块4-3和输出控制设备4-4，所述的传感器4-1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5包括服务器5-1、控制系统5-2、报警系统5-3、检测系统5-4、GSM发射模块5-5、执行系统5-6；
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3；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3包括安装在客户端中的中央控制单元3-1，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 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。
所述的无线路由通信单元接收客户端向所述蔬菜大棚网关通过互联网传输的指令和/或音视频，其中所述指令根据通过客户端获取到的用户的操作信息确定的，并将所述指令和/或音视频传送至控制层；
所述控制层接收所述无线路由通信单元传送的指令和/或音视频，经安全认证模块进行认证后从所述指令中确定所述指令和/或所述音视频的处理对象，并确定所述处理对象的地址；所述无线路由通信通信单元根据所述地址将所述指令和/或所述音视频发送至所述处理对象进行处理和/或呈现；
所述的安全认证模块包括：安全接入控制交换机、Web接入认证服务器和用户终端，所述Web接入认证服务器通过网络与安全接入控制交换机互联，所述安全接入控制交换机通过接入网络连接用户终端；
所述Web接入认证服务器用于用户终端接入管理、Web认证、对所述安全接入控制交换机进行接入控制和设置、与外部系统进行交互以及记录用户终端接入认证相关日志；
所述安全接入控制交换机用于学习和维护用户终端的多元组信息、拦截和重定向未认证用户终端HTTP访问请求到Web接入认证服务器以及接受所述Web接入认证服务器的接入控制和设置，通过报文过滤方式对用户终端报文进行接入验证，并检查和设置IP报文的DSCP值。
本发明设置光线报警器，提高了报警的高效及时性；设置语音报警器，实现了快速报警功能；可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。
本发明的传感器信号测量数据信号和配准信号精确率达到97.32％，比普通的93％提高了4个百分点，有力的保证了智能控制的需求。本发明处理器的基于各传感器超像素种子的随机游走图像分割算法，保证了各传感器量测的准确数据信息的反映和对数据信息精确控制，为物联网智能安防网关的智能提供了充分保证。本发明的中央控制单元集信号接收方法、信号处理方法于一体，实现了功能多样化和完全智能化；使客户端进行准确的控制。
本发明自动化程度高，不过多依赖人力，工作效率高，降低人工成本；更加智能化，能及时分析大棚内的环境因素变化，积极主动的去调整环境因素，从而使得大棚蔬菜在最佳的环境中生长；信息化管理，有完整的中心数据库，能实现对各类大棚蔬菜的不同生长阶段高效全面的监控和管理；对蔬菜大棚进行精确可靠的温度检测和控制；本发明环境监控整体科学有效，能够对蔬菜大棚环境进行实施监控与调整，保证蔬菜大棚中环境符合蔬菜生长要求。
所述的安防系统5包括服务器5-1、控制系统5-2、报警系统5-3、检测系统5-4、GSM发射模块5-5、执行系统5-6；
所述的控制系统5-2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5-5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5-4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；
所述的中央控制单元3-1包括输入管理端3-1-1、交换网关3-1-2、输出管理端3-1-3，所述的输入管理端3-1-1设置在中央控制单元3-1内部的前端，所述的交换网关3-1-2连接在输入管理端3-1-1和输出管理端3-1-3之间，所述的输出管理端3-1-3设置在交换网关3-1-2的后侧。
本发明实施例提供的中央处理单元的控制方法，包括：
设定中央处理单元的一用电设备安防系数临界值；
根据用电设备安防系数临界值判断一最大可处理负载量；
根据汇集平台电源管理技术将多个第一工作任务结合为一第一连续工作任务；
判断第一连续工作任务的一负载量是否大于最大可处理负载量；
当第一连续工作任务的负载量大于最大可处理负载量时，将第一连续工作任务中之一超载部分的第一工作任务移出第一连续工作任务；
当接收到第一连续工作任务时，将中央处理单元由一休眠模式切换至一操作模式，以及处理第一连续工作任务；以及当第一连续工作任务处理完成后，将中央处理单元设为休眠模式；
中央处理单元的操作频率在一般操作下具有一正常操作频率，以及方法还包括：
根据第一连续工作任务的负载量以及用电设备安防系数临界值决定一第一操作频率；
以及当中央处理单元切换至操作模式时，将中央处理单元的操作频率由正常操作频率提升至第一操作频率，并通过第一操作频率处理第一连续工作任务；
其中第一操作频率的工作频率高于正常操作频率的工作频率；
中央处理单元控制方法还包括：
当第一连续工作任务处理完成并且中央处理单元进入休眠模式后，根据汇集平台电源管理技术将多个第二工作任务以及超载部分的第一工作任务结合为一第二连续工作任务；
当接收到第二连续工作任务时，将中央处理单元由休眠模式切换至操作模式；
将中央处理单元的操作频率由正常操作频率提升至一第二操作频率，通过第二操作频率处理第二连续工作任务；以及当第二连续工作任务处理完成后，将中央处理单元设为休眠模式；
其中第一操作频率的工作频率高于正常操作频率的工作频率；
中央处理单元使用第一操作频率将第一连续工作任务处理完成的时间点与开始接收到第二连续工作任务的时间点之间具有一第一间隔时间，而使用正常频率将第一连续工作任务处理完成与接收到第二连续工作任务之间具有一第二间隔时间，其中第一间隔时间小于第二间隔时间。
所述的输出控制设备4-4包括密码分析器4-4-1、信息存储器4-4-2，所述的密码分析器4-4-1设置在输出控制设备4-4的内部上端，所述的信息存储器4-4-2连接在密码分析器4-4-1的一侧。
所述的报警系统5-3包括探测器5-3-1、光线报警器5-3-2、语音报警器5-3-3，所述的探测器5-3-1设置在报警系统5-3的上端，所述的光线报警器5-3-2连接在探测器5-3-1的下侧，所述的语音报警器5-3-3连接在光线报警器5-3-2的一侧。
所述的语音报警器5-3-3具体采用警笛声音喇叭报警器，设置操作键盘、语音提示器、LCD数据异常显示屏。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一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。
2.如权利要求1所述的物联网蔬菜大棚智能安防网关，其特征在于，所述的无线路由通信单元接收客户端向所述蔬菜大棚网关通过互联网传输的指令和/或音视频，其中所述指令根据通过客户端获取到的用户的操作信息确定的，并将所述指令和/或音视频传送至控制层；
所述控制层接收所述无线路由通信单元传送的指令和/或音视频，经安全认证模块进行认证后从所述指令中确定所述指令和/或所述音视频的处理对象，并确定所述处理对象的地址；所述无线路由通信单元根据所述地址将所述指令和/或所述音视频发送至所述处理对象进行处理和/或呈现；
所述的安全认证模块包括：安全接入控制交换机、Web接入认证服务器和用户终端，所述Web接入认证服务器通过网络与安全接入控制交换机互联，所述安全接入控制交换机通过接入网络连接用户终端；
所述Web接入认证服务器用于用户终端接入管理、Web认证、对所述安全接入控制交换机进行接入控制和设置、与外部系统进行交互以及记录用户终端接入认证相关日志；
所述安全接入控制交换机用于学习和维护用户终端的多元组信息、拦截和重定向未认证用户终端HTTP访问请求到Web接入认证服务器以及接受所述Web接入认证服务器的接入控制和设置，通过报文过滤方式对用户终端报文进行接入验证，并检查和设置IP报文的DSCP值。
3.如权利要求1所述的物联网蔬菜大棚智能安防网关，其特征在于，所述的门禁探头传感模块包括门磁传感器、RFID读卡设备、人脸识别设备和门禁控制器，所述的门磁传感器、RFID读卡设备和人脸识别设备均安装在蔬菜大棚的门上，所述的门磁传感器、RFID读卡设备和人脸识别设备的信号输出端与蔬菜大棚网关相连。
4.如权利要求1所述的物联网蔬菜大棚智能安防网关，其特征在于，所述的中央控制单元包括输入管理端、交换网关、输出管理端，所述的输入管理端设置在中央控制单元内部的前端，所述的交换网关连接在输入管理端和输出管理端之间，所述的输出管理端设置在交换网关的后侧。
5.如权利要求1所述的物联网蔬菜大棚智能安防网关，其特征在于，所述的报警系统包括探测器、光线报警器、语音报警器，所述的探测器设置在报警系统的上端，所述的光线报警器连接在探测器的下侧，所述的语音报警器连接在光线报警器的一侧。
6.如权利要求5所述的物联网蔬菜大棚智能安防网关，其特征在于，所述的语音报警器具体采用警笛声音喇叭报警器，设置操作键盘、语音提示器、LCD数据异常显示屏。
7.一种如权利要求1所述的物联网蔬菜大棚智能安防网关的中央处理单元的控制方法，其特征在于，所述中央处理单元的控制方法包括：
设定中央处理单元的一用电设备安防系数临界值；
根据用电设备安防系数临界值判断一最大可处理负载量；
根据汇集平台电源管理技术将多个第一工作任务结合为一第一连续工作任务；
判断第一连续工作任务的一负载量是否大于最大可处理负载量；
当第一连续工作任务的负载量大于最大可处理负载量时，将第一连续工作任务中之一超载部分的第一工作任务移出第一连续工作任务；
当接收到第一连续工作任务时，将中央处理单元由一休眠模式切换至一操作模式，以及处理第一连续工作任务；以及当第一连续工作任务处理完成后，将中央处理单元设为休眠模式；
中央处理单元的操作频率在一般操作下具有一正常操作频率，以及方法还包括：
根据第一连续工作任务的负载量以及用电设备安防系数临界值决定一第一操作频率；
以及当中央处理单元切换至操作模式时，将中央处理单元的操作频率由正常操作频率提升至第一操作频率，并通过第一操作频率处理第一连续工作任务；
其中第一操作频率的工作频率高于正常操作频率的工作频率；
中央处理单元控制方法还包括：
当第一连续工作任务处理完成并且中央处理单元进入休眠模式后，根据汇集平台电源管理技术将多个第二工作任务以及超载部分的第一工作任务结合为一第二连续工作任务；
当接收到第二连续工作任务时，将中央处理单元由休眠模式切换至操作模式；
将中央处理单元的操作频率由正常操作频率提升至一第二操作频率，通过第二操作频率处理第二连续工作任务；以及当第二连续工作任务处理完成后，将中央处理单元设为休眠模式；
其中第一操作频率的工作频率高于正常操作频率的工作频率；
中央处理单元使用第一操作频率将第一连续工作任务处理完成的时间点与开始接收到第二连续工作任务的时间点之间具有一第一间隔时间，而使用正常频率将第一连续工作任务处理完成与接收到第二连续工作任务之间具有一第二间隔时间，其中第一间隔时间小于第二间隔时间。
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