一种设施农业物联网设备控制系统

摘要

本发明实施例公开一种设施农业物联网设备控制系统，所述系统包括身份信息采集器；所述身份信息采集器与所述系统中的控制器连接；所述身份信息采集器，用于在所述系统的控制方式为人工控制时采集操作人员的身份特征信息；所述控制器，用于将所述身份信息采集器采集的身份特征信息与所述控制器中预先配置的各授权用户的身份特征信息进行匹配，若匹配，则允许所述操作人员对所述系统进行人工控制。本发明提供的设施农业物联网设备控制系统，可实现人工控制时的前置认证。

说明书

技术领域

本发明涉及农业物联网领域，具体涉及一种设施农业物联网设备控制系统。

背景技术

面向设施农业环境控制的物联网应用系统结构示意图如图1所示，其由应用子系统、通信网络和控制子系统构成。其中，控制子系统即为设施农业物联网控制系统，简称为控制系统。

通常，控制系统根据来自人工操作、应用子系统和传感网络显式或隐含的控制要求，完成对环境调控设备的控制。按来源分类，控制系统运行时存在三种控制类型：人工控制(M_C)、远程控制(R_C)和智能控制(I_C)。

然而，现有的控制系统存在以下技术问题：

在安全性方面，人工控制时不认证操作者身份，任何人接触面板按钮即可实现对控制系统的操作；

在可管理性方面，无法提供完备的控制记录，若发生事故则无法追责；

在使用功能方面，M_C、R_C和I_C并行时缺乏冲突管理机制。

因此，如何提出一种设施农业物联网控制系统，以实现人工控制时的前置认证、操作历史追溯以及多控制类型并行防冲突功能，具有十分重要的意义。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种设施农业物联网设备控制系统，包括：

身份信息采集器；

所述身份信息采集器与所述系统中的控制器连接；

所述身份信息采集器，用于在所述系统的控制方式为人工控制时采集操作人员的身份特征信息；

所述控制器，用于将所述身份信息采集器采集的身份特征信息与所述控制器中预先配置的各授权用户的身份特征信息进行匹配，若匹配，则允许所述操作人员对所述系统进行人工控制。

所述系统还包括读写存储器；

所述读写存储器通过所述系统中的串行通信接口与所述控制器连接；

所述读写存储器，用于存储所述控制器获取的所述系统的运行记录。

具体地，所述控制器，还用于根据所述设施农业物联网设备控制系统预设的各控制方式的控制信息，生成与所述各控制方式对应的控制命令，以对所述设施农业物联网设备控制系统的制动设备进行控制；

具体地，所述控制器，还用于根据预先配置的防冲突规则，防止所述设施农业物联网设备控制系统预设的各控制方式的控制信息并行时生成相互冲突的控制命令。

所述系统还包括状态指示器；

所述状态指示器与所述控制器连接，用于在人工控制时指示所述系统是否处于授权状态，以使所述操作人员在所述状态指示器指示所述系统处于所述授权状态时，通过所述控制台对所述环境调控设备进行人工控制。

具体地，所述控制器根据所述设施农业物联网设备控制系统预设的各控制方式的控制信息，生成各控制方式对应的控制命令，以对所述设施农业物联网设备控制系统的制动设备进行控制，包括：

所述控制器根据所述设施农业物联网设备控制系统预设的各控制方式的控制信息，生成所述各控制方式的控制信息对应的控制请求；

所述控制器对生成的各控制请求进行监权；

若经监权判定所述各控制请求合法，则根据所述各控制请求生成对应的控制命令，以对所述设施农业物联网设备控制系统的制动设备进行控制。

具体地，所述控制器对生成的各控制请求进行监权包括：

所述控制器将所述各控制请求中的用户标识信息分别与所述控制器中预先配置的各授权用户的标识信息进行匹配，若匹配，则判定对应的控制请求合法。

具体地，所述防冲突规则包括：

基于时间序列的人工控制信息优先处理；

和/或，预设极端条件下智能控制信息优先处理；

和/或，所述设施农业物联网设备控制系统中的第一环境调控设备启动或停止后，所述设施农业物联网设备控制系统中与所述第一环境调控设备对应的第二环境调控设备禁止启动或禁止停止。

进一步地，所述控制器，还用于判断所述系统是否满足预设的用于退出授权状态的条件，若是，则使所述系统退出所述授权状态。

具体地，所述用于退出授权状态的条件包括：

所述控制器从所述系统进入授权状态开始计时，直到达到时间阈值；

和/或，所述控制器再次将所述身份信息采集器采集的身份特征信息匹配于所述预先配置的各授权用户的身份特征信息；

和/或，所述控制器发现使所述系统无法正常运行的预设状态产生；

和/或，所述控制器接收到所述系统的控制台生成的指示所述系统退出授权状态的指令。

进一步地，所述系统还包括运行模式切换开关；

所述运行模式切换开关与所述系统的制动设备以及控制台连接，用于使所述系统在第一运行模式与第二运行模式之间进行切换。

本发明提供的设施农业物联网设备控制系统，可实现人工控制时的前置认证、操作历史追溯以及多控制类型并行防冲突功能。

附图说明

图1为面向设施农业环境控制的物联网应用系统结构示意图；

图2为本发明设施农业物联网设备控制系统实施例的结构示意图；

图3为本发明设施农业物联网设备控制系统实施例中控制器的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图2为本发明设施农业物联网设备控制系统实施例的结构示意图，参看图2，本实施例公开一种设施农业物联网设备控制系统，包括：控制器1、环境调控设备3、控制台4、通信网络接口5以及传感器6；

所述环境调控设备3通过制动设备7与所述控制器1连接；所述控制台4及所述通信网络接口5分别与所述控制器1连接；所述传感器6通过传感器接口与所述控制器1连接；

所述控制台4用于生成人工控制信息，并将所述人工控制信息传送至所述控制器1；

所述通信网络接口5用于使所述控制器1与上位机连接，并向所述控制器1传送来自所述上位机的远程控制信息；

所述传感器6用于收集对应的环境参数信息，并通过所述传感器接口向所述控制器1传送所述环境参数信息；

所述控制器1用于根据所述人工控制信息、远程控制信息以及环境参数信息对所述制动设备7进行控制，进而控制所述环境调控设备3；

所述环境调控设备3用于调控对应的环境参数；

所述系统还包括身份信息采集器2；

所述身份信息采集器2与所述控制器1连接，用于在所述系统的控制方式为人工控制时采集操作人员身份特征信息；

所述控制器1，用于将所述身份信息采集器采集的身份特征信息与所述控制器中预先配置的各授权用户的身份特征信息进行匹配，若匹配，则允许所述操作人员对所述系统进行人工控制。

其中，所述制动设备7可以为一组由弱电控制的强电开关装置，弱电部分连接所述控制器1，强电部分驱动所述环境调控设备3，所述环境调控设备3可以为一个和/或多个风机、水帘、电磁阀、天窗、遮阳网、补光灯、水泵、加湿器、步进电机等设施农业用设备。

所述身份信息采集器2可以为指纹机、键盘、图像采集器或声音采集器等。

所述控制台4可以为一组按钮、键盘、触摸屏等。

图3为本发明设施农业物联网设备控制系统实施例中控制器的结构示意图，参看图3，所述控制器1包括：处理器、外围设备接口以及存储器；在存储器中存储有应用程序，且所述应用程序被配置成由所述处理器执行，所述程序包括：

通信模块，用于与上位机交换数据，所述上位机可以是主机或网关；

IO处理模块，用于监听、读写I/O端口；

控制模块，用于根据通信网络接口、传感器网络接口以及I/O输入数据，并结合运行时数据(如授权用户标示符、系统授权状态、被触发的按钮/按键标示符等)生成对应于三种控制类型(I_C、R_C、M_C)的控制请求(I_REQUEST、R_REQUEST、M_REQUEST)并监权，进而生成控制命令I_LINS、R_INS、M_INS并将所述控制命令发送到制动设备7；

智能控制模块，所述智能控制模块为可动态安装的组件，用于辅助所述控制模块根据所述环境参数信息判定是否生成I_REQUEST；

监权模块，用于识别控制请求的合法性；

防冲突规则模块，用于防止在多路并行控制时出现互相冲突的控制命令；

控制历史记录管理模块，用于生成、存储、查询控制操作日志；

定时器模块，用于设置/取消系统授信状态；

以及基本系统模块，所述基本系统模块具有类似操作系统功能和特性。

所述外围设备接口包括：

总线接口，用于连接所述通信网络接口以及传感器网络接口；

I/O接口，用于连接所述身份信息采集器2、制动设备7以及控制台4。

下面对所述系统的工作流程进行详细说明：

所述控制器1会首先通过所述通信网络接口5从所述上位机或本地下载安装包括授权用户列表的配置信息，所述授权用户列表包括用户标示符(userID)和用户身份特征信息(userKey)。所述控制器1将所述授权用户列表放入存储器USER_LIST中。所述控制器1只执行所述授权用户列表中存在的用户发出的控制信息。为支持智能控制，定义一个系统级用户，其userID为SENSOR_SYS，当且仅当SENSOR_SYS存在于用户列表中时，说明系统已启用智能控制。

系统运行时，若所述控制器1接收到来自所述控制台4的人工控制信息，则会对应地生成人工控制请求M_REQUEST；可以理解的是，所述人工控制信息源于用户对所述控制台4的操作，如按下按钮/键盘，或触摸触摸屏等。

当进行人工控制时，所述控制器1会从所述身份信息采集器2读取用户身份特征信息，如果用户身份信息匹配于授权用户列表中的某个userKey，则控制器1进入已授权(RT_STATE)状态，对应的userID则存储在名为USER_AUTHENTICATED存储器中，此时，该用户称为有权用户。可以理解的是，根据所述身份信息采集器2的类型，所述控制器1会读取到对应类型的userKey：若所述身份信息采集器2为指纹机，则userKey为用户指纹特征编码；若所述身份信息采集器2为键盘，则userKey为用户输入的一个字符串；若所述身份信息采集器2为图像采集器，则userKey为用户面部图像特征编码；若所述身份信息采集器2为声音采集器，则userKey为用户声音特征编码。

可选地，所述系统还包括状态指示器8，所述状态指示器8与所述控制器1连接，用于在人工控制时指示系统是否处于授权状态，以使所述操作人员在所述状态指示器8指示所述系统处于授权状态时，通过所述控制台4对所述环境调控设备3进行人工控制；所述状态指示器8可以为例如LED灯或声音指示器。例如，所述状态指示器8可以为LED灯，则在人工控制时，若系统处于授权状态，则LED灯亮，若退出授权状态，则LED灯熄灭。

所述系统进入授权状态后，所述控制器1还用于判断所述系统是否满足预设的用于退出授权状态的条件，若是，则所述控制器1使所述系统退出所述授权状态(将RT_STATE置为RT_NORMAL，USER_AUTHENTICATED清空/复位)。

所述用于退出授权状态的条件包括：

所述控制器1从所述系统进入授权状态开始计时，直到达到时间阈值例如60s；

和/或，所述控制器再次将所述身份信息采集器2采集的身份特征信息匹配于所述预先配置的各授权用户的身份特征信息(user_Key)；

和/或，所述控制器1发现使所述系统无法正常运行的预设状态产生，如运行时发生故障；

和/或，所述控制器1接收到所述控制台4生成的指示所述系统退出授权状态的指令。

需要说明的是，只有所述系统处于授权状态，用户才可通过所述控制台4对所述环境调控设备3进行人工控制。

若所述控制器1接收到来自所述上位机的远程控制信息(下行设备控制报文)，则生成远程控制请求R_REQUEST；

若所述控制器1接收到来自所述传感器6的环境参数信息，则会根据预设条件对所述环境参数信息进行判定，若符合预设条件，则生成智能控制请求I_REQUEST。例如，预设条件为湿度不低于30％，而湿度传感器发送的环境参数信息为湿度测量值为28％，则所述控制器1判定该环境参数信息满足预设条件，进而生成智能控制请求I_REQUEST。

其中，所述各控制请求均包括userID、设备标示符(deviceID)以及动作标示符(actionID)；所述deviceID表示需要进行控制的制动设备，所述actionID表示控制动作，例如开始、停止或复位。

在生成所述控制请求后，所述控制器1则对所述控制请求进行监权。具体地，所述控制器1会将各控制请求中的userID与USER_LIST内存中的所述授权用户列表进行匹配，若所述userID存在于所述授权用户列表中，则判定所述控制请求合法；否则判定所述控制请求不合法。

进一步地，所述系统还包括读写存储器9，所述读写存储器9通过串行通信接口与所述控制器1连接，用于存储所述控制器1获取的所述系统的运行记录。所述运行记录包括：操作历史记录信息、配置项修改记录以及安装/删除/更新智能控制模块等信息。

在完成对所述控制请求的监权后，无论所述控制请求是否合法，所述控制器1都会将所述控制请求保存在存储器Operation_Log中。可选地，将Operation_Log中的内容通过通信网络接口5上传至上位机，或通过所述串行通信接口上传至所述读写存储器9。

若所述控制请求合法，则所述控制器1生成与所述控制请求对应的控制指令，并将所述控制指令发送至所述制动设备7，以使所述制动设备7执行所述控制指令，从而完成对所述环境调控设备3的控制。

进一步地，所述系统还包括运行模式切换开关10；

所述运行模式切换开关10与所述制动设备7以及控制台4连接，用于使所述系统在第一运行模式与第二运行模式之间进行切换；当所述运行模式切换开关断开时，所述系统进入第一运行模式(程序化控制运行模式)，即默认运行模式。当所述运行模式切换开关导通时，所述系统进入第二运行模式(用于电气测试调试和应急处理的非程序化控制运行模式)。

在第一运行模式下，所述系统并行接受和响应所述人工控制请求、远程控制请求以及智能控制请求，并按预设的优先级确定的次序执行控制请求。如，当预置人工控制优先级最高时，当关闭天窗的远程控制请求与启动风机的人工控制请求同时出现时，先执行启动风机的人工控制请求，再执行关闭天窗的远程控制请求。

所述系统并行运行时，所述控制器还用于根据预先配置的防冲突规则，防止所述设施农业物联网设备控制系统预设的各控制方式的控制信息并行时生成相互冲突的控制命令。

所述防冲突规则包括：

基于时间序列的人工控制信息优先处理，如，在每工作日的8点至18点人工控制优先，在此时间段只执行人工控制信息，忽略远程控制信息和智能控制信息；

和/或，预设极端条件下智能控制信息优先处理，如，设施外温度骤降时，允许执行加温设备启动控制信息，忽略风机启动、天窗展开等控制信息；

和/或，所述设施农业物联网设备控制系统中的第一环境调控设备启动或停止后，所述设施农业物联网设备控制系统中与所述第一环境调控设备对应的第二环境调控设备禁止启动或禁止停止，如，在风机停止时禁止启动水帘。

本发明提供的设施农业物联网设备控制系统，在进行人工控制时，由于所述身份信息采集器2对用户的身份特征信息进行了采集，且所述控制器1对所述身份特征信息进行了匹配和验证，从而实现了人工控制时的前置认证，显著提高了所述系统的安全性；另外，由于所述系统设置有读写存储器9，且所述控制器1可将所述系统的运行记录发送至所述读写存储器9，因此所述系统可提供完备的操作及控制记录；进一步地，由于所述系统还使用了防冲突规则，因此解决人工控制、远程控制以及智能控制不可并行的问题，从而极大地提高了设施农业物联网设备控制系统的实用性和控制效率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。