一种多功能双加密物联网网关控制器

摘要

本发明提供一种多功能双加密物联网网关控制器，包括：壳体，传感器采集控制模块，设置在壳体内；至少一个传感器接口，设置在壳体背面，与传感器采集控制模块电连接，用于连接检测传感器；报警模块，设置在壳体正面，与传感器采集控制模块电连接；用于报警；电源模块，分别与传感器采集控制模块和报警模块电连接，用于为传感器采集控制模块和报警模块提供电能；其中，电源模块包括：开关电源子模块和后备供电子模块；后备供电子模块包括超级电容。本发明的多功能双加密物联网网关控制器，通过传感器采集控制模块对接入的传感器进行数据采集及分析，实现对物联网设备的各个状态的监控，通过超级电容，实现断电时继续监控及工作。

说明书

技术领域

本发明涉及物联网设备技术领域，特别涉及一种多功能双加密物联网网关控制器。

背景技术

物联网是通过传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光等技术，实现采集任何需要监控、连接、互动的物体，与互联网结合形成巨大的网络，物品与网络连接方便识别与管理控制。

现在市面上的物联网网关产品基本分为以下几类：

(1)以三星ARM系列芯片，6410/210/4418等为主控芯片配置256M的RAM以及1G的Flash组成核心控制组件，外接NET、USB、485、232、I2C、显示屏、SD卡等功能。

(2)以TI公司AM335X系列芯片配置128M的RAM与256M的Flash,外接NET、USB、CAN、485、RGB、SD、Audio、Video。

(3)以微控制器为主ST、TI、NXP等微控制器配置256K的RAM与128M的Flash，外接NET、USB、CAN、485等功能。

现有的网关产品无法进行实时报警尤其是在出现断电情况以及一些实时监控报警，并且无法深度分析断网故障点。

发明内容

本发明目的之一在于提供了一种多功能双加密物联网网关控制器，以解决上述技术问题。

本发明实施例提供的一种多功能双加密物联网网关控制器，包括：

壳体，

传感器采集控制模块，设置在壳体内；

至少一个传感器接口，设置在壳体背面，与传感器采集控制模块电连接，用于连接检测传感器；

报警模块，设置在壳体正面，与传感器采集控制模块电连接；用于报警；

电源模块，分别与传感器采集控制模块和报警模块电连接，用于为传感器采集控制模块和报警模块提供电能；

其中，电源模块包括：开关电源子模块和后备供电子模块；后备供电子模块包括超级电容。

优选的，传感器采集控制模块包括：STM32F103C8T6单片机。

优选的，报警模块包括：LED报警器、蜂鸣器、扬声器其中一种或多种结合。

优选的，传感器接口包括：USB接口、232/485工业总线接口、4-20ma模拟量信息采集接口其中一种或多种结合。

优选的，开关电源子模块包括：

开关电源芯片，将输入的DC5V转换为3.3V电压为核心处理器供电；

线性稳压芯片，将开关电源芯片输出的3.3V电压转换为1.8V和1.35V电压为存储器的芯片提供电能。

优选的，检测传感器包括：水浸传感器、烟雾传感器、馈电传感器、第一温度传感器、湿度传感器其中一种或多种结合。

优选的，多功能双加密物联网网关控制器，还包括：至少一个第二温度传感器，一一对应设置在壳体内的各个预设的检测位置，与传感器采集控制模块电连接；

核心处理器，设置在壳体内，与传感器采集控制模块通讯连接；

至少一个降温风扇，嵌设在壳体的四周侧壁上，与核心处理器电连接；

其中，降温风扇包括：

主体，在主体中部嵌设有扇叶；

环状体，套设在主体外周；

对称设置的第一转轴和第一微型转动电机，设置在环状体和主体之间；第一微型转动电机的固定端与环状体固定连接，转动端与主体固定连接；第一转轴一端与环状体固定连接，另一端与主体转动连接；

对称设置第二转轴和第二微型转动电机，设置在环状体与壳体内壁之间；第二微型转动电机的固定端与壳体固定连接，转动端与环状体固定连接；第一转轴一端与壳体固定连接，另一端与环状体转动连接；

其中，第一微型转动电机和第二微型转动电机都与核心处理器电连接；

核心处理器执行如下操作：

获取预先构建的网关控制器的温度检测的三维模型；

通过传感器采集控制模块获取各个预设的检测位置的第二温度；

将第二温度输入三维模型中，确定网关控制器中各个预设的温度监控点的第三温度；

基于第三温度，确定降温风扇的工作参数；

基于工作参数，控制降温风扇的动作；

其中，三维模型中包括与各个预设的检测位置一一对应的多个基点、以及根据基点的温度确定温度的次级点；次级点与基点都为温度监控点。

优选的，述基于第三温度，确定降温风扇的工作参数，包括：

基于各个温度监控点的第三温度构建表示网关控制器内温度的第一向量；

获取预设的控制库，控制库内第二向量与工作参数集一一对应；

基于第一向量与控制库内的各个第二向量进行匹配，获取匹配符合的第二向量对应的工作参数集；

解析工作参数集，确定各个降温风扇的工作参数。

优选的，降温风扇为五个，且都设置在同一侧壁上；降温风扇呈十字分布，位于十字中心位置的为主控风扇，位于主控风扇四周的辅助风扇；

核心处理器基于第三温度，确定降温风扇的工作参数，包括：

基于各个温度监控点的第三温度，确定异常温度区域及异常温度区域的几何中心对应三维模型中的第一位置；异常温度区域内的各个温度监控点的第三温度大于预设的温度阈值；

获取三维模型中对应主控风扇的中心的第二位置；

基于第一位置和第二位置，确定主控风扇的第一中心向量；

基于第一中心向量，确定主控风扇的第一微型转动电机的第一目标角度和第二微型转动电机的第二目标角度；

基于中心向量和第一位置，确定主控风扇对应工作平面；

将异常温度区域映射至工作平面，确定第一映射区域；

基于第一位置与第二位置之间的距离及主控风扇的吹风区域参数，确定主控风扇对应工作平面上的第一工作区域；

当第一映射区域大于第一工作区域时，确定第一映射区域的最大外接圆；

基于最大外接圆与第一工作区域，确定辅助风扇的第二工作区域；

基于第二工作区域，确定辅助风扇的工作轨迹点集；工作轨迹点集内的各个工作轨迹点距离第二工作区域的内外两边缘的距离相等；

获取辅助风扇的中心的第三位置；

基于第三位置和工作轨迹点，确定辅助风扇的第二中心向量；

基于第二中心向量，确定主控风扇的第一微型转动电机的第三目标角度和第二微型转动电机的第四目标角度；

基于工作轨迹点集内各个工作轨迹点对应的第三目标角度和第四目标角度，确定辅助风扇的工作参数集。

优选的，多功能双加密物联网网关控制器，还包括：

无线通讯模块，设置在壳体内，与核心处理器电连接；

RFID读卡器，设置在壳体内，与核心处理器电连接；

有线通讯模块，设置在壳体内，与核心处理器电连接；

电子锁，设置在壳体的可开启的机盖，用于机盖的上锁，与核心处理器电连接；

限位开关，与核心处理器电连接，用于检测机盖的开启或关闭；

核心处理器执行如下操作：

通过有线通讯模块接受物联网平台发送的巡检计划；

解析巡检计划，确定巡检时间、巡检人员信息和巡检所需的检查时间；

在巡检时间的起始时间，进行机器自检并开启RFID读卡器；

通过RFID读卡器读取巡检人员佩戴的RFID身份卡中的信息；

当RFID身份卡中的信息与巡检人员信息匹配时，开启无线通讯模块与巡检人员的巡检终端通讯连接；

当与巡检人员的巡检终端连接上后，向巡检终端发送自检信息；

基于RFID定位技术，确定RFID身份卡与RFID读卡器的距离，当距离小于预设的距离阈值时，控制电子锁开启；

通过限位开关检测到机盖被打开时开始计时，通过限位开关检测到机盖被关闭时结束计时，获得实检时间；

当实检时间小于检查时间时，输出报警信息至报警模块，报警模块工作；

当实检时间大于等于检查时间时，通过有线通讯模块将RFID身份卡中的信息、首次识别到RFID身份卡的时间、实检时间上传至物联网平台。

本发明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，或者通过实施本发明而了解。本发明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，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中一种多功能双加密物联网网关控制器的示意图；

图2为本发明实施例中一种降温风扇的示意图；

图3为本发明实施例中一种多功能双加密物联网网关控制器的数据传输示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种多功能双加密物联网网关控制器，如图1所示，包括：

壳体2，

传感器采集控制模块22，设置在壳体2内；

至少一个传感器接口21，设置在壳体2背面，与传感器采集控制模块22电连接，用于连接检测传感器1；

报警模块23，设置在壳体2正面，与传感器采集控制模块22电连接；用于报警；

电源模块24，分别与传感器采集控制模块22和报警模块23电连接，用于为传感器采集控制模块22和报警模块23提供电能；

其中，电源模块24包括：开关电源子模块241和后备供电子模块242；后备供电子模块242包括超级电容。

优选的，传感器采集控制模块22包括：STM32F103C8T6单片机。

优选的，报警模块23包括：LED报警器、蜂鸣器、扬声器其中一种或多种结合。

优选的，传感器接口21包括：USB接口、232/485工业总线接口、4-20ma模拟量信息采集接口其中一种或多种结合。

优选的，开关电源子模块241包括：

开关电源芯片，将输入的DC5V转换为3.3V电压为核心处理器供电；

线性稳压芯片，将开关电源芯片输出的3.3V电压转换为1.8V和1.35V电压为存储器的芯片提供电能。

优选的，检测传感器1包括：水浸传感器、烟雾传感器、馈电传感器、第一温度传感器、湿度传感器其中一种或多种结合。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

通过设置传感器接口21，将检测传感器1接入，核心处理器根据检测传感器1检测的数据判断是否发生异常，当发生异常时通过报警模块23进行报警；例如通过LED报警器显示报警，并显示报警预设的代码及信息，以指示报警的具体检测传感器1和/或传感器设置的位置；主要报警功能针对物联网网关控制器本身的水浸情况、产生烟雾情况、各个部件的通电情况、温度情况以及湿度情况。异常主要是发生水浸、运行产生了烟雾、发生了断电、温度过高、湿度过高等。通过将检测传感器1接入，实现了对物联网网关控制器外部环境的异常检测，有效保证物联网网关控制器的有效运行，当发生异常时，同步向物联网平台发送异常数据包；通过异常数据包通知物联网平台，物联网平台通知维修人员进行检修。如图3所示，核心处理器包括：NXP I.MX6UL处理器，该处理器是基于ARM Cortex-A7架构，运行主频528MHz,配置256M RAM与256M Flash，工作温度-40～85℃，带有硬件双重加密，下配双网口、232、485、CAN、I2C、SPI、USB接口。双网口：双网口采用KSZ8081RNBIA-TR+H1102NL+RJ45的方案，KSZ8081RNBIA-TR为美国微芯公司研发的10/100M以太网MAC芯片，是一种低功耗、小封装以太网解决方案，工作温度-40～85℃，H1102NL为Pulse公司生产的网络变压器提供网络静电保护，RJ45与外部网路设备相通，双网口一进一出对传输数据进行软件加密；在断网的情况下可对断网状况深度分析，精确确定网络故障点。USB驱动设备：处理器通过USBhub芯片USB2514BI将一路USB2.0链路转换为4路USB外接链路，USB2514BI微芯公司研发的USB集线器满足户外工业要求，4路USB设备分别连接4G/5G模块、wifi/蓝牙模块、以及两路外接可连USB摄像头、鼠标等USB设备。4G/5G模块可用于断电后无线传输报警信息。232/485工业总线接口：232接口采用的是MAXLINEAR公司生产的SP3232EEN芯片将处理器TTL电平转换为外接RS232电平，485接口采用也为MAXLINEAR公司生产的SP3485EN。传感器采集控制部分是基于STM32F103C8T6单片机为主控芯片，STM32F103C8T6单片机是基于ARMCORTEX-M3架构的高性能单片机，主频最高可达72MHZ，内部配有128KBFLASH以及20KB运行内存，运行温度-40°～85°对比传统51系列单片机处理速度快、功耗低、性能稳定、封装体积小、性价比高。传感器信息与报警信息采集：报警通过光耦转换为开关量信息，单片机进行开关量判断来读取断电、水浸、烟雾、雷击等信息，4～20ma模拟量信息采集使用的是AD转换芯片LM124DR，将其转换为数字信号进行识别。外接设备控制：外接设备可通过继电器驱动控制实现硬件重启，驱动芯片采用的是ULN2004，实现8路外接设备自动采集控制。

电源部分采用的是开关电源与超级电容的供电组合。

开关电源：输入电源为DC5V,经过开关电源芯片MP2159转换为3.3V电压为处理器、单片机以及各芯片供电；3.3V电压经过RT9187线性稳压芯片转换为1.8V与1.35V给RAM以及Flash芯片供电。

后备供电：选用超级电容作为后备供电，在断电情况下通过有线或者无线网络传输掉电信息。电路采用FDS4435场效应管以及BW6101芯片组成过压、均压保护电路对超级电容进行保护。

本发明的多功能双加密物联网网关控制器，通过传感器采集控制模块22对接入的传感器进行数据采集及分析，实现对物联网设备的各个状态的监控，通过超级电容，实现断电时继续监控及工作，双网口设计，实现其中一个网络断线时，不影响数据的传输。

在一个实施例中，多功能双加密物联网网关控制器，还包括：至少一个第二温度传感器，一一对应设置在壳体2内的各个预设的检测位置，与传感器采集控制模块22电连接；

核心处理器，设置在壳体2内，与传感器采集控制模块22通讯连接；

至少一个降温风扇，嵌设在壳体2的四周侧壁上，与核心处理器电连接；

其中，如图2所示，降温风扇包括：

主体41，在主体41中部嵌设有扇叶；

环状体42，套设在主体41外周；

对称设置的第一转轴43和第一微型转动电机44，设置在环状体42和主体41之间；第一微型转动电机44的固定端与环状体42固定连接，转动端与主体41固定连接；第一转轴43一端与环状体42固定连接，另一端与主体41转动连接；

对称设置第二转轴45和第二微型转动电机46，设置在环状体42与壳体2内壁之间；第二微型转动电机46的固定端与壳体2固定连接，转动端与环状体42固定连接；第一转轴43一端与壳体2固定连接，另一端与环状体42转动连接；

其中，第一微型转动电机44和第二微型转动电机46都与核心处理器电连接；

核心处理器执行如下操作：

获取预先构建的网关控制器的温度检测的三维模型；

通过传感器采集控制模块22获取各个预设的检测位置的第二温度；

将第二温度输入三维模型中，确定网关控制器中各个预设的温度监控点的第三温度；

基于第三温度，确定降温风扇的工作参数；

基于工作参数，控制降温风扇的动作；

其中，三维模型中包括与各个预设的检测位置一一对应的多个基点、以及根据基点的温度确定温度的次级点；次级点与基点都为温度监控点。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

三维模型为预先构建，通过大量的实验数据，通过多个具有代表性的基点，对基点的实际位置的温度进行检测，进而根据次级点与基点的温度关系，确定次级点的温度；基点与次级点都是作为温度监控的温度监控点。其中，次级点的温度可以采用公式

在一个实施例中，述基于第三温度，确定降温风扇的工作参数，包括：

基于各个温度监控点的第三温度构建表示网关控制器内温度的第一向量；

获取预设的控制库，控制库内第二向量与工作参数集一一对应；

基于第一向量与控制库内的各个第二向量进行匹配，获取匹配符合的第二向量对应的工作参数集；

解析工作参数集，确定各个降温风扇的工作参数。、

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

通过在事先建立控制库，在应用时，基于控制库快速进行工作参数确定。控制库是根据历史控制方案中各个温度监控点的温度构建的第二向量与工作参数集建立的；只需将现在的温度构建的第一向量与第二向量进行匹配调用即可。其中，第一向量和第二向量的构建，可以采用提取特征值的方式，即将各个温度监控点的温度以在空间模型中的坐标的顺序进行排列，提取排列数据的特征值的方式构建；还可以直接将各个温度监控点的温度以在空间模型中的坐标的顺序进行排列，后进行归一化，直接获得。工作参数集内有各个降温风扇的工作参数；例如工作参数集内的第一个数据为编号为一的风扇的扇叶转动速度，第二个数据为编号为一的风扇的第一微型转动电机44的目标转动角，第三个数据为编号为一的风扇的第二微型转动电机46的目标转动角；第四个数据为编号为二的风扇的扇叶转动速度，第五个数据为编号为二的风扇的第一微型转动电机44的目标转动角，第六个数据为编号为二的风扇的第二微型转动电机46的目标转动角，依次类推。在第一向量与第二向量进行匹配时，可以采用相似度匹配的方法，即采用余弦相似度计算法计算第一向量与第二向量的相似度，当相似度最大且大于预设的相似度阈值(例如95％)时，确定第一向量与第二向量匹配。

在一个实施例中，降温风扇为五个，且都设置在同一侧壁上；降温风扇呈十字分布，位于十字中心位置的为主控风扇，位于主控风扇四周的辅助风扇；

核心处理器基于第三温度，确定降温风扇的工作参数，包括：

基于各个温度监控点的第三温度，确定异常温度区域及异常温度区域的几何中心对应三维模型中的第一位置；异常温度区域内的各个温度监控点的第三温度大于预设的温度阈值；

获取三维模型中对应主控风扇的中心的第二位置；

基于第一位置和第二位置，确定主控风扇的第一中心向量；

基于第一中心向量，确定主控风扇的第一微型转动电机44的第一目标角度和第二微型转动电机46的第二目标角度；

基于中心向量和第一位置，确定主控风扇对应工作平面；

将异常温度区域映射至工作平面，确定第一映射区域；

基于第一位置与第二位置之间的距离及主控风扇的吹风区域参数，确定主控风扇对应工作平面上的第一工作区域；

当第一映射区域大于第一工作区域时，确定第一映射区域的最大外接圆；

基于最大外接圆与第一工作区域，确定辅助风扇的第二工作区域；

基于第二工作区域，确定辅助风扇的工作轨迹点集；工作轨迹点集内的各个工作轨迹点距离第二工作区域的内外两边缘的距离相等；

获取辅助风扇的中心的第三位置；

基于第三位置和工作轨迹点，确定辅助风扇的第二中心向量；

基于第二中心向量，确定主控风扇的第一微型转动电机44的第三目标角度和第二微型转动电机46的第四目标角度；

基于工作轨迹点集内各个工作轨迹点对应的第三目标角度和第四目标角度，确定辅助风扇的工作参数集。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

降温风扇设置为五个，并且设计为一主四副，当温度不是很高(例如才超出预设的阈值)并且温度超出阈值的空间范围未超出主控风扇时，只需启动主控风扇即可，辅助风扇只有区域大和温度过高时启动，实现辅助主控风扇进行降温，此外，辅助风扇还具有弧形扫风功能。基于主控风扇的中心在三维模型中的第二位置与异常温度区域的几何中心对应的第一位置，确定第一中心向量，第一中心向量实际为主控风扇中心垂直扇叶平面的向量，确定第一中心向量后可以根据预设的对应表，确定第一目标角度和第二目标角度。根据第一目标角度和第二目标角度，调节后，实现主控风扇正对着温度异常区域的几何中心吹气；其中温度异常区域的几何中心为到温度异常区域的边缘上各个点的距离的方差最小的点，或，两条将温度异常区域平分的直线的交点。基于第一位置与第二位置之间的距离及主控风扇的吹风区域参数，确定主控风扇对应工作平面上的第一工作区域，其中，吹风区域参数主要为中心向量、中心的第二位置、边缘的第三位置以及边缘出风向量，将中心向量与边缘出风向量同步延伸，确定距离风扇各个距离的平面上的工作区域。基于最大外接圆与第一工作区域，确定辅助风扇的第二工作区域；因辅助风扇为4个，分别位于上下左右，这样可以将最大外接圆与第一工作区域之间的空间等分为四份，与辅助风扇一一对应，将第一映射区域位于辅助风扇对应的空间区域内的区域作为对应辅助风扇的第二工作区域；基于第二工作区域，确定辅助风扇的工作轨迹点集，可以在最大外接圆和第一工作区域之间再作一条圆形线，该圆形线的半径为最大外接圆与第一工作区域的半径的和值的一半；该圆形线落在第二工作区域内的线段进行等间距采用，获得工作轨迹点。第一映射区域可能不为规则图形，即可能存在辅助风扇对应的空间区域内没有第一映射区域的部分，此时对应的辅助风扇不动作。确定轨迹点之后确定了多个第二中心向量，确定了多个第三目标角度和第四目标角度，通过第三目标角度和第四目标角度的来回切换，实现了辅助风扇的弧形扫风，提高了降温效率。

在一个实施例中，多功能双加密物联网网关控制器，还包括：

无线通讯模块，设置在壳体2内，与核心处理器电连接；

RFID读卡器，设置在壳体2内，与核心处理器电连接；

有线通讯模块，设置在壳体2内，与核心处理器电连接；

电子锁，设置在壳体2的可开启的机盖，用于机盖的上锁，与核心处理器电连接；

限位开关，与核心处理器电连接，用于检测机盖的开启或关闭；

核心处理器执行如下操作：

通过有线通讯模块接受物联网平台发送的巡检计划；

解析巡检计划，确定巡检时间、巡检人员信息和巡检所需的检查时间；

在巡检时间的起始时间，进行机器自检并开启RFID读卡器；

通过RFID读卡器读取巡检人员佩戴的RFID身份卡中的信息；

当RFID身份卡中的信息与巡检人员信息匹配时，开启无线通讯模块与巡检人员的巡检终端通讯连接；

当与巡检人员的巡检终端连接上后，向巡检终端发送自检信息；

基于RFID定位技术，确定RFID身份卡与RFID读卡器的距离，当距离小于预设的距离阈值时，控制电子锁开启；

通过限位开关检测到机盖被打开时开始计时，通过限位开关检测到机盖被关闭时结束计时，获得实检时间；

当实检时间小于检查时间时，输出报警信息至报警模块23，报警模块23工作；

当实检时间大于等于检查时间时，通过有线通讯模块将RFID身份卡中的信息、首次识别到RFID身份卡的时间、实检时间上传至物联网平台。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

本实施例主要应用在巡检人员巡检时，在巡检前，物联网平台发送巡检计划，核心处理器通过巡检计划确定巡检时间、巡检人员信息以及巡检所需的检查时间，基于巡检时间、巡检人员信息和检查时间对巡检人员的巡检进行配合，提高了智能化。配合主要包括主动自检并发送自检信息到巡检人员的巡检终端；对巡检人员的身份的确认、以及对巡检人员的动作(例如打开机盖巡检确认的检查时间)确认。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。