CN103399540A - 自诊断与可恢复远程固件更新温室环境监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自诊断与可恢复远程固件更新温室环境监测系统及方法，所述系统至少包括环境监测单元、核心控制单元以及远程网络平台；环境监测单元，用以监测并输出温室内所需监测的环境参数；核心控制单元，控制所述环境监测单元的运行、接收并处理所述环境参数、通过远程无线通信与远程网络平台进行数据交互；所述远程网络平台，用以远程读取环境参数、接收外界指令，根据外界指令或内设参数与核心控制单元进行数据交互；其中，核心控制单元包括用于所述环境参数处理的主控制器以及进行远程无线通信的无线通信模块。温室环境监测方法为应用在所述温室环境监测系统中的方法；本发明具有智能化高，网络通信状况好、监测精确等多重优点。

Description

自诊断与可恢复远程固件更新温室环境监测系统及方法

技术领域

本发明温室监控领域，尤其涉及一种自诊断与可恢复远程固件更新温室环境监测系统及方法。

背景技术

随着农业的发展，温室的应用越来越广泛，从而为了进一步提高温室的信息化、简单化以及智能化的管理，温室环境监测也越来越重要。然而目前温室环境监测系统及方法存在以下不足：

一：数据传输方面的问题

采用有线传输，问题在于现场安装与布线连接繁琐、设备移动性差、组网复杂、成本高，线路受渗水等因素影响，常出现线路接口腐蚀，维修线路困难的问题；

采用zigbee（紫蜂）、蓝牙、wifi、433MHz无线传输技术，需要自行搭建网络，无遮挡传输距离在10m-1000m之间，在温室环境监测应用中，由于保温墙及作物的遮挡，其传输距离和稳定性受影响严重。因为传输距离受限，要求在每一温室布置一台上位机接收数据，此种传输方式仅适合小规模应用。

二：环境参数监测及上传周期不能进行自适应调整

现有系统一般按照固定周期进行数据采集和上传。采集和上传周期有出厂配置、本地修改配置和远程修改配置三种。

出厂配置一般不能满足不同品种作物、作物不同生长时期对环境的不同需求。

本地修改配置需要技术人员到温室现场更改设备周期参数。

远程修改配置，需要系统支持与服务器的上下行数据通信，用户在服务器端对设备的采集上传周期进行远程修改并向现场设备发送指令，设备接收服务器端指令对周期进行重新配置。

但上述配置，按配置好的固定的周期控制监测周期以及上传周期，不支持根据温室环境变化情况进行自适应调整。

三：报警方式单一

警情发生后，立即启动单一报警方式的方法缺乏操作对象针对性，部分短信警报的效果有限，没有根据温室管理的具体情况提供全方位的报警方式供生产管理者、温室经营者以及管理部门共同把握。

四：系统维护和故障排查困难

温室环境高温高湿，会使暴露在环境中的设备和环境监测设备如各种环境参数检测模块加速老化从而导致故障异常，进而影响环境监测。

现有的系统设备维护一般是当工作人员进入现场后发现设备运行异常或者在服务器观测到数据传输中断、数据异常后，由技术人员到现场进行故障排查。因为设备安装地域分散，使用人员技术水平有限等原因，对于设备固件中可能存在的缺陷修正或优化升级等需求缺乏有效的处理机制，可能由于一些小缺陷或服务器端的升级导致早期设备无法正常使用或无法发挥最佳性能等问题。

五：系统设备的更新、软件的升级，修复不便；

通常，温室分布偏僻分散的特点使得设备维修维护十分不便，通信网络不稳定等外部原因引起的异常情况，也可能需要技术人员现场检查排查，造成人力浪费。当设备需要更新升级设备固件时，也同样费时费力不具有实际可操作性，无法实现设备的高效维修、维护。

发明内容

（一）发明目的

为解决上述问题，本发明提供一种使用方便、部署简便，智能化及信息化程度高的自诊断与可恢复远程固件更新温室环境监测系统及方法

（二）技术方案

为达上述目的，本发明自诊断与可恢复远程固件更新温室环境监测系统，包括环境监测单元、核心控制单元以及远程网络平台；

所述环境监测单元，用以监测并输出温室内所需监测的环境参数；

所述核心控制单元，控制所述环境监测单元的运行、接收并处理所述环境参数、通过远程无线通信与所述远程网络平台进行数据交互；

所述远程网络平台，用以远程读取环境参数、接收外界指令，根据外界指令或内设参数与所述核心控制单元进行数据交互；

其中，所述核心控制单元还包括主控制器、无线通信模块、自检模块以及远程固件更新模块；

所述主控制器用于所述环境参数的处理；

所述无线通信模块用于与所述远程网络平台进行远程无线通信；

所述自检模块，用以通过自检代码检测所述核心控制单元内的固件，并将故障信息通过所述无线通信模块提交到所述远程网络平台；

所述远程网络平台接收所述故障信息，向所述核心控制单元远程传输固件更新数据；

所述远程固件更新模块，接收所述更新数据对所述核心控制单元进行固件更新。

优选地，所述核心控制单元还包括固件更新恢复模块；

所述固件更新恢复模块，用以在在固件更新之前对所述核心控制单元的固件进行备份，且在所述远程固件更新单元的固件更新失败后，根据备份恢复所述核心控制单元的固件。

优选地，所述核心控制单元还包括周期自适应调整模块；

所述周期自适应调整模块，当采集的环境参数达到阈值或变化率超过期望值，则缩短所述环境参数的采集周期及上传周期。

优选地，所述环境监测单元包括若干个检测各种温室环境的环境检测模块；所述核心控制单元还包括检测诊断模块以及显示模块；

所述检测诊断模块，用以检测环境监测单元中各检测模块是否正常工作，并通过所述显示模块以及所述无线通信模块输出诊断结果。

优选地，所述核心控制单元还包括连接检测模块；

所述连接检测模块，用以根据所述环境监测单元在上下拉电路处理后的输出值是否为某特定值或在预计范围内，

是则初步检测连接正常，且读取所述环境监测单元内校验寄存器内的参数，并将所述参数与目标值进行比对，比对一致则环境监测单元内的检测模块连接正常，比对不一致则连接故障，并通过所述显示模块以及所述无线通信模块输出连接故障信号，

否则初步检测连接故障，直接通过所述显示模块以及所述无线通信模块输出连接故障信号。

优选地于，所述核心控制单元还包括环境参数异常检测模块；

所述环境参数异常检测模块，用以判断接收到的环境参数是否连续累计超过N次或预设时间内M次位于正常测量区间外，

是，则所述环境检测单元中测量该环境参数的部分异常，并通过所述显示模块以及无线通信模块对外输出异常信号，

否，则继续检测；

其中，所述N及M均为预定参数。

优选地，

所述核心控制单元还包括：

报警判断模块，用以判断所采集接收的环境参数是否高于阈值上限或低于阈值下限；

报警控制模块，根据所述报警判断模块的判读输出报警指令；

报警模块，包括用以温室内报警的本地报警子模块以及通过远程无线通信技术进行远程报警的远程报警子模块，接收所述报警指令并对外输出警报。

为达上述目的，本发明自诊断与可恢复远程固件更新温室环境监测方法包括：

环境监测单元监测并输出温室内所需监测的环境参数；

核心控制单元控制所述环境监测单元的运行、接收并处理所述环境参数、通过远程无线通信与所述远程网络平台进行数据交互；

远程网络平台远程读取环境参数、接收外界指令，根据外界指令或内设参数与所述核心控制单元进行数据交互；

其中，所述核心控制单元还用以通过自检代码检测所述核心控制单元内的固件，并将故障信息通过所述无线通信模块提交到所述远程网络平台，并接受所述远程网络平台依据所述故障信息所传输的固件更新数据。

进一步地，

所述核心控制单元还在采集的环境参数达到阈值或变化率超过期望值，缩短所述环境参数的采集周期及上传周期。

（三）本发明的有益效果

本发明温室自诊断与可恢复远程固件更新温环境监测系统及方法，具有部署、使用方便，监控智能，设备自诊断、软件自动更新恢复，系统长期稳定性好，维护成本低，分级报警，报警迅速覆盖面广等多重优点。

附图说明

图1为本发明实施例所述的自诊断与可恢复远程固件更新温环境监测系统的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的自诊断与可恢复远程固件更新温环境监测系统主控制器跳转图。

图3为本发明实施例所述的自诊断与可恢复远程固件更新温环境监测系统的监测流程图

图4为本发明实施例所述的自诊断与可恢复远程固件更新温室环境监测系统自诊断流程图

图5为本发明实施例所述的自诊断与可恢复远程固件更新温环境监测系统远程固件更新流程图

具体实施方式

下面结合说明书附图以及实施例对本发明自诊断与可恢复远程固件更新温室环境监测系统及方法做进一步的说明。

实施例一：

如图1所示，本实施例自诊断与可恢复远程固件更新温室环境监测系统包括环境监测单元、核心控制单元以及远程网络平台；

所述环境监测单元，用以监测并输出温室内所需监测的环境参数；

所述核心控制单元，控制所述环境监测单元的运行、接收并处理所述环境参数、通过远程无线通信与所述远程网络平台进行数据交互；

所述远程网络平台，用以远程读取环境参数、接收外界指令，根据外界指令或内设参数与所述核心控制单元进行数据交互；

其中，所述核心控制单元还包括主控制器、无线通信模块、自检模块以及远程固件更新模块；

所述主控制器用于所述环境参数的处理；

所述无线通信模块用于与所述远程网络平台进行远程无线通信；

所述自检模块，用以通过自检代码检测所述核心控制单元内的固件，并将故障信息通过所述无线通信模块提交到所述远程网络平台；

所述远程网络平台接收所述故障信息，向所述核心控制单元远程传输固件更新数据；

所述远程固件更新模块，接收所述更新数据对所述核心控制单元的固件更新。

本实施例中所述的核心控制单元中的主控器可为的常见的嵌入式系统的微处理器；所述远程无线通信技术包括如3G、LTE或GPRS等先进的通信技术；

所述远程网络平台，用以远程读取环境参数、接受外界指令，根据外界指令或内设参数与核心控制单元进行数据交互。

所述远程网络平台，可以是通过PC、手机的WEB浏览器或相应应用程序进行数据浏览、参数配置等操作。

进一步地，所述核心控制单元还包括固件更新恢复模块；

所述固件更新恢复模块，用以在在固件更新之前对所述核心控制单元的固件进行备份，且在所述远程固件更新单元的固件更新失败后，根据备份恢复所述核心控制单元的固件。

其中所述主控制器的跳转图如图2所示；图3为本实施例所述的自诊断与可恢复远程固件更新温环境监测系统的监测流程图；图4为本实施例所述的自诊断与可恢复远程固件更新温室环境监测系统自诊断流程图。

如图5所示，所述核心控制单元内固件可分为两个独立部分：1.启动引导代码，包括除外围设备的基本操作，主要完成主控模块、无线通信模块的初始化配置，并根据初始化信息决定是否直接启动功能性代码或执行远程固件即软件更新机制；2.功能性代码，主要完成传感模块驱动、读取，定时采集、上传，接收服务器指令配置，阈值判断及报警等功能部分。功能性代码可以调用使用启动引导代码中的功能函数，但启动引导代码不能调用功能性代码中的功能函数，只允许直接跳转到功能性代码入口处开始执行。设备上电或复位后，启动引导代码开始工作，初始化主控单元和无线通信模块并读取初始化信息，判断固件更新标识，并控制远程固件更新单元与固件更新恢复单元按如下机制进行。

软件更新标识为0，则为正常启动，引导代码正常加载功能性代码，设备进入正常工作状态，在正常工作状态下可接收服务器配置指令，包括升级配置指令，执行该指令后，将固件更新标识置为1，并复位。

软件更新标识为1，为更新启动，远程更新单元将连接服务器并执行固件更新升级。更新前首先由固件恢复单元将之前功能性代码进行备份，完成后将固件更新标识置为2，然后连接服务器并下载新固件数据包。因受远程更新的网络条件限制，且必须保证更新数据包的准确性，将数据以512字节为单位分包，并在其后附加循环冗余校验码（CRC），每包数据下载完成后首先进行CRC校验，校验无误后返回确认，并开始下一数据包的下载，否则重新下载该数据包。若某一数据包下载连续故障超过3次，或在一次固件更新中，累计下载故障超过5次，则判定当前网络或其他条件不良，取消当前固件更新，恢复固件更新标识为2，并重新启动设备；当正确下载全部数据包后，置固件更新标识为3，并重启设备。

软件更新标识为2，为固件更新中，若启动时标识为2，则为升级故障后固件恢复启动，说明前一次固件更新并未成功下载全部数据包。设置固件更新标识为0，清除升级数据包，进入正常启动流程。

软件更新标识为3，为新固件首次启动。使用新固件启动后首先进行系统自检，判断新固件是否正常完好，若出现故障，则置更新标志为2，重新启动，执行恢复启动；若正常则置更新标志为0，并进入正常工作模式。通过固件更新、恢复单元的设置，可以简便的实现装置固件的更新、升级以及恢复等操作。

其中，不同作物品种在不同生长阶段对环境和土壤的温湿度、水肥要求差别较大，对不同土层深度的温、湿度要求各异；针对温室种植的以上特点，所述的环境监测单元集成多种类型的环境检测模块如：能隙式室温检测模块、电容式空气湿度检测模块、热电阻式土温检测模块、FDR频域式土湿检测模块、温室光照检测模块、热催化型CO₂检测模块、离子型氮素检测模块，用以监测的多种环境参数包括温室环境温度、环境湿度、土壤温度、土壤湿度、光照强度、CO₂浓度、土壤氮素；不同检测模块与微处理器连接的信号接口不同，检测模块信号接口有IIC总线，单总线、模拟电压电流信号接口等几类，检测模块与微处理之间的物理接口设计为易拆卸式，方便用户自行选择或更换不同环境参数监测模块。

故在所述环境监测单元中包括如图1中所示的能隙式室温检测模块、电容式空气湿度检测模块、热电阻式土温检测模块、FDR频域式土湿检测模块、热催化型CO₂检测模块、温室光照检测模块以及离子型氮素检测模块等监测模块。所述监测模块均可以采用相应的传感器以及传感器的组合结构来实现，还可以根据需要设置不同种类的检测模块以及检测模块的型号。

综合上述，环境监测单元可以根据需要设置不同的采用的设备实现不同的需求。

本发明温室环境监测系统及方法，采用远程无线通信技术，如3G或LTE或GPRS等先进的通信技术，解决了现有的温室环境监测系统及方法中，导致的布线困难、建设成本高以及通信链路状况不好等问题；覆盖面广、接入范围大，系统构建便捷，通信受环境因素影响较小，传输速率高，如GPRS最高理论传输速率为171.2kbps，目前使用GPRS可以支持40kbps左右的传输速率，可满足一般温室数据传输要求。远距离数据传输不需要在现场布置上位机接收数据，可将数据实时上传到远程服务器，通过网页或手机等多平台进行实时数据查看，适于大范围、分散的温室监测管理。

本发明温室环境监测系统及方法采用核心控制单元，处理功能强大，配置方便。

作为本实施例的进一步的改进，所述核心控制单元包括

周期自动变更模块，当采集的环境参数接近阈值或变化率超过期望值，则根据预设方法缩短环境参数采集周期及数据上传周期。

环境参数监测单元输出信号多样，包括数字信号，电压模拟信号和电流模拟信号。预先设置好每一种环境参数信号值的正常区间为[Smin(i)，Smax(i)]，（i=0，1，2，……，代表不同的环境参数监测单元中的信号），当某一信号值落在此区间外，判定此信号不可靠；

判断环境参数监测单元信号连续3次或累计10次处于正常测量区间外，则判定环境参数监测单元故障。

检测环境参数信号数值异常变化情况，给出环境参数监测单元异常提示。

正常情况下温室环境在短时间内变化较小，突发的较大的变化率有可能是环境参数检测单元工作不正常导致的虚假信号或者温室设施发生意外情况导致环境突变。本实施例通过计算本环境参数监测单元信号变化率判断环境参数监测单元信号突变情况。

计算环境参数监测单元信号其变化情况，用k_i(t)表示，

$k_i\left(t\right)=\frac{|d_i\left(t\right)-d_i(t-5)|}{{5t}_c}$

其中：：

i=0，1，2，……，表示不同环境参数监测单元的信号；

d_i(t)表示此刻时间点环境参数监测单元i采集的信号值；

l_i=thmax_i-thmin_i表示阈值区间大小。

当k_i(t)≥1%×l_i判定环境参数监测单元信号的变化率异常，此种异常可能由环境参数监测单元故障或环境意外引起。因此设备向用户发出提示信息，提醒用户关注温室环境或环境参数监测单元的变化。

正常情况下，温室环境变化较为平稳，环境参数不会在短时间内发生剧烈变化，从降低功耗、节约网络流量等方面出发一般会将数据采集周期和上传周期设置得比较长。但是当温室发生意外情况使得温室内环境短时间内发生剧烈变化，或者温室环境接近设定的阈值临界点，传统的固定设置的较长的采集周期和上传周期不能及时对突发事件或恶劣环境做出反应，失去了实时监测的意义。本实施例采用用户配置与自适应相结合的双重数据采集上传周期模式。首先核控制单元对采集的环境数据进行判断，当环境参数接近警戒值时或环境参数在短时间内发生剧烈变化，设备主控器控制环境参数监测单元自动缩短数据的采集周期和上传周期，对环境进行时间密集的数据采集和数据上传，当环境参数远离警界值或变化平缓后恢复正常采集周期和上传周期。

通过上述周期自动变更模块的设置，实现自动的周期变更，从而获取了更精确的监测数据。

进一步地，所述核心控制单元还包括自检模块以及远程固件更新模块；

所述自检模块，用以通过自检代码检测所述核心控制单元内的固件与硬件，并将故障信息通过所述无线通信模块提交到所述远程网络平台；

所述远程网络平台接收所述故障信息，向所述核心控制单元远程传输固件更新数据；

所述远程固件更新模块，接收所述更新数据对所述核心控制单元的固件更新。

温室环境监测设备，长时间暴露在高温高湿温室生产环境，出现在故障的可能相对较高，环境监测单元是温室环境监测设备的最前端，工作环境更加恶劣，时而会出现因故障导致根本不检测或输出超大误差信号及虚假信号的现象，影响了温室环境监测数据的可靠性、准确性。因此，准确判断环境参数监测单元的性能是否正常，在温室环境监测中具有非常重要的意义。所述环境参数异常检测模块通过以下方式进行检测：

进一步地，所述核心控制单元还包括检测诊断模块以及显示模块；

所述检测诊断模块，用以检测环境监测单元中各环境参数检测模块是否正常工作，并通过所述显示模块以及所述无线通信模块输出诊断结果。

进一步地，所述核心控制单元还包括连接检测模块；

所述连接检测模块，用以判断接口电平值，读取所述环境监测单元内校验寄存器内的参数，并将所述参数与目标值进行比对，

比对一致则环境监测单元内的检测模块连接正常，

比对不一致则连接故障，并通过所述显示模块以及所述无线通信模块输出连接故障信号。

在具体的实现过程中所述连接检测模块可采用下列方法实现连接故障的检测：

根据所述环境监测单元在上下拉电路处理后的输出值是否为某特定值或在预计极限值范围内，是则连接正常，否则连接故障；在某一端口悬空时，上下拉电路将其电平拉至相应的高/低电平，若环境监测单元对应电路连接正常，则输出到核心控制单元的数值应符合预期，否则若被上下拉电阻钳位至相应电平，则说明该端口处于悬空状态，故而可知对应的电路连接出现问题。对环境监测单元中带有校验寄存器的检测模块进行寄存器参数读取，并与预设值进行比对，一致则连接工作正常，不一致则故障；

进一步地，所述核心控制单元还包括环境参数异常检测模块；

所述环境参数异常检测模块，用以判断接收到的环境参数是否连续累计超过N次或预设时间内M次位于正常测量区间外，

是，则所述环境检测单元中测量该环境参数的部分异常，并通过所述显示模块以及无线通信模块对外输出异常信号，

否，则继续检测；

其中，所述N及M均为预定参数。

环境参数异常检测模块，用以判断接收到的环境参数是否连续累计超过N次或预设时间内M次位于正常测量区间外，是，则所述环境检测单元中测量该环境参数的部分异常，否，则继续检测。其中，所述N及M均为预定参数；如取值N为3、4、5或6；M为8、7、9或10等。

进一步地，所述核心控制单元还包括：

报警判断模块，用以判断所采集接收的环境参数是否高于阈值上限或低于阈值下限；

报警控制模块，根据所述报警判断模块的判读输出报警指令；

报警模块，包括用以温室内报警的本地报警子模块以及通过远程无线通信技术进行远程报警的远程报警子模块，接收所述报警指令并对外输出警报。

下面是对上述报警单元的一个具体的实施例：

报警为多级对象报警，一共分为三个级别：

级别一：针对的对象为警报产生时温室现场作业人员。当设备监测到温室警情发生后，第一时间发出级别一警报：温室现场的报警形式可为蜂鸣器鸣响和指示灯闪烁、网页的图示报警。

级别二：针对的对象为温室日常管理负责人。当级别一的警报发出一段时间后温室环境没有得到改善，系统发出级别二报警：报警信息以手机短信和语音的方式通过移动通信技术发送到预设的日常管理的工作人员手机上，实现远程报警

级别三：针对的对象为合作社或种植企业负责人。当级别二的警报发出一段时间后温室环境没有得到改善，系统发出级别三报警：报警信息以手机短信和语音的形式发送到预设的温室经营人员手机上。

各个级别警报之间的时间间隔根据警情的严重性进行自适应调整：

l_i=thmax_i-thmin_i表示阈值区间大小。其中，thmax_i——环境参数i的阈值上限；（i=0，1，2，……;thmax_i小于环境参数监测单元i测量上限）

thmin_i——环境参数i的阈值下限；（i=0，1，2，……;thmin_i大于环境参数监测单元i测量下限）

当环境参数值超出l_i的20%以上的严重的警情同时发出三级警报；发出警报后判定出现警情的参数仍无显著改善，每隔30分钟向级别二和级别三的对象发出短信警报。

当超出为l_i的20%以下时，各报警级别之间的时间间隔设置为10分钟：发出第一级警报后，判断在报警10分钟内温室出现警情的参数有无显著改善，如果没有，则发出第二级警报；同样在发出第二级警报后判定出现警情的参数无显著改善后，发出第三级警报。三级警报发出后，判定出现警情的参数仍无显著改善，每隔30分钟向级别二和级别三的对象发出短信警报。

多级对象报警结合温室管理的实际情况，采用快速有效的方法发出警报，提高了警报后环境改善操作执行的效率，节省短信报警成本。

在传统的系统或方法中，通常报警仅设置在温室内的本地报警，不能及时实施远程报警，起到双重报警以及远程报警的效果。

在具体的实施过程中，还通过自适应供电单元对主控制器进行供电，通过存储单元实现对采集的环境参数、固件更新数据等数据的存储。

进一步地，所述核心控制单元还包括

自检模块，用以通过自检代码，检测其自身是否正常，并将装置故障信息上报至远程网络平台；通过自检代码的设置，不需要工作人员亲临现场就能很好的确认故障点，从而维护更加方便。

进一步地，所述核心控制单元还包括固件远程更新单元和固件恢复单元，用以实现固件的更新和恢复。

实施例二：

本实施例自诊断与可恢复远程固件更新温室环境监测方法包括：

环境监测单元监测并输出温室内所需监测的环境参数；

核心控制单元控制所述环境监测单元的运行、接收并处理所述环境参数、通过远程无线通信与所述远程网络平台进行数据交互；

远程网络平台远程读取环境参数、接收外界指令，根据外界指令或内设参数与所述核心控制单元进行数据交互；

其中，所述核心控制单元还用以通过自检代码检测所述核心控制单元内的固件，并将故障信息通过所述无线通信模块提交到所述远程网络平台，并接受所述远程网络平台依据所述故障信息所传输的固件更新数据。

通过远程网络平台，工作人员可以远程的、及时的查看温室内的情况，并及时的下达指令，具有监控简便，操作方便智能等多重优点。其中图3为基于本实施例所述的自诊断与可恢复远程固件更新温环境监测系统的采用本实施例所述方法进行的监测流程图；图4为基于本发明所述的自诊断与可恢复远程固件更新温室环境监测系统的采用本方法的自诊断流程图。

优选地，

所述核心单元还在当采集的环境参数接近阈值或在变化率超过期望值，根据预设方法变更环境参数采集周期及数据上传周期的子步骤。

为了保证采样及上传的数据能精确的反应温室内的情况变化，通过步骤B中的所述的子步骤简便实现了采样周期以及上传周期的调整；

以下进一步的描述几种具体的实现方法：

t_c——数据采集周期；

t_s——数据上传周期；

n——上传数据取平均的采样次数；（m>n>0，m为最大缓存数据量）

thmax_i——环境参数i的阈值上限；（i=0，1，2，……;thmax_i小于环境参数监测单元i测量上限）

thmin_i——环境参数i的阈值下限；（i=0，1，2，……;thmin_i大于环境参数监测单元i测量下限）

其中，参数设置时要求t_c<t_s，thmin_i<thmax_i（i=0，1，2，……）。

第一种：逼近警戒值自适应调整：

当5%×l_i<d_i(t)-thmin_i<10%×l_i或5%×l_i<thmax_i-d_i(t)<10%×l_i时，缩小采集周期，如将采样周期t_c缩短至20s；

当d_i(t)-thmin_i<5%×l_i或thmax_i-d_i(t)<5%×l_i采集周期t_c缩短为10s。

第二种：参数过快或过慢变化自适应调整：

i=0，1，2，……，表示不同环境参数监测单元的信号；

d_i(t)表示t时间点环境参数监测单元i采集的信号值；

ΔT_c为最小采集周期单位，如1分钟；

nΔT_c为现在正在采用的采集周期；

l_i=thmax_i-thmin_i表示阈值区间大小；

θ_max=5%×l_i；

θ_min=1%×l_i；

在时刻t进行采集周期t_c自适应调整步骤：

①计算|d(t)-d(t-1)|。当θ_min≤|d_i(t)-d_i(t-1)|≤θ_max时，跳转到步骤②；当|d_i(t)-d_i(t-1)|>θ_max或|d_i(t)-d_i(t-1)|<θ_min时，跳转到步骤③。

②保持原有采集周期，跳转到步骤⑤。

③继续保持原采集周期采集2次：即采集d(t+1)，d(t+2)，跳转到步骤④。

④计算：k=(|d_i(t+2)-d_i(t+1)|+|d_i(t+1)-d_i(t)|+d_i(t)-d_i(t-1)|)/3，

若k>θ_max，t_c=(n-1)ΔT_c，（其中n-1≥1）；

若k<θ_min,t_c=(n+1)ΔT_c，（其中(n+1)ΔT_c≤t_s）；

若θ_min≤k≤θ_max,t_c=nΔT_c。

跳转到步骤⑤。

⑤结束一次完整的采集周期t_c的自适应调整。

上传周期t_s的自适应调整：

当采集周期t_c调整为更大时，即t_c=(n+1)ΔT_c，上传周期t_s不变。

当采集周期t_c调整为更小时，即t_c=(n-1)ΔT_c，按比例缩短上传周期t_s。

此外，

本实施例自诊断与可恢复远程固件更新温室环境监测方法，还包括：

核心控制单元判断所采集接收的环境参数是否高于阈值上限或低于阈值下限；根据所述报警判断模块的判读输出报警指令；

所述报警指令用以控制本地报警对温室内报警，且通过远程无线通信技术进行远程报警。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (9)

1.一种自诊断与可恢复远程固件更新温室环境监测系统，其特征在于，包括环境监测单元、核心控制单元以及远程网络平台；

所述环境监测单元，用以监测并输出温室内所需监测的环境参数；

所述核心控制单元，控制所述环境监测单元的运行、接收并处理所述环境参数、通过远程无线通信与所述远程网络平台进行数据交互；

所述远程网络平台，用以远程读取环境参数、接收外界指令，根据外界指令或内设参数与所述核心控制单元进行数据交互；

其中，所述核心控制单元还包括主控制器、无线通信模块、自检模块以及远程固件更新模块；

所述主控制器用于所述环境参数的处理；

所述无线通信模块用于与所述远程网络平台进行远程无线通信；

所述自检模块，用以通过自检代码检测所述核心控制单元内的固件，并将故障信息通过所述无线通信模块提交到所述远程网络平台；

所述远程网络平台接收所述故障信息，向所述核心控制单元远程传输固件更新数据；

所述远程固件更新模块，接收所述更新数据对所述核心控制单元进行固件更新。

2.根据权利要求1所述的自诊断与可恢复远程固件更新温室环境监测系统，其特征在于，所述核心控制单元还包括固件更新恢复模块；

所述固件更新恢复模块，用以在在固件更新之前对所述核心控制单元的固件进行备份，且在所述远程固件更新单元的固件更新失败后，根据备份恢复所述核心控制单元的固件。

3.根据权利要求2所述的自诊断与可恢复远程固件更新温室环境监测系统，其特征在于，所述核心控制单元还包括周期自适应调整模块；

所述周期自适应调整模块，当采集的环境参数达到阈值或变化率超过期望值，则缩短所述环境参数的采集周期及上传周期。

4.根据权利要求3所述的自诊断与可恢复远程固件更新温室环境监测系统，其特征在于，所述环境监测单元包括若干个检测各种温室环境的环境检测模块；所述核心控制单元还包括检测诊断模块以及显示模块；

所述检测诊断模块，用以检测环境监测单元中各检测模块是否正常工作，并通过所述显示模块以及所述无线通信模块输出诊断结果。

5.根据权利要求4所述的自诊断与可恢复远程固件更新温室环境监测系统，其特征在于，所述核心控制单元还包括连接检测模块；

所述连接检测模块，用以根据所述环境监测单元在上下拉电路处理后的输出值是否为某特定值或在预计范围内，

是则初步检测连接正常，且读取所述环境监测单元内校验寄存器内的参数，并将所述参数与目标值进行比对，比对一致则环境监测单元内的检测模块连接正常，比对不一致则连接故障，并通过所述显示模块以及所述无线通信模块输出连接故障信号，

否则初步检测连接故障，直接通过所述显示模块以及所述无线通信模块输出故障信号。

6.根据权利要求5所述的自诊断与可恢复远程固件更新温室环境监测系统，其特征在于，所述核心控制单元还包括环境参数异常检测模块；

所述环境参数异常检测模块，用以判断接收到的环境参数是否连续累计超过N次或预设时间内M次位于正常测量区间外，

是，则所述环境检测单元中测量该环境参数的部分异常，并通过所述显示模块以及无线通信模块对外输出异常信号，

否，则继续检测；

其中，所述N及M均为预定参数。

7.根据权利要求1-6任一项所述的自诊断与可恢复远程固件更新温室环境监测系统，其特征在于，

所述核心控制单元还包括：

报警判断模块，用以判断所采集接收的环境参数是否高于阈值上限或低于阈值下限；

报警控制模块，根据所述报警判断模块的判读输出报警指令；

报警模块，包括用以温室内报警的本地报警子模块以及通过远程无线通信技术进行远程报警的远程报警子模块，接收所述报警指令并对外输出警报。

8.一种自诊断与可恢复远程固件更新温室环境监测方法，其特征在于，包括：

环境监测单元监测并输出温室内所需监测的环境参数；

核心控制单元控制所述环境监测单元的运行、接收并处理所述环境参数、通过远程无线通信与所述远程网络平台进行数据交互；

远程网络平台远程读取环境参数、接收外界指令，根据外界指令或内设参数与所述核心控制单元进行数据交互；

其中，所述核心控制单元还用以通过自检代码检测所述核心控制单元内的固件，并将故障信息通过所述无线通信模块提交到所述远程网络平台，并接受所述远程网络平台依据所述故障信息所传输的固件更新数据。

9.根据权利要求8所述的自诊断与可恢复远程固件更新温室环境监测方法，其特征在于，

所述核心控制单元还在采集的环境参数达到阈值或变化率超过期望值，缩短所述环境参数的采集周期及上传周期。

Images