一种闸门控制器、闸门视频传输系统及传输方法

技术领域

本发明涉及智能闸门领域，具体而言，涉及一种闸门控制器、闸门视频传输系统及传输方法。

背景技术

随着信息化技术的普及，以及智慧水利技术的大力推广，用于控制渠道防水开端的闸门也逐渐趋向于操控智能化、运行自动化和功能集成化。因此，为适应市场需求，新一代闸门智控系统不仅需要远程控制闸门的开合，也需要远程监测闸门的开度、水位等数据，还需要远程监视闸门和渠道周边环境状况。

闸门有不同的安装环境和网络环境，如果位于一些偏僻的荒野环境中，闸门很难有市电供应，也没有无线局域网或有线网络可以访问，在这种应用场景下，则需要使用太阳能供电和运营商蜂窝网络接入。当多个设备需要同时访问运营商网络时，一般需要安装路由器，设备通过网线接入路由器，而路由器功耗较高，太阳能供电无法满足长时间电源供应的需求。

因此，当闸门安装在偏僻的荒野环境中，如何保证多个独立作业的电子装置同时访问网络并且能够稳定运行，是智能闸门领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种闸门控制器，与闸门主体相适配，可以同时为外部设备提供网络接入。

本发明的另一目的在于提供一种闸门视频传输系统，包括摄像机、SIM卡以及本发明提供的闸门控制器，不需要路由器便能实现闸门摄像机的网络连接，更加经济省电。

本发明的另一目的在于提供一种闸门视频传输方法，应用于闸门视频传输系统。

本发明是这样实现的：

一种闸门控制器，与闸门主体相适配，包括：控制核心、无线网络模块、有线网络模块；控制核心包括Linux内核和闸控模块；无线网络模块包括无线模块和SIM卡槽；有线网络模块包括有线模块和有线网口；控制核心与无线模块电连接，并与有线模块电连接；无线模块与SIM卡槽电连接；有线模块与有线网口电连接，有线网口用于接入外部设备；Linux内核具有NAT转发功能。

进一步，还包括：电源管理模块，闸控模块与电源管理模块电连接，电源管理模块与有线网口电连接。

一种闸门视频传输系统，包括：摄像机、SIM卡以及本发明提供的闸门控制器；摄像机通过有线网口与闸门控制器电连接；SIM卡安装于SIM卡槽中。

进一步，还包括：设备电源，设备电源与电源管理模块电连接。

进一步，还包括：视频终端，视频终端包括显示屏，用于显示摄像机的拍摄画面。

进一步，还包括：云服务器，云服务器通过运营商网络与闸门控制器无线连接。

一种闸门视频传输方法，应用于闸门视频传输系统，包括视频请求流程和视频传输流程；视频终端用于发送视频查看请求，

视频请求流程包括以下步骤：

S13：无线网络模块传输请求至闸控模块；

S14：闸控模块读取请求并传输至摄像机；

S15：摄像机开启视频传输。

视频传输流程包括以下步骤：

S21：摄像机传输视频至有线网络模块；

S22：有线网络模块将视频传输至Linux内核；

S23：Linux内核将视频传输至无线网络模块；

进一步，视频请求流程在步骤S13前还包括以下步骤：

S11：视频终端发送视频查看请求至云服务器；

S12：云服务器发送请求至无线网络模块；

视频传输流程还包括以下步骤：

S24：无线网络模块将视频发送至云服务器；

S25：云服务器将视频发送至视频终端。

进一步，还包括视频开启流程；视频终端用于发送视频激活命令，视频开启流程包括以下步骤：

S01：闸控模块接收视频激活命令并开启摄像机电源，

S02：闸控模块接收视频激活命令并激活NAT。

进一步，还包括视频关闭流程；闸控模块被配置为：收到视频激活命令时开始计时，再次接收视频激活命令时刷新计时，分别设定时限T

S03：当计时超过T

S04：当计时超过T

发明提供的技术方案的有益效果包括：

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

1.本发明提供的闸门控制器，内置无线模块，利用无线模块建立与运营商网络的无线连接，利用Linux内核的NAT转发功能实现有线网络和无线网络之间的数据传输，可以为外部设备提供网络连接；

2.本发明提供了一种闸门视频传输系统及传输方法，将摄像机与闸门控制器通过有线网口电连接，实现网络接入，从而无需使用路由器，节约了设备成本，减少了电量消耗，保证系统稳定运行。

3.利用Linux内核的超低功耗和较强的数据处理能力，通过对闸门控制器的改进，实现了闸门的功能化集成，有利于测控一体化，便于各类水文数据的统一调取和传输。

4.通过有线网口连接摄像机，不仅将摄像机接入运营商网络，还通过有线网口为摄像机供电，便于摄像机的电源管理，进一步省电节能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明提供的一种闸门控制器可选实施方式的电路板结构示意图；

图2是本发明提供的一种闸门视频传输系统可选实施方式的原理框图；

图3是本发明提供的一种闸门视频传输系统可选实施方式的结构示意图；

图4是本发明提供的一种闸门视频传输方法可选实施方式原理框图；

图5是本发明提供的一种闸门视频传输方法可选实施方式流程图；

图6是本发明提供的一种闸门视频传输方法可选实施方式原理框图；

图7是本发明提供的一种闸门视频传输方法可选实施方式流程图；

图8是本发明提供的一种闸门视频传输方法可选实施方式原理框图；

图9是本发明提供的一种闸门视频传输方法可选实施方式流程图；

图标：1-控制核心；2-无线模块；3-SIM卡槽；4-有线模块；5-有线网口。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。

对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参考图1和图2，本实施例提供了一种闸门控制器，与闸门主体相适配，包括：控制核心1、无线网络模块、有线网络模块；控制核心1包括Linux内核和闸控模块；无线网络模块包括无线模块2和SIM卡槽3；有线网络模块包括有线模块4和有线网口5；控制核心1与无线模块2电连接，并与有线模块4电连接；无线模块2与SIM卡槽3电连接；有线模块4与有线网口5电连接，有线网口5用于接入外部设备；Linux内核具有NAT转发功能。

请继续参考图1，本实施例中，控制核心1、无线模块2、SIM卡槽3、有线模块4和有线网口5都布设在同一PCB板上，SIM卡3槽位于PCB板的边缘，便于SIM卡的安装和取出，有线网口5设置于PCB板的另一边缘，其作用是建立与外部设备的有线网络连接，在闸门控制器的外壳上会预设有对应的插孔，便于外部设备的接入。有线模块4用于接收有线网口5一端的数据并将其传输至Linux内核，包括调制解调器和连接器等元件，利用Linux内核具有的NAT转发功能建立有线模块4和无线模块2之间的网络转发。

控制核心1是闸门控制器的核心部件，控制核心1所在的集成电路板为核心板，核心板集成了闸门控制器主要的电子元件，包括蜂窝网络模块、电源接口、显示模块、输入模块、输出模块、电机驱动模块等，控制核心1通过对上述模块的集成管理从而实现对闸门主体和外围监测设备的远程控制。由于闸门控制器集成了多种功能，其结构并不仅限于本实施例中的无线网络模块、有线网络模块以及控制核心1，在一些其他的应用场景中还包括水位计管理模块、雨量计管理模块等，根据闸门控制器的具体功能进行配置，本实施例仅就其为外接设备提供联网功能进行描述，其他结构不再赘述。

本实施例中，控制核心1包括Linux内核和闸控模块，Linux内核由多种组件构成，具体可以分为硬件和软件两大类别，硬件主要包括CPU、内存芯片、存储芯片等电子元件，软件主要包括开源操作系统Linux；其中CPU的型号需要与Linux操作系统的运行要求相匹配，以摄像机联网功能的实现为前提，可选的有ARM处理器、MIPS架构处理器以及其他能够满足性能要求的处理器。操作系统Linux基于硬件的运行，管理Linux内核的数据存储、CPU、以及设备的外设端口诸如网口、串口、GPIO等，相对而言，Linux不像其他的操作系统具有臃肿庞大的体系结构，能够实现超低功耗运行，更加贴合节能省电的应用环境。

无线模块2用于建立与运营商网络的专用无线数据传输，可以是4G模块也可以是5G模块，可根据闸门所处位置的运营商网络情况进行选择，一般情况下，偏远地区的5G基站较少，为了保持通信信号的稳定，本实施例中无线模块选用4G模块。

本实施例中，闸控模块作为闸门控制器的重要的执行单元，是多类软件逻辑和硬件结构的集成，基于Linux内核的运行，可以完成控闸和监测等任务。在具体的电路结构中，闸控模块的主要硬件与Linux内核大致重合，都是基于CPU及各类存储芯片而运行。此外，闸控模块还包括一个或多个闸门控制业务软件，如开度控制系统、设备监测系统等，用于监测闸门主体开度、监测水位、控制闸门主体开合等各类功能的实现。

在一些可选的实施例中，闸门控制器还包括电源管理模块，闸控模块与电源管理模块电连接，电源管理模块与有线网口电连接。请参考图2，图2详细展示了闸门控制器的构造原理。本实施例中，电源管理模块与有线网口电连接，用于向外部设备提供电源输出，闸控模块与电源管理模块电连接，能够对外部设备进行统一的供电管理，有线网口同时为外部设备提供电源和网络连接，有利于结构简化。

实施例2：

以下从具体的应用情景中来阐述本发明功能的实现，请参考图2和图3，本实施例提供了一种闸门视频传输系统，包括：摄像机、SIM卡以及实施例1提供的闸门控制器；摄像机通过有线网口与闸门控制器电连接；SIM卡安装于SIM卡槽中。

在农田灌溉自动化控制领域，闸门在水渠管理中发挥巨大作用，现代化智控闸门一般由闸门主体和闸门控制器和多种工业传感器组成，闸门控制器用于控制闸门的开合，以及监测闸门开度，水位等信息，是智慧水渠建设必不可少的设备。在重要的灌区，安装闸门的地方往往还会设置各类遥测传感器如水位计、雨量计、水质传感器等，通过路由器接入无线网络，用于实时监测水利数据，为用户设置闸门参数提供决策支持，闸门控制器一般作为独立的电子装置与闸门主体连接，也可集成在闸门主体的安装支架上，在农业灌区，渠道闸门设置于田间，为了防止遭受恶意破坏，闸门控制器会安装在集控箱中。

本实施例中，摄像机不通过路由器接入运营商网络，而是通过有线网口与闸门控制器电连接，利用Linux内核的NAT转发功能建立有线和无线网络的转发，从而将摄像机接入运营商网络，目前摄像机无线传输技术非常成熟，只需要摄像机能够联网就可远程查看视频。如果闸门控制器的无线模块选用的是5G模块，则需要配置与5G网络适配的SIM卡，由于应用环境限制，本实施例中配置的是4G模块，因此只需配置4G网络通用的SIM卡即可。

在一些可选的实施方式中，闸门视频传输系统还包括视频终端，视频终端包括显示屏，用于显示摄像机的拍摄画面。视频终端可以是笔记本电脑、台式电脑、手机、平板等电子设备，视频终端在接入运营商网络后，可以通过闸门视频APP或客户端访问专用的视频传输线路，从而建立与闸门控制器的网络连接。

在一些可选的实施方式中，闸门视频传输系统还包括：云服务器，云服务器通过运营商网络与闸门控制器无线连接。视频终端不直接访问闸门控制器，而是通过云服务器发送视频查看请求，视频拍摄的画面可以存储在云服务器中，方便用户快速获取视频，有利于应用拓展。

以下从具体的闸门视频传输方法中来阐述本实施例功能的实现，请参考图4至图7，本实施例还提供了一种闸门视频传输方法，包括视频请求流程和视频传输流程；视频请求流程包括以下步骤：

S13：无线网络模块传输请求至闸控模块；

S14：闸控模块读取请求并传输至摄像机；

S15：摄像机开启视频传输。

视频传输流程包括以下步骤：

S21：摄像机传输视频至有线网络模块；

S22：有线网络模块将视频传输至Linux内核；

S23：Linux内核将视频传输至无线网络模块；

在一些可选的实施方式中，视频请求流程在步骤S13前还包括以下步骤：

S11：视频终端发送视频查看请求至云服务器；

S12：云服务器发送请求至无线网络模块；

视频传输流程还包括以下步骤：

S24：无线网络模块将视频发送至云服务器；

S25：云服务器将视频发送至视频终端。

请参考图4和图5，本实施例中，视频请求流程在用户发出查看视频的指令时启动，此时应保证摄像机处于通电状态，且Linux内核的NAT转发功能处于开启状态。技术人员可以设置当用户点击闸门视频APP或客户端的视频查看按钮时启动，其他时间摄像机的视频传输处于空闲状态，可以节约数据流量，便于其他闸门数据传输。

请参考图4，图4详细展示了本实施例提供的闸门视频传输方法中视频请求流程的请求传输路径，视频查看请求由视频终端发出，经云服务器转发至无线网络模块，无线网络模块将请求传输至闸控模块，闸控模块识别请求后，将视频查看请求通过有线网络模块传输至摄像机，中间无需经过路由器，也无需使用其他的网络连接设备，其传输路径相对简单，因此在实际应用中非常便捷，并且，由闸控模块转发视频查看请求，也便于对闸门数据传输的统一管理。

请继续参考图6和图7，本实施例中，视频传输流程是视频请求流程的响应，因此，摄像机的视频传输路径与视频查看请求的传输路径基本一致，不同之处在于其传输方向相反，并且，由Linux内核的NAT转发功能实现视频数据传输。

在视频传输过程中还涉及数据格式的转变。具体的，视频数据由摄像机完成编解码、压缩，视频传输时，其格式是TCP/IP数据包。摄像机将TCP/IP数据包传输给闸门控制器的有线网络模块，Linux内核则负责接收并解析这些数据包，当视频数据传输的目的地是云服务器时，Linux内核利用NAT转发功能将数据转发给无线网络模块，无线网络模块再将数据转发给云服务器。云服务器接收到数据后，将视频数据转发至发起请求的视频终端。本实施例使用到NAT转发功能是作为一种相对简单的实施方式，在一些可选的其他实施例中，视频数据在传输到Linux内核后，并不必然会通过NAT转发，例如可以采取视频数据本地存储，云端调取的方式。

实施例3：

请参考图2和图3，本实施例提供了一种闸门视频传输系统，其基本组成结构与实施例2基本相同，不同之处在于，还包括：设备电源，设备电源与电源管理模块电连接。

电源管理模块输入端与设备电源电连接，输出端与有线网口电连接，并且电源管理模块还与闸控模块电连接，闸控模块通过控制电源管理模块以实现对摄像机开启和关机的状态控制。可以理解的是，在闸门整体功耗较低的情况下，设备电源可以仅配置一个，同时为摄像机和闸门控制器供电，在一些可选的实施方式中，设备电源也可以配置多个，分别为不同的电子装置供电，本实施例对设备电源的数量不做具体限制，对其负载的用电设备数量也不做具体限制。

由于在偏僻处没有市电供应，本实施例中选用太阳能电池板作为设备电源，用于为摄像机供电。太阳能电池板能够提供稳定的电流，且运维简单。在一些其他实施方式中，也可以使用锂电池供电，只需要定期更换并充电即可，当然，在流速较快的渠道中，也可以设置小型水力发电机进行供电。

可以理解的是，为了与摄像机的具体型号相适配，有线网口的类型可以有多种，目前，大部分摄像机通用适配的是RJ-45网口。有线网口既作为摄像机的数据传输接口也用于为摄像机提供电源，因此，摄像机的电源也是由闸门控制器统一管理，在用户需要查看闸门图像视频时，闸控模块控制摄像机电源开启，其余时间摄像机则处于休眠状态，有利于节省电能，降低运维成本。

下面从具体的实施方法进一步描述本实施例提供的闸门视频传输系统功能的实现，请参考图8和图9，本实施例还提供了一种闸门视频传输方法，其基本原理与实施例2相同，不同之处在于，还包括视频开启流程；视频终端用于发送视频激活命令，视频开启流程包括以下步骤：

S01：闸控模块接收视频激活命令并开启摄像机电源，

S02：闸控模块接收视频激活命令并激活NAT。

在一些可选的实施方式中，还包括视频关闭流程；闸控模块被配置为：收到视频激活命令时开始计时，再次接收视频激活命令时刷新计时，分别设定时限T

S03：当计时超过T

S04：当计时超过T

当有云服务器时，视频终端发出的激活命令首先到达云服务器，由云服务器转发激活命令至闸门控制器，当然在一些简单的应用系统中，也可以由视频终端直接发送命令至闸门控制器。本实施例中，云服务器的激活命令首先到达的是无线网络模块，由无线网络模块传输到闸控模块，闸控模块识别到激活命令后，控制电源管理模块与设备电源接通，从而开启摄像机的电源，摄像机开始拍摄闸门周边环境的画面。

本实施例中，闸控模块接收到激活命令就会打开NAT转发，建立摄像机与运营商网络之间的网络连接，当用户需要调取视频数据时，其视频查看请求能够得到快速的响应，摄像机拍摄的监控画面能够实时显示在视频终端的显示屏上，无需漫长的加载时间，提升了用户体验。

本实施例中，技术人员通过APP或客户端的程序设定视频终端何时发送激活命令，例如可以设定用户打开APP时，即发送激活命令，或者用户登录成功时即发送激活命令。由于视频传输需要在摄像机通电的情况下才能完成，因此，在本实施例中，视频开启流程需保证在摄像机接收到数据传输请求之前完成。

可选的，可以设置当用户在闸门视频APP中点击与闸门相对应的一个或多个视频窗口时，APP便发送激活命令和视频查看请求至闸门控制器，闸控模块读取到激活命令和视频查看请求，先控制电源管理模块开启摄像机电源并打开Linux内核的NAT转发功能，再发送视频请求至摄像机。当然，视频激活命令和视频查看请求可以同时被发送至闸控模块，也可以设置闸门视频APP仅发送一种信号，即作为激活命令也是视频查看请求，此时闸控模块便同时打开摄像机，激活NAT，传输视频查看请求至摄像机。

本实施例中，闸控模块分别设定有两个时限为T

一般情况下，会有多个用户同时使用闸门视频APP，因此，闸控模块如果不停的接收到激活命令，计时便会不停刷新，则摄像机电源一直开启，NAT转发功能也一直处于开启状态，保证视频能够稳定的传输。本实施例中，闸控模块具有的计时功能，当接收到激活命令时开始计时，若超过一定时限未收到激活命令便控制摄像机电源关闭，同时关闭NAT转发，能够降低摄像机和闸门控制器的功耗，进一步减少电量消耗。

需要注意的是，本实施例中，闸控模块收到激活命令后会有多个响应动作，本实施例并未限定其响应动作的先后顺序，也并未限定为同时响应，即开始计时、开启摄像机电源和打开NAT可以同时发生也可以先后发生，可选的，在实际的处理中，考虑到摄像机开机需要一定的缓冲时间，因此，闸控模块在收到激活命令后会优先打开摄像机。

由于摄像机通电到其开始正常运作需要一定的缓冲时间，而NAT转发功能激活后，视频就能立即开始传输，因此，在实际应用中，常常设置摄像机开启的时间持续更长，而NAT开启的持续时间更短，以确保视频传输的快速响应，减少加载时间。例如，可以设置T

通过上述实施例可知，本发明提供的闸门控制器、闸门视频传输系统及传输方法，至少实现了如下的有益效果：

1.本发明提供的闸门控制器，内置无线模块，利用无线模块建立与运营商网络的无线连接，利用Linux内核的NAT转发功能实现有线网口和无线网络之间的数据传输，可以为外部设备提供网络连接。

2.本发明提供了一种闸门视频传输系统及传输方法，将摄像机与闸门控制器通过有线网口电连接，从而无需使用路由器，实现对摄像机的联网管理，节约了设备成本，减少了电量消耗，保证系统稳定运行；闸门控制器可以对摄像机电源统一管理，控制摄像机在特定时段开启，进一步省电节能。