具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例1：

一种预防高压触电的安全提醒系统，如图1所示，包括主控模块和底层设备，所述底层设备包括感应模块、供电模块、通讯模块及警示模块，所述感应模块、供电模块、警示模块及通讯模块分别连接主控模块；所述供电模块用于给主控模块供电，主控模块对供电模块进行控制；所述感应模块用于实时检测特定范围内是否有人入侵并将检测信息反馈至所述主控模块，所述主控模块对检测信息进行分析得到警示控制指令并基于警示控制指令控制警示模块发出警示。

预防高压触电的安全提醒系统由客户端软件即app等、主控模块和底层设备组成。在此重点讲述主控模块和底层设备，其中，主控模块即服务器软件是整个系统的核心，负责底层设备(即现场监控报警设备)的信息采集、数据存储、数据运算、控制指令下发以及调控客户端和底层之间的信息交流；底层设备主要功能是三种监控方式的实现和三种警示方式的实现以及把太阳能转换为电能为设备供能，而客户端主要负责UI界面显示，查询底层设备状态、主动控制底层设备报警、统计和存储底层设备报警信息。

主控模块为微控制单元，负责三种信号检测输入和三种控制输出以及保持与服务器之间的数据通信，另搭配充放电模块、电源转换模块和音频解析模块实现整个板级功能。

在一个实施例中，所述供电模块包括电池模块、充放电控制模块、电源转换控制模块和发电模块，所述充放电模块、电池模块、电源转换控制模块分别连接充放电控制模块。具体地，所述发电模块包括太阳能发电模块或/和风力发电模块，所述太阳能发电模块或/和风力发电模块分别连接充放电控制模块。在实际应用中，还包括电量检测模块，所述电量检测模块连接所述主控模块，所述电量检测模块用于实时检测电池模块的电量并通过对电池模块的电压进行采样、量化与编码、量化数值比较以确定当前的电压值并反馈至主控模块。充放电控制模块、风力发电模块和电源转换模块：充放电控制模块连接太阳能板和电池以及风力发电模块和电源转换模块。以专用充放电控制IC(integrated circuit集成电路)芯片为核心调节整个充放电过程，有过充、过放、过流保护功能。充电时，在电池电压很低的情况下先进行小电流预充，当电池达到一定电量后再恒流充电，控制最大充电电流(风力发电模块和太阳能发电模块在发电量比较足时，发电电流较大，因此需要调控最大电流，保护电池寿命)，在电池充到80％时进行恒压充电，直至电池充满后停止充电，防止电池过充。在放电时调控放电电流，电流超过设定值时自动切断电路，达到过流和短路保护作用。电源转换模块通过降压、稳压、滤波等手段可将市电转换为系统所需电源，可在供电方便时使用此功能。

电量检测模块：以A/D(Analog/Digital模数转换)检测技术为核心，实时检测电池电量，通过对电池电压的采样、量化与编码、量化数值比较确定当前的电压值，并通过通讯模块传输至主控模块中，方便随时掌握底层设备电池电量、发电数据等信息。

另外，在低温环境下电池内的电解质移动得相当慢，从而影响锂离子在正负极之间的转移活性，导致电池充放电电流变小，且在低温环境下电池容量会下降百分之二十左右。因此还包括恒温模块，所述括恒温模块连接所述主控模块并根据实时检测电池模块的温度数据，所述主控模块内设有温度预警值，当电池温度数据低于预警值时控制电池模块温度上升，以确保电池模块的基本性能。

在一个实施例中，所述感应模块至少包括红外感应模块、微波感应模块和摄像头感应模块中的一种或几种，所述红外感应模块、微波感应模块和摄像头感应模块分别连接所述主控模块；所述微波感应模块用于感应运动物体逼近或远离；所述红外感应模块用于感应规定的范围内是否有人在运动；摄像头感应模块用于感应在指定的区域内是否有人入侵。(1)微波感应模块应用多普勒原理设计而成，通过对比发射波与接收到的反射波频率的差异判断是否存在移动物体，其原理如下：任何波都有反射的特性，当一定频率的波碰到阻挡物的时候，就会有一部分的波被反射回来，如果阻挡物是静止的，反射波的波长就是恒定的，如果阻挡物是向波源运动，反射波的波长就比波源的波长来得短，如果阻挡物是向远离波源的方向运动，反射波的波长就比波源的波长来的长，波长的变化，就意味着频率的变化。微波感应正是通过反射波的变化知道有运动物体逼近或远离的。(2)红外感应模块根据热释电原理设计而成的，热释电元对波长范围为0.2～20微米的红外辐射非常敏感，在结构上两个电元电极化方向相反，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由此，均匀的环境背景红外辐射对两个热释元件作用相同，释电效应抵消，传感器无信号输出；同样人体在感应范围内静止不动时，释电效应抵消后是固定值，传感器也没有信号输出；只有人体在感应范围内移动时，两个电元受到的红外辐射不同且不断变化，传感器才输出感应信号，经过电路放大处理，实现控制目的。(3)摄像头感应模块：通图像处理算法对摄像头拍摄的视频画面进行分析处理，当拍摄画面内有人时自动输出感应信号。三种感应方式的使用能有效监测。

在一个实施例中，所述警示模块包括显示模块模块、灯控模块、音频放大模块中的一种或几种；所述屏显模块用于显示需求的提示标语、图片及动画中的一种或几种；所述灯控模块用于控制显示不同颜色引起附近人的注意；所述音频放大输出模块用于将音频信号放大并通过喇叭播放出来。显示模块为LED屏显模块，主要以彩屏为主要构成，显示需求的提示标语和图片(或动画)；灯控模块控制的是一对红蓝灯，通过红蓝两色灯循环爆闪的方式吸引附近人的注意；音频放大输出模块通过运放将音频信号放大通过喇叭播放出来。当感应模块传输信号到MCU时，MCU控制三个输出模块同时作用，点亮LED显示屏并驱动爆闪灯和喇叭发出声光警示。并且音频放大输出模块也可接收摄像头的微弱音频信号，并将之放大输出通过功放播放出来，实现通过摄像头的实时喊话功能。

另外，整个系统中还包括音频解析模块和存储模块：通过音频解析模块预先把需要的MP3格式语音内容解析为存储模块FLASH芯片(存储模块)可识别格式，存放在FLASH芯片内；在需要播放时读取出来还原为数字信号传输到音频放大模块。

而通讯模块是以NB-LOT通讯网络为媒介，负责现场感应报警设备和服务器之间的数据通信。上电之后定时向服务器发送心跳，表明设备在线。在现场触发报警时主动上传设备状态和报警信息，并随时接收服务器下发的状态查询指令。状态信息包括位置信息(经纬度)、电池电量、音调、音量、报警状态等。

在一个实施例中，此服务器软件可管理的底层设备包含但不仅限于本项目中所描述的底层设备。软件启动后首先载入配置文件及用户数据，然后开启定时刷新功能，从数据库中调取已保存的所有类型的底层设备，并分类显示出来。在UDP服务(User DatagramProtocol用户数据包协议)和HTTP服务(Hypertext Transfer Protocol超文本传输协议)开启后把底层设备的状态信息同步更新至数据库，供软件调取显示。然后通过云平台计算和处理保存相关报警记录，并在底层设备被操作时更新相关报警记录。服务器与底层设备的通信主要UDP服务完成，服务器与客户端的通信主要由HTTP服务完成。

图2是定时刷新功能模块流程图，此模块主要负责从数据库中调取各底层设备的状态信息，包括在线状态和报警状态以及音调、音量、电量等信息。其工作流程是：定时刷新功能启动后调取数据库中的底层设备大类，分别统计已录入数据库的各大类底层设备数量，同时分类显示出来。

图3是UDP服务模块的工作流程图，此模块主要作用是让服务器和底层设备之间建立通讯连接。UDP服务开启后先初始化通讯端口，初始化失败的话会自动弹出错误信息并需要在处理后重新启动软件(软件稳定状态下不会失败)，初始化成功后自动启动监听模式并与在线底层设备之间建立一一对应关系的数据对象，并在有底层设备操作时直接调用委托事件。委托事件主要是三种：心跳、广播和设置。心跳是底层设备在线凭证，通过心跳数据中的设备的串号和注册码来确定设备身份并给他分配用于通讯的IP地址和端口号，在接收到心跳之后把这些信息保存在内存中，在需要给底层设备发送操作指令时，从内存中读取对应的IP地址和端口号找出对应设备以下发指令。广播相当于群体控制指令，当调用广播事件时通过调取内存中的端口号控制所有底层设备同时执行广播内容。设置是UDP服务改变底层设备控制芯片内部相关寄存器的存储值，通过改变存储值来改变底层设备状态，从而达到由服务器控制底层设备的目的。其设置过程是先获取需要改变的寄存器地址同时找到数据库中相对应的内容，然后更新数据库中的内容，并把待更新值放进内存中。

图4是HTTP服务模块的工作流程图，此模块的作用是使客户端和服务器之间建立建立通讯连接。HTTP服务开启后先初始化通讯端口，初始化成功后自动启动异步监听模式随时准备接收客户端的各种功能请求。客户端发送请求时先判定客户端是否为合法端口即已通过服务器认证的端口，若未认证则需要先进性认证，认证成功后判断该客户端的请求类型，若为POST认证则为该请求创建相应的处理函数，以既定的处理方式处理该请求并返回处理结果。请求内容包括：用户登录验证，区域信息的添加和删除，底层设备的添加、修改和删除，底层设备的参数设定，底层设备的类目及其集合，以及报警日志和报警记录。

本系统应用了大量算法来支撑和实现系统的各种功能，以下列举其中三种主要进行说明。

CRC-16(循环冗余)校验算法——用于数据通信的校验

CRC-16是一种差错校验码，其特征是信息字段和校验字段的长度可以任意选定。校验是为了保证数据在传输过程中的完整性，采用一种指定的算法对原始数据进行计算，得出的一个校验值。接收方接收到数据时，采用同样的校验算法对原始数据进行计算，如果计算结果和接收到的校验值一致，说明数据校验正确，这一帧数据可以使用，如果不一致，说明传输过程中出现了差错，这一帧数据丢弃，请求重发。CRC检验原理实际上就是在一个p位二进制数据序列之后附加一个r位二进制检验码(序列)，从而构成一个总长为n＝p+r位的二进制序列；附加在数据序列之后的这个检验码与数据序列的内容之间存在着某种特定的关系。如果因干扰等原因使数据序列中的某一位或某些位发生错误，这种特定关系就会被破坏。因此，通过检查这一关系，就可以实现对数据正确性的检验。

基本的CRC检验码的计算：

设信息字段为K位，校验字段为R位，则码字长度为N(N＝K+R)。设双方事先约定了一个R次多项式g(x)，则CRC码：

V(x)＝A(x)g(x)＝xRm(x)+r(x)

其中:m(x)为K次信息多项式，r(x)为R-1次校验多项式。

这里r(x)对应的代码即为冗余码，加在原信息字段后即形成CRC码。

r(x)的计算方法为：在K位信息字段的后面添加R个0，再利用模2除法除以g(x)对应的代码序列，得到的余数即为r(x)对应的代码(应为R－1位；若不足，而在高位补0)。

在利用模2除法计算校验位时发现更好的规律和方法，即利用唯一异或的方式进行处理，其计算方法如下：

预置1个16位的寄存器为十六进制FFFF(即全为1)，称此寄存器为CRC寄存器；把第一个8位二进制数据(既通讯信息帧的第一个字节)与16位的CRC寄存器的低8位相异或，把结果放于CRC寄存器，高八位数据不变；把CRC寄存器的内容右移一位(朝低位)用0填补最高位，并检查右移后的移出位；如果移出位为0：重复第3步(再次右移一位)；如果移出位为1，CRC寄存器与多项式A001(1010000000000001)进行异或；重复步骤3和4，直到右移8次，这样整个8位数据全部进行了处理；重复步骤2到步骤5，进行通讯信息帧下一个字节的处理；将该通讯信息帧所有字节按上述步骤计算完成后，得到的16位CRC寄存器的高、低字节进行交换；最后得到的CRC寄存器内容即为：CRC码。

为简化程序运算，提高运算速度，将移位异或的计算结果做成了一个表，就是将0～256放入一个长度为16位的寄存器中的低八位，高八位填充0，然后将该寄存器与多项式0XA001按照上述3、4步骤，直到八位全部移出，最后寄存器中的值就是表格中的数据，高八位、低八位分别单独一个表。

最终得到的简化算法代码如下：

注：其中*pucFrame为待校验数据首地址，usLen为待校验数据长度。返回值为校验结果。

(二)Base64配合MD5加密-用于登录校验

权限校验时:前端将密码等信息通过base64加密后传输到后台,后台解密后再通过MD5加密校验是否正确

Base64加密：通过自定义码表和移位长度进行加密

解密时运用相同的方法进行逆向解密，解密后获取明文在进行MD5加密进行校验通过自定义码表和自定义加密的盐值

AES对称加密算法-用于加密一些敏感信息，显示时通过解密后再显示

通过自定义密钥K和转化码

AES加密函数为E，则C＝E(K,P),其中P为明文，K为密钥，C为密文。也就是说，把明文P和密钥K作为加密函数的参数输入，则加密函数E会输出密文C。

一个由比特位b7b6b5b4b3b2b1b0组成的字节B可表示成系数为0或1的二进制多项式：b7x7+b6x6+b5x5+b4x4+b3x3+b2x2+b1x+b0。例如，字节B＝10011011与二进制多项式b(x)＝x7+x4+x3+x+1相对应。

AES解密函数为D，则P＝D(K,C),其中C为密文，K为密钥，P为明文。也就是说，把密文C和密钥K作为解密函数的参数输入，则解密函数会输出明文P。

解密过程中进行如下的仿射变换：

xi'＝xi+2⊕xi+5⊕xi+7

y7y6y5y4y3y2y1y0＝(x7'x6'x5'x4'x3'x2'x1'x0')⊕(00000101)

多普勒微波雷达感应算法——用于对移动物体的检测

多普勒雷达原理来自多普勒效应，根据项目中对微波功能模块的设计采集、比较微波模快的发射和接收信号，并根据以下计算原理来判断是否在检测范围内有以动物体：

设发送信号为T(t)，则其函数为：

f₀是发送信号的频率。多普勒雷达中这个频率一般是个固定值。是初始相位。不计天线增益和信号衰减，接收天线的获得的信号为：

其中λ₀是发送信号的波长。λ₀＝c/f₀。c是光速，约为3x10^8m/s。v是目标的移动速度。是多普勒频移[4]。而d是目标到微波感应器的距离。

Mixer是T(t)和R(t)的相乘。

根据三角函数关系：

可得：

采用合适截止频率的低通运放电路，即截止频率在：

可以得到输入到ADC模块的信号：

由此可得到返回信号，再经过ADC采样后后数字信号进行以下处理：

上述处理之后就可以判断是否有以动物体了。

摄像头画面变化检测算法——用于检测摄像头拍摄范围内的物体移动

最大类间方差法是按图像的灰度特性,将图像分成背景和目标2部分。背景和目标之间的类间方差越大,说明构成图像的2部分的差别越大,当部分目标错分为背景或部分背景错分为目标都会导致2部分差别变小。当取最佳阈值时，背景应该与前景差别最大，关键在于如何选择衡量差别的标准。而在最大类间方差法中这个衡量差别的标准就是最大类间方差对于图像I(x,y),前景(即目标)和背景的分割阈值记作T,前景图像占整幅图像的比例记为ω0,其平均灰度μ0；背景图像占整幅图像的比例为ω1,其平均灰度为μ1。图像的总平均灰度记为μ,类间方差记为g。M×N＝像素总数,图像中像素的灰度值小于阈值T的像素个数记作N0,像素灰度大于阈值T的像素个数记作N1，则有：

前景图像占比 ω0＝N0/M×N (1)

背景图像占比 ω1＝N1/M×N (2)

前景像素+背景像素 N0+N1＝M×N (3)

背景图像+前景图像占比 ω0+ω1＝1 (4)

0～M灰度区间的灰度累计值u＝u1*ω1+u2*\ω2 (5)

类间方差值g＝ω1*(u-u1)^2+ω2*(u-u2)^2 (6)

将式(5)代入式(6),得到等价公式:g＝ω1*ω2*(u1-u2)^2 (7)

或采用遍历的方法得到使类间方差最大的阈值T,即为所求。

部分代码示例如下：

MATALB代码：

通过以上处理即可得到摄像头视频画面是否变化，从而得到是否有物体移动。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。