一種基于stm32的遠(yuǎn)程分布式可編程自動(dòng)控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于STM32的遠(yuǎn)程分布式可編程自動(dòng)控制系統(tǒng)及方法，屬于自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]PLC是一種可編程邏輯控制器，是一種取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。PLC具有使用方便、編程簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、性能價(jià)格比高等優(yōu)點(diǎn)。STM32是基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的ARM Cortex-M內(nèi)核。將此兩者的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合也已逐步成為一種趨勢(shì)。
[0003]隨著技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)與分布式控制系統(tǒng)已逐步發(fā)展為功能完善的智能化控制系統(tǒng)，將這兩種控制系統(tǒng)相結(jié)合的研宄能夠綜合兩種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，使得分布式控制系統(tǒng)可以克服地域的限制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和自動(dòng)控制。
[0004]中國(guó)專利文獻(xiàn)CN202230349U公開了一種基于PLC的溫室大棚自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)中，溫濕度傳感器與PLC的輸入端連接，加熱制冷裝置、噴水裝置及風(fēng)機(jī)與PLC的輸出端連接，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)電腦軟件中輸入的溫濕度正常范圍值及溫室大棚內(nèi)的溫濕度值啟動(dòng)相應(yīng)的程序。該技術(shù)方案是一種PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)棚內(nèi)溫濕度，有效提高了調(diào)控棚內(nèi)溫濕度的準(zhǔn)確性。采取有線通信，這為實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)布線帶來不便。此外，也沒能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，操作人員需要每次在現(xiàn)場(chǎng)輸入正常范圍值，這對(duì)實(shí)際的管理操作是很不方便的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的內(nèi)容是針對(duì)上述問題提供一種基于STM32的遠(yuǎn)程分布式可編程自動(dòng)控制系統(tǒng)及方法，將PLC功能融入STM32ARM Cortex-M芯片中，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程分布式自動(dòng)控制一體化，克服地域的限制及解決控制操作不便的問題。
[0006]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0007]本發(fā)明公開了一種基于STM32的遠(yuǎn)程分布式可編程自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括遠(yuǎn)程操作站、邊緣網(wǎng)關(guān)模塊、采集模塊和控制模塊；遠(yuǎn)程操作站包括管理平臺(tái)、用戶業(yè)務(wù)平臺(tái)、采集器數(shù)據(jù)庫(kù)、控制組態(tài)和人機(jī)界面，邊緣網(wǎng)關(guān)模塊包括CDMA無線數(shù)據(jù)終端、STM32芯片、STM32—PLC組態(tài)軟件和ZigBee節(jié)點(diǎn)，采集模塊包括采集器和系列傳感器，控制模塊包括控制器和系列現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備；用戶業(yè)務(wù)平臺(tái)與CDMA無線數(shù)據(jù)終端經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)相連接，ZigBee節(jié)點(diǎn)與采集器、傳感器、控制器經(jīng)ZigBee無線網(wǎng)相連接；
[0008]所述管理平臺(tái)用于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行配置，使之用戶業(yè)務(wù)平臺(tái)可以正確顯示及操作；
[0009]所述采集器數(shù)據(jù)庫(kù)用于采集器數(shù)據(jù)(溫度、濕度)的實(shí)時(shí)更新及歷史數(shù)據(jù)的管理；
[0010]所述控制組態(tài)用于下發(fā)控制命令(開、關(guān))、采集器限值、手自動(dòng)標(biāo)志和應(yīng)用組態(tài)(PLC
[0011]程序)；
[0012]所述人機(jī)界面用于視頻監(jiān)控，方便用戶瀏覽現(xiàn)場(chǎng)情況；
[0013]所述STM32 — PLC組態(tài)軟件是指可以執(zhí)行PLC各指令同時(shí)又運(yùn)行于STM32ARMCortex-M內(nèi)核的芯片。
[0014]作為進(jìn)一步地改進(jìn)，本發(fā)明所述系列傳感器是光照度、空氣濕度、空氣溫度、土壤水分或土壤溫度傳感器，實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境參數(shù)，經(jīng)ZigBee無線網(wǎng)傳給采集器，繼而傳給ZigBee節(jié)點(diǎn)。
[0015]作為進(jìn)一步地改進(jìn)，本發(fā)明所述控制器所操作的設(shè)備類型是遮陽棚、風(fēng)機(jī)或濕簾，各控制器設(shè)備之間采用Modbus協(xié)議通訊，并實(shí)時(shí)更新狀態(tài)值，控制器的數(shù)據(jù)經(jīng)ZigBee無線網(wǎng)傳給ZigBee節(jié)點(diǎn)。
[0016]作為進(jìn)一步地改進(jìn)，本發(fā)明所述用戶業(yè)務(wù)平臺(tái)與采集器數(shù)據(jù)庫(kù)、控制組態(tài)、人機(jī)界面通過共享方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，用戶業(yè)務(wù)平臺(tái)通過互聯(lián)網(wǎng)與CDMA無線數(shù)據(jù)終端建立通訊鏈路，進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，STM32芯片與CDMA無線數(shù)據(jù)終端、STM32—PLC組態(tài)軟件、ZigBee節(jié)點(diǎn)間通過串口通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，ZigBee節(jié)點(diǎn)通過ZigBee無線網(wǎng)與采集器、控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
[0017]本發(fā)明還提供了一種基于STM32的遠(yuǎn)程分布式可編程自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟:
[0018]I)、遠(yuǎn)程操作站的管理平臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)配置，邊緣網(wǎng)關(guān)模塊的STM32芯片、ZigBee節(jié)點(diǎn)，采集模塊、控制模塊均利用自身程序進(jìn)行初始化及配置；
[0019]2)、利用遠(yuǎn)程操作站的用戶業(yè)務(wù)平臺(tái)與CDMA無線數(shù)據(jù)終端建立通訊鏈路，邊緣網(wǎng)關(guān)模塊的ZigBee節(jié)點(diǎn)與采集器、控制器建立ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)，完成整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信；用戶業(yè)務(wù)平臺(tái)與采集器數(shù)據(jù)庫(kù)、控制組態(tài)、人機(jī)界面通過共享方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；STM32芯片與CDMA無線數(shù)據(jù)終端、STM32—PLC組態(tài)軟件、ZigBee節(jié)點(diǎn)間通過串口通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)共享；采集模塊的各傳感器間利用ZigBee無線網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享；現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間利用Modbus協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)共享；
[0020]3)、采集模塊的傳感器實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境參數(shù)(溫度、濕度)，經(jīng)由ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)上傳到用戶業(yè)務(wù)平臺(tái)的采集器數(shù)據(jù)庫(kù)；用戶業(yè)務(wù)平臺(tái)的控制組態(tài)下發(fā)控制命令(開、關(guān))，經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)、ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)傳給控制模塊的控制器，使之執(zhí)行控制命令，驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行并實(shí)時(shí)采集更新數(shù)據(jù)(設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)值)；
[0021]4)、邊緣網(wǎng)關(guān)模塊的STM32—PLC組態(tài)軟件根據(jù)經(jīng)由ZigBee節(jié)點(diǎn)、STM32芯片傳送過來的采集器、控制器數(shù)據(jù)，以及經(jīng)由CDMA無線數(shù)據(jù)終端、STM32芯片傳送過來的采集器限值、手自動(dòng)標(biāo)志，進(jìn)行PLC控制組態(tài)，自動(dòng)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備；STM32—PLC組態(tài)軟件亦執(zhí)行用戶業(yè)務(wù)平臺(tái)的控制組態(tài)下發(fā)的應(yīng)用組態(tài)，完成遠(yuǎn)程修改和調(diào)試監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行程序。
[0022]作為進(jìn)一步地改進(jìn)，本發(fā)明在所述I)中，所述管理平臺(tái)需要配置邊緣網(wǎng)關(guān)模塊ID，采集器、控制器的寄存器地址以及用戶業(yè)務(wù)平臺(tái)需要顯示的界面場(chǎng)所，STM32芯片寫入的系統(tǒng)配置包括整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行所需要的采集器、控制器的數(shù)目，與用戶業(yè)務(wù)平臺(tái)進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)連接的平臺(tái)IP地址，以及采集器限值；ZigBee節(jié)點(diǎn)、采集器、傳感器、控制器需要配置PANID,以此能夠進(jìn)行ZigBee無線自組網(wǎng)。
[0023]作為進(jìn)一步地改進(jìn)，本發(fā)明在所述2)中，所述采集器、控制器采用了 ZigBee無線通信，采集器、控制器在本系統(tǒng)中采用分布式安裝，克服地域限制，解決有線通信布線的難題。
[0024]作為進(jìn)一步地改進(jìn)，本發(fā)明在所述3)和4)中，遠(yuǎn)程控制修改控制器的值，可以通過用戶業(yè)務(wù)平臺(tái)的控制組態(tài)直接下發(fā)的控制命令遠(yuǎn)程手動(dòng)控制，在控制組態(tài)上點(diǎn)擊“開”、“關(guān)”、“正轉(zhuǎn)”、“反轉(zhuǎn)”、“?！钡劝粹o，控制組態(tài)就會(huì)將該命令下發(fā)給邊緣網(wǎng)關(guān)模塊的CDMA無線數(shù)據(jù)終端，進(jìn)而通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)傳給控制器，控制器驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備執(zhí)行該動(dòng)作；可以利用STM32—PLC組態(tài)軟件進(jìn)行控制組態(tài)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，當(dāng)由STM32芯片傳過來的空氣濕度采集器數(shù)據(jù)值超過了傳送過來的空氣濕度的上限值，STM32—PLC組態(tài)軟件此時(shí)就會(huì)將控制風(fēng)機(jī)的控制器值賦為1，表示需要開啟風(fēng)機(jī)；可以利用用戶業(yè)務(wù)平臺(tái)的控制組態(tài)下發(fā)的應(yīng)用組態(tài)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，利用GX Developer進(jìn)行PLC編程實(shí)現(xiàn)遮陽棚開度的功能，將該P(yáng)LC組態(tài)文件直接通過用戶業(yè)務(wù)平臺(tái)的控制組態(tài)下發(fā)，進(jìn)而STM32—PLC組態(tài)軟件執(zhí)行該P(yáng)LC組態(tài)文件，完成遠(yuǎn)程修改。
[0025]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是:
[0026]1、本發(fā)明采用ZigBee無線自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及利用CDMA無線數(shù)據(jù)終端進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)通信，ZigBee的低功耗、低成本、高可靠性，以及CDMA無線數(shù)據(jù)終端容量大、傳輸速度快、建網(wǎng)成本下降，極大地降低用戶成本；
[0027]2、由于采集器、控制器分布式安裝，避免了傳統(tǒng)有線通信所帶來的布線問題，克服了地域的限制，極大地方便了現(xiàn)場(chǎng)安裝；
[0028]3、由于邊緣網(wǎng)關(guān)模塊上所獨(dú)特具有的STM32—PLC組態(tài)軟件，可以進(jìn)行控制組態(tài)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境參數(shù)自動(dòng)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行，操作方便、及時(shí)、準(zhǔn)確。加之用戶業(yè)務(wù)平臺(tái)的控制組態(tài)具有的在線下發(fā)應(yīng)用組態(tài)的功能，進(jìn)一步地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程修改和調(diào)試監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行程序，為用戶操作帶來極大便利；
[0029]4、本發(fā)明所提供的遠(yuǎn)程分布式可編程自動(dòng)控制方法可以應(yīng)用于智能家居、智慧農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，具有很可觀的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0030]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)框圖；
[0031]圖2是本發(fā)明的數(shù)據(jù)信號(hào)走向示意圖；
[0032]圖3是本發(fā)明的邊緣網(wǎng)關(guān)模塊STM32芯片程序運(yùn)行流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]本發(fā)明公開了一種基于STM32的遠(yuǎn)程分布式可編程自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括遠(yuǎn)程操作站、邊緣網(wǎng)關(guān)模塊、采集模塊、控制模塊；遠(yuǎn)程操作站包括管理平臺(tái)、用戶業(yè)務(wù)平臺(tái)、采集器數(shù)據(jù)庫(kù)、控制組態(tài)和人機(jī)界面，邊緣網(wǎng)關(guān)模塊包括CDMA無線數(shù)據(jù)終端、STM32芯片、STM32—PLC組態(tài)軟件和ZigBee節(jié)點(diǎn)，采集模塊包括采集器和系列傳感器，控制模塊包括控制器和系列控制設(shè)備