本发明涉及智慧农业系统中的设备控制领域，尤其涉及一种智慧农业远程闭环设备控制模块。
背景技术：
目前，基于物联网技术的智慧农业不断发展，对智慧农业大棚中的设备控制要求做到远程控制。
部分农业大棚的前期建设没有考虑到智慧农业的应用，大棚设备的控制都是通过现场手动控制。如果进行自动化和物联网的改造，则需要额外增加自动控制柜，包括通用设备控制模块、网络传输模块、电气元件及大量与手动控制柜交互的布线来完成，这不仅增加了系统的复杂性，提高了系统成本，降低了系统的可靠性和可维护性，且只实现了设备的开环控制。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提供一种应用在智慧农业上的远程闭环设备控制模块，该模块使得无论改造旧控制柜还是设计新控制柜时都能减少电气元件、不用并联布线，只用一个模块实现设备的远程闭环控制。本发明还提供了一种利用该控制模块的控制方法。
本发明控制模块采用的技术方案为：
一种应用于智慧农业的远程闭环设备控制模块，包括：控制模式选择单元，接收控制模式选择开关的输入信号，用于本地控制模式和远程控制模式的切换；本地设备控制单元，接收本地设备控制开关的输入信号，用于本地设备控制；远程通信单元，用于mcu主控单元与远程服务器之间的通信；设备控制输出单元，根据mcu主控单元输出的设备控制信号，控制设备的电气驱动元件；设备运行状态反馈单元，将设备控制链路中最后一级电气驱动元件的运行状态反馈给mcu主控单元；mcu主控单元，与所述控制模式选择单元、本地设备控制单元、远程通信单元、设备控制输出单元和设备运行状态反馈单元连接；电源转换单元，将外部输入电源转换成上述各个单元正常工作需要的电压，并为上述各个单元提供充足的功率。
进一步地，所述远程通信单元包括无线通信子单元和有线通信子单元，所述无线通信子单元与所述mcu主控单元连接，通过无线通信接口实现与远程服务器的通信；所述有线远程通信子单元与所述mcu主控单元连接，通过有线的通信接口实现与远程服务器的通信。
进一步地，所述无线通信子单元为zigbee、lora、smartmeship、ble、wifi、sigfox、gsm/gprs、4glte或nb-iot中的任一种；所述无线通信子单元通过局域无线网络和网关与远程服务器连接，或者通过广域无线网络直接与远程服务器连接。
进一步地，所述有线通信子单元为rs485、rs232、can或ethernet中的任一种。
所述控制模式选择单元、本地设备控制单元、设备控制输出单元和设备运行状态反馈单元均设有信号隔离器，信号隔离的方式为光电隔离、磁耦隔离或继电器隔离中的任一种。
所述控制模块控制的设备为电动卷膜器、水泵、电磁阀、电动遮阳帘、电动顶窗、风机、风扇、补光灯、电动水帘、加热器、加湿器、除湿器、增氧机、水肥一体化设备或空调中的至少一种。
所述设备运行状态反馈单元的反馈形式为接触器辅助触点反馈、变频器数字输出反馈、电压互感器电路反馈或电流互感器电路反馈中的任一种。
所述电源转换单元的电压输入为220vac、24vdc或12vdc中的任一种。
本发明利用上述远程闭环设备控制模块的控制方法，包括如下步骤：
(1)对所述远程闭环设备控制模块的各单元进行初始化，包括读取控制模式选择开关和本地设备控制开关的状态，初始化所有被控设备的状态为停止状态，开启远程通信单元并与远程服务器进行连接；
(2)初始化完成后，查看是否有远程控制指令，如果有远程控制指令，则通过远程通信单元对指令进行解析后，将指令信号输入mcu主控单元进行设备控制逻辑计算，如果无远程控制指令，则mcu主控单元直接进行设备控制逻辑计算；
(3)在设备控制逻辑计算的过程中，先判断控制模式是本地控制模式还是远程控制模式，如果是本地控制模式时，由mcu主控单元读取本地设备控制单元的状态，并将设备状态输出至设备控制输出单元以驱动被控设备的启停；如果是远程控制模式时，由mcu主控单元根据最新收到的远程控制指令，将设备状态输出至设备控制输出单元，驱动被控设备的启停；所述mcu主控单元还对被控设备进行自锁、互锁、正反转、定位、定时、过载保护和延时的控制；
(4)设备控制逻辑计算过程完成后，由设备运行状态反馈单元对被控设备运行状态进行采集，然后将采集的运行状态传输给mcu主控单元并通过远程通信单元反馈到远程服务器，实现被控设备的远程闭环控制。
本发明利用单片机技术、现代通信技术以及隔离技术，为智慧农业中的设备控制功能提供一种控制模块，使智慧农业中的设备控制实现无线远程智能闭环控制。本发明的模块利用单片机接口丰富、编程灵活、功能强大的优点，将本地设备控制、远程设备控制、设备运行状态反馈功能集成于一体，节省了电气元件使用量，取消了并联控制的布线需求，降低了系统复杂度，节省了系统成本，提高了系统可靠性和可维护性。该远程闭环设备控制模块功能完善、集成度高、设备控制灵活、适用范围广。
附图说明
图1为本发明实施例的结构框图；
图2为本发明实施例的接线示意图；
图3为本发明实施例的设备控制流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本实施例是应用在智慧农业中的设备控制系统的远程闭环设备控制模块，主要包括mcu主控单元、控制模式选择单元、本地设备控制单元、远程通信单元、设备控制输出单元、设备运行状态反馈单元和电源转换单元，其中远程通信单元包括无线通信子单元和有线通信子单元。
控制模式选择单元连接外部模式选择开关，实现模式选择功能，当控制模式为本地控制模式时，利用本地设备控制单元实现设备的本地控制信号接入；当控制模式为远程控制模式时，利用远程通信单元实现设备的远程控制信号接入；本地设备控制单元连接本地设备控制开关，实现设备的本地控制；远程通信单元连接远程服务器，接收服务器的设备控制指令并返回设备运行状态，实现设备远程控制和设备状态远程反馈功能；设备控制输出单元连接设备电气驱动元件，实现设备驱动；设备运行状态反馈单元进行信号采集并隔离后，将电平转换成mcu主控单元可以识别的电平信号，实现设备运行状态的采集，该单元的反馈形式可以采用接触器辅助触点反馈、变频器数字输出反馈、电压互感器电路反馈、电流互感器电路反馈中的任一种；mcu主控单元与控制模式选择单元、本地设备控制单元、远程通信单元、设备控制输出单元、设备运行状态反馈单元连接，实现本地、远程控制信号输入，控制逻辑计算，设备控制信号输出及运行状态反馈功能；电源转换单元，将外部输入电源转换成各个单元正常工作需要的电压，并为各个单元提供充足的功率。
以上控制模块控制的设备可以为电动卷膜器、水泵、电磁阀、电动遮阳帘、电动顶窗、风机、风扇、补光灯、电动水帘、加热器、加湿器、除湿器、增氧机、水肥一体化设备或空调。本实施例中选择电动卷膜器、电动遮阳帘、风机和电动水帘作为被控设备。
如图2所示，本实施例远程通信单元由无线通信子单元实现，无线通信子单元采用gprs广域通信方式，直接与云平台服务器连接，远程闭环设备控制模块采用24vdc供电，控制模式单元连接外部模式选择开关，本地设备控制单元分别连接遮阳控制开关、卷膜控制开关、风机控制开关、水帘控制开关，设备控制信号输出单元分别连接遮阳开启、遮阳关闭、卷膜上卷、卷膜下卷、风机打开、水帘打开共6个接触器，并实现遮阳、卷膜控制的互锁、定位和定时功能，保证遮阳不会同时开启和关闭、卷膜不会同时上卷和下卷，设备运行状态反馈单元采用接触器辅助触点反馈形式，分别连接6个接触器的辅助触点，实现最后一道开关状态的采集。
如图3所示，远程闭环设备控制模块上电复位完成后，进行单元的初始化，包括读取各开关状态，初始化所有设备的状态为停止状态，实现gprs无线网络连接并与云平台服务器进行连接。初始化程序完成后，查看是否有远程控制指令，有远程控制指令进行指令的解析后进入设备控制逻辑计算，无远程控制指令直接进入设备控制逻辑计算。设备控制逻辑计算过程先判断控制模式是本地控制还是远程控制，本地控制时读取本地控制开关状态并决定设备的启动与停止，远程控制模式时根据最近收到的远程控制指令进行设备的启动与停止操作，本地控制和远程控制都需要根据配置实现遮阳和卷膜的互锁、定位和定时功能。设备控制逻辑计算程序完成后，由设备运行状态反馈单元进行设备运行状态采集，并通过gprs广域无线通信子单元进行设备运行状态的远程反馈，实现设备的远程闭环控制。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。