一种基于stm32的远程分布式可编程自动控制系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于STM32的远程分布式可编程自动控制系统及方法，属于自动化控制技术领域。
【背景技术】
[0002]PLC是一种可编程逻辑控制器，是一种取代传统继电器控制装置专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。PLC具有使用方便、编程简单、功能强、适应性强、抗干扰能力强、可靠性高、性能价格比高等优点。STM32是基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M内核。将此两者的优点相结合也已逐步成为一种趋势。
[0003]随着技术的发展与进步，远程控制系统与分布式控制系统已逐步发展为功能完善的智能化控制系统，将这两种控制系统相结合的研宄能够综合两种技术的优势，使得分布式控制系统可以克服地域的限制，实现远程监控和自动控制。
[0004]中国专利文献CN202230349U公开了一种基于PLC的温室大棚自动控制系统。该系统中，温湿度传感器与PLC的输入端连接，加热制冷装置、喷水装置及风机与PLC的输出端连接，根据现场电脑软件中输入的温湿度正常范围值及温室大棚内的温湿度值启动相应的程序。该技术方案是一种PLC自动控制系统，可以实现自动实时监测棚内温湿度，有效提高了调控棚内温湿度的准确性。采取有线通信，这为实际现场布线带来不便。此外，也没能实现远程操作，操作人员需要每次在现场输入正常范围值，这对实际的管理操作是很不方便的。
【发明内容】
[0005]本发明的内容是针对上述问题提供一种基于STM32的远程分布式可编程自动控制系统及方法，将PLC功能融入STM32ARM Cortex-M芯片中，实现远程分布式自动控制一体化，克服地域的限制及解决控制操作不便的问题。
[0006]本发明通过以下技术方案来实现:
[0007]本发明公开了一种基于STM32的远程分布式可编程自动控制系统，包括远程操作站、边缘网关模块、采集模块和控制模块；远程操作站包括管理平台、用户业务平台、采集器数据库、控制组态和人机界面，边缘网关模块包括CDMA无线数据终端、STM32芯片、STM32—PLC组态软件和ZigBee节点，采集模块包括采集器和系列传感器，控制模块包括控制器和系列现场控制设备；用户业务平台与CDMA无线数据终端经互联网相连接，ZigBee节点与采集器、传感器、控制器经ZigBee无线网相连接；
[0008]所述管理平台用于对系统进行配置，使之用户业务平台可以正确显示及操作；
[0009]所述采集器数据库用于采集器数据(温度、湿度)的实时更新及历史数据的管理；
[0010]所述控制组态用于下发控制命令(开、关)、采集器限值、手自动标志和应用组态(PLC
[0011]程序)；
[0012]所述人机界面用于视频监控，方便用户浏览现场情况；
[0013]所述STM32 — PLC组态软件是指可以执行PLC各指令同时又运行于STM32ARMCortex-M内核的芯片。
[0014]作为进一步地改进，本发明所述系列传感器是光照度、空气湿度、空气温度、土壤水分或土壤温度传感器，实时采集现场的环境参数，经ZigBee无线网传给采集器，继而传给ZigBee节点。
[0015]作为进一步地改进，本发明所述控制器所操作的设备类型是遮阳棚、风机或湿帘，各控制器设备之间采用Modbus协议通讯，并实时更新状态值，控制器的数据经ZigBee无线网传给ZigBee节点。
[0016]作为进一步地改进，本发明所述用户业务平台与采集器数据库、控制组态、人机界面通过共享方式进行数据交互，用户业务平台通过互联网与CDMA无线数据终端建立通讯链路，进行数据通信，STM32芯片与CDMA无线数据终端、STM32—PLC组态软件、ZigBee节点间通过串口通信，进行数据共享，ZigBee节点通过ZigBee无线网与采集器、控制器进行数据交互。
[0017]本发明还提供了一种基于STM32的远程分布式可编程自动控制系统的控制方法，包括以下步骤:
[0018]I)、远程操作站的管理平台进行系统配置，边缘网关模块的STM32芯片、ZigBee节点，采集模块、控制模块均利用自身程序进行初始化及配置；
[0019]2)、利用远程操作站的用户业务平台与CDMA无线数据终端建立通讯链路，边缘网关模块的ZigBee节点与采集器、控制器建立ZigBee无线网络，完成整个系统的数据通信；用户业务平台与采集器数据库、控制组态、人机界面通过共享方式进行数据交互；STM32芯片与CDMA无线数据终端、STM32—PLC组态软件、ZigBee节点间通过串口通信，进行数据共享；采集模块的各传感器间利用ZigBee无线网进行数据共享；现场设备间利用Modbus协议进行数据共享；
[0020]3)、采集模块的传感器实时采集现场环境参数(温度、湿度)，经由ZigBee无线网络、互联网上传到用户业务平台的采集器数据库；用户业务平台的控制组态下发控制命令(开、关)，经由互联网、ZigBee无线网络传给控制模块的控制器，使之执行控制命令，驱动现场设备的运行并实时采集更新数据(设备的开关状态值)；
[0021]4)、边缘网关模块的STM32—PLC组态软件根据经由ZigBee节点、STM32芯片传送过来的采集器、控制器数据，以及经由CDMA无线数据终端、STM32芯片传送过来的采集器限值、手自动标志，进行PLC控制组态，自动控制现场设备；STM32—PLC组态软件亦执行用户业务平台的控制组态下发的应用组态，完成远程修改和调试监控系统运行程序。
[0022]作为进一步地改进，本发明在所述I)中，所述管理平台需要配置边缘网关模块ID，采集器、控制器的寄存器地址以及用户业务平台需要显示的界面场所，STM32芯片写入的系统配置包括整个系统运行所需要的采集器、控制器的数目，与用户业务平台进行互联网连接的平台IP地址，以及采集器限值；ZigBee节点、采集器、传感器、控制器需要配置PANID,以此能够进行ZigBee无线自组网。
[0023]作为进一步地改进，本发明在所述2)中，所述采集器、控制器采用了 ZigBee无线通信，采集器、控制器在本系统中采用分布式安装，克服地域限制，解决有线通信布线的难题。
[0024]作为进一步地改进，本发明在所述3)和4)中，远程控制修改控制器的值，可以通过用户业务平台的控制组态直接下发的控制命令远程手动控制，在控制组态上点击“开”、“关”、“正转”、“反转”、“停”等按钮，控制组态就会将该命令下发给边缘网关模块的CDMA无线数据终端，进而通过ZigBee无线网络传给控制器，控制器驱动现场设备执行该动作；可以利用STM32—PLC组态软件进行控制组态，实现自动控制，当由STM32芯片传过来的空气湿度采集器数据值超过了传送过来的空气湿度的上限值，STM32—PLC组态软件此时就会将控制风机的控制器值赋为1，表示需要开启风机；可以利用用户业务平台的控制组态下发的应用组态远程自动控制，利用GX Developer进行PLC编程实现遮阳棚开度的功能，将该PLC组态文件直接通过用户业务平台的控制组态下发，进而STM32—PLC组态软件执行该PLC组态文件，完成远程修改。
[0025]相对于现有技术，本发明的有益效果是:
[0026]1、本发明采用ZigBee无线自组网网络技术及利用CDMA无线数据终端进行互联网通信，ZigBee的低功耗、低成本、高可靠性，以及CDMA无线数据终端容量大、传输速度快、建网成本下降，极大地降低用户成本；
[0027]2、由于采集器、控制器分布式安装，避免了传统有线通信所带来的布线问题，克服了地域的限制，极大地方便了现场安装；
[0028]3、由于边缘网关模块上所独特具有的STM32—PLC组态软件，可以进行控制组态，根据现场环境参数自动控制现场设备的运行，操作方便、及时、准确。加之用户业务平台的控制组态具有的在线下发应用组态的功能，进一步地实现远程修改和调试监控系统运行程序，为用户操作带来极大便利；
[0029]4、本发明所提供的远程分布式可编程自动控制方法可以应用于智能家居、智慧农业等领域，具有很可观的应用前景。
【附图说明】
[0030]图1是本发明的系统框图；
[0031]图2是本发明的数据信号走向示意图；
[0032]图3是本发明的边缘网关模块STM32芯片程序运行流程示意图。
【具体实施方式】
[0033]本发明公开了一种基于STM32的远程分布式可编程自动控制系统，包括远程操作站、边缘网关模块、采集模块、控制模块；远程操作站包括管理平台、用户业务平台、采集器数据库、控制组态和人机界面，边缘网关模块包括CDMA无线数据终端、STM32芯片、STM32—PLC组态软件和ZigBee节点，采集模块包括采集器和系列传感器，控制模块包括控制器和系列控制设备