一种基于stm32的远程分布式可编程自动控制系统及方法_2

文档序号:8430110阅读:来源:国知局
,用户业务平台与所述CDMA无线数据终端经互联网相连接,ZigBee节点与所述采集器、传感器、控制器经ZigBee无线网相连接,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,采集器数据库用于采集器数据(例如温度、湿度)的实时更新及历史数据的管理,控制组态用于下发控制命令(例如开、关)、采集器限值、手自动标志和应用组态(PLC程序),人机界面用于视频监控,方便用户浏览现场情况,STM32—PLC组态软件是指可以执行PLC各指令同时又运行于STM32ARM Cortex-M内核的芯片。
[0034]所述传感器是诸如光照度、空气湿度、空气温度、土壤水分、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。
[0035]所述控制器所操作的设备类型是诸如遮阳棚、风机、湿帘等,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。
[0036]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。用户业务平台再通过互联网与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节点再通过ZigBee无线网与采集器、控制器进行数据交互。
[0037]本发明基于STM32的远程分布式可编程自动控制的方法包括如下步骤:
[0038]步骤1:远程操作站的管理平台进行相应系统配置,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;
[0039]步骤I1: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;
[0040]步骤II1:采集模块的传感器实时采集现场环境参数,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,经由互联网、ZigBee无线网络传给控制模块的控制器,使之执行相应的控制命令,驱动现场设备的运行并实时采集更新数据;
[0041]步骤IV: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。
[0042]进一步地,步骤I中,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PAN ID,以此能够进行ZigBee无线自组网。
[0043]进一步地,步骤II中,因为采集器、控制器采用了 ZigBee无线通信,采集器、控制器在本系统中可以采用分布式安装,克服地域限制,解决有线通信布线的难题。
[0044]进一步地,步骤II1、步骤IV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,如在控制组态上点击“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,如当由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,如利用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。
[0045]下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步地说明。
[0046]图1是本发明的系统框图,本发明提供的基于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。所述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,所述边缘网关模块包括CDMA无线数据终端、STM32芯片、STM32 — PLC组态软件和ZigBee节点,所述采集模块包括采集器和系列传感器,所述控制模块包括控制器和系列控制设备。所述用户业务平台与所述CDMA无线数据终端经互联网相连接,所述ZigBee节点与所述采集器、传感器、控制器经ZigBee无线网相连接。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。所述采集器数据库用于采集器数据(例如温度、湿度)的实时更新及历史数据的管理,所述控制组态用于下发控制命令(例如开、关)、采集器限值、手自动标志和应用组态(PLC程序),所述人机界面用于视频监控,方便用户浏览现场情况。所述STM32—PLC组态软件是指可以执行PLC各指令同时又运行于STM32ARM Cortex-M内核的芯片。
[0047]图2是本发明的数据信号走向示意图,其中,
[0048]①是采集器及控制器数据(例如采集器的温度、湿度,现场控制设备的开、关状态)上传,无线自组网采集的数据经过边缘网关模块的ZigBee节点传给STM32芯片后,分两路继续传输,一路通过CDMA无线数据终端经由互联网传给用户业务平台,一路通过串口4传给STM32—PLC组态软件。
[0049]②用户业务平台下发命令,当下发控制命令时,经由④改变控制器的值,驱动现场设备动作,实现手动远程控制;当下发手自动标志及采集器限值时,经过CDMA无线数据终端、STM32芯片将指令传给STM32—PLC组态软件,于此STM32 — PLC组态软件根据①、②过程的数据(采集器控制器数据,及采集器限值数据)进行控制组态,自动计算判断控制器在现场环境下理应处的状态;当下发应用组态(PLC程序)时,STM32—PLC组态软件快速执行该应用组态。组态的结果经由③修改控制寄存器的值,再经由④通过无线网络操纵控制器,驱动现场遮阳棚、风机、湿帘等设备的运行。
[0050]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,本发明基于STM32的远程分布式可编程自动控制的方法包括如下步骤:
[0051]步骤(I):STM32芯片在上电前利用触摸屏写入系统配置,具体是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,均存储于其flash。管理平台根据需要进行相应参数配置,具体是边缘网关模块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。ZigBee节点、采集器、传感器、控制器均需要配置PAN IDo
[0052]步骤(2):将采集器、控制器、边缘网关模块上电,STM32芯片开始系统初始化,多个事件同时进行,依据STM32芯片特点采取事件优先级机制依次处理,STM32芯片内核不断轮循查找需要处理的事件。
[0053]步骤(3):STM32芯片与ZigBee节点通过串口 I进行通讯,ZigBee节点与采集器、控制器无线自组网通信。在ZigBee组网成功后,现场采集器、控制器数据经ZigBee节点传到STM32芯片。
[0054]步骤⑷:STM32芯片与边缘网关的CDMA无线数据终端通过串口 2进行通讯,CDMA无线数据终端与用户业务平台进行互联网连接,建立通讯链路。STM32芯片利用自身内核运行的程序周期检查该链路是否存在。
[0055]步骤(5):当链路存在,步骤(3)中采集器、控制器数据(例如采集器的温度、湿度,控制器设备的开、关状态))经由CDMA无线数据终端上报到用户业务平台。同时STM32芯片接收用户业务平台下发的控制命令(远程手动控制,修改控制器的值)、下发的手自动标志、下发的采集器限值,及下发的应用组态。当链路不存在,CDMA无线数据终端再次与用户业务平台建立连接。
[0056]步骤(6):STM32芯片与STM32 — PLC组态软件通过串口 4进行通讯。具体为:在步骤(3)中采集器数据(例如温度、湿度)不断通过串口 4传给STM32—PLC组态软件;步骤(5)中采集器的限值先与
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