一种数字化远控中间设备

技术领域

本发明涉及电器数字化技术领域，尤其涉及一种数字化远控中间设备。

背景技术

随着数字化农村建设的推进，数字技术与农业产业体系、生产体系、经营体系加快融合，农业生产经营数字化转型取得明显进展，管理服务数字化水平明显提升，农业数字经济比重大幅提升，乡村数字治理体系日趋完善，农业数字化已经是势在必行的大趋势。

但我国农业生产传统的电器设备大部分特别是老旧设备都不具备数字化功能，如果把这些老旧设备淘汰或者进行技术改造势必造成极大的浪费，现有的方案中没有针对传统老旧设备进行统一改造的数字化设备。

发明内容

本发明提供一种数字化远控中间设备，用以解决现有技术中存在的缺陷。

本发明提供的数字化远控中间设备，包括：

设备机箱、保护电路模块、强电电路板和弱电电路板；

所述设备机箱用于封装所述保护电路模块、所述强电电路板和所述弱电电路板，并将被控设备与市电交流电源连结；

所述保护电路模块用于提供线路或所述被控设备的过载及短路保护；

所述强电电路板用于实现交流/直流电源转换及被控设备电源的通断；

所述弱电电路板用于被控设备信息的采集、通信及控制。

在一个实施例中，所述设备机箱包括机箱机壳、状态指示灯、电源开关、入接线端子排和出接线端子排；

所述状态指示灯包括电源指示灯和运行指示灯，所述电源指示灯用于显示电源的开闭状态，所述运行指示灯用于显示设备的运行状态；

所述电源开关启动、停止分别用于控制电源的通、断；

所述入接线端子排用于接入所述市电交流电源；

所述出接线端子排用于接入所述被控设备。

在一个实施例中，所述强电电路板包括交流/直流转换模块和远程控制电路；

所述交流/直流转换模块用于为所述被控设备提供交流供电、为本机提供直流电源以及为数据采集模块提供信号源；

所述远程控制电路用于控制所述被控设备与供电电源之间的闭合及断开。

在一个实施例中，所述保护电路模块具体用于对电路或电气设备发生的短路、严重过载及欠电压进行保护，并完成手动接触和分断电路功能。

在一个实施例中，所述弱电电路板包括数据采集模块、中央控制处理模块、物联网无线通信模块、电平匹配转换模块和北斗位置芯片；

所述数据采集模块用于采集和存储与所述被控设备电源相关的若干参数信息；

所述中央控制处理模块用于将所述数据采集模块输出的数据存储，并向所述数据采集模块、所述物联网无线通信模块和所述电平匹配转换模块提供控制命令；

所述物联网无线通信模块用于将所述中央控制处理模块存储的采集数据定时发送至云平台，并通过云平台或手机端下发远程控制设备通、断指令；

所述电平匹配转换模块用于将所述中央控制处理模块的输出电压与所述物联网无线通信模块的输出电压进行匹配；

所述北斗位置芯片用于接收北斗卫星发射信号，基于所述北斗卫星发射信号进行设备定位。

在一个实施例中，所述中央控制处理模块包括MCU主控电路，所述MCU主控电路的工作流程具体为：

控制所述数据采集模块的供电开关为所述数据采集模块进行供电，启动数据采集；

启动所述物联网无线通信模块进行无线通信；

将采集的数据传输至所述物联网无线通信模块进行无线发送至所述云平台。

本发明是在对非数字化设备不做任何改动的情况采用本发明作为数字化中间设备实现了传统设备的数字化升级改造。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的数字化远控中间设备的结构组成示意图；

图2是本发明提供的数字化远控中间设备的原理组成示意图；

图3是本发明提供的MCU主控电路、SIM卡芯片和数据采集电路引脚示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或数量或位置。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

针对现有方案中针对传统的设备无法实现统一的数字化改造方案，本发明提出一种数字化远控中间设备，如图1所示，包括：

设备机箱、保护电路模块、强电电路板和弱电电路板；

所述设备机箱用于封装所述保护电路模块、所述强电电路板和所述弱电电路板，并作为被控设备与市电电源的连结桥梁；

所述保护电路模块用于提供线路或所述被控设备的过载和短路保护；

所述强电电路板用于实现交流/直流电源转换及被控设备电源的通断；

所述弱电电路板用于被控设备信息的采集、通信及控制。

具体地，本发明提出的数字化远控中间设备结构上分为设备机箱、保护电路模块、强电电路板、弱电电路板四部分：设备机箱包括机箱机壳、状态指示灯(电源指示灯、运行指示灯)，电源开关(启动、停止)，接线排(入)、接线排(出)；功能是将各组成模块封装起来，并快速连结被控设备与220/380V交流电源。

本发明是在对非数字化设备不做任何改动的情况采用本发明作为数字化中间设备实现了传统设备的数字化升级改造。

基于上述实施例，所述设备机箱包括机箱机壳、状态指示灯、电源开关、入接线端子排和出接线端子排；

所述状态指示灯包括电源指示灯和运行指示灯，所述电源指示灯用于显示电源的开闭状态，所述运行指示灯用于显示设备的运行状态；

所述电源开关启动、停止分别用于控制电源的通、断；

所述入接线端子排用于接入所述市电交流电源；

所述出接线端子排用于接入所述被控设备。

其中，所述强电电路板包括交流/直流转换模块和远程控制电路；

所述交流/直流转换模块用于为所述被控设备提供交流供电、为本机提供直流电源以及为数据采集模块提供信号源；

所述远程控制电路用于控制所述被控设备与供电电源之间的闭合及断开。

其中，所述保护电路模块具体用于对电路或电气设备发生的短路、严重过载及欠电压进行保护，并完成手动接触和分断电路功能。

其中，所述弱电电路板包括数据采集模块、中央控制处理模块、物联网无线通信模块、电平匹配转换模块和北斗位置芯片；

所述数据采集模块用于采集和存储与所述被控设备电源相关的若干参数信息；

所述中央控制处理模块用于将所述数据采集模块输出的数据存储，并向所述数据采集模块、所述物联网无线通信模块和所述电平匹配转换模块提供控制命令；

所述物联网无线通信模块用于将所述中央控制处理模块存储的采集数据定时发送至云平台，并通过云平台或手机端下发远程控制设备通、断指令；

所述电平匹配转换模块用于将所述中央控制处理模块的输出电压与所述物联网无线通信模块的输出电压进行匹配；

所述北斗位置芯片用于接收北斗卫星发射信号，基于所述北斗卫星发射信号进行设备定位。

具体地，如图2所示，本发明所提供的数字化远控中间设备，从原理上分为8个功能模块组成：交流/直流转换模块、远程控制电路、数据采集、中央控制处理、物联网无线通信、电平匹配转换模块、保护电路及北斗位置芯片。

强电电路板包括远程控制电路、交流/直流转换两个功能模块电路。通过远程控制电路包括电流互感器、接触器。由云平台下行命令通过通信模块和MCU中央控制处理芯片接收后反馈给远控电路，再由接触器对被控设备进行远程通电、断电的控制。

弱电电路板包括数据采集、中央控制处理、物联网无线通信(SIM卡、通信天线)、电平匹配转换模块和北斗位置芯片，各模块从底层芯片入手进行一体化设计，集成在一块印制电路板。

交流/直流转换模块位于强电电路版中，用于为传统的被控设备提供交流供电；还用于供电电源与用电器之间的交流/直流电源转换，为本发明提供直流电源；还用于为数据采集模块提供信号源。

远程控制电路用于控制被控设备与供电电源间的闭合、断开。

数据采集电路用于采集直流信号的电压、电流、功率、继电器闭合时间、断开时间等采集并保存。具体地，采用SP3485芯片RXD连接485芯片的RO引脚、用TXD连接485芯片的DI引脚，用MCU的PA12引脚连接到RE、DE引脚，用于控制数据采集信号的接收与发送。

中央控制处理将数据采集模块输出的数据存储并提供数据采集模块、物联网无线通信模块及电平匹配转换模块的控制命令。

所述数据采集电路用于采集电流、电压数据并计算输出有功功率、无功功率、视在功率、电压电流有效值、功率因数。具体地，如图3所示，采用RN8302芯片IAP、IAN、IBP、IBN、ICP、ICN引脚连接电流互感器，VAP、VAN、VBP、VBN、VCP、VCN引脚连接电压互感器采集线路电流、电压数据，SDO引脚连接到MCU输出SPI串行数据，用MCU连接到SCSN、SCLK、SDI引脚，控制数据采集信号的接受与发送。

基于上述任一实施例，在一个实施例中，所述中央控制处理模块包括MCU主控电路，所述MCU主控电路的工作流程具体为：

控制所述数据采集模块的供电开关为所述数据采集模块进行供电，启动数据采集；

启动所述物联网无线通信模块进行无线通信；

将采集的数据传输至所述物联网无线通信模块进行无线发送至所述云平台。

其中，所述启动所述物联网无线通信模块进行无线通信，具体包括：

若判断为看门狗复位启动，则直接进入休眠状态等待RTC定时唤醒；

若判断为所述看门狗上电冷启动，则进行初始化配置，启动数据传输模块进行数据发送，待发送完成，自动进入低功耗休眠状态等待唤醒。

具体地，如图3所示，MCU主控电路采用ARM系列的STM32F072CBT6型芯片，采用48个引脚贴片封装，集成了高性能的ARM Cortex-M0 32位RISC内核(Reduced Instruction SetComputing)，工作频率高达48MHz，可工作在-40～+85℃温度范围内，电源范围在2.0～3.6V。

具体地，所述MCU采用3.3V外部供电，通过所述MCU的3、4引脚与32.768kHz外部无源晶振连接，用于唤醒MCU计时；所述MCU自带独立看门狗电路，采用内部低速(37kHz)时钟源，用于监视模块内部程序运行状态，防止程序跑飞；当系统正常工作时，所述MCU每隔28s输出一个脉冲给看门狗，若程序运行出现故障无法按时“喂狗”，看门狗电路将自动复位程序。所述MCU的主工作频率为2MHz，工作电流为200uA；

具体的工作流程如下：

(1)初始化感知模块：通过MCU的SENSORS_EN控制采集模块供电开关为采集模块供电，进行数据采集；

(2)启动4G无线通信模块EC20CEHCLG：启动后，判断为“看门狗”复位启动或冷启动，若是“看门狗”复位启动，则直接进入休眠状态等待RTC定时唤醒；若是上电冷启动，则进行初始化配置，启动数据传输模块进行数据发送，发送成功后，系统自动进入低功耗休眠状态等待唤醒；

(3)数据传输：通过MCU的RXD、TXD引脚将数据传输到4G无线通信模块进行数据进一步处理和无线发送；

(4)传输完毕：通过MCU的BEEP引脚相连的蜂鸣器提示NB-IoT无线通信模块成功传输数据至所述云平台。MCU给予PWRKEY高电平关机，断开供电开关

基于上述任一实施例，所述物联网无线通信模块的工作流程具体为：

获取上电信号后启动，通过异步串行通信协议接收所述MCU主控电路发送的采集数据；

由SIM卡进行身份验证后访问通信网络；

待所述采集数据处理完成后发送所述采集数据至数据接收及终端显示平台进行数据存储、展示和处理；

待所述采集数据传输完成，接收下电信号后进行模块关闭并切断供电。

具体地，如图3所示，物联网无线通信将中央控制处理模块存储的采集数据定时发送至云平台；具体地，物联网无线通信采用EC20R2.1 Mini PCle芯片，它是一款支持PCIExpress Mini Card标准接口的LTE模块；采用LTE 3GPP Rel.11技术，支持最大下行速率150Mbps和最大上行速率50Mbps；兼容现存的EDGE(2.5G)和GSM/GPRS网络,确保在缺乏3G和4G网络的偏远地区也正常工作；支持多路输入输出技术(MIMO)，改善通信质量；内嵌丰富的网络协议，集成多个工业标准接口，多种操作系统；

具体的工作流程如下：

(1)MCU控制EC20上电并启动，通过异步串行通信UART协议接收由MCU发送来的采集模块的数据；

(2)EC20通过VDD引脚上电，PWR引脚接收模块启动命令，通信模块进入工作状态，通过LTE_RXD、LTE_TXD引脚分别与MCU主控器RXD、TXD引脚连接，数据从主控电路MCU传送至EC20；

(3)SIM卡身份验证访问通信网络；

(4)EC20进行数据处理后发送到数据接收及终端显示平台进行数据存储、展示、分析和处理；

(5)数据传输完成，主控电路MCU控制EC20关闭并切断供电；

具体地，本设备采用SIM卡芯片通过SIM_VDD接受供电(供电方式同EC20)，SIM_SEL引脚直接连接到MCU对应的引脚，MCU通过控制该引脚高低电平切换使用SIM卡。SIM的SIM_VCC、SIM_DATA、SIM_RST、SIM_CLK分别连接L651模块对应引脚，SIM1_VCC、SIM_DATA、SIM_RST、SIM_CLK连接SIM卡的对应引脚控制实现4G通信；

电平匹配转换模块：将中央控制处理模块输出电源电压转换成与物联网无线通信模块匹配的电压。具体地，本设备采用SX1308芯片是一款固定频率,SOT23-6封装的电流模式升压变换器，具有1.2MHz的工作频率，外围电感电容可以选择更小的规格。内置软启动功能减小了启动冲击电流。

保护电路：在设备发生漏电故障时以及对有致命危险的人身触电保护，具有过载和短路保护功能，可用来保护线路或电动机的过载和短路。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。