工业无线有线双模遥控装置及遥控方法
阅读说明：本技术 工业无线有线双模遥控装置及遥控方法 (Industrial wireless wired dual-mode remote control device and remote control method ) 是由 白雪峰 郭学坤 贾贵青 刘刚 刘佳 高达 刘海龙 袁海东 姜亚先 邬阳 杨乾辰 于 2021-07-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及工业无线有线双模遥控装置及遥控方法,包括有线无线发射控制终端和无线接收控制终端；有线无线发射控制终端包括发射端供电电路、发射端微处理器、按键采集单元、ADC采集单元、有线通信单元和无线通信单元；无线接收控制终端包括接收端供电电路、接收端微处理器、无线接收单元、数据输出单元；无线通信单元和无线接收单元采用LORA扩频通信技术。本发明可采用有线通信方式也可采用无线通信方式,在无线无法作用的环境中,可无缝切换至有线模式,保证生产不间断进行。同时利用LORA无线扩频技术,通过扩频把信号扩展到带宽较宽的噪声中,获得扩频增益,功耗低,抗干扰能力强,透传能力强,大大提高在工业环境中的应用稳定性与通信距离。(The invention relates to an industrial wireless wired dual-mode remote control device and a remote control method, comprising a wired wireless transmitting control terminal and a wireless receiving control terminal; the wired and wireless transmission control terminal comprises a transmitting terminal power supply circuit, a transmitting terminal microprocessor, a key acquisition unit, an ADC acquisition unit, a wired communication unit and a wireless communication unit; the wireless receiving control terminal comprises a receiving end power supply circuit, a receiving end microprocessor, a wireless receiving unit and a data output unit; the wireless communication unit and the wireless receiving unit adopt the LORA spread spectrum communication technology. The invention can adopt a wired communication mode and a wireless communication mode, can seamlessly switch to a wired mode in the wireless non-functional environment, and ensures that the production is carried out continuously. Meanwhile, the LORA wireless spread spectrum technology is utilized, signals are spread to noise with wider bandwidth through spread spectrum, spread spectrum gain is obtained, power consumption is low, the anti-interference capability is strong, the transparent transmission capability is strong, and the application stability and the communication distance in the industrial environment are greatly improved.)
技术领域
本发明涉及电子、无线通信及遥控设备领域，特别涉及一种应用于工业无线有线双模遥控装置及遥控方法。
背景技术
在工业控制领域，特别是工程机械，很多时候都需要对设备进行实时的远程操作，比如大量电磁阀配合的机械动作，电液控制装置，有些机械设备对操作的线性度还提出了特别的要求，所以模拟量的控制需求也越来越多，比如混凝土湿喷机、混凝土泵车、高空作业车、拱架台车等都是多关节的臂架结构。
目前多数企业普遍采用的控制方法大都采用人工操作台控制、有线遥控控制和无线遥控控制三种方法。
人工操作台控制，即操作人台，站立或者坐在设备周围或者设备上固定的位置对设备进行操作，由于人员不可走动，视线受限，操作效率不高，并且人员距离设备工作区域较近或者直接置身于设备工作区域中，非常危险。
有线遥控控制，也称有线遥控器，遥控控制的距离取决于遥控电缆的长度，控制效率很高，但是由于现场的地形往往比较复杂，而且电缆的长度有限，并且电缆需要在地面拖拽，存在安全隐患。
无线遥控控制，即使用无线遥控器对设备进行操作控制，避免了前面两种操作方式的人员不可走动，视线受限及电缆对遥控距离的限制，遥控效率非常高，但是目前很多遥控都为红外、蓝牙、WIFI或者2.4G射频通信。这有一种遥控方式要么通信距离比较短，要么抗干扰能力相对较差，尤其在工业领域，由于涉及到高度安全操作，很多时候工作场景对信号质量的要求较高，单独使用无线遥控，一旦发生无线通信故障，有很大可能发生事故，造成重大损失。而且也因此无法保障工程进度。由于工业工程中对生产进度的连续性要求较高，目前虽然存在LORA无线射频通信模块或者终端，但大多数都用作数传电台，针对工业领域，特别是工程机械的控制领域还比较少，而且其中对实时性及安全性也不一定做到全面兼顾。
基于此，做出本申请。
发明内容
为了解决工业控制领域中采用上述现有技术对设备或机械进行操作带来的弊端，本发明提供了一种工业无线有线双模遥控装置及遥控方法，兼具有线通信和无线通信方式，在无线无法作用的环境中，可无缝切换至有线模式，保证生产不间断进行。同时采用LORA无线通信，通过扩频传输方式，抗干扰能力强，透传能力强，大大提高本发明在工业环境中的应用稳定性与通信距离。
其中工业无线有线双模遥控装置，包括有线无线发射控制终端和无线接收控制终端；所述有线无线发射控制终端包括发射端供电电路、发射端微处理器、与发射端微处理器的输入端相连的按键采集单元和ADC采集单元、以及与发射端微处理器的输出端相连的有线通信单元和无线通信单元；所述发射端微处理器将按键采集单元的输入信号与ADC采集单元采集的数据进行处理后打包成数据包，控制无线通信单元和有线通信单元传输数据包信号；所述无线接收控制终端包括接收端供电电路、接收端微处理器、与接收端微处理器的输入端相连的无线接收单元、以及与接收端微处理器的输出端相连的数据输出单元；所述无线接收单元将从无线通信单元接收到的数据包传输至接收端微处理器，接收端微处理器将数据包校验无误后，发送至数据输出单元供外部设备使用。
本发明提供了一种优选方案，所述发射端微处理器包括芯片U3A、U3B、U3C以及通信状态指示单元，通信状态指示单元包括STATUS LED灯及电阻R2，U3B的脚175与通信状态指示单元LED连接。
本发明提供了一种优选方案，所述发射端供电电路包括发射端线性稳压单元；所述发射端线性稳压单元包括芯片U1、U2、U5、场效应管Q1、Q2、电容C1、C2、C3、C4、C33、C34、电阻R1、R2、R21、R22、R23、二极管D1、D3、D4、D5、D6、D7、电感L1、L2；所述发射端线性稳压单元包括防反接模块，当电源正负极性接反时，Q1截止，供电电路不工作，当电源正负连接正确时Q1导通，电源依次经过U5、U1、U2从24V逐步降至12V、5V和3.3V，其中5V电压为无线通信单元和有线通信单元供电，3.3V电压为发射端微处理器供电。
本发明提供了一种优选方案，所述按键采集单元包括BT1～BT9及EM，分别与发射端微处理器U3A及U3B的引脚139～147、150～153、112连接，所述发射端微处理器不断循环对按键状态进行扫描。
本发明提供了一种优选方案，所述ADC采集单元包括电阻R10～R17，霍尔手柄JS1～JS4，JS1与发射端微处理器U3A的引脚19、24连接，JS2与发射端微处理器U3A的引脚25、26连接，JS3与发射端微处理器的第27、28引脚连接，JS4与发射端微处理器U3A的引脚32、33连接。
本发明提供了一种优选方案，所述有线通信单元包括U4芯片、电容C31、电阻R9及二极管D2，U4的1、4脚分别与发射端微处理器U3A的123、122引脚相连接。
本发明提供了一种优选方案，所述无线通信单元包括WL芯片，WL的1、2、3、4、5脚分别与发射端微处理器U3A脚119、120、121、117、118连接。
其次，上述工业无线有线双模遥控装置的遥控方法，其特征在于，包括如下：
步骤一、有线无线发射终端对按键采集单元以及ADC采集单元的信号量进行采集；
步骤二、发射端微处理器获得采集到的数据后将数据进行编码加密，再进行打包；
步骤三、发射端微处理器将打包后的数据通过数据总线传输至有线通信单元与无线通信单元进行发送；
步骤四、检测有线通信单元、无线通信单元、无线接收单元数据传输是否正常；
若检测到有线通信单元未连接数据接收的设备，发射端微处理器则将有线发射任务挂起，命令无线通信单元将数据通过无线发送；
若检测到有线数据传输正常，则将无线发射任务挂起，命令有线通信单元将数据通过有线传输；
若检测到无线通信单元的无线数据发送出现故障，导致无线接收控制终端无法正常接收到无线发射控制终端传输过来的数据时，无线接收控制终端则根据心跳信号对两终端进行通信状态判断，一旦心中丢失，无线接收控制终端则立即清除向数据输出单元传送的所有数据，并发出一个紧急停止信号，使后级设备对此信号进行停机处理的紧急操作；
步骤五、无线接收控制终端接收到无线数据后，对数据进行解码处理；
步骤六、接收端微处理器将无线接收单元解码后的数据进行校对；
步骤七、接收端微处理器将校对正确的数据传送到数据输出单元，供外部设备使用。
本发明提供了一种优选方案，所述遥控数据由2bytes地址段，1btye频段段，16bytes数据段，2bytes校验段及1byte心跳段组成。
与现有技术相比，本发明能实现如下技术效果：
(1)本发明可采用有线通信方式也可采用无线通信方式，在无线无法作用的环境中，可无缝切换至有线模式，保证生产不间断进行。
(2)本发明利用LORA无线扩频技术，通过扩频把信号扩展到带宽较宽的噪声中，获得扩频增益，功耗低，抗干扰能力极强，透传能力极强，大大提高了本发明在工业环境中的应用稳定性与通信距离。
(3)本发明无线数据通过加密方式传输，并在其中添加心跳信号，有线与设备，无线与无线之间都有心中检测机制，增加系了系统控制的安全性，可实现安全且超远距离的工业遥控。特别适用于工业领域的无线通信方案，具有非常好的推广价值。
附图说明
图1本发明工业无线有线双模遥控装置的结构框图；
图2本发明工业无线有线双模遥控装置发射端微处理器的原理图；
图3本发明工业无线有线双模遥控装置发射端供电电路的原理图；
图4本发明工业无线有线双模遥控装置有线通信单元的原理图；
图5本发明工业无线有线双模遥控装置无线通信单元的原理图；
图6本发明工业无线有线双模遥控装置按键采集单元的原理图；
图7本发明工业无线有线双模遥控装置ADC采集单元的原理图；
图8本发明工业无线有线双模遥控装置接收端微处理器的原理图；
图9本发明工业无线有线双模遥控装置接收端供电电路的原理图；
图10本发明工业无线有线双模遥控装置无线接收单元的原理图；
图11本发明工业无线有线双模遥控装置数据输出单元的原理图；
图12本发明工业无线有线双模遥控控制方法原理框图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各电路的连接关系及各部分的作用及工作原理作进一步说明，以便本领域技术人员对本发明的构思及技术方案有更完整深入的理解。
请参阅图1，本实施例的工业无线有线双模遥控装置，包括由发射端微处理器分别与线性稳压单元、按键采集单元、ADC采集单元、无线通信单元、有线通信单元连接组成有线无线发射控制终端；由接收端微处理器分别与线性稳压单元，无线接收单元，数据输出单元组成无线接收控制终端。
有线无线发射控制终端：
请参阅图2，所述发射端微处理器由芯片U3(包括U3A、U3B、U3C)及相关外围电路元器件电容C6、C7、C9～C30、C35，电阻R4～R8、R24，晶振X1、X2组成。
请参阅图3，发射端线性稳压单元由芯片U1、U2、U5、场效应管Q1、Q2、电容C1～C4、C33、C34、电阻R1、R2、R21～R23、二极管D1、D3、D4～D7、电感L1、L2组成。
请参阅图4，有线通信单元包括U4、C31、R9及D2，U4的1、4脚与微处理器的123、122引脚相连接构成。
请参阅图5，无线通信单元包括WL芯片，由WL的1、2、3、4、5脚分别与发射端微处理器U3A脚119、120、121、117、118连接构成无线通信单元。发射端微处理器/接收端微处理器与5路编码开关连接，可对无线通信单元/无线接收单元的通信信道进行设置，其中发射端微处理器的96、97、98、99、100与编码开关的6、7、8、9、10引脚连接，无线接收控制终端的连接原理相同。
请参阅图6，按键采集单元由JP1通信排线连接至外部开关，包括BT1～BT9及EM，与微处理器U3A及U3B的引脚139～147、150～153、112连接构成。
请参阅图7，ADC采集单元由电阻R10～R17，霍尔手柄JS1～JS4，JS1与发射端微处理器的第19、24引脚连接，JS2与发射端微处理器的第25、26引脚连接，JS3与发射端微处理器的第27、28引脚连接，JS4与发射端微处理器的第32、33引脚连接构成。
无线接收控制终端：
请参阅图8，接收端微处理器也由U1(包括U3A、U3B、U3C)及多个电容电阻、晶振构成。接收端微处理器与发射端微处理器连接方法相同，只是标号不同，微处理器型号为STM32F429IGT6。
请参阅图9，接收端线性稳压单元由场效应管Q1，芯片U2、U3，电阻R3、R8，电容C6、C7、C9、C10，电感L1，二极管D1、D6构成。
请参阅图10，无线接收单元包括WL芯片，WL的1、2、3、4、5脚分别与接收端微处理器U3A脚117、118、120、121、119连接构成。无线接收控制终端由无线接收单元接收命令，通信校验解码无线信号，将数据传送至接收端微处理器进行进一步的数据校对及分包处理；无线接收单元与无线通信单元相同，均使用为现有技术，采用无线通讯模块，型号为：SX1278。
请参阅图11，数据输出单元包括U4、C8、R17及D9，由U4的第1、4脚与接收端微处理器U3A的第123、122脚连接构成，原理与有线无线发射控制终端的有线通信单元相同。
请参阅图12，本实施例工业无线有线双模遥控装置的遥控方法，使用上述工业无线有线双模遥控装置来实现有线无线发射控制终端与无线接收控制终端之间的命令传送，或者直接由有线无线发射控制终端与外部设备连接进行直接命令传送。具体包含：
步骤一、有线无线发射终端对按键采集单元以及ADC采集单元的信号量进行采集；
步骤二、发射端微处理器获得采集到的数据后将数据进行编码加密，再进行打包；
步骤三、发射端微处理器将打包后的数据通过数据总线传输至有线通信单元与无线通信单元进行发送；
步骤四、检测有线通信单元、无线通信单元、无线接收单元数据传输是否正常；
若检测到有线通信单元未连接数据接收的设备，发射端微处理器则将有线发射任务挂起，命令无线通信单元将数据通过无线发送；
若检测到有线数据传输正常，则将无线发射任务挂起，命令有线通信单元将数据通过有线传输；
若检测到无线通信单元进行无线数据发送出现故障，导致无线接收控制终端无法正常接收到无线发射控制终端传输过来的数据时，无线接收控制终端则根据心跳信号对两终端进行通信状态判断，一旦心中丢失，无线接收控制终端则立即清除向数据输出单元传送的所有数据，并发出一个紧急停止信号，使后级设备对此信号进行停机处理的紧急操作；
步骤五、无线接收控制终端接收到无线数据后，对数据进行解码处理；
步骤六、接收端微处理器将无线接收单元解码后的数据进行校对；
步骤七、接收端微处理器将校对正确的数据传送到数据输出单元，供外部设备使用。
以上内容是结合本发明的优选实施方式对所提供技术方案所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
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