远程数据采集与控制
远程I-O数据采集控制系统设计
遥程I-O数据采集控制系统设计随着现代科技的快速进步，越来越多的工厂和企业开始接受遥程I/O数据采集控制系统来管理和监测生产过程。
本文针对传统数据采集系统存在的一些问题和缺陷，提出了一种新的基于无线网络和STM32 MCU的遥程I/O数据采集控制系统设计方案。
起首，本文详尽介绍了系统的整体架构，并对其中的各个模块进行了详尽的设计和实现。
接着，通过对系统进行模拟和试验验证，证明了系统的可行性和好用性。
最后，本文对设计方案进行总结和评判，并提出了进一步的完善和优化方向。
关键词：遥程I/O、数据采集、控制系统、无线网络、STM32 MCU一、引言近年来，随着工业生产的不息进步和智能化的加强，越来越多的企业开始接受遥程I/O数据采集控制系统来监测和管理其生产过程。
相较于传统的数据采集系统，遥程I/O数据采集控制系统最大的优势在于其能够在遥程位置对生产过程进行实时监控和控制，从而保证了生产过程的准确性和高效性。
然而，传统的遥程I/O数据采集控制系统在实际应用中依旧存在许多问题和缺陷：1）传输方式单一，无法满足多样化的数据传输需求；2）数据传输不稳定，容易出现断电和丢包等问题；3）系统复杂度高，硬件部分实现难度大。
为了解决传统遥程I/O数据采集控制系统存在的问题，本文探究了一种基于无线网络和STM32 MCU的新型遥程I/O数据采集控制系统设计方案。
本文按照以下内容对系统进行详尽讲解。
二、系统设计2.1系统整体架构设计本文所设计的遥程I/O数据采集控制系统主要由三大模块构成：数据采集模块、数据传输模块和数据控制模块。
其中，数据采集模块主要负责对生产现场数据的采集和储存；数据传输模块主要负责将采集到的数据传输到控制中心；数据控制模块能够实现对生产现场的实时监测和控制。
2.2数据采集模块设计在数据采集模块中，本文主要使用了STM32 MCU作为控制核心，并借助了其自带的I/O口进行数据采集和存储。
详尽来说，数据采集模块分为两部分：采集端和存储端。
单片机远程监测系统中的传感器数据采集与处理
单片机远程监测系统中的传感器数据采集与处理随着物联网技术的快速发展，单片机远程监测系统在各个领域中的应用越来越广泛。
传感器数据的采集和处理是构建这种系统的关键部分，它为系统提供了实时、准确的环境和物体信息。
下面将详细介绍单片机远程监测系统中传感器数据采集和处理的流程和方法。
一、传感器数据的采集1. 传感器的选择与布置在单片机远程监测系统中，需要根据具体的监测需求选择合适的传感器类型，如温度传感器、湿度传感器、气体传感器等。
同时，根据具体的监测区域和要监测的对象选择传感器的布置位置，以确保能够准确地获取监测数据。
2. 传感器数据的采集电路设计传感器数据的采集需要使用适当的电路设计来进行信号转换和放大。
通常，需要使用模拟信号处理器、模数转换器和放大器等电路组件，将传感器输出的模拟信号转换为数字信号，并将其放大到适当的范围。
3. 数据采集程序的编写通过单片机控制器对传感器数据的采集进行编程。
需要根据具体的传感器类型和单片机型号选择合适的编程语言和开发环境，编写相应的数据采集程序。
在编程过程中，需要注意对数据进行校验和滤波，以提高数据的准确性和稳定性。
4. 采集周期的设置采集周期是指每隔一定时间采集一次传感器数据的时间间隔。
在设置采集周期时，需要根据具体的监测需求和传感器特性进行合理的选择。
较短的采集周期可以提供更实时的数据，但也会增加系统的负担和功耗。
二、传感器数据的处理1. 数据存储与传输采集到的数据需要进行存储和传输，以供远程监测和分析使用。
在存储方面，可以选择使用外部存储器、SD卡或者云存储等方式进行数据的持久化。
在传输方面，可以通过无线通信模块或者网络模块将数据发送到远程服务器或者云平台。
2. 数据处理算法的设计对于传感器数据的处理，可以根据监测需求设计相应的算法。
例如，对于温度传感器数据，可以进行温度补偿和异常检测等处理。
对于湿度传感器数据，可以进行湿度校正和露点计算。
对于气体传感器数据，可以进行气体浓度计算和环境质量评估等处理。
远程io模块的定义
远程io模块的定义
远程 I/O 模块的定义
远程 I/O 模块是一种用于实现远程数据采集和控制的设备。
它通常由硬件模块
和软件驱动程序组成，用于将外部传感器或执行器与远程计算机或控制系统连接起来。
该模块的主要功能是扩展远程设备的输入和输出，允许用户通过网络或其他通
信方式远程监测和控制这些设备。
远程 I/O 模块通常支持多种通信协议，如以太网、Wi-Fi、GSM、RS-232 等，以满足不同应用场景的需求。
远程 I/O 模块通常具有以下特点：
1. 高度可靠性：远程 I/O 模块采用工业级设计，具有良好的抗干扰能力和稳定性，以保证数据传输的可靠性和准确性。
2. 多种接口：远程 I/O 模块通常提供多个输入和输出接口，可以连接多种不同
类型的传感器和执行器，包括数字输入输出、模拟输入输出、继电器输出等。
3. 实时监测和控制：远程 I/O 模块能够实时监测和控制远程设备的状态，通过
网络或其他通信方式向用户提供及时的数据反馈和控制能力。
4. 灵活配置：远程 I/O 模块可以进行灵活的配置和定制，以适应不同应用场景
的需求。
用户可以根据需要选择不同的输入输出配置、通信协议和数据传输方式。
5. 安全性保障：远程 I/O 模块通常支持数据加密和身份验证等安全措施，确保
远程监控和控制的数据安全性。
远程I/O 模块广泛应用于工业自动化、智能家居、能源监测、环境监控等领域。
它为用户提供了快速、方便和可靠的远程监控和控制手段，有助于提高生产效率、降低成本并简化系统部署。
数据采集与监控系统
数据采集与监控系统数据采集与监控系统是一种用于收集、存储和分析数据的系统，它可以帮助用户实时监测和控制各种设备和系统的运行情况。
数据采集与监控系统可以应用于各个领域，如工业生产、能源管理、环境监测等。
一、系统概述数据采集与监控系统是基于现代信息技术和通信技术的综合应用系统，旨在实现对各种设备和系统的数据采集、存储、分析和控制。
系统主要包括以下几个组成部分：1. 传感器和仪器设备：用于采集各种数据，如温度、湿度、压力、流量等。
2. 数据采集设备：负责将传感器采集到的数据进行处理和传输，通常包括模拟信号转换、数字信号处理和通信接口等功能。
3. 数据存储和处理设备：用于存储和处理采集到的数据，通常包括数据库、服务器和计算机等。
4. 监控终端设备：用于实时监测和控制各个设备和系统的运行情况，通常包括显示屏、操作面板和控制器等。
5. 软件系统：提供数据采集、存储、分析和控制等功能的软件系统，通常包括数据采集软件、监控软件和分析软件等。
二、系统功能数据采集与监控系统具有以下几个主要功能：1. 数据采集功能：系统能够实时采集各种设备和系统的数据，并对数据进行预处理和转换，以便后续的存储和分析。
2. 数据存储功能：系统能够将采集到的数据存储到数据库或其他存储介质中，以便后续的查询和分析。
3. 数据分析功能：系统能够对采集到的数据进行分析和统计，以便用户了解设备和系统的运行情况，并进行故障诊断和预测。
4. 实时监控功能：系统能够实时监测各个设备和系统的运行情况，并及时报警和控制，以确保设备和系统的安全和稳定运行。
5. 远程控制功能：系统能够通过网络实现对远程设备和系统的监控和控制，用户可以通过互联网随时随地进行监控和控制操作。
三、系统特点数据采集与监控系统具有以下几个特点：1. 灵活性：系统能够适应不同领域和行业的需求，可以根据用户的具体要求进行定制和扩展。
2. 可靠性：系统采用先进的硬件和软件技术，具有高可靠性和稳定性，能够长时间稳定运行。
数据采集与监控(SCADA)开发及应用方案(一)
数据采集与监控（SCADA）开发及应用方案1. 实施背景随着工业4.0和中国制造2025的推进，传统的制造业正在经历一场由信息技术驱动的重大变革。
其中，数据采集与监控（SCADA）系统成为了实现产业自动化和智能化的重要工具。
本方案旨在从产业结构改革的角度，探讨SCADA系统的开发和应用。
2. 工作原理SCADA系统是基于计算机技术、网络通信技术及自动化控制技术的一套控制系统。
其工作原理是通过对现场数据进行实时采集、传输、存储和分析，实现对设备运行状态的监控和管理。
3. 实施计划步骤（1）需求分析：明确系统的需求，包括需要监控的设备、需要采集的数据、需要优化的工艺流程等。
（2）系统设计：根据需求分析结果，设计系统的架构、功能和界面。
（3）系统开发：依据设计文档，开发SCADA系统。
（4）系统测试：对开发完成的系统进行严格的测试，包括功能测试、性能测试及安全测试等。
（5）系统部署：将SCADA系统部署到现场，与设备连接，进行系统调试。
（6）运行维护：对系统进行日常的运行维护和升级。
4. 适用范围本方案适用于各种制造业领域，如石油、化工、钢铁、电力等。
通过SCADA系统的实施，企业可以实现生产过程的自动化、信息化和智能化，提高生产效率，降低运营成本。
5. 创新要点（1）采用云计算技术，实现数据的高效存储和计算。
（2）利用大数据分析技术，对生产数据进行深度挖掘，为决策提供数据支持。
（3）引入物联网技术，实现设备的远程监控和管理。
（4）采用人工智能技术，实现系统的智能预警和自动控制。
6. 预期效果通过SCADA系统的实施，企业可以预期达到以下效果：（1）提高生产效率：通过自动化控制和实时监控，可以提高设备的运行效率和产品质量。
（2）降低运营成本：通过对能源、物料等资源的优化管理，可以降低企业的运营成本。
（3）增强安全性：通过实时监控和预警，可以及时发现和处理设备故障和安全隐患，保障企业生产的安全性。
（4）提高决策效率：通过大数据分析和人工智能技术，企业可以更快地做出决策，提高决策效率。
掌握PLC的远程监控和远程控制功能
PLC可以与家庭安防系统相连，实现 对门窗、烟雾报警器、摄像头等设备 的远程监控和控制，确保家庭安全。
能源管理系统案例
能源数据采集
通过PLC的远程监控功能，能源管理系统可以实时采集各 种能源设备（如电表、水表、燃气表等）的数据，为能源 分析和优化提供支持。
能源设备控制
通过PLC的远程控制功能，能源管理系统可以对能源设备 进行远程操控，实现能源设备的自动化和智能化管理，提 高能源利用效率。
数据加密
对传输的数据进行加密处理，防止数 据在传输过程中被窃取或篡改。
防火墙保护
在远程监控和控制系统中设置防火墙 ，防止未经授权的访问和攻击。
日志记录
记录所有用户的操作日志，以便在出 现问题时进行追溯和排查。
04
CATALOGUE
实际应用案例分析
工业自动化生产线案例
01
远程监控
通过PLC的远程监控功能，生产线管理人员可以实时查看生产设备的运
实时状态块，实时监 测现场设备的运行状态，如电机启停 、阀门开度等。
参数实时监测
实时监测PLC内部的各种参数，如 CPU负载率、内存占用率、网络通信 状态等，确保PLC稳定运行。
故障诊断与报警机制
故障诊断
通过PLC的故障诊断功能，对现场设备出现的故障进行快速定位和诊断，提高 维修效率。
能源数据分析与优化
PLC采集的能源数据可以通过数据分析工具进行处理和分 析，帮助管理人员了解能源消耗情况，发现潜在的节能措 施和优化方案，降低企业运营成本。
05
CATALOGUE
挑战与解决方案
网络通信延迟问题
延迟原因
网络通信延迟主要由网络带宽限制、 数据传输量过大、网络拥堵等因素引 起。
如何使用LoRa进行远程数据采集和监控
如何使用LoRa进行远程数据采集和监控引言：随着物联网技术的快速发展，远程数据采集和监控在各行各业都具备了重要的意义。
而LoRa（Long Range）作为一种新兴的远程通信技术，因其低功耗、长距离通信和大规模连接的优势，成为很多应用场景下的首选。
本文将探讨如何使用LoRa进行远程数据采集和监控，希望能为读者提供一些有用的指导和参考。
一、LoRa技术简介LoRa技术是一种低功耗的远程无线通信技术，基于全球开放的ISM频段，以长距离、低功耗和广域网的特点而闻名。
它通过使用扩频调制和接收信号的可以达到非常低的信噪比，实现了远程数据传输和通信覆盖范围广的目标。
与传统的GPRS、3G和4G通信技术相比，LoRa具有更低的功耗和更高的传输距离，能够满足远程数据采集和监控的需求。
二、远程数据采集与传输1. 传感器和节点设备远程数据采集的第一步是选择合适的传感器和节点设备。
传感器负责将实际环境中的各种参数转换为电信号，如温度、湿度、压力等。
节点设备则负责收集传感器产生的数据，并通过LoRa技术将其传输到远程服务器或者云端平台。
2. LoRa通信模块LoRa通信模块是连接传感器和节点设备的重要组成部分。
它通过接收传感器产生的数据，并通过LoRa协议进行编码和压缩，实现数据的传输和通信。
LoRa通信模块具有低功耗、长距离和高抗干扰性的特点，能够在复杂的环境中稳定运行。
3. 网关和服务器在远程数据采集和监控系统中，网关和服务器起到桥梁的作用。
网关负责将从节点设备中采集到的数据通过互联网传输到服务器，而服务器则负责接收并处理这些数据，并提供相应的服务和功能，如数据存储、实时监控和远程控制等。
三、LoRa远程监控系统1. 数据传输与存储LoRa远程监控系统的核心是数据传输与存储。
通过LoRa技术，采集到的数据可以通过无线方式传输到远程服务器，实现实时监控和数据存储。
在服务器端，可以使用数据库等方式来存储和管理这些数据，以便后续的分析和处理。
SCADA燃气系统详细介绍
7
1、下位机
（1）下位机功能： ➢ 数据采集
下位机配置的各种输入设备（DI、AI等）进行数据采 集 ➢ 控制 下位机配置的各种输出设备（DO、AO等）对现场设 备进行控制 下位机接收上位机的监控，并且向上位机传输各种现 场数据
数据采集系统，它综合利用了计算机技术、控制技术、 通信与网络技术，完成了对测控点分散的各种过程或 设备的实时数据采集，本地或远程的自动控制，以及 生产过程的全面实时监控，并为安全生产、调度、管 理、优化和故障诊断提供必要和完整的数据及技术手 段。
3
SCADA是对分布距离远，生产单位分散的生产系统的一种数据 采集、监视和控制系统。
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2、上位机
（1）上位机组成： 上位机系统通常包括SCADA服务器、工
程师站、操作员站、WEB服务器等，这些设 备通常采用以太网联网。
实际的SCADA系统上位机系统到底如何 配置还是根据系统规模和要求而定。根据安全 性要求，上位机系统还可以实现冗余，即配置 两台SCADA服务器，当一台出现故障时，系 统自动切换到另外一台工作。
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客户机
请求 响应
服务器
图1.1 客户机／服务器结构
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如在SCADA系统中，当SCADA服务器向PLC 请求数据时，它是客户机，而当其他操作站向 SCADA服务器请求服务时，它就是服务器。 显然，这种结构可以充分利用两端硬件环境的 优势，将任务合理分配到客户端和服务器端来 实现。
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2、浏览器/服务器结构
PLC多作为SCADA系统的下位机。
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DCS 系统（集散控制系统），适用于测控点数 多、测控精度高、测控速度快的工业现场，其特 点是分散控制和集中监视，具有组网通讯能力、 测控功能强、运行可靠、易于扩展、组态方便、 操作维护简便，但系统的价格昂贵。
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RS-232 VS. RS-422/RS-485
标准
RS-232-C 单端输入
RS-422 差分输入
RS-485 差分输入
操作方式
驱动数目 接收数目 范围 最大数据传输率
1 组
1 组 15 米 20kbps 全双工 点对点
1 组
10 组 1200 米
32 组
32组 1200 米
10 Mbps 全双工 点对点
特性 – 2 Form A Output – 2 Form C Output – AC: 125V/0.6A; 250V/0.3A DC: 30V/2A; 110V/0.6A
H C
Form A (NO)
NC
NO C
Form C
Type of Relay
ADAM-4080D 计数 / 频率 输入模块 （带LED显示）
Feature/Model Resolution Input Channels Sampling Rate Isolation Voltage ADAM-4011 16 Bit 1 Diff. 10 Hz 3000 VDC
+ 15mV + 50mV + 100mV + 500mV + 1V + 2.5V + 20mA
DATA Communication Controller
Data Flow Control Logic
DATA
RS-485 Receiver/ Driver
DATA1+ DATA1 -
485网络和以太网的比较
标准工业现场总线 2线制，易于安装维护 多站结构，易于扩展 成本低廉 通讯距离长（1.2KM) 通讯速度低 协议开放，可自定义
+ B R GY
RS-485 多端下落式网络
可以简易地通过可定址方式来延伸I/O
RT
设备
RT
中继器
RX
Device 0
TX
RX
TX
RXTXRX来自TXDevice 31
Device 0
Device 31
32 驱动器 / 接收器
32 驱动器 / 接收器
安裝提示
汇流排的方式
带屏蔽的双绞线 讯号线的终端
ADAM-4018/+ 16 Bit 6 Diff & 2 SE 10Hz 3000 VDC
+ 15mV + 50mV + 100mV + 500mV + 1V + 2.5V + 20mA
ADAM-4013 16 Bit 1 Diff. 10 Hz 3000 VDC
--
AI
Voltage Input
RS-232 RS-485
ADAM-4520
DATA+ DATA-
Networking up to 4,000 feet Automatically Controls the Direction of Data Flow
ADAM-4520 vs. 一般转换器
ADAM-4520 Isolated
特性 数据流向控制 隔离 突波保护 电力需求 安裝方式 适用场合 RS-232/RS-485 Converter H/W Automatic Control
Current Input
Direct Sensor Input type
Thermocouple J, K, T, E, R, S, B
Thermocouple J, K, T, E, R, S, B
-Pt, Ni, Cu RTD
DI/O
Digital Input Channels Event Counter Digital Output Channels High/Low Alarm Settings
第3章 远程数据采集与控制
— 研华自动化产品
―ADAM-4000/6000
ADAM View
ADAM-4k/6k
RS485/Ethernet
ADAM-5000
内容安排
远程数据采集与控制方案
ADAM设备介绍
ADAM模块的编程开发及OPC-SERVER
ADAMView介绍及应用案例介绍
10 Mbps 半双工 Multi-drop
传送模式
两线传送
节省线材花费
简易安装及维护
DATA+ (Y)
主机 RS-485
Rt DATA- (G)
Rt
Power Supply +10 to +30 VDC
+ -
+Vs(R) GND(B) B R GY B R GY
Power Supply +10 to +30 VDC
ADAMView应用操作培训
实践与Q&A
内容安排
远程数据采集与控制方案
ADAM模块介绍
ADAM模块的高级语言编程
ADAMView介绍及应用案例介绍及
OPC-SERVER
ADAMView应用操作培训 实践与Q&A
常用的几种传输方法
Ethernet/RS485/422/232 profibus Simens Device net AB/OMRON modbus Modicon CAN
4013
4012
4011
RS-485 RS-485 Repeater
ADAM ADAM ADAM
RS-232 Isolated RS-232/RS-485 Converter
4060
4050
4021
Output
Output
Output
Relay Output
Digital I/O
mA V
ADAM-4520 隔离式 RS-232 到RS-485 转换器
高速总线中的事实标准 使用标准网络线，安装简便 多站结构，易于扩展 成本较高 通讯距离长(光纤2.5/15KM) (5类100M) 协议标准、开放
为什么使用工业以太网通讯？
工业控制的发展和需求:
1.向分布化、智能化控制方向发展 2.现有的现场总线满足不了需求 (CANBUS, RS485) 现场的数据采集设备，已经能够 把现场的数据采集和显示。可是如果 我在办公室，我的计算机连接在网络 上，我可以上网，可以轻松地查找我 想要的信息，可以方便地和别人交换 信息。可是…我却不能查看我的工厂 车间的现场数据。
D/I Channels (Input: 0~30V)
ADAM-4050
7
ADAM-4052
8
ADAM-4053
16
ADAM-4060
--
D/O Channels
(Open Collector)
8 --
-Yes(5000 Vrms)
---
4-Channel Relay Output Yes
Isolation
工业以太网的优点:
1. 实时性
采用快速交换式以太网技术,全双工通信、网速高
2. 透明的 TCP/IP协议 灵活、开放 3. 现场总线协议与Ethernet TCP/IP整合 (Modbus/TCP) 4. 资源共享:Cable,connector,switch,Software 5. 数据通信量大 6. 易于安装,兼容性好
研华远程自动化系统构成
内容安排
远程数据采集方案
ADAM模块介绍
ADAM模块的高级语言编程及OPCSERVER
ADAMView介绍及应用案例介绍 ADAMView应用操作培训 实践与Q&A
ADAM-4000 系列
模拟量 数字量
I/O 模块 (Analog I/O) I/O 模块 (Digital I/O) (Counter)
• 研华科技基于RS-485的产品 ADAM4000:
ADAM4000是单一模块，应用在分散、采集点数
较少的场合
ADAM5000/485:
ADAM5000/485有底板和插槽，可配用不同模
块，应用在整体分散、采集点数局部集中的场合
• 研华科技基于工业以太网的产品 ADAM6000:
ADAM6000是单一模块，应用在分散、采集点数较
1 Yes 2 Yes
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智能模拟量输出模块
ADAM-4021/ADAM-4024
可编程的输出范围: 0-20mA, 4-20mA or 0-10V 隔离电压: 3000VDC 可编程的输出斜率：0.0625～64V/sec. or
0.125～ 128mA/sec.
回转输出监控
RS-485 数据流控制
EN
EN
Rx
Enable Signal (RTS)
Receiver
DATA+
Command
Response
Dx
Driver
DATA-
ADAM RS-485 网络
RTD
Input
mV V mA
Input
Thermocouple mV V mA
Input
ADAM
ADAM
ADAM
数字量 I/O 接线图解
+Vs
+5VDC 10K Digital Input
Input Range: 0~30V
Digital Output
+ SSR AC
-
R2
Open Collector
Digital Input