風、光、市電互補供電系統(tǒng)中現(xiàn)場信號檢測與傳輸?shù)难芯?/h1>
2016-03-04 00:32蔡大華
無線互聯(lián)科技 2015年5期
蔡大華
摘要：風力發(fā)電供電及光伏發(fā)電供電是新能源應(yīng)用的主要形式。風力及光伏發(fā)電受環(huán)境及氣候影響很大，如何實時、可靠測試現(xiàn)場風力、光照強度情況，將影響供電的可靠性及穩(wěn)定性。文章采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)供電環(huán)境內(nèi)重要參數(shù)的監(jiān)測；數(shù)據(jù)的遠程傳輸及顯示管理，可以及時了解設(shè)備運行狀況，實現(xiàn)盡快發(fā)現(xiàn)問題，采取措施，保證用電負載的正常工作，具有一定的實用價值。
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；新能源；監(jiān)控
1引言
隨著能源危機的日益嚴重，風力發(fā)電及光伏發(fā)電將成為新能源應(yīng)用的主要形式-。所謂“三電”是風力發(fā)電供電、光伏發(fā)電供電以及市電供電。在風光發(fā)電應(yīng)用系統(tǒng)中，風力及光伏發(fā)電受環(huán)境及氣候影響很大，影響供電的穩(wěn)定性及質(zhì)量。采用“三電”合一的供電方式，可以避免風力及光伏發(fā)電不能滿足供電要求時，能自動切入市電供電，從而保證用電負載的正常工作。
2系統(tǒng)組成方案
物聯(lián)網(wǎng)是新興智能技術(shù)的重要組成部分，物聯(lián)網(wǎng)就是基于互聯(lián)網(wǎng)的物與物之間相連接。本套系統(tǒng)是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)對“三電”的實時監(jiān)控和遠程控制，提高系統(tǒng)的可靠性。整套系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型，如圖l所示。
整個供電系統(tǒng)中需要采集一些參數(shù)，其中包括電壓、電流等，此外還要考慮光照強度及溫濕度對光伏及風力發(fā)電的影響。這些數(shù)據(jù)正常與否是供電運行是否良好的重要反映。對重要的運行數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控，就可以及時了解供電設(shè)備的運行狀態(tài)，在運行數(shù)據(jù)異常時能夠及時發(fā)現(xiàn)這些故障隱患，特別是早期發(fā)現(xiàn)，及早采取相應(yīng)的措施，可以減少維修成本，縮短停電時間，保障供電穩(wěn)定及安全，有很多經(jīng)濟及社會意義。
3主要內(nèi)容
設(shè)計一套具有控制結(jié)點自組網(wǎng)功能的監(jiān)控系統(tǒng)，控制結(jié)點能夠自動采集各項環(huán)境參數(shù)、電參數(shù)，通過自組網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)實時傳送系統(tǒng)后臺，控制結(jié)點可以通過數(shù)據(jù)共享實現(xiàn)自動控制相關(guān)供配電設(shè)備，也可借助后臺實時反控相關(guān)供配電設(shè)備。本套監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳送采用短距離、低功耗的ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，配套使用專用傳感器對供電環(huán)境中的溫濕度、光照、電壓等關(guān)鍵數(shù)據(jù)進行采集和傳輸，并且能夠進行智能的控制。系統(tǒng)的控制結(jié)點按照功能有：終端結(jié)點、路由結(jié)點、協(xié)調(diào)結(jié)點，所有結(jié)點核心芯片采用TI公司生產(chǎn)的CC2530，這款芯片是基于IEEE 802.15.4標準協(xié)議的2.4GHz的片上系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)按照終端結(jié)點、路由結(jié)點、協(xié)調(diào)結(jié)點順序鏈接，結(jié)構(gòu)如圖1。完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)顯示以及智能控制相應(yīng)設(shè)備的一系列功能。
用戶可以在ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)中的每個終端（路由）結(jié)點上根據(jù)需求選擇配置對應(yīng)的傳感器，例如：溫濕度傳感器、光照傳感器、交流電壓傳感器。在每個終端（路由）結(jié)點上還預留了一些用來日后方便擴展的接口，用戶可以更換各種傳感器以適應(yīng)各種實際需求，使用普通的電池供電（5號/7號電池），終端（路由）結(jié)點將傳感器采集到的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)據(jù)通信格式通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。
路由結(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中主要承當數(shù)據(jù)傳遞的功能。路由結(jié)點可以將終端結(jié)點的數(shù)據(jù)接力式地傳遞給協(xié)調(diào)結(jié)點。
協(xié)調(diào)結(jié)點是整個網(wǎng)絡(luò)的核心，它承擔著初始化網(wǎng)絡(luò)和建立網(wǎng)絡(luò)的責任。同時協(xié)調(diào)結(jié)點還需要向PC端上傳終端（路由）結(jié)點采集到的數(shù)據(jù)和向終端（路由）結(jié)點發(fā)送相應(yīng)的控制信號。本系統(tǒng)協(xié)調(diào)器選擇了串口轉(zhuǎn)USB接口與PC機連接，PC機上裝有CH340的驅(qū)動程序進行識別。協(xié)調(diào)結(jié)點提供兩個串口，其中一個串口連接Pc機，一個串口用于下載調(diào)試。
4顯示模塊
本系統(tǒng)顯示包含了兩部分：底層的LCD顯示和PC上的顯示。“三電”供電監(jiān)控、管理系統(tǒng)的終端（路由）傳感結(jié)點采集數(shù)據(jù)后，通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)出傳輸至協(xié)調(diào)結(jié)點上，并在LCD顯示，給調(diào)試帶來了方便，因此，在設(shè)計時，電源底板上預留單排7孔排座，用來接插LCD模塊。在LCD顯示中，因為每個結(jié)點都配備有LCD模塊，終端結(jié)點在顯示檢測數(shù)據(jù)的同時直接用英文顯示當前用戶用的接入狀態(tài)為哪一種。
5結(jié)語
本套系統(tǒng)中，采集了溫濕度、光照度和交流電壓。設(shè)計了這三項在供電監(jiān)控、管理中相對比較有代表性也較為重要的參數(shù)指標，對這三項進行采集、傳輸和顯示及器件的控制。在實際開發(fā)和應(yīng)用過程中，可以根據(jù)需要相應(yīng)添加或修改其它傳感器，并可以添加控制部分電路，完成對供電系統(tǒng)的自動控制。
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關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；新能源；監(jiān)控
1引言
隨著能源危機的日益嚴重，風力發(fā)電及光伏發(fā)電將成為新能源應(yīng)用的主要形式-。所謂“三電”是風力發(fā)電供電、光伏發(fā)電供電以及市電供電。在風光發(fā)電應(yīng)用系統(tǒng)中，風力及光伏發(fā)電受環(huán)境及氣候影響很大，影響供電的穩(wěn)定性及質(zhì)量。采用“三電”合一的供電方式，可以避免風力及光伏發(fā)電不能滿足供電要求時，能自動切入市電供電，從而保證用電負載的正常工作。
2系統(tǒng)組成方案
物聯(lián)網(wǎng)是新興智能技術(shù)的重要組成部分，物聯(lián)網(wǎng)就是基于互聯(lián)網(wǎng)的物與物之間相連接。本套系統(tǒng)是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)對“三電”的實時監(jiān)控和遠程控制，提高系統(tǒng)的可靠性。整套系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型，如圖l所示。
整個供電系統(tǒng)中需要采集一些參數(shù)，其中包括電壓、電流等，此外還要考慮光照強度及溫濕度對光伏及風力發(fā)電的影響。這些數(shù)據(jù)正常與否是供電運行是否良好的重要反映。對重要的運行數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控，就可以及時了解供電設(shè)備的運行狀態(tài)，在運行數(shù)據(jù)異常時能夠及時發(fā)現(xiàn)這些故障隱患，特別是早期發(fā)現(xiàn)，及早采取相應(yīng)的措施，可以減少維修成本，縮短停電時間，保障供電穩(wěn)定及安全，有很多經(jīng)濟及社會意義。
3主要內(nèi)容
設(shè)計一套具有控制結(jié)點自組網(wǎng)功能的監(jiān)控系統(tǒng)，控制結(jié)點能夠自動采集各項環(huán)境參數(shù)、電參數(shù)，通過自組網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)實時傳送系統(tǒng)后臺，控制結(jié)點可以通過數(shù)據(jù)共享實現(xiàn)自動控制相關(guān)供配電設(shè)備，也可借助后臺實時反控相關(guān)供配電設(shè)備。本套監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳送采用短距離、低功耗的ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，配套使用專用傳感器對供電環(huán)境中的溫濕度、光照、電壓等關(guān)鍵數(shù)據(jù)進行采集和傳輸，并且能夠進行智能的控制。系統(tǒng)的控制結(jié)點按照功能有：終端結(jié)點、路由結(jié)點、協(xié)調(diào)結(jié)點，所有結(jié)點核心芯片采用TI公司生產(chǎn)的CC2530，這款芯片是基于IEEE 802.15.4標準協(xié)議的2.4GHz的片上系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)按照終端結(jié)點、路由結(jié)點、協(xié)調(diào)結(jié)點順序鏈接，結(jié)構(gòu)如圖1。完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)顯示以及智能控制相應(yīng)設(shè)備的一系列功能。
用戶可以在ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)中的每個終端（路由）結(jié)點上根據(jù)需求選擇配置對應(yīng)的傳感器，例如：溫濕度傳感器、光照傳感器、交流電壓傳感器。在每個終端（路由）結(jié)點上還預留了一些用來日后方便擴展的接口，用戶可以更換各種傳感器以適應(yīng)各種實際需求，使用普通的電池供電（5號/7號電池），終端（路由）結(jié)點將傳感器采集到的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)據(jù)通信格式通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。
路由結(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中主要承當數(shù)據(jù)傳遞的功能。路由結(jié)點可以將終端結(jié)點的數(shù)據(jù)接力式地傳遞給協(xié)調(diào)結(jié)點。
協(xié)調(diào)結(jié)點是整個網(wǎng)絡(luò)的核心，它承擔著初始化網(wǎng)絡(luò)和建立網(wǎng)絡(luò)的責任。同時協(xié)調(diào)結(jié)點還需要向PC端上傳終端（路由）結(jié)點采集到的數(shù)據(jù)和向終端（路由）結(jié)點發(fā)送相應(yīng)的控制信號。本系統(tǒng)協(xié)調(diào)器選擇了串口轉(zhuǎn)USB接口與PC機連接，PC機上裝有CH340的驅(qū)動程序進行識別。協(xié)調(diào)結(jié)點提供兩個串口，其中一個串口連接Pc機，一個串口用于下載調(diào)試。
4顯示模塊
本系統(tǒng)顯示包含了兩部分：底層的LCD顯示和PC上的顯示。“三電”供電監(jiān)控、管理系統(tǒng)的終端（路由）傳感結(jié)點采集數(shù)據(jù)后，通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)出傳輸至協(xié)調(diào)結(jié)點上，并在LCD顯示，給調(diào)試帶來了方便，因此，在設(shè)計時，電源底板上預留單排7孔排座，用來接插LCD模塊。在LCD顯示中，因為每個結(jié)點都配備有LCD模塊，終端結(jié)點在顯示檢測數(shù)據(jù)的同時直接用英文顯示當前用戶用的接入狀態(tài)為哪一種。
5結(jié)語
本套系統(tǒng)中，采集了溫濕度、光照度和交流電壓。設(shè)計了這三項在供電監(jiān)控、管理中相對比較有代表性也較為重要的參數(shù)指標，對這三項進行采集、傳輸和顯示及器件的控制。在實際開發(fā)和應(yīng)用過程中，可以根據(jù)需要相應(yīng)添加或修改其它傳感器，并可以添加控制部分電路，完成對供電系統(tǒng)的自動控制。
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