趙明冬，孫士儒，崔慶陽

（鄭州科技學(xué)院 電氣工程學(xué)院，河南 鄭州 450064）

本文旨在建立一種光伏電站監(jiān)控設(shè)備的統(tǒng)一管理平臺，利用Zig Bee技術(shù)和RS-485總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)電站設(shè)備的統(tǒng)一運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)的集中管理，給運(yùn)行人員、檢修人員、管理人員等提供全面、便捷、差異化的數(shù)據(jù)和服務(wù)。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以STM32F103RBT6處理器為核心，通過I/O口采集傳感器信號，使用處理器內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并通過Zig Bee發(fā)送給現(xiàn)場處理器，現(xiàn)場處理終端承擔(dān)基站的功能負(fù)責(zé)各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)匯總，再通過RS-485總線發(fā)送到遠(yuǎn)程控制終端。光伏發(fā)電遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1所示：

圖1 光伏發(fā)電遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

光伏發(fā)電遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng)的硬件可以分為三個(gè)部分：

（1）測控終端是光伏發(fā)電系統(tǒng)的最基本的終端設(shè)備，每個(gè)終端均配備Zig Bee通訊模塊、微控制器和相應(yīng)的傳感器陣列。測控終端負(fù)責(zé)收集各個(gè)傳感器的測控?cái)?shù)據(jù)，如溫度、濕度、風(fēng)速、光照強(qiáng)度等，利用A/D轉(zhuǎn)換功能將傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，以便進(jìn)行進(jìn)一步處理。

（2）現(xiàn)場處理終端在無線監(jiān)控系統(tǒng)中相當(dāng)于一個(gè)數(shù)據(jù)基站。測控終端把傳感器陣列中各個(gè)傳感器檢測到的測量信息打包處理，然后通過Zig Bee網(wǎng)絡(luò)將信息傳輸給現(xiàn)場預(yù)處理終端?，F(xiàn)場預(yù)處理終端再把數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理，通過RS-485總線匯總給遠(yuǎn)程主機(jī)的監(jiān)控軟件?，F(xiàn)場預(yù)處理終端同時(shí)提取數(shù)據(jù)中的關(guān)鍵信息進(jìn)行對比，若為警報(bào)信息則做出響應(yīng)。同時(shí)現(xiàn)場預(yù)處理終端負(fù)責(zé)執(zhí)行上層的控制命令、硬件保護(hù)和緊急情況處理，能接受遠(yuǎn)程控制信息并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的操作信息發(fā)送個(gè)終端執(zhí)行。

（3）遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的監(jiān)控系統(tǒng)軟件負(fù)責(zé)提供用戶交互界面顯示參數(shù)信息并接受傳達(dá)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制信息，響應(yīng)報(bào)警信息。當(dāng)光伏發(fā)電過程中的任何設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，可以將信息及時(shí)反饋給監(jiān)控人員，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控。遠(yuǎn)程終端與測控終端之間采用RS-485總線進(jìn)行通信。

2 .系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 主控芯片軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用STM32F103RBT6作為終端的主控芯片。STM32F103系列是意法半導(dǎo)體（ST）公司的一款32位的基于Cortex-M3的ARM微控制器，其性能優(yōu)越，接口豐富，在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。終端設(shè)備的STM32F103RBT6通過UART串口與Zig Bee模塊連接。數(shù)據(jù)采集程序采集各個(gè)前端傳感器模塊的數(shù)據(jù)信息，將這些信息在傳輸之前進(jìn)行預(yù)處理，去除冗余數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)發(fā)送程序負(fù)責(zé)將采集好的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，將溫度、電壓、電流、配置等信息通過串口發(fā)送給Zig Bee模塊，通過Zig Bee模塊將數(shù)據(jù)匯總到各個(gè)現(xiàn)場處理終端。

2.2 Zig Bee模塊軟件設(shè)計(jì)

Zig Bee是一種基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)無線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。Zig Bee以其近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、組網(wǎng)靈活等特點(diǎn)在自動控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。本系統(tǒng)采用CC2530工業(yè)級Zig Bee芯片，工作頻段2.4G，16個(gè)傳輸信道，可根據(jù)環(huán)境切換可靠的通信信道，可靠通信距離可達(dá)1300米，通信速率可達(dá)250kbps。既可構(gòu)建點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，也可構(gòu)建點(diǎn)對多的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場處理終端中的Zig Bee模塊起到Zig Bee協(xié)調(diào)器的作用，協(xié)調(diào)器根據(jù)所配置的物理信道主動掃描，選擇合適的物理信道和網(wǎng)絡(luò)號，建立起網(wǎng)絡(luò)。Zig Bee節(jié)點(diǎn)根據(jù)配置物理通道被動掃描，選擇合適的物理信道和網(wǎng)絡(luò)號并加入網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場處理終端的Zig Bee模塊按照一定的頻率與各個(gè)Zig Bee節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊，節(jié)點(diǎn)按照預(yù)配置的網(wǎng)絡(luò)地址進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。

2.3 監(jiān)控系統(tǒng)軟件

遠(yuǎn)程監(jiān)控終端利用STM32F103RBT6接收處理RS-485接收端接收到的數(shù)據(jù)，并通過串口發(fā)送給上位機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)軟件進(jìn)行進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理。監(jiān)控系統(tǒng)軟件主要包括參數(shù)顯示、報(bào)警信息顯示和控制信號發(fā)送等函數(shù)操作。

3 結(jié)語

本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的在線采集、短距離無線數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)融合以及遠(yuǎn)程傳輸監(jiān)控等功能。本系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)組建靈活、數(shù)據(jù)傳輸速率快、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。設(shè)備運(yùn)維人員可以利用該系統(tǒng)隨時(shí)掌握光伏電站的運(yùn)行情況，為提高光伏電站監(jiān)控的靈活性、便捷度具有一定意義。

[1]馬駿.基于Zig Bee技術(shù)的嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].成都:電子科技大學(xué),2010.