清潔能源的無線數據網關技術

沈匯通，代克金，朱開建，周程波，李俊炳

深圳市拓邦自動化技術有限公司

清潔能源的無線數據網關技術

沈匯通，代克金，朱開建，周程波，李俊炳

深圳市拓邦自動化技術有限公司

1.技術領域

本課題研究涉及清潔能源直流監控系統的自動控制、無線通信領域技術。

2.技術背景

清潔能源，指在生產和使用過程、不產生有害物質排放的能源。可再生的、消耗后可得到恢復，或非再生的（如風能、水能、天然氣等）及經潔凈技術處理過的能源（如潔凈煤油等）。可再生能源不存在能源耗竭的可能，因此日益受到許多國家的重視，尤其是能源短缺的國家。如今由于技術的發展，清潔能源的利用效率越來越高，已經達到完全或部分取代傳統能源的效果。清潔能源的崛起，對相應的監控系統的要求也就越來越高，過去基于傳統能源設計的監控系統，基本上無法完全滿足清潔能源對監控系統的要求，且不適合于清潔能源系統的管理和日常運行。市場上迫切需要一款根據清潔能源的特點進行量身定做的監控系統。通過該系統，更全面的掌握清潔能源的產生效率、使用效率，更方便的統計清潔能源的相關數據，更準確的反應清潔能源優勢，更專業的管理和維護清潔能源系統。

該技術方案組成的清潔能源系統，即可以是新建站點，也可以是根據工程現場的實際情況，在原來的設施基礎上進行自動化改建，增加光伏供電電源和具有無線聯網功能的遠程通信終端設備，實現對所有節點點的遠程管理和自動運行，以使設備在無人值守的情況下自動運行和自我診斷的一套系統。

無線數據終端與無線數據網關相結合。可實現本地自動控制和遠程組網監控。目前所有廠家的直流監測系統都不具備無線通信和遠程組網功能。

3.研究技術

解決的技術問題在于，針對太陽能、風能等清潔能源項目，由于占地面積廣，建立和維護系統需要投入很高的人力成本，勞動強度高，而且純人工判斷控制缺乏穩定性和可靠性，鋪設電纜費用高昂，且故障率高。現有技術的清潔能源系統的運行狀況確乏遠程監控和故障診斷能力，需配備專業人員定期巡視和檢修，沒有集中化管理，響應速度慢，查找問題困難。

本技術主要解決以下幾點技術問題：

1）清潔能源終端設備數量眾多，占地廣，終端使用無線方案，無線網關要接收無線終端的數據，并集中發送給后臺中心服務器。

2）無線網關同時還需要將中心服務器的控制命令、數據更新命令發送到指定的控制終端。

3）無線網關既要有傳統的網絡數據接口，又要有ZIGBEE無線數據接口。

4.技術原理

無線數據網關由帶ARM主CPU處理器的主板、帶RS485串口、網口、USB接口的主通信板，和ZIGBEE無線通信模塊組成。

主CPU板負責數據處理，與串口、網口、USB接口、無線通信模塊進行數據交換；

ZIGBEE無線通信模塊通過RS485串口將數據傳入主CPU板，同時主CPU板也會將軟件指定的數據通過RS485發送到無線通信模塊；

主CPU板與中心服務器的數據通信通過網口進行；

主CPU板的配置文件，程序文件，歷史數據通過USB接口與U盤等存儲設備進行交互。

5.技術創新特點

本技術無線數據網關屬于一個新產品，其無線模塊通信距離遠，功耗低，信號穩定，成本低廉。

當前市場上的無線大多使用2G、3G或WIFI網絡進行通訊，一個是成本高，一個是受無線網絡信號強度的限制。

WIFI網絡信號容易受到干擾，而我們使用一種應用于工業無線組網的網絡設備ZIGBEE，能夠根據需要，自動組成無線網絡，價格比現在的任何無線組網模式更低，抗干擾性強，功耗低，傳輸距離遠，完美解決了市場的需求。

當前市場上暫時沒有無線數據網關類似概念的產品，通過我們的無線數據網關，使得系統能夠接入的無線終端的數量成倍增長，而費用并沒有提高太多。

無線通信模塊接收到終端模塊的無線信號，將其通過RS485串口發送到主CPU板，主CPU板經過處理后，通過網口將其發送到中心服務器，同時將重要數據存入USB接口所接的存儲設備。

當網口接收到中心服務器的數據請求或控制命令，主CPU板中運行的處理程序會第一時間處理，處理過的數據通過485串口發送給無線通信模塊，再發送到無線控制終端；如果中心服務器需要的是歷史數據，處理程序就會訪問USB接口的存儲設備，將歷史數據整理好后通過網口發送給中心服務器。