光伏發電遠程無線監控系統設計

趙明冬，孫士儒，崔慶陽

（鄭州科技學院 電氣工程學院，河南 鄭州 450064）

本文旨在建立一種光伏電站監控設備的統一管理平臺，利用Zig Bee技術和RS-485總線技術實現電站設備的統一運行狀態監控和數據的集中管理，給運行人員、檢修人員、管理人員等提供全面、便捷、差異化的數據和服務。

1 系統硬件設計

本系統以STM32F103RBT6處理器為核心，通過I/O口采集傳感器信號，使用處理器內部的A/D轉換器將模擬量轉化為數字量，并通過Zig Bee發送給現場處理器，現場處理終端承擔基站的功能負責各個傳感器的數據匯總，再通過RS-485總線發送到遠程控制終端。光伏發電遠程無線監控系統結構圖1所示：

圖1 光伏發電遠程無線監控系統結構圖

光伏發電遠程無線監控系統的硬件可以分為三個部分：

（1）測控終端是光伏發電系統的最基本的終端設備，每個終端均配備Zig Bee通訊模塊、微控制器和相應的傳感器陣列。測控終端負責收集各個傳感器的測控數據，如溫度、濕度、風速、光照強度等，利用A/D轉換功能將傳感器節點數據進行模數轉換，以便進行進一步處理。

（2）現場處理終端在無線監控系統中相當于一個數據基站。測控終端把傳感器陣列中各個傳感器檢測到的測量信息打包處理，然后通過Zig Bee網絡將信息傳輸給現場預處理終端。現場預處理終端再把數據進行統一處理，通過RS-485總線匯總給遠程主機的監控軟件。現場預處理終端同時提取數據中的關鍵信息進行對比，若為警報信息則做出響應。同時現場預處理終端負責執行上層的控制命令、硬件保護和緊急情況處理，能接受遠程控制信息并轉換為相應的操作信息發送個終端執行。

（3）遠程監控終端的監控系統軟件負責提供用戶交互界面顯示參數信息并接受傳達設備進行遠程控制信息，響應報警信息。當光伏發電過程中的任何設備出現異常時，可以將信息及時反饋給監控人員，實現設備的遠程監控。遠程終端與測控終端之間采用RS-485總線進行通信。

2 .系統軟件設計

2.1 主控芯片軟件設計

本系統采用STM32F103RBT6作為終端的主控芯片。STM32F103系列是意法半導體（ST）公司的一款32位的基于Cortex-M3的ARM微控制器，其性能優越，接口豐富，在工業控制領域應用廣泛。終端設備的STM32F103RBT6通過UART串口與Zig Bee模塊連接。數據采集程序采集各個前端傳感器模塊的數據信息，將這些信息在傳輸之前進行預處理，去除冗余數據。數據發送程序負責將采集好的數據進行傳輸，將溫度、電壓、電流、配置等信息通過串口發送給Zig Bee模塊，通過Zig Bee模塊將數據匯總到各個現場處理終端。

2.2 Zig Bee模塊軟件設計

Zig Bee是一種基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網無線數據傳輸協議。Zig Bee以其近距離、低復雜度、自組織、低功耗、組網靈活等特點在自動控制和遠程控制領域應用十分廣泛。本系統采用CC2530工業級Zig Bee芯片，工作頻段2.4G，16個傳輸信道，可根據環境切換可靠的通信信道，可靠通信距離可達1300米，通信速率可達250kbps。既可構建點對點網絡，也可構建點對多的拓撲網絡。現場處理終端中的Zig Bee模塊起到Zig Bee協調器的作用，協調器根據所配置的物理信道主動掃描，選擇合適的物理信道和網絡號，建立起網絡。Zig Bee節點根據配置物理通道被動掃描，選擇合適的物理信道和網絡號并加入網絡。現場處理終端的Zig Bee模塊按照一定的頻率與各個Zig Bee節點進行通訊，節點按照預配置的網絡地址進行數據的發送和接收。

2.3 監控系統軟件

遠程監控終端利用STM32F103RBT6接收處理RS-485接收端接收到的數據，并通過串口發送給上位機的監控系統軟件進行進一步數據處理。監控系統軟件主要包括參數顯示、報警信息顯示和控制信號發送等函數操作。

3 結語

本系統可以實現數據的在線采集、短距離無線數據傳輸、數據融合以及遠程傳輸監控等功能。本系統具有網絡組建靈活、數據傳輸速率快、維護方便等優點。設備運維人員可以利用該系統隨時掌握光伏電站的運行情況，為提高光伏電站監控的靈活性、便捷度具有一定意義。

[1]馬駿.基于Zig Bee技術的嵌入式監控系統設計與實現[D].成都:電子科技大學,2010.