基于浮動太陽能發電廠的NB-IOT數據采集系統設計*

沈超聰 吳佳 滿熊毅 賴材源

廣東水利電力職業技術學院自動化工程系 廣東 廣州 510920

1 NB-IOT數據采集系統設計

通過對傳統的光伏發電廠的數據采集系統需求功能深入分析，NB-IOT數據采集系統主要由NB-IOT傳感器監測及微處理移動監測平臺、不間斷電源系統、通訊數據服務端、實時數據顯示客戶端、PC客戶端、Android客戶端組成。

2 NB-IOT傳感器監測及微處理移動監測平臺核心功能

NB-IOT傳感器監測及微處理移動監測平臺核心功能可分為核心微處理系統、雙目視覺及激光雷達的定位導航系統、不間斷電源供電系統、遠程遙控驅動系統、NB-IOT數據傳輸及傳感器采集系統。核心微處理系統可實現對傳感器雙目視覺及激光雷達對移動機器人的路線導航移動進行實時處理提供服務存儲為NBIOT數據檢測到的數據進行傳輸服務；雙目視覺及激光雷達的定位導航系統可實現精準正確的巡檢路線導航；操作人員可以在遠程通過試試數據顯示客戶端觀察數據并通過PC客戶端，Android客戶端進行直接遠程操作還有傳感器信息采集操作[1]。

1.2 NB-IOT傳感器環境監測數據傳輸

該NB-IOT傳感器監測及微處理移動監測平臺能夠在操作人員的遠程操作指揮下，通過激光雷達及雙目視覺進行精準定位，對指定位置的環境進行實時環境監測，監測環境溫度、濕度、光照強度等信息，并將采集到的數據打包，傳輸到運營商基站，并通過MQTT數據傳輸到服務器上，從而使采集到的各項數據能夠實時通過服務器，被PC以及Android客戶端讀取并且顯示，并實時儲存在服務器上。操作人員可以通過Android客戶端還有PC客戶端，登錄服務器，控制移動光照平臺，通過攝像頭，監視環境情況，實時觀察現場周圍環境及作業情況，并能通過PC客戶端在出現設備故障及運行問題時指揮現場工作人員準確到達設備所在位置進行維修維護，記錄在案。移動平臺內置不間斷電源系統，內置電源可通過光伏發電進行設備供電，在沒有外接額外電源的情況下可保證其能連續穩定工作。

1.3 NB-IOT數據采集電路設計

該NB-IOT數據采集系統STM32處理器系統采用STM32C8T6芯片作為微處理器，包括①STM32F103C8T6處理器系統；②遠程服務器；③顯示屏模塊；④USB電源；⑤溫濕度度采集模塊；⑥光照度采集模塊；⑦NB-IOT模塊，通過其IO口連接各個模塊；USB供電模塊通過連接浮動太陽能管理系統為個模塊工作提供電源；光照度傳感器模塊檢測光照度強度，并將數據通過IIC接口傳到STM32處理器系統。溫濕度傳感器模塊檢測周圍的溫度和濕度，并將數據通過IIC接口傳到STM32處理器系統。

NB-IOT模塊接收處理器發來的數據，通過窄帶物聯網將數據上傳到服務器端，然后移動端連接服務器獲取數據，或直接在服務器端查看數據。

1.4 PC客戶端設計

操作人員通過PC客戶端，可以對移動監控平臺進行遠程控制操作，實時查看設備及環境狀態、對設備故障進行定位，以及傳感器數據采集，遠程與現場工作人員指揮作業等。用戶可通過內部管理賬號密碼進行登錄操作，PC客戶端設置了4大頁內容功能，分別是“設備故障管理頁”、“設備實時數據監控頁”、“操作管理頁”“設備管理監控頁”。

PC客戶端的“首頁”“操作”“數據管理”分用于相關功能頁面進入按鈕。在操作管理頁上，可對該系統的在線人數、設備數量、事件處理，以及信息進行操作處理，并可查看浮動太陽能發電廠設備的日發電量、月發電量、各個區域等的設備情況，例如所在區域，名稱，故障原因等信息；實時監控頁可查看監控設備所在環境中，該NB-IOT傳感器監測及微處理移動監測平臺，采集的設備環境溫度，設備環境光照強度、攝像頭拍攝到的實時環境等信息；點擊“故障數據管理”可對發電板故障進行相應處理登記。

2 應用情況

NB-IOT的數據采集系統通過窄帶物聯網以及相關數據傳輸模式，實現了客戶端遠程數據訪問及實時監控浮動太陽能發電廠運行情況，在實地測試中，實地環境的網絡穩定性，在不同區域不同時刻對于設備的穩定運行會有影響，具體表現為1000M寬帶的轉換的通信要高于4G網絡，而在4G網絡各區域的實際通信速率表現也不同，區域周圍信號干擾越少越好，4G網絡的表現可用但速率不盡如人意，相信5G普及后，在未來升級模塊改用5G模塊效果會更好[2]。

3 結束語

本文設計的基于浮動太陽能發電廠的NB-IOT的數據采集系統設計各部分的系統組成在海上浮動太陽能發電廠的環境及生產設備的監測具有靈活接入可靠傳輸的特性，代替了人工在海上浮動太陽能作業很多煩瑣的工作，簡化了工作流程。操作人員的PC客戶端操作頁面設計簡潔，使用方便，可實時查看環境監測溫濕度光照強度等數據，可實時進行監測數據傳輸，豐富傳統浮動太陽能發電廠的檢修管理模式。本設計具有一定的行業創新性，值得行業在浮動太陽能發電廠推廣使用。