清洁能源的无线数据网关技术

沈汇通，代克金，朱开建，周程波，李俊炳

深圳市拓邦自动化技术有限公司

清洁能源的无线数据网关技术

沈汇通，代克金，朱开建，周程波，李俊炳

深圳市拓邦自动化技术有限公司

1.技术领域

本课题研究涉及清洁能源直流监控系统的自动控制、无线通信领域技术。

2.技术背景

清洁能源，指在生产和使用过程、不产生有害物质排放的能源。可再生的、消耗后可得到恢复，或非再生的（如风能、水能、天然气等）及经洁净技术处理过的能源（如洁净煤油等）。可再生能源不存在能源耗竭的可能，因此日益受到许多国家的重视，尤其是能源短缺的国家。如今由于技术的发展，清洁能源的利用效率越来越高，已经达到完全或部分取代传统能源的效果。清洁能源的崛起，对相应的监控系统的要求也就越来越高，过去基于传统能源设计的监控系统，基本上无法完全满足清洁能源对监控系统的要求，且不适合于清洁能源系统的管理和日常运行。市场上迫切需要一款根据清洁能源的特点进行量身定做的监控系统。通过该系统，更全面的掌握清洁能源的产生效率、使用效率，更方便的统计清洁能源的相关数据，更准确的反应清洁能源优势，更专业的管理和维护清洁能源系统。

该技术方案组成的清洁能源系统，即可以是新建站点，也可以是根据工程现场的实际情况，在原来的设施基础上进行自动化改建，增加光伏供电电源和具有无线联网功能的远程通信终端设备，实现对所有节点点的远程管理和自动运行，以使设备在无人值守的情况下自动运行和自我诊断的一套系统。

无线数据终端与无线数据网关相结合。可实现本地自动控制和远程组网监控。目前所有厂家的直流监测系统都不具备无线通信和远程组网功能。

3.研究技术

解决的技术问题在于，针对太阳能、风能等清洁能源项目，由于占地面积广，建立和维护系统需要投入很高的人力成本，劳动强度高，而且纯人工判断控制缺乏稳定性和可靠性，铺设电缆费用高昂，且故障率高。现有技术的清洁能源系统的运行状况确乏远程监控和故障诊断能力，需配备专业人员定期巡视和检修，没有集中化管理，响应速度慢，查找问题困难。

本技术主要解决以下几点技术问题：

1）清洁能源终端设备数量众多，占地广，终端使用无线方案，无线网关要接收无线终端的数据，并集中发送给后台中心服务器。

2）无线网关同时还需要将中心服务器的控制命令、数据更新命令发送到指定的控制终端。

3）无线网关既要有传统的网络数据接口，又要有ZIGBEE无线数据接口。

4.技术原理

无线数据网关由带ARM主CPU处理器的主板、带RS485串口、网口、USB接口的主通信板，和ZIGBEE无线通信模块组成。

主CPU板负责数据处理，与串口、网口、USB接口、无线通信模块进行数据交换；

ZIGBEE无线通信模块通过RS485串口将数据传入主CPU板，同时主CPU板也会将软件指定的数据通过RS485发送到无线通信模块；

主CPU板与中心服务器的数据通信通过网口进行；

主CPU板的配置文件，程序文件，历史数据通过USB接口与U盘等存储设备进行交互。

5.技术创新特点

本技术无线数据网关属于一个新产品，其无线模块通信距离远，功耗低，信号稳定，成本低廉。

当前市场上的无线大多使用2G、3G或WIFI网络进行通讯，一个是成本高，一个是受无线网络信号强度的限制。

WIFI网络信号容易受到干扰，而我们使用一种应用于工业无线组网的网络设备ZIGBEE，能够根据需要，自动组成无线网络，价格比现在的任何无线组网模式更低，抗干扰性强，功耗低，传输距离远，完美解决了市场的需求。

当前市场上暂时没有无线数据网关类似概念的产品，通过我们的无线数据网关，使得系统能够接入的无线终端的数量成倍增长，而费用并没有提高太多。

无线通信模块接收到终端模块的无线信号，将其通过RS485串口发送到主CPU板，主CPU板经过处理后，通过网口将其发送到中心服务器，同时将重要数据存入USB接口所接的存储设备。

当网口接收到中心服务器的数据请求或控制命令，主CPU板中运行的处理程序会第一时间处理，处理过的数据通过485串口发送给无线通信模块，再发送到无线控制终端；如果中心服务器需要的是历史数据，处理程序就会访问USB接口的存储设备，将历史数据整理好后通过网口发送给中心服务器。