光伏发电远程无线监控系统设计

赵明冬，孙士儒，崔庆阳

（郑州科技学院 电气工程学院，河南 郑州 450064）

本文旨在建立一种光伏电站监控设备的统一管理平台，利用Zig Bee技术和RS-485总线技术实现电站设备的统一运行状态监控和数据的集中管理，给运行人员、检修人员、管理人员等提供全面、便捷、差异化的数据和服务。

1 系统硬件设计

本系统以STM32F103RBT6处理器为核心，通过I/O口采集传感器信号，使用处理器内部的A/D转换器将模拟量转化为数字量，并通过Zig Bee发送给现场处理器，现场处理终端承担基站的功能负责各个传感器的数据汇总，再通过RS-485总线发送到远程控制终端。光伏发电远程无线监控系统结构图1所示：

图1 光伏发电远程无线监控系统结构图

光伏发电远程无线监控系统的硬件可以分为三个部分：

（1）测控终端是光伏发电系统的最基本的终端设备，每个终端均配备Zig Bee通讯模块、微控制器和相应的传感器阵列。测控终端负责收集各个传感器的测控数据，如温度、湿度、风速、光照强度等，利用A/D转换功能将传感器节点数据进行模数转换，以便进行进一步处理。

（2）现场处理终端在无线监控系统中相当于一个数据基站。测控终端把传感器阵列中各个传感器检测到的测量信息打包处理，然后通过Zig Bee网络将信息传输给现场预处理终端。现场预处理终端再把数据进行统一处理，通过RS-485总线汇总给远程主机的监控软件。现场预处理终端同时提取数据中的关键信息进行对比，若为警报信息则做出响应。同时现场预处理终端负责执行上层的控制命令、硬件保护和紧急情况处理，能接受远程控制信息并转换为相应的操作信息发送个终端执行。

（3）远程监控终端的监控系统软件负责提供用户交互界面显示参数信息并接受传达设备进行远程控制信息，响应报警信息。当光伏发电过程中的任何设备出现异常时，可以将信息及时反馈给监控人员，实现设备的远程监控。远程终端与测控终端之间采用RS-485总线进行通信。

2 .系统软件设计

2.1 主控芯片软件设计

本系统采用STM32F103RBT6作为终端的主控芯片。STM32F103系列是意法半导体（ST）公司的一款32位的基于Cortex-M3的ARM微控制器，其性能优越，接口丰富，在工业控制领域应用广泛。终端设备的STM32F103RBT6通过UART串口与Zig Bee模块连接。数据采集程序采集各个前端传感器模块的数据信息，将这些信息在传输之前进行预处理，去除冗余数据。数据发送程序负责将采集好的数据进行传输，将温度、电压、电流、配置等信息通过串口发送给Zig Bee模块，通过Zig Bee模块将数据汇总到各个现场处理终端。

2.2 Zig Bee模块软件设计

Zig Bee是一种基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网无线数据传输协议。Zig Bee以其近距离、低复杂度、自组织、低功耗、组网灵活等特点在自动控制和远程控制领域应用十分广泛。本系统采用CC2530工业级Zig Bee芯片，工作频段2.4G，16个传输信道，可根据环境切换可靠的通信信道，可靠通信距离可达1300米，通信速率可达250kbps。既可构建点对点网络，也可构建点对多的拓扑网络。现场处理终端中的Zig Bee模块起到Zig Bee协调器的作用，协调器根据所配置的物理信道主动扫描，选择合适的物理信道和网络号，建立起网络。Zig Bee节点根据配置物理通道被动扫描，选择合适的物理信道和网络号并加入网络。现场处理终端的Zig Bee模块按照一定的频率与各个Zig Bee节点进行通讯，节点按照预配置的网络地址进行数据的发送和接收。

2.3 监控系统软件

远程监控终端利用STM32F103RBT6接收处理RS-485接收端接收到的数据，并通过串口发送给上位机的监控系统软件进行进一步数据处理。监控系统软件主要包括参数显示、报警信息显示和控制信号发送等函数操作。

3 结语

本系统可以实现数据的在线采集、短距离无线数据传输、数据融合以及远程传输监控等功能。本系统具有网络组建灵活、数据传输速率快、维护方便等优点。设备运维人员可以利用该系统随时掌握光伏电站的运行情况，为提高光伏电站监控的灵活性、便捷度具有一定意义。

[1]马骏.基于Zig Bee技术的嵌入式监控系统设计与实现[D].成都:电子科技大学,2010.