基于GPRS和ZigBee的风光互补电站远程监控系统设计

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1、基于GPRS和ZigBee的风光互补电站远程监控系统设计[导读] 近年来，随着煤炭、石油和天然气等资源的枯竭以及环保要求的不断提高，国际社会开始强烈关注能源危机和温室气体排放带来的全球气候变暖问题。风能和太阳能作为最为理想和最有潜力的清洁能源得到了越来越多的关注和研 近年来，随着煤炭、石油和天然气等资源的枯竭以及环保要求的不断提高，国际社会开始强烈关注能源危机和温室气体排放带来的全球气候变暖问题。风能和太阳能作为最为理想和最有潜力的清洁能源得到了越来越多的关注和研究，这两种能源都是低密度能源，将两者结合起来构成风光互补电站，按照合理的容量配置互补运行并安装合适的蓄电池组进行能量存储和负载

2、的均衡，则能够使二者的弱点得以均衡，得到电源输出稳定、性价比高、应用灵活能源。但由于风能、太阳能存在能量密度低且随机性强的特点，所以为了获得更多的电能，风光互补发电站一般都架设在比较偏远的开阔地带，这就对电站的监控提出了新的要求，而GPRS无线通信技术的发展，为实现电站远程监控提供了可能。1风光互补电站的工作原理风光互补电站一般由多个子站组成，如图1所示，每个子站主要由“机构设备”和“能量控制”两部分组成。其中，风光互补发电机构设备由风力发电机、太阳能电池板和连接装置等构成;风光互补发电能量控制部分由蓄电池组、DC/DC变换器、逆变器和控制器等组成。为了获取更好的发电效果，需要根据光伏发

3、电与风力发电系统实际运行状态及负载和蓄电池电压电流变化情况，实现对风光互补发电运行模式的调节，实时检测系统各参数，当出现异常的情况时能及时发出报警信号。2监控系统系统工作原理风光互补电站远程监控系统如图2所示，由ZigBee网络、嵌入式网关、远程PC访问控制端和用户手机客户端组成，其中，ZigBee网络由多个节点组成，包括电站所在地风速、风向、温湿度等环境量测试节点，风力机发电电压电流、太阳能电池板的电压电流、蓄电池的电压电流监测节点;以及风力机控制继电器节点，这些节点与协调器构成ZigBee网络，实现数据的无线传输，同时与远程计算机采用GPRS通讯方式。ZigBee网络的协调器通过串口

4、将数据上传到嵌入式网关，嵌入式网关通过GPRS模块和监控计算机以及用户手机服务端通信。3风光互补监控系统硬件设计3.1ZigBee网络节点ZigBee网络节点是监控系统的关键节点，网络节点采用模块化设计，主要由电源模块、传感器模块、处理器模块和无线通信模块组成，其具体结构如图3所示，电源模块负责为节点供电，提供各部分运行所需的电量;传感器模块负责采集电站阐述信息并做一定的数据转换;处理器模块负责对整个节点进行控制和管理;无线通信模块负责节点之间按一定的通信协议相互通信。网络节点的微处理器采用TI公司无线通信芯片CC2530，负责驱动传感器以及数据的接收和发送。无线射频模块选用外接型鞭状天

5、线增强信号的强度。传感器模块对电站周围环境的温湿度、光照度、风速风向、电池板的电压电流等状态数据的采集，电源模块将为系统提供系统所需电压。协调器作为无线传感网络中最为特殊的节点，主要负责ZigBee网络的建立维护、分配网内地址、控制终端节点加入等工作，硬件设计和网络节点类似，也是选择CC2530为控制芯片的无线射频单元，通过Zigbee射频模块与其它节点构建成Zigbee网络。TI公司的CC2530芯片是一款完全兼容8051内核的单片机，支持IEEE802.15.4无线通信协议，最大拥有256KB的可编程FLASH容量，12个10位精度的A/D转换通道，21个双向的I/O端口，该款单片机

6、能满足Z?Stack运行内存容量的要求。配合TI公司提供的Z—Stack协议栈软件，能够方便快捷地完成监控系统系统的开发。以CC2530芯片为核心构成的ZigBee模块，通过不同的软件配置可以在ZigBee网络中扮演不同的角色，成为协调器节点、终端节点。3.2嵌入式网关嵌入式网关是监控系统另一关键节点，电站监控系统通过它可以与基于IP的骨干网络进行通信，如图4所示，既是网络连接设备，也是无线传感网络中的汇聚点，能够实现数据的转发。一方面，通过串口通信的方式和协调器通信，获取各节点采集到的电站参数并存储到数据库中，同时将控制命令发送到协调器，传到各控制节点，实现对风机的控制。另一方面，嵌入

7、式网关可以通过GPRS通讯模块接入GPRS网络，实现与远程监控计算机通信。网关核心处理器选择三星公司的S3C2440A芯片，是一款基于ARM920T内核的高性能的16/32位RISC处理器，拥有独立的16kB指令缓存和16kB数据缓存。S3C2440A处理器支持大/小端存储模式，总共有8个BANK，每个BANK地址空间为128MB，寻址空间达1GB，并且支持NORFLASH或NANDFLASH等引导方式，其性能稳定、功耗低、高速的数