基于ZigBee技術(shù)的光伏陣列監(jiān)測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種基于ZigBee技術(shù)的光伏陣列監(jiān)測(cè)技術(shù)，屬于信號(hào)監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明的基于ZigBee技術(shù)的光伏陣列監(jiān)測(cè)裝置，包括電源模塊、中央微處理器、數(shù)據(jù)采集模塊和外圍電路，電源模塊分別與中央微處理器、數(shù)據(jù)采集模塊電連接，中央微處理器分別與數(shù)據(jù)采集模塊、外圍電路電連接。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn)：利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)光伏陣列進(jìn)行監(jiān)測(cè)具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)向三維空間傳送數(shù)據(jù)，中間無(wú)需導(dǎo)體介質(zhì)，節(jié)省人力和維護(hù)費(fèi)用。
【專利說(shuō)明】基于ZigBee技術(shù)的光伏陣列監(jiān)測(cè)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提出一種基于ZigBee技術(shù)的光伏陣列監(jiān)測(cè)技術(shù)，屬于信號(hào)監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]隨著能源危機(jī)日益加劇，光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，其監(jiān)測(cè)技術(shù)成為光伏系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。光伏陣列由串聯(lián)在一起的光伏組件通過(guò)并聯(lián)構(gòu)成。在工作過(guò)程中，標(biāo)準(zhǔn)矩形電池板的局部故障會(huì)導(dǎo)致整個(gè)供電系統(tǒng)輸出電壓或功率的下降，直接影響系統(tǒng)性能和運(yùn)行效率。為確保系統(tǒng)正常運(yùn)行，應(yīng)對(duì)光伏陣列進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)。
[0003]目前，光伏陣列的監(jiān)測(cè)方法主要有直接法和間接法。直接法是直接測(cè)量每塊電池板的電壓和電流，用總線技術(shù)將數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)判斷。該方法存在規(guī)劃布線、預(yù)設(shè)接口、線路檢測(cè)、線路擴(kuò)容等一系列與傳輸路徑有關(guān)的問(wèn)題。間接法是通過(guò)測(cè)量電池的溫差來(lái)判斷電池的工作狀態(tài)，該方法只能判斷出故障源，不能直觀反應(yīng)光伏組件電壓、電流的變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的技術(shù)效果能夠克服上述缺陷，提供一種基于ZigBee技術(shù)的光伏陣列監(jiān)測(cè)裝置，其實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控中心通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)對(duì)光伏陣列參數(shù)的實(shí)時(shí)采集和運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:其包括電源模塊、中央微處理器、數(shù)據(jù)采集模塊和外圍電路，電源模塊分別與中央微處理器、數(shù)據(jù)采集模塊電連接，中央微處理器分別與數(shù)據(jù)采集模塊、外圍電路電連接。
[0006]將ZigBee與Internet進(jìn)行融合是個(gè)域網(wǎng)(WPAN)發(fā)展的趨勢(shì)，因?yàn)閆igBee僅僅只是一個(gè)局域網(wǎng)，覆蓋區(qū)域有限。但ZigBee確可以與現(xiàn)有的移動(dòng)網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)和其他通信網(wǎng)絡(luò)相連接，將許多ZigBee局域網(wǎng)相互連成一個(gè)整體，有效解決盲區(qū)覆蓋的問(wèn)題。將ZigBee等個(gè)域網(wǎng)連接到Internet可以克服它們?cè)凇昂暧^”方面的不足，同時(shí)Internet可以克服它在“微觀”方面的不足。ZigBee與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、Internet的融合在軟件設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)上就是ZigBee協(xié)議、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和TCP/IP協(xié)議之間的相互轉(zhuǎn)換。為系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，統(tǒng)一設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)為ZigBee路由器，簇首節(jié)點(diǎn)為ZigBee協(xié)調(diào)器，具為全功能設(shè)備。全可用于數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)搭建和數(shù)據(jù)中繼，也可擴(kuò)展外圍設(shè)備用于光伏組件的控制。同時(shí)簇首節(jié)點(diǎn)作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接入點(diǎn)，用于網(wǎng)絡(luò)建立、節(jié)點(diǎn)加入和數(shù)據(jù)處理等，起著組織者的作用。匯聚節(jié)點(diǎn)為一般無(wú)線通信模塊，如同一個(gè)與無(wú)線接入點(diǎn)相連的基站。主要用于數(shù)據(jù)中繼，起著轉(zhuǎn)發(fā)器的作用。ZigBee的無(wú)線傳輸帶寬有限，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少節(jié)點(diǎn)間交互的信息量，減少控制信息帶來(lái)的附加開(kāi)銷。
[0007]中央微處理器采用CC2430型號(hào)。數(shù)據(jù)采集模塊包括旁路二極管電流采樣模塊、光伏組件電壓采樣模塊、光伏組件電流采樣模塊和傳感器。傳感器包括溫度傳感器、濕度傳感器和光照傳感器。外圍電路包括阻抗匹配電路、編程接口、LED指示、電平轉(zhuǎn)換芯片、USB接口、RS232接口、晶振、復(fù)位器和天線。[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn):利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)光伏陣列進(jìn)行監(jiān)測(cè)具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)向三維空間傳送數(shù)據(jù)，中間無(wú)需導(dǎo)體介質(zhì)，節(jié)省人力和維護(hù)費(fèi)用。網(wǎng)絡(luò)自組織性和容錯(cuò)性高，易于重新布網(wǎng)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)人為干擾，所獲數(shù)據(jù)資料原始準(zhǔn)確，有利于科學(xué)研究及系統(tǒng)后續(xù)改進(jìn)與優(yōu)化，具有實(shí)時(shí)性、完整性的優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本發(fā)明的模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2為本發(fā)明監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)工作流程示意圖；
[0011]圖3為本發(fā)明簇首節(jié)點(diǎn)工作流程示意圖；
[0012]圖4為本發(fā)明匯聚節(jié)點(diǎn)工作流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]如圖1所示，本發(fā)明的基于ZigBee技術(shù)的光伏陣列監(jiān)測(cè)裝置包括電源模塊、中央微處理器、數(shù)據(jù)采集模塊和外圍電路，電源模塊分別與中央微處理器、數(shù)據(jù)采集模塊電連接，中央微處理器分別與數(shù)據(jù)采集模塊、外圍電路電連接。
[0014]中央微處理器采用CC2430型號(hào)。數(shù)據(jù)采集模塊包括旁路二極管電流采樣模塊、光伏組件電壓采樣模塊、光伏組件電流采樣模塊和傳感器。傳感器包括溫度傳感器、濕度傳感器和光照傳感器。外圍電路包括阻抗匹配電路、編程接口、LED指示、電平轉(zhuǎn)換芯片、USB接口、RS232接口、晶振、復(fù)位器和天線。
[0015]根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)單元低成本、低功耗的要求和ZigBee協(xié)議套件的需求，選用TI公司的CC2430作為監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的處理芯片。CC2430是一顆真正的系統(tǒng)芯片(SoC) CMOS解決方案。它結(jié)合一個(gè)高性能2.4GHz DSSS (直接序列擴(kuò)頻)射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級(jí)小巧高效的8051控制器。具備優(yōu)良的無(wú)線接收靈敏度和強(qiáng)大的抗干擾性能。休眠模式下僅0.9μ A的電流損耗，在待機(jī)模式下低于0.6 μ A的電流損耗，在接收和發(fā)射模式下電流損耗分別低于27mA或25mA。滿足以ZigBee為基礎(chǔ)的2.4GHz ISM頻段應(yīng)用對(duì)低成本、低功耗的要求。
[0016]設(shè)計(jì)旁路二極管電流采樣模塊是為了研究光伏組件的遮擋特性，減少電池失配的效應(yīng)。光伏組件電壓、電流采樣模塊負(fù)責(zé)采樣光伏組件的電壓電流數(shù)值，判斷光伏組件是否發(fā)生故障。溫度、濕度、光照等傳感器負(fù)責(zé)采樣環(huán)境數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)優(yōu)化和光伏組件調(diào)整提供數(shù)據(jù)支持。
[0017]如圖2所示，為監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)工作流程。完成硬件初始化后，首先執(zhí)行信道掃描，搜尋無(wú)線信號(hào)。然后建立鄰居表，進(jìn)行父節(jié)點(diǎn)的能量掃描，選擇能量較多的路由器作為父節(jié)點(diǎn)發(fā)送連接網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，試圖加入網(wǎng)絡(luò)。如果加入網(wǎng)絡(luò)失敗將繼續(xù)嘗試若干次，入網(wǎng)請(qǐng)求得到簇首節(jié)點(diǎn)響應(yīng)后，會(huì)等待子節(jié)點(diǎn)的加入，從而完成整個(gè)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的組建，進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽(tīng)和等待狀態(tài)。成功加入網(wǎng)絡(luò)之后，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)周期性進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并將數(shù)據(jù)包(節(jié)點(diǎn)ID，采樣數(shù)據(jù)等)發(fā)送給簇首節(jié)點(diǎn)。如果發(fā)送失敗則繼續(xù)嘗試，直至發(fā)送成功或超過(guò)規(guī)定發(fā)送次數(shù)為止。完成以上工作后，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)將繼續(xù)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽(tīng)和等待狀態(tài)。
[0018]如圖3所示，為簇首節(jié)點(diǎn)工作流程。簇首節(jié)點(diǎn)需一直保持網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。完成硬件初始化后，首先執(zhí)行信道掃描，設(shè)置PAN ID后進(jìn)行廣播，然后接收入網(wǎng)請(qǐng)求，分配網(wǎng)絡(luò)地址，回應(yīng)入網(wǎng)請(qǐng)求。完成網(wǎng)絡(luò)組建后程序跳轉(zhuǎn)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽(tīng)和等待狀態(tài)。當(dāng)簇首節(jié)點(diǎn)收到信息后，首先判斷信息是否來(lái)自于一個(gè)新的節(jié)點(diǎn)，如果是監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)請(qǐng)求，簇首節(jié)點(diǎn)把前面計(jì)算出16位短地址隨機(jī)分配一個(gè)給新的節(jié)點(diǎn)，之后向其發(fā)送入網(wǎng)確認(rèn)信息，建立連接。如果不是，簇首節(jié)點(diǎn)等待接收監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)接收成功后，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，發(fā)送至匯聚節(jié)點(diǎn)。完成以上工作后，簇首節(jié)點(diǎn)將繼續(xù)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽(tīng)和等待狀態(tài)。
[0019]如圖4所示，為匯聚節(jié)點(diǎn)工作流程。匯聚節(jié)點(diǎn)上電初始化完成后，進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽(tīng)和等待狀態(tài)，等待ZigBee設(shè)備的連接請(qǐng)求或PC機(jī)下發(fā)的命令。當(dāng)接收到某設(shè)備的連接請(qǐng)求后，確認(rèn)是否為合法用戶，如果是則發(fā)出允許連接的命令，實(shí)現(xiàn)簇首節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)的無(wú)線連接。建立連接后，匯聚節(jié)點(diǎn)獲得數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)整合處理后發(fā)送給監(jiān)控中心。完成以上工作后，匯聚節(jié)點(diǎn)將繼續(xù)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽(tīng)和等待狀態(tài)。
[0020]監(jiān)控中心終端軟件的總體設(shè)計(jì)思想是:建立科學(xué)合理的數(shù)據(jù)庫(kù)模型，拿出切實(shí)可行的解決方案。系統(tǒng)具備完善的人機(jī)交互功能和豐富直觀的信息展示功能，如:參數(shù)列表、數(shù)據(jù)報(bào)表、報(bào)警畫(huà)面等，貼近用戶需求。實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化管理，管理維護(hù)人員在經(jīng)過(guò)授權(quán)后可以讀取服務(wù)器上的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)光伏系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，提高工作效率和管理水平。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析處理，為科學(xué)決策和系統(tǒng)優(yōu)化升級(jí)提供信息支持。
【權(quán)利要求】
1.一種基于ZigBee技術(shù)的光伏陣列監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，包括電源模塊、中央微處理器、數(shù)據(jù)采集模塊和外圍電路，電源模塊分別與中央微處理器、數(shù)據(jù)采集模塊電連接，中央微處理器分別與數(shù)據(jù)采集模塊、外圍電路電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee技術(shù)的光伏陣列監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，中央微處理器采用CC2430型號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于ZigBee技術(shù)的光伏陣列監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，數(shù)據(jù)采集模塊包括旁路二極管電流采樣模塊、光伏組件電壓采樣模塊、光伏組件電流采樣模塊和傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于ZigBee技術(shù)的光伏陣列監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，傳感器包括溫度傳感器、濕度傳感器和光照傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于ZigBee技術(shù)的光伏陣列監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，外圍電路包括阻抗匹配電路、編程接口、LED指示、電平轉(zhuǎn)換芯片、USB接口、RS232接口、晶振、復(fù)位器和天線。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK103809535SQ201210447030
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月9日
【發(fā)明者】呂華平, 王露 申請(qǐng)人:江蘇綠揚(yáng)電子儀器集團(tuán)有限公司