arm9的智能数据采集系统的设计
本文基于ARM9实现智能数据采集系统，主要采集多类设备的工作状态与发电情况，实现对光伏发电系统长期而有效的监控。本文介绍了光伏发电的前景以及在我国以致全球的可持续发展战略中的重大意义，着重介绍了光伏发电系统的工作原理和工作流程，并据此提出了电站的监控要求。根据光伏发电系统的工作原理对系统结构进行了详细的设计，数据采集器使用RS485与下接设备通信，通过无线与上位机通信；系统根据标准Modbus TCP/RTU采集设备数据；而数据采集器与上位机的通信协议则是使用自定义的通信协议。能够自动或命令控制采集逆变器、汇流箱、天气板等多种设备的当前数值与状态。根据对光伏电站参数的监控要求设计了数据采集器的软件系统，可以实现数据的获取、存储与上传，并可以根据下发命令实现数据采集器的校时、延时重启、配置文件与软件包的下发升级，同事协助实现了数据采集器的前端软件设计即云监控中心，方便用户或工作人员进行数据监控和命令的下发。最后，智能数据采集系统的功能测试试验成功的实现了预期中的数据采集和通讯的功能，验证了该方案的有效性和可行性。关键词：智能数据采集；通讯协议；光伏电站目 录
第一章 绪论 1
1.1光伏发电的意义以及发展前景 1
1.2光伏发电系统的概述 2
1.3课题的研究背景 3
1.4课题的提出和意义 4
1.5论文的研究内容与安排 5
第二章 智能数据采集系统的整体设计 6
2.1数据采集系统结构的设计 6
2.2数据采集器的通信方式 8
2.2.1数据采集器与上位机的通讯方式 8
2.2.2数据采集器与下接设备的通讯方式 9
2.3下接设备的网络协议 9
2.3.1 Modbus TCP 10
2.3.2 Modbus RTU 12
2.4数据采集系统的通信协议 15
2.4.1协议基本格式 15
2.4.2网络结构和本协议的位置 16
2.4.3协议中的名词定义 16
2.4.4通讯方式 18
方式 9
2.3下接设备的网络协议 9
2.3.1 Modbus TCP 10
2.3.2 Modbus RTU 12
2.4数据采集系统的通信协议 15
2.4.1协议基本格式 15
2.4.2网络结构和本协议的位置 16
2.4.3协议中的名词定义 16
2.4.4通讯方式 18
2.4.5基本数据类型 18
2.4.6协议基本格式 19
2.4.7抗报文丢失 19
2.4.8通讯检测 19
2.4.9业务连接 20
2.4.10动态认证 20
第三章 软件设计 21
3.1数据采集程序设计 21
3.1.1网络数据采集 21
3.1.2串口数据采集 22
3.2数据存储与上传程序设计 24
3.2.1数据获取 24
3.2.2数据存储 26
3.2.3数据上传 26
3.3数据转发程序设计 26
3.3.1身份认证 26
3.3.2数据转发 27
3.4数据通信程序设计 27
第四章 实验与测试 28
4.1实验平台 28
4.2数据模拟工具 29
4.3数据采集测试 35
4.3.1ModbusTCP数据采集测试 35
4.3.2ModbusRTU数据采集测试 36
4.4采集数据监测 38
4.5数据采集器的通信测试 39
结语 40
致谢 41
参考文献 42
第一章 绪论
1.1光伏发电的意义以及发展前景
随着人类社会不断发展，人们需要越来越多的消耗能源来满足经济文化和社会生活。如今被广泛应用的能源主要有火电、水电、核能。众多周知，利用火电需要燃烧大量的燃料，这种方式会造成能源枯竭，不符合可持续发展观；同时，燃料大量燃烧产生的有害物质严重的污染了环境，温室效应、热岛效应一系列问题随之而来。因而，人们已经开始努力开发新能源发电的方式来减少火力发电的比重；水力发呆呢应运而生，但是水力发电需要大规模的兴建水库，对周围的生态环境造成了一定的破坏，而且水力发电受季节和气候的影响较大，这些原因都限制了水力发电的发展；核能发电是比较干净的，但是在2011年的3月发生在日本的核电站事故让人们意识到，一旦发生核泄漏，给人类带来的将是毁灭性的伤害。和上述能源相比，太阳能是一种清洁能源，并且符合可持续发展战略，有着巨大的开发的潜力。
太阳能光伏发电是从20世纪50年代开始的。随着全球能源的使用与挖掘越来越紧张，太阳能的光伏发电是首选的替代方式，在近年来得到了迅速的发展。随着全球的经济和科学技术飞速发展，世界上许多国家把光伏发电作为发展之中的重点，光伏产业技术的进步已经将太阳能的应用变成可能，而且在太阳能的资源丰富的国家，比如日本，已经得到了比较大面积的推广与应用。而且在国际市场与国内政策的拉动之下，中国的光伏产业已经逐渐的兴起，并且迅速的成为了后起之秀，涌现出江苏、常州和天威等地区很多优秀的光伏企业，并且带动了上下游的企业的发展，从而中国光伏发电的产业链慢慢的正在形成。
如今石油的价格不断地增长，而传统使用的能源也日益枯竭了，人类已经感受到了环境的变化，但对自身生存环境的高要求作用下，大家都在积极的寻找新的代替资源，因而太阳能资源一定会有极其迅猛的发展。从长远来看，尽管太阳能发电的成本很高，但是信息技术和开发能力也在不断进步，在其他的能源使用接近饱和的情况下，太阳能的使用会成为主流。同时，经验也表明，如果有国家的政策扶持，光伏产业一定会有很大的发展，将来的发展水准和市场的需求一定会让大家惊讶，太阳能产业的发展对我们国家能源的开发和利用具有极其深远的意义。
1.2光伏发电系统的概述
将太阳能转化为电能的系统即光伏发电系统。光伏发电系统分为独立太阳能光伏发电系统和并网太阳能光伏发电系统和分布式太阳能光伏发电系统[]。它的主要部件是太阳能电池和蓄电池和控制器和逆变器[]。其特点是可靠性高而且使用寿命长、不污染环境、能独立发电又能并网运行，受到各国企业组织的青睐，具有广阔的发展前景[]。据智研咨询统计：2012年全球光伏发电累计装机达到97GW,2012年全球新增装机30GW，中国新增装机占全球总量的16%以上 ，随着国家对清洁能源产业的大力扶持，我国光伏发电系统产业将迎来发展高峰期[]。
光伏发电系统主要分为独立发电系统、混合光伏系统以及并网发电系统[]。独立发电系统是指完全依赖电池板转换来的电能供电系统；并网发电系统将太阳能电池板转换的直流电通过逆变器转化为交流电，且同当地电网电压同频同相，来供周围的电网使用。混合发电系统是指同时使用一种或者多种发电方式，在天气状况不好的时候可以引入风力发电水力发电或者柴油发电机供电，这种互补的发电方式克服了太阳能发电时比较过于依赖天气，造成发电受天气影响较大。
在太阳能发电系统之中，太阳能电池板是比较核心的部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。他的作用是把太阳的辐射能力转换为电能，或者把电能送往蓄电池中存储起来，
第一章 绪论 1
1.1光伏发电的意义以及发展前景 1
1.2光伏发电系统的概述 2
1.3课题的研究背景 3
1.4课题的提出和意义 4
1.5论文的研究内容与安排 5
第二章 智能数据采集系统的整体设计 6
2.1数据采集系统结构的设计 6
2.2数据采集器的通信方式 8
2.2.1数据采集器与上位机的通讯方式 8
2.2.2数据采集器与下接设备的通讯方式 9
2.3下接设备的网络协议 9
2.3.1 Modbus TCP 10
2.3.2 Modbus RTU 12
2.4数据采集系统的通信协议 15
2.4.1协议基本格式 15
2.4.2网络结构和本协议的位置 16
2.4.3协议中的名词定义 16
2.4.4通讯方式 18
方式 9
2.3下接设备的网络协议 9
2.3.1 Modbus TCP 10
2.3.2 Modbus RTU 12
2.4数据采集系统的通信协议 15
2.4.1协议基本格式 15
2.4.2网络结构和本协议的位置 16
2.4.3协议中的名词定义 16
2.4.4通讯方式 18
2.4.5基本数据类型 18
2.4.6协议基本格式 19
2.4.7抗报文丢失 19
2.4.8通讯检测 19
2.4.9业务连接 20
2.4.10动态认证 20
第三章 软件设计 21
3.1数据采集程序设计 21
3.1.1网络数据采集 21
3.1.2串口数据采集 22
3.2数据存储与上传程序设计 24
3.2.1数据获取 24
3.2.2数据存储 26
3.2.3数据上传 26
3.3数据转发程序设计 26
3.3.1身份认证 26
3.3.2数据转发 27
3.4数据通信程序设计 27
第四章 实验与测试 28
4.1实验平台 28
4.2数据模拟工具 29
4.3数据采集测试 35
4.3.1ModbusTCP数据采集测试 35
4.3.2ModbusRTU数据采集测试 36
4.4采集数据监测 38
4.5数据采集器的通信测试 39
结语 40
致谢 41
参考文献 42
第一章 绪论
1.1光伏发电的意义以及发展前景
随着人类社会不断发展，人们需要越来越多的消耗能源来满足经济文化和社会生活。如今被广泛应用的能源主要有火电、水电、核能。众多周知，利用火电需要燃烧大量的燃料，这种方式会造成能源枯竭，不符合可持续发展观；同时，燃料大量燃烧产生的有害物质严重的污染了环境，温室效应、热岛效应一系列问题随之而来。因而，人们已经开始努力开发新能源发电的方式来减少火力发电的比重；水力发呆呢应运而生，但是水力发电需要大规模的兴建水库，对周围的生态环境造成了一定的破坏，而且水力发电受季节和气候的影响较大，这些原因都限制了水力发电的发展；核能发电是比较干净的，但是在2011年的3月发生在日本的核电站事故让人们意识到，一旦发生核泄漏，给人类带来的将是毁灭性的伤害。和上述能源相比，太阳能是一种清洁能源，并且符合可持续发展战略，有着巨大的开发的潜力。
太阳能光伏发电是从20世纪50年代开始的。随着全球能源的使用与挖掘越来越紧张，太阳能的光伏发电是首选的替代方式，在近年来得到了迅速的发展。随着全球的经济和科学技术飞速发展，世界上许多国家把光伏发电作为发展之中的重点，光伏产业技术的进步已经将太阳能的应用变成可能，而且在太阳能的资源丰富的国家，比如日本，已经得到了比较大面积的推广与应用。而且在国际市场与国内政策的拉动之下，中国的光伏产业已经逐渐的兴起，并且迅速的成为了后起之秀，涌现出江苏、常州和天威等地区很多优秀的光伏企业，并且带动了上下游的企业的发展，从而中国光伏发电的产业链慢慢的正在形成。
如今石油的价格不断地增长，而传统使用的能源也日益枯竭了，人类已经感受到了环境的变化，但对自身生存环境的高要求作用下，大家都在积极的寻找新的代替资源，因而太阳能资源一定会有极其迅猛的发展。从长远来看，尽管太阳能发电的成本很高，但是信息技术和开发能力也在不断进步，在其他的能源使用接近饱和的情况下，太阳能的使用会成为主流。同时，经验也表明，如果有国家的政策扶持，光伏产业一定会有很大的发展，将来的发展水准和市场的需求一定会让大家惊讶，太阳能产业的发展对我们国家能源的开发和利用具有极其深远的意义。
1.2光伏发电系统的概述
将太阳能转化为电能的系统即光伏发电系统。光伏发电系统分为独立太阳能光伏发电系统和并网太阳能光伏发电系统和分布式太阳能光伏发电系统[]。它的主要部件是太阳能电池和蓄电池和控制器和逆变器[]。其特点是可靠性高而且使用寿命长、不污染环境、能独立发电又能并网运行，受到各国企业组织的青睐，具有广阔的发展前景[]。据智研咨询统计：2012年全球光伏发电累计装机达到97GW,2012年全球新增装机30GW，中国新增装机占全球总量的16%以上 ，随着国家对清洁能源产业的大力扶持，我国光伏发电系统产业将迎来发展高峰期[]。
光伏发电系统主要分为独立发电系统、混合光伏系统以及并网发电系统[]。独立发电系统是指完全依赖电池板转换来的电能供电系统；并网发电系统将太阳能电池板转换的直流电通过逆变器转化为交流电，且同当地电网电压同频同相，来供周围的电网使用。混合发电系统是指同时使用一种或者多种发电方式，在天气状况不好的时候可以引入风力发电水力发电或者柴油发电机供电，这种互补的发电方式克服了太阳能发电时比较过于依赖天气，造成发电受天气影响较大。
在太阳能发电系统之中，太阳能电池板是比较核心的部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。他的作用是把太阳的辐射能力转换为电能，或者把电能送往蓄电池中存储起来，
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