无线传感网络的光伏逆变器运行状态监控节点设计
光伏发电快速发展，随之其监控技术也突飞猛进，尤其是超远监控手段，本课题基于STM32/ZigBee技术设计了光伏逆变器运行状态监控节点硬件电路和软件部分。硬件电路部分设计在了解逆变器的整体结构合原理前提下，将逆变器的交直流电流电压设为主要参数，选择合适的传感器型号，根据传感器的原理绘制合理的电路；将STM32设为关键处理器，分析计算所收集的数据，方便进行随时监控和控制，将采用液晶显示电路进行展示以及设置了报警电路；最终确定CC2530成为数据发送的硬件支持，经串口和STM32联系，以此来达到变器终端节点进行收集和分析数据的功能以及传送功能。软件部分先设计了电压、电流传感器的A/D转换程序以及DS18B20传感器对温度数据值获取程序，应用算法分析和计算收集的数据，通过液晶显示将真实数据显示，还要经过串口来传送程序，将数据传到CC2530模块中，采用无线的形式，完成点对点通信。最终调解试验所设计的硬件电路，确定本课题所设计的硬件和软件方案的可操作性。关键词 逆变器，节点，ZigBee 协议，通信
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景和意义 1
1.2 研究现状和发展趋势 1
1.3 本课题研究的内容 2
2 光伏逆变器监控节点的硬件设计 3
2.1 系统硬件框图 3
2.2 主控芯片STM32F103RBT6及CC2530无线收发模块 4
2.3 数据采集模块的设计 4
2.3.1 传感器选型 4
2.3.2 直流电压采样和调理电路 4
2.3.3 交流电流采样及调理电路 6
2.3.4 交流电压的采样与调理电路以及Protues仿真 7
2.4 逆变器监控节点的外围电路 10
2.4.1 按键电路 10
2.4.2 显示电路 11
2.4.3 报警电路 11
2.5 无线传输模块 11
2.6 电源模块的设计 13
3 软件设计 13
3.1 主程序流程图 13
3.2 各模块初始化 14
3.2.1 按键及LED初始化 15
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
3.2.2 ADC初始化 15
3.2.3 DMA初始化 16
3.3 数据处理 17
3.3.1 ADC1转换后数据的处理 17
3.3.2 DS18B20温度传感器数据处理 19
3.4 数据显示 19
3.4.1 直流电压实际值的获取及显示 19
3.4.2 交流电压实际值的获取及显示 20
3.4.3 交流电流实际值的获取及显示 20
3.5 从节点数据的发送及主节点数据的接收 21
3.5.1 从节点STM32通过CC2530的数据发送 21
3.5.2 CC2530中的ZigBee通信协议和数据无线收发 21
3.5.3 主节点STM32通过CC2530的数据接收 22
4 系统调试 23
4.1 硬件调试 23
4.1.1 PCB的制作与修改 23
4.1.2 数据采集部分硬件调试 24
4.2 软件调试 28
4.2.1 数据处理与显示 28
4.2.2 超温与电压超限报警 28
4.2.3 数据发送与接收 29
5.2 软硬联调 34
5.2.1 数据处理与显示 34
5.2.2 超限故障报警 35
结 论 36
致 谢 37
参考文献 38
附录1 数据采集及处理 40
附录2 无线发送模块 41
附录3 数据采集及处理模块PCB板 42
附录4 代码 44
绪论
1.1 课题研究背景和意义
全球经济快速发展，能源问题越来越严重，不可再生能源如石油、天然气等不断减少，所以世人更加青睐可再生能源，比如拥有可靠、可再生、清洁等特点的太阳能日益受到人们的重视 [1]。我国是世界上人口最多的国家，人均资源量十分匮乏，但是当前随着经济的飞速发展，对能源的需求日益旺盛，为了防止我国的传统能源的枯竭，故一定要充分利用无限的太阳能。我国土地面积大，太阳能取之不尽、用之不竭，在先天上拥有着利用太阳能的极好条件 [2]。
采用光伏发电即太阳能发电，可以使一次能源太阳能变为可以直接利用的电能等，太阳能可以有效减少全球对传统资源的依赖性，更不会对地球造成污染，出现环境恶化的现象。光伏发电的原理是利用电池将太阳能转化为直流电流，由于我国日常使用的电器都需要交流电才能工作，所以需要采用逆变技术（DCAC），它可以使直流电转化为交流电，这是光伏发电技术中的核心技术。
因为太阳能的优点，我国对太阳能的依赖越来越严重，太阳能发电的安全性也受到人们的关注，在发电过程中，也会有一些安全隐患，比如发电量多大主板的温度就会升高，电流输出不正常等问题。太阳能发电装置均是设在阳光充足的野外地区，没有形成信息化，出现问题需要现场维修和维护，不能实施全天的远程调控，现场测量参数也是很复杂、危险的工作。
本课题的主要内容就是设计新型无线电传感技术对太阳能发电设备的发电情况进行全天的监测，不但可以有效解决因为发电装备分散无序以及现场工作环境复杂危险的难题，也可以完成通过一个协调器节点来控制很多终端发电设备，可以大大减少现场人员的需求，同时让各个发电系统变得更加可靠。
1.2 研究现状和发展趋势
因为我国经济发展的需要，每年要使用大量的化石能源，目前急需扩大清洁太阳能的比重，以减少我国对不可再生能源的依赖性。随着光伏发电对国家的战略意义越来越大，对发电系统的监控也是更加重要，对光伏发电系统的监控也显得愈发重要[6]。尤其是远程监控系统，加入了现代化的信息处理，通讯控制等技术，能够更好的监测光伏发电系统的运行状态，提高光伏发电系统的发电效率[7]。
目前国内的光伏电站大多都独立存在，没有建立联系，无通讯网络，只有较少数的太阳能发电站为了实验需要进行并网联系 [89]。我国还没有正式采用控制系统对电站进行控制的实例，仅仅有国内几家研究所进行初步实验，对此没有长期的发展规划 [10]。现行对发电站的监控一般为近程监控，需要配备人员对现场不断查看，耗费大量的人力，管理水平不高。现有的具有远程监控的系统在进行数据传输时大多都采用电话线或光纤等有线方式，前期建设成本较高。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景和意义 1
1.2 研究现状和发展趋势 1
1.3 本课题研究的内容 2
2 光伏逆变器监控节点的硬件设计 3
2.1 系统硬件框图 3
2.2 主控芯片STM32F103RBT6及CC2530无线收发模块 4
2.3 数据采集模块的设计 4
2.3.1 传感器选型 4
2.3.2 直流电压采样和调理电路 4
2.3.3 交流电流采样及调理电路 6
2.3.4 交流电压的采样与调理电路以及Protues仿真 7
2.4 逆变器监控节点的外围电路 10
2.4.1 按键电路 10
2.4.2 显示电路 11
2.4.3 报警电路 11
2.5 无线传输模块 11
2.6 电源模块的设计 13
3 软件设计 13
3.1 主程序流程图 13
3.2 各模块初始化 14
3.2.1 按键及LED初始化 15
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
3.2.2 ADC初始化 15
3.2.3 DMA初始化 16
3.3 数据处理 17
3.3.1 ADC1转换后数据的处理 17
3.3.2 DS18B20温度传感器数据处理 19
3.4 数据显示 19
3.4.1 直流电压实际值的获取及显示 19
3.4.2 交流电压实际值的获取及显示 20
3.4.3 交流电流实际值的获取及显示 20
3.5 从节点数据的发送及主节点数据的接收 21
3.5.1 从节点STM32通过CC2530的数据发送 21
3.5.2 CC2530中的ZigBee通信协议和数据无线收发 21
3.5.3 主节点STM32通过CC2530的数据接收 22
4 系统调试 23
4.1 硬件调试 23
4.1.1 PCB的制作与修改 23
4.1.2 数据采集部分硬件调试 24
4.2 软件调试 28
4.2.1 数据处理与显示 28
4.2.2 超温与电压超限报警 28
4.2.3 数据发送与接收 29
5.2 软硬联调 34
5.2.1 数据处理与显示 34
5.2.2 超限故障报警 35
结 论 36
致 谢 37
参考文献 38
附录1 数据采集及处理 40
附录2 无线发送模块 41
附录3 数据采集及处理模块PCB板 42
附录4 代码 44
绪论
1.1 课题研究背景和意义
全球经济快速发展，能源问题越来越严重，不可再生能源如石油、天然气等不断减少，所以世人更加青睐可再生能源，比如拥有可靠、可再生、清洁等特点的太阳能日益受到人们的重视 [1]。我国是世界上人口最多的国家，人均资源量十分匮乏，但是当前随着经济的飞速发展，对能源的需求日益旺盛，为了防止我国的传统能源的枯竭，故一定要充分利用无限的太阳能。我国土地面积大，太阳能取之不尽、用之不竭，在先天上拥有着利用太阳能的极好条件 [2]。
采用光伏发电即太阳能发电，可以使一次能源太阳能变为可以直接利用的电能等，太阳能可以有效减少全球对传统资源的依赖性，更不会对地球造成污染，出现环境恶化的现象。光伏发电的原理是利用电池将太阳能转化为直流电流，由于我国日常使用的电器都需要交流电才能工作，所以需要采用逆变技术（DCAC），它可以使直流电转化为交流电，这是光伏发电技术中的核心技术。
因为太阳能的优点，我国对太阳能的依赖越来越严重，太阳能发电的安全性也受到人们的关注，在发电过程中，也会有一些安全隐患，比如发电量多大主板的温度就会升高，电流输出不正常等问题。太阳能发电装置均是设在阳光充足的野外地区，没有形成信息化，出现问题需要现场维修和维护，不能实施全天的远程调控，现场测量参数也是很复杂、危险的工作。
本课题的主要内容就是设计新型无线电传感技术对太阳能发电设备的发电情况进行全天的监测，不但可以有效解决因为发电装备分散无序以及现场工作环境复杂危险的难题，也可以完成通过一个协调器节点来控制很多终端发电设备，可以大大减少现场人员的需求，同时让各个发电系统变得更加可靠。
1.2 研究现状和发展趋势
因为我国经济发展的需要，每年要使用大量的化石能源，目前急需扩大清洁太阳能的比重，以减少我国对不可再生能源的依赖性。随着光伏发电对国家的战略意义越来越大，对发电系统的监控也是更加重要，对光伏发电系统的监控也显得愈发重要[6]。尤其是远程监控系统，加入了现代化的信息处理，通讯控制等技术，能够更好的监测光伏发电系统的运行状态，提高光伏发电系统的发电效率[7]。
目前国内的光伏电站大多都独立存在，没有建立联系，无通讯网络，只有较少数的太阳能发电站为了实验需要进行并网联系 [89]。我国还没有正式采用控制系统对电站进行控制的实例，仅仅有国内几家研究所进行初步实验，对此没有长期的发展规划 [10]。现行对发电站的监控一般为近程监控，需要配备人员对现场不断查看，耗费大量的人力，管理水平不高。现有的具有远程监控的系统在进行数据传输时大多都采用电话线或光纤等有线方式，前期建设成本较高。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/2340.html
