基于ZigBee技術的光伏陣列監測裝置制造方法
【專利摘要】本發明提出一種基于ZigBee技術的光伏陣列監測技術，屬于信號監測【技術領域】。本發明的基于ZigBee技術的光伏陣列監測裝置，包括電源模塊、中央微處理器、數據采集模塊和外圍電路，電源模塊分別與中央微處理器、數據采集模塊電連接，中央微處理器分別與數據采集模塊、外圍電路電連接。本發明與現有技術相比有如下優點：利用無線傳感器網絡對光伏陣列進行監測具有無可比擬的優越性。無線傳感器網絡向三維空間傳送數據，中間無需導體介質，節省人力和維護費用。
【專利說明】基于ZigBee技術的光伏陣列監測裝置
【技術領域】
[0001]本發明提出一種基于ZigBee技術的光伏陣列監測技術，屬于信號監測【技術領域】。【背景技術】
[0002]隨著能源危機日益加劇，光伏產業技術具有廣闊的應用前景，其監測技術成為光伏系統應用的關鍵技術之一。光伏陣列由串聯在一起的光伏組件通過并聯構成。在工作過程中，標準矩形電池板的局部故障會導致整個供電系統輸出電壓或功率的下降，直接影響系統性能和運行效率。為確保系統正常運行，應對光伏陣列進行狀態監測。
[0003]目前，光伏陣列的監測方法主要有直接法和間接法。直接法是直接測量每塊電池板的電壓和電流，用總線技術將數據送入計算機判斷。該方法存在規劃布線、預設接口、線路檢測、線路擴容等一系列與傳輸路徑有關的問題。間接法是通過測量電池的溫差來判斷電池的工作狀態，該方法只能判斷出故障源，不能直觀反應光伏組件電壓、電流的變化。
【發明內容】
[0004]本發明的技術效果能夠克服上述缺陷，提供一種基于ZigBee技術的光伏陣列監測裝置，其實現了監控中心通過無線網絡和互聯網對光伏陣列參數的實時采集和運行狀態的監控。
[0005]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:其包括電源模塊、中央微處理器、數據采集模塊和外圍電路，電源模塊分別與中央微處理器、數據采集模塊電連接，中央微處理器分別與數據采集模塊、外圍電路電連接。
[0006]將ZigBee與Internet進行融合是個域網(WPAN)發展的趨勢，因為ZigBee僅僅只是一個局域網，覆蓋區域有限。但ZigBee確可以與現有的移動網，互聯網和其他通信網絡相連接，將許多ZigBee局域網相互連成一個整體，有效解決盲區覆蓋的問題。將ZigBee等個域網連接到Internet可以克服它們在“宏觀”方面的不足，同時Internet可以克服它在“微觀”方面的不足。ZigBee與無線網絡、Internet的融合在軟件設計的實質上就是ZigBee協議、無線網絡協議和TCP/IP協議之間的相互轉換。為系統的推廣應用，統一設計監測節點為ZigBee路由器，簇首節點為ZigBee協調器，具為全功能設備。全可用于數據采集、網絡搭建和數據中繼，也可擴展外圍設備用于光伏組件的控制。同時簇首節點作為一個網絡設備接入點，用于網絡建立、節點加入和數據處理等，起著組織者的作用。匯聚節點為一般無線通信模塊，如同一個與無線接入點相連的基站。主要用于數據中繼，起著轉發器的作用。ZigBee的無線傳輸帶寬有限，設計時應盡量減少節點間交互的信息量，減少控制信息帶來的附加開銷。
[0007]中央微處理器采用CC2430型號。數據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、電平轉換芯片、USB接口、RS232接口、晶振、復位器和天線。[0008]本發明與現有技術相比有如下優點:利用無線傳感器網絡對光伏陣列進行監測具有無可比擬的優越性。無線傳感器網絡向三維空間傳送數據，中間無需導體介質，節省人力和維護費用。網絡自組織性和容錯性高，易于重新布網。監測數據無人為干擾，所獲數據資料原始準確，有利于科學研究及系統后續改進與優化，具有實時性、完整性的優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為本發明的模塊結構示意圖；
[0010]圖2為本發明監測節點工作流程示意圖；
[0011]圖3為本發明簇首節點工作流程示意圖；
[0012]圖4為本發明匯聚節點工作流程示意圖。
【具體實施方式】
[0013]如圖1所示，本發明的基于ZigBee技術的光伏陣列監測裝置包括電源模塊、中央微處理器、數據采集模塊和外圍電路，電源模塊分別與中央微處理器、數據采集模塊電連接，中央微處理器分別與數據采集模塊、外圍電路電連接。
[0014]中央微處理器采用CC2430型號。數據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、電平轉換芯片、USB接口、RS232接口、晶振、復位器和天線。
[0015]根據系統監測單元低成本、低功耗的要求和ZigBee協議套件的需求，選用TI公司的CC2430作為監測節點的處理芯片。CC2430是一顆真正的系統芯片(SoC) CMOS解決方案。它結合一個高性能2.4GHz DSSS (直接序列擴頻)射頻收發器核心和一顆工業級小巧高效的8051控制器。具備優良的無線接收靈敏度和強大的抗干擾性能。休眠模式下僅0.9μ A的電流損耗，在待機模式下低于0.6 μ A的電流損耗，在接收和發射模式下電流損耗分別低于27mA或25mA。滿足以ZigBee為基礎的2.4GHz ISM頻段應用對低成本、低功耗的要求。
[0016]設計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。光伏組件電壓、電流采樣模塊負責采樣光伏組件的電壓電流數值，判斷光伏組件是否發生故障。溫度、濕度、光照等傳感器負責采樣環境數據，為系統優化和光伏組件調整提供數據支持。
[0017]如圖2所示，為監測節點工作流程。完成硬件初始化后，首先執行信道掃描，搜尋無線信號。然后建立鄰居表，進行父節點的能量掃描，選擇能量較多的路由器作為父節點發送連接網絡信號，試圖加入網絡。如果加入網絡失敗將繼續嘗試若干次，入網請求得到簇首節點響應后，會等待子節點的加入，從而完成整個ZigBee無線網絡的組建，進入網絡監聽和等待狀態。成功加入網絡之后，監測節點周期性進行數據采集并將數據包(節點ID，采樣數據等)發送給簇首節點。如果發送失敗則繼續嘗試，直至發送成功或超過規定發送次數為止。完成以上工作后，監測節點將繼續進入網絡監聽和等待狀態。
[0018]如圖3所示，為簇首節點工作流程。簇首節點需一直保持網絡狀態。完成硬件初始化后，首先執行信道掃描，設置PAN ID后進行廣播，然后接收入網請求，分配網絡地址，回應入網請求。完成網絡組建后程序跳轉進入網絡監聽和等待狀態。當簇首節點收到信息后，首先判斷信息是否來自于一個新的節點，如果是監測節點入網請求，簇首節點把前面計算出16位短地址隨機分配一個給新的節點，之后向其發送入網確認信息，建立連接。如果不是，簇首節點等待接收監測節點發送的數據。數據接收成功后，進行數據處理，發送至匯聚節點。完成以上工作后，簇首節點將繼續進入網絡監聽和等待狀態。
[0019]如圖4所示，為匯聚節點工作流程。匯聚節點上電初始化完成后，進入網絡監聽和等待狀態，等待ZigBee設備的連接請求或PC機下發的命令。當接收到某設備的連接請求后，確認是否為合法用戶，如果是則發出允許連接的命令，實現簇首節點和匯聚節點的無線連接。建立連接后，匯聚節點獲得數據，并將數據整合處理后發送給監控中心。完成以上工作后，匯聚節點將繼續進入網絡監聽和等待狀態。
[0020]監控中心終端軟件的總體設計思想是:建立科學合理的數據庫模型，拿出切實可行的解決方案。系統具備完善的人機交互功能和豐富直觀的信息展示功能，如:參數列表、數據報表、報警畫面等，貼近用戶需求。實現監測系統的網絡化管理，管理維護人員在經過授權后可以讀取服務器上的數據，實現光伏系統的遠程監測，提高工作效率和管理水平。對數據進行進一步分析處理，為科學決策和系統優化升級提供信息支持。
【權利要求】
1.一種基于ZigBee技術的光伏陣列監測裝置，其特征在于，包括電源模塊、中央微處理器、數據采集模塊和外圍電路，電源模塊分別與中央微處理器、數據采集模塊電連接，中央微處理器分別與數據采集模塊、外圍電路電連接。
2.根據權利要求1所述的基于ZigBee技術的光伏陣列監測裝置，其特征在于，中央微處理器采用CC2430型號。
3.根據權利要求2所述的基于ZigBee技術的光伏陣列監測裝置，其特征在于，數據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.根據權利要求3所述的基于ZigBee技術的光伏陣列監測裝置，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.根據權利要求2所述的基于ZigBee技術的光伏陣列監測裝置，其特征在于，外圍電路包括阻抗匹配電路、編程接口、LED指示、電平轉換芯片、USB接口、RS232接口、晶振、復位器和天線。
【文檔編號】G05B19/418GK103809535SQ201210447030
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月9日 優先權日:2012年11月9日
【發明者】呂華平, 王露 申請人:江蘇綠揚電子儀器集團有限公司