光伏发电通信基站电源远程监测系统的设计 (1).pdf

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1、第1 9 卷V 0 1 1 9第1 0 期N o 1 0电子设计工程E l e c t r o n i cD e s i g nE n g i n e e r i n g2 0 1 1 年5 月M a v2 0 11光伏发电通信基站电源远程监测系统的设计杨思傻(西安航空职业技术学院电子工程系，陕西西安7 1 0 0 8 9)摘要：基于对处于偏远地区的光伏发电基站电源运行情况进行远程控制和检测的目的，设计了针对性的监测系统，基站电源发电的电压、电流值每5s 采集一次。通过G P R S 模块无线高速传输到总站计算机进行检测和控制。进行串口通信实时数据采集、存储、查询，并完成对上位机串行口接收数据

2、设置、上住机对下位机工作情况的检测和系统功能的设定。探讨了G P R S 模块进行数据传输的过程。M C 3 5 i 驱动及A T 指令的编写和数据传输协议的制定。在实验的基础上，采集到日光强度改变时基站电源运行情况的数据，为提高太阳能电池的利用率提供了实践依据。关键词：G P R S 模块；串口通信；数据采集；M C 3 5 i 驱动中图分类号：r P 2 7 4文献标识码：A文章编号：1 6 7 4 6 2 3 6(2 0 1 1)1 0-0 1 6 9 0 4D e s i g no ft h er e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mo fp

3、h o t o v o l t a i ce n e r g yc o m m u n i c a t i o np o w e rs u p p l yY A N GS i-j u n(D e p a r t m e n to f E l e c t r o n i cE n g i n e e r i n g，X i a nA e r o n a u t i c a lP o l y t e c h n i cI n s t i t u t e，X i 帆7 1 0 0 8 9，C h i n a)A b s t r a c t：I no r d e rt oc o n t r o la

4、n dt e s tt h eo p e r a t i o no fr e m o t ep o w e rs t a t i o n，p e r t i n e n c ym o n i t o r i n gs y s t e mi sd e s i g n e d，t h ep o w e ri su s e d，t h ec u r r e n ta n dv o l t a g eo fp o w e ri sc o l l e c t e de v e r y5 so n c e，t h ed a t ai st r a n s m i s s e dt h r o u g hG

5、 P R Sm o d u l ew h i c hi saw i r e l e s sh i g h-s p e e dt r a n s m i s s i o n T h ef u n c t i o no ft h eS y s t e mi st oc o l l e c td a t a。s t o r a g ea n di n q u i r e T h i sp a p e ra l s oi n t r o d u c e sr e c e i v i n gd a t as e t t i n go fP Cs e r i a lp o r t，w o r kt e s

6、 t i n ga b o u tP Ct op o w e rc o n t r o lm a c h i n ea n ds y s t e mf u n c t i o ns e t t i n g I nal a r g en u m b e ro fe x p e r i m e n t a l，w ec o l l e c ta b u n d a n to p e r a t i o nd a t aw h e ns u n l i g h te o n t i n u e l yc h a n g e s T h ed a t ap r o v i d ep r a c t i

7、 c a lb a s et oi m p r o v et h eu t i l i z a t i o nr a t eo fs o l a rc e l l s K e yw o r d s：G P R Sm o d a l e；s e r i a lc o m m u n i c a t i o n；d a t ac o l l e c t i o n；M C 3 5 id r i v e r随着计算机控制技术的发展。计算机被广泛应用于数据采集系统领域中，数据采集系统多采用上位机和下位机的主从工作方式。因为单片机具有价格低、功能强、抗干扰能力好、温限宽和面向控制等特点。所以下位机一般采

8、用单片机对现场数据采集与对设备一级监控：计算机的分析处理能力较强，有友好的人机界面和大容量的多种存储方式，故上位机一般采用计算机对采集数据进行图形显示、分析以及管理。上位机与下位机通过串行接口实现通信，在本系统采用了V i s u a lB a s i c6 0 开发串口通信程序。1 数据传输太阳能发电监测分上位机和下位机两部分。下位机对各个模块的工作输入电压、电流。输出电压、电流数据进行存储、显示。由于本设计的太阳能发电装置用于通信基站的电源，其应用的环境一般位于偏僻且交通欠发达的地区，所以下位机的数据需通过G P R S 传送到上位机。以便于监测和故障排除 t-J l。G P R S 模块

9、(即M C 3 5 i)和外部设备之间的通信协议是通收稿日期：2 0 11 0 3 0 7稿件编号：2 0 11 0 3 0 3 6作者简介：扬思俊(1 9 8 l 一)，女，陕西渭南人，硕士，助教。过A T 指令集来完成的。A T 指令集是从终端设备(T e r m i n a lE q u i p m e n t，T E)或数据终端设备(D a t aT e r m i n a lE q u i p m e n t，D T E)向终端适配器(T e r m i n a lA d a p t e r，T A)或数据电路终端设备(D a t aC i r c u i tT e r m i n

10、a lE q u i p m e n t。D C E)发送的。A T+C M G C 指令的功能为s e n da n S M Se o m n l a n d(发出一条短消息)。对短消息的控制有3 种模式即B l o c kM o d e、基于A T 命令的P D UM o d e 和T e x tM o d e。目前，P D UM o d e 应用最为广泛，它不仅支持中文短信，也能发送英文短信。其短消息正文经过十六进制编码后作为一个二进制字符串被传输。P D U 模式收发短信可以使用3 种编码：7b i t、8b i t 和U C S 2 编码。7b i t 编码用于发送普通的A S C

11、L L 字符。8b i t 编码通常用于发送数据消息，U C S 2 编码用于发送U n i c o d e 字符。短信发送框图如图l 所示(图中X X 表示第几条短信)。2M C 3 5 i 驱动及A T 指令的编写2 1M C 3 5 i 的开关机及初始化目前市场上支持G P R S 的模块有很多种，综合考虑后采用西门子的M C 3 5 i 模块，该模块在支持G S M 的基础上增加了对G P R S 的支持，上传波特率可达2 1 4k b s，下传波特率最研究方向：电子电路设计，嵌入式系统，新能源技术开发。-1 6 9-万方数据电子设计工程)2 0 1 1 年第1 0 期图1 短信发送框

12、图F i g 1S e n d i n gS M S大为8 5 6k b s，并支持C S l，C S 一2。C S 一3。C S-4 等4 种编码方案，是一个具有较高稳定性的工业及模块。M C 3 5 i 的工作电压范围为3 3 4 8V，传输功率在G M S18 0 0 时为lW。休眠电流为3m A。M C 3 5 i 提供一个4 0 引脚的外部控制接1 2 1。其中包括了控制、数据传输、S l M 卡、声音以及电源接口。M C 3 5 i接1 2 1 采用A T 指令集，并支持部分西门子的扩展A T 指令。M C 3 5 i 的电源采用单个3 3V 到4 8V 的电源。由于M C 3 5

13、 i 在进行数据传输或通话过程中峰值电流可能达到2A 所以电源必须能够提供足够的电流以保证在大电流时电源电压不低于3 3V。如果在工作工程中电源电压下降到低于3 3V 或电压下降幅度超过4 0 0m V 时，M C 3 5 i 将自动关闭。比如，在峰值电流2A 时。在线路上的电压损耗必须考虑。如果线路电阻为5 0m Q，那么电压损耗为1 0 0m V，因此在布线时必须考虑这些问题。M C 3 5 i 的开关机需要在模块的O N O F F 引脚上加上脉宽1s 以上的低电平。当模块处于关机状态检测到O N 0 F F引脚的下降沿并持续l8 以上的低电平时启动整个模块。同理。当模块启动后检测到持续

14、1s 以上的低电平。则延时8s关机。所有的A T 指令操作都必须在开机状态下才能执行网。开机后还要对M C 3 5 i 进行初始化来实现单片机对模块的控制：首先要测试模块串口的连接状况。通过发送A T 指令，等待模块的回复，返回O K 则连接成功，没有响应则表示模块连接存在问题：接着还要向模块发送A T E O 指令来关闭回显。回显功能主要用于串1 2 1 调试，具体应用时应关闭该功能，防止回显字符和返回参数混合。2 2M C 3 5 i 的A T 控制指令M C 3 5 i 模块是采用A T 指令集进行控制的采用A T 指令集可以实现模块参数的设置，数据的发送与接收。A T 指令集是调制解调

15、器通信接1 2 1 的工业标准。指令由A S C I I 字符组成，除“A”、“+”指令外，所有指令都是以“A T”开头。以 结束。绝大多数指令被执行后都有返回参数。常见的A T 指令有：设置通信波特率：使用A T+I P R=1 92 0 0 命令，把波特率设为1 92 0 0b s。设置接入网关：通过A T+C G DC O N T=I，“I P”。“C M N E T”命令设置G P R S 接入网关为移动梦网。设置移动终端的类别：通过A T+C G C L A S S=B 设置移动-1 7 0-终端的类别为B 类，即同时 多种业务，但只能运行一种业务。即在同一时间只能使用G P R S

16、 上网，或者使用G S M 的语音通信。测试G P R S 服务是否开通：使用A 7 r+C G A C r-1 1 命令激活G P R S 功能。如果返回O K，则G P R S 连接成功；如果返回E R R O R 则意味着G P R S 失败。中国移动在G P R S 与I n t e m e t网中间建立了许多的网关支持节点(G G S N)，以连接G P R S 网与外部的I n t e m e t 网络。G P R S 模块可以通过拨“+9 9 料1#”登录到G G S N 上并通过P P P 协议获取动态分配到I n t e m e t 网的I P 地址。3 上位机软件3 1 数

17、据格式由于V i s u a lB a s i c6 0 引入了面向对象的编程机制，巧妙地将W i n d o w s 编程的复杂性封装起来。只需使用窗体和控件等可视化界面设计程序，从而降低了程序设计的难度。本文就采用了V B 来设计上位机软件以实现太阳能发电监测的功能。1)数据传输帧格式下位机与上位机通信的数据传输帧格式为：地址码(1)+功能码(1)+数据数量(1)+数据域()+C R C 校验(2)2)上位机软件功能码分类o x o l 读取下位机历史数据0 x 0 2 读取系统当前时间o x 0 3 设定时间0 x 0 4 读取实时数据0】【0 5 报警指示3 2 串口调试V B 6 0

18、 中，使用M S C o m m 时，首先要在程序中打开相应的串口，然后对相应的串口通信参数进行设置阎。串口通信时，无论发送还是接收。都要在通信程序中设置一个V a r i a n t类型变量作“中介”。程序设计如下：P r i v a t eS u bM S C o m m lO n C o m m()串口通信控件设置D i mi n d a mA sV a r i a n tS e l e c tC a s eM S C o m m l C o m m E v e n 通讯事件发生C a s ec o m E v R e c e i v e 有接收事件发生D oW 1 l i l eM S

19、 C o m m l I n B u 自f e r C o u n t 0i n d a t a=M S C o m m l I n p u t 读地址码，功能码。数据数量。1 3 字e m p(i)=A s c B(i n d a t a)I fe m p(O)&H 3 A T h e n 判断帧头M S C o m m l I n B u f f e r C o u n t=0 停止接收E l s ei=i+lE n dI fl o o p万方数据杨思值光伙发电通信基站电源远程监剥系统的设计I f i=e m p(2)+5 n e n#女td 1 =T m ei=0E n d】fE n d

20、 1 IE n dS u bR T H m s h o d=l i m 接#*I#*B 8“1 “0 c。一事#十#*事#M S C o m m I t l J n p=“4 S 0 0，nsl。口i m 参#M S 岛m m IP o n O p+n：T m e h n o太m 能发自监测主要是W 太脆自*I 作时的各模块的输 自自m 转口自、自m“#口的计算月#目*目2 m m 啊i 日譬-o o-o-。一t t m w t#”o f i：-。高。一4 “=：黜：_ 一：嚣：4 丑：嚣釜一 _ t 一i 月2i H*d#mF i g2】n r f d“l I mc o l l a t i

21、o n4 功能实现_】篁系统#有宴目监*自能t 位机每5s 钟发女命令F m#命目刻将宴日敷镕t 传，其读mF 位机m史&据目i 输 女询8*W M#镕t 目自fF n每小时月采样一十数据所“r 位m 会8 i 出对应数据P l自*月自目3 日i。目3*女自*F i g3h I d h l。eo fh t s t m j r J dd a=i n q u i r em m 日(I)+自日(1)+数m i(】)+蛤时目(4)+镕t H 目(4)+C R C H(1)+C R C L(”白勺镕式传辅T 位n，倒：；滨R2 0 0 7 4 1 2 月8 日9 目i2 0 0 8 42 月如日5 H

22、数*自容m 3 am 0 1O x 0 8O x 0 9m 吣m 1 2m 0 8O x 0 5O x 加O x 0 20 x 0 90 x 1 0O x 8 i：*t 时目f 超过当前时目起蛄时目R 在终t 目目n 史#g aG P R St 传。n*A 有#时自报警自m 涮i 统驶n i 统目月按月如T 杖镕式进行*T 位n 时问设2。日(1)+自日(1)+*#i(i)+目目(7)_ c R c H)+c R C L(1)里!苎J!型至目!罢兰|日4 目M*i*自 P i g4 n t e r f w e ds v l l m*t f i,g如果F 位*十的各分m 中新路、短路或信故障等异

23、常情日fT n 口时&m 报警信号井传输碧位mi1 盘n 信目m#m f*i 5 系统检测结果4 女i 十自T&自宰目f 太n 自#*$*白q H g 月TM P P P(i 自$镕镕)#$*高太m 电的利月卓。分别采集T 带b t P P T 技术的女目能t*控制#f 带M P P T 技术控制#的电、自#将自目率m 打T#4 计十做T 女t 实*#T 输m 自自m 井*T 目击f“#析。“T B 日光新增时数据H。女采集&A 每58 采集一改t 将单将每WIH#据m 行表分析如表1M i。1日*t*m*目n 镕$T+bIS u n l i n tg r“t m l l y l m n m

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26、尊基f c P R s a 镕#*舌E a t 镕 m*$=自*，2 0 0 8，2 7(2)8，一Z H E N GW a n M H U A N GY n q i n g，Z I I A N GX l n e ta l2 1L i CE L iC，H o uA，“a lAm a l-t i m er e m o kc o n t m h i l e c t ur eu 8 i n gm o b i l e u n l c a I l【J】E E E1 h I o nI n s l m m e n l a l J o na n dM n I2 0 0 3 5 2f 4 19 9 7 一1 0

27、 0 33Q t uW a n g r b i a oQ UZ h i-y u a nI k l Ff o rt e m ph u m i d i t yt o n a l8 y s e mdt o b a c c op a r c h i n gH wb 撕do|lP u 崩-P I Dg o n t m l i C y P r o c e e d i n g so fm e2 0 0 6l E E KI n k m a t i o n a lC o d e m n M e e h a t r o n i c s“dA u l o m a t i o 2 0 0 6：2 2 2 9 2 2

28、M4 1$*i*，i *，等-M C 3 5 H#$*f J I”#g 2 0 0 5 2 1(7 1 1 0 0 一1 0 2Z I I A N GZ h a nx i nM E N GR uM E N Gq n g-h o n ge la lT h el e d a t ea c q u i s i t i o ns y s t e mb dO BM C 3 5】c o n a n d 山m d 6 0 nP u b l i c a t i o nG m u p+2 0 0 5 2 I(7)1 0 0 1 0 25 1#=目自f V B 60 单H“$#m#日*$*l*#“m，2 0 0

29、4 2 4(1)6 6-6 8C H E NS a n-f e gL I UX i a 十b oD a l a-a c q u l s i l i s v m e md e s i g nh s do f fs e r i a lP o m m H n i c a t l o l lb e t w。e nV B 6 0a n ds c M J lJ o m a lo fC a m p u l e rA p p l i c a t i o n s2【m 2 4(I)黼一6 8【6】卓，*自目l f V B 5 母*H”io 机#*m 5 女8 2 0 0 8 2 2(I)：9 0 9 2I JF

30、 a n gH EY u t l a n n S a s i g n i nh t*l i n ed e t e c t i n g“dh i l u r ed i a g n o s i s1 n s e n Ldh y d m u l l es y$1 e mb 啪d。nV B J P e L n“岫h|I b2 0 0 82 2(1)：帅捌f#1 6 8A)I C E 2 A 1 6 5t Z q R*自镕t“l*2。日m aI C E 2 A 1 6 5 屉*”十$*自自#H E#将受Hr qf I 作*R，*#目r 目白奇m 前。i m：I n n e o n l C E 2 4 0

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32、e r m，d m l o“，d o 仰l o d，P c 8】7 口吲5H T CP r o g r a m m a b l eP r e c i s i o nS h u n lR r q d a t o rT I A 3 1 1 A CB O L 2 0 0 6-0 3 0 6 1M t p：l l p d E i e m l n e re o m d o w n l o a d d o 帅l o a d F f L 4 3 1 E“f 6 i$目自外=#t 誊#4 十*【M】|匕：t I 女#2 0 0 9雾万方数据光伏发电通信基站电源远程监测系统的设计光伏发电通信基站电源远程监测系统的设计作者：杨思俊，YANG Si-jun作者单位：西安航空职业技术学院,电子工程系,陕西,西安,710089刊名：电子设计工程英文刊名：ELECTRONIC DESIGN ENGINEERING年，卷(期)：2011,19(10)本文链接：http:/