基于GPRS的離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)遠(yuǎn)程無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)

一.引言

可再生能源已經(jīng)吸引了越來(lái)越多全世界的關(guān)注， 而風(fēng)能資源被廣泛理解為一 個(gè)明確的可再生資源。有許多成功地利用風(fēng)力發(fā)電的使用，例如，有些如單機(jī)離 網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)和獨(dú)立風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)從建模階段到大規(guī)模施工階 段，在許多國(guó)家，特別是在中國(guó)。但是，在大多數(shù)情況下，這些風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)位 于偏遠(yuǎn)地區(qū)，因此如何管理這些風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并確保它們運(yùn)行良好，是一個(gè)有意 義的問(wèn)題。

目前，離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)還存在著一些急切的問(wèn)題需要解決：

?不規(guī)則的管理和維護(hù)成本低經(jīng)常造成資本來(lái)源的資產(chǎn)損失，這將導(dǎo)致巨大 的廢物和不能向沒(méi)有電的地區(qū)提供電力。

?在離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)通常是在偏遠(yuǎn)相對(duì)落后的地方。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的服務(wù) 生命會(huì)縮短， 因?yàn)閷?zhuān)業(yè)人士及管理者不能有定期保養(yǎng)及維修的離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī) 組。

?管理增加了困難，因?yàn)轱L(fēng)的管理渦輪承包商和賣(mài)主通常不參加的后來(lái)的離 網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的管理。

?隨著通訊技術(shù)和嵌入式技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)已取得了很大進(jìn)展。本篇文章基于遠(yuǎn)程監(jiān)控監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控維護(hù)和修復(fù)離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī) 組模式。

二. 設(shè)計(jì)項(xiàng)目的遠(yuǎn)程無(wú)線基于GPRS 的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)

A. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由三部分組成：控制終端，中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)和通信網(wǎng)絡(luò)?？刂平K端組成微控制器，數(shù)據(jù)采集模塊和 GPRS 通訊模塊。

遠(yuǎn)程無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

圖 1. 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型

B.系統(tǒng)功能

控制終端，中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)和軟件，分別完成不同的工作。

1)控制終端

控制終端負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)傳輸費(fèi)處理，數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，包括直流 電(DC)輸出電壓和電流信號(hào)，交流電(AC)輸出電壓和電流信號(hào)，轉(zhuǎn)速發(fā)電 機(jī)和風(fēng)速的信號(hào)，中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)。此外，這些工程必須是實(shí)時(shí)的。

2)中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)

中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)需要負(fù)責(zé)接收，存儲(chǔ)和顯示的數(shù)據(jù)。同時(shí)，它存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù) 服務(wù)器中的數(shù)據(jù)。根據(jù)該原則信息理論，數(shù)據(jù)是更不穩(wěn)定的，其數(shù)額信息是比較 大。并且磁盤(pán)空間有限在數(shù)據(jù)服務(wù)器。出于這個(gè)原因，我們應(yīng)該使用數(shù)據(jù)管理的 相應(yīng)的程序，使數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器包含更多的信息，以便在將來(lái)有利于評(píng)估風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行條件。 該系統(tǒng)選擇了微軟的 Access 數(shù)據(jù)庫(kù)，它不僅是功能強(qiáng)大，對(duì)于用戶(hù)來(lái)說(shuō)也 比較容易。對(duì)于一些簡(jiǎn)單的管理，即使我們沒(méi)有任何代碼，它可以實(shí)現(xiàn)的。這些 優(yōu)勢(shì)滿(mǎn)足我們的要求。

3)監(jiān)控軟件

監(jiān)控軟件是一個(gè)得到的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀況的直接數(shù)據(jù)重要的渠道。 它將 數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)庫(kù)中并在他們實(shí)時(shí)接收后顯示相應(yīng)的窗口。 利用 Visual Basic 軟件 集成 Mapx 的控制，使我們的電子地圖包括監(jiān)測(cè)在主界面顯示的地理范圍。

三. GPRS 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)

考慮到用戶(hù)的消費(fèi)水平和芯片性能，盧米納的 ARM7 LM3S1138 芯片是最 好的一選擇，因?yàn)?ARM7 嵌入式微控制器應(yīng)用程序的極端敏感性帶來(lái)了高性能 的 32 位計(jì)算能力。這種高尖端的技術(shù)，使用戶(hù)享受籌碼 32 位性能，只需要支 付相同價(jià)傳統(tǒng)的 8 位和 16 位器件。

WAVECOM 模塊 Q2406B 是一個(gè)無(wú)線模塊，支持 GPRS 和嵌入 TCP / IP 協(xié)議。 [6]這是基于 Q2406B 演示板， 并連接到 LM3S1138 的串行接口 UART (異 步串行通信接口) 。

圖 2. 硬件組成

A. GPRS 的通信協(xié)議

數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò) LM3S1138 的 ADC 模塊將發(fā)送風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)到 ARM 芯片， 并通過(guò) LM3S1138 的 UART 將數(shù)據(jù)發(fā)送到 GPRS 模塊。 GPRS 等 模塊工作是，它開(kāi)始在預(yù)定的時(shí)間間隔內(nèi)不斷地發(fā)送位置數(shù)據(jù)到中央監(jiān)控計(jì)算 機(jī)。[6] 壓縮包需要中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)返回一個(gè)確認(rèn)接到消息后日期，非壓縮包不 需要此消息。如果 GPRS 終端沒(méi)有收到確認(rèn)消息，它將重新發(fā)送直到數(shù)據(jù)包發(fā)送 ” 溢出。數(shù)據(jù)包包含“風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的 ID 號(hào)(GPRS 的 SIM 卡裝入號(hào))，這代表 其身份，以及“信息序列號(hào)“的發(fā)送包。該中心將確定數(shù)據(jù)包根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 的 ID 號(hào)，以便使其顯然，其中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的數(shù)據(jù)包發(fā)送，并判斷數(shù)據(jù)包是否 丟失根據(jù)連續(xù)性序列號(hào)信息。當(dāng)傳輸?shù)闹匾畔?，該中心還要求確認(rèn)消息。

B. Q2406 初始化

首先，設(shè)置超級(jí)終端的波特率是使 115200kbps，無(wú)校驗(yàn)位，8 個(gè)數(shù)據(jù)位，1 個(gè)終止位，無(wú)流控制。如果在超級(jí)終端中鍵入“AT”后返回“確定” ，則表明計(jì) 算機(jī)已連接與通訊模塊正常。而你必須確保該有 GPRS 服務(wù)的 SIM 卡已經(jīng)插入 通訊模塊。

AT 命令的初始化如下。

AT+CCID //檢測(cè)是否正確安裝的 SIM 卡

AT+CGMR //檢測(cè)軟件版本號(hào)

AT+CSQ //報(bào)告信號(hào)質(zhì)量

AT+CGCLASS="B" // 設(shè)置 GPRS 模塊的工作模式

AT+CGDCONT=1,"IP","CMNET" // 設(shè)置節(jié)點(diǎn)服務(wù)器名稱(chēng)和 GPRS 網(wǎng)絡(luò)屬性

AT+CGATT=1 //連接到 GPRS 模塊

值得注意的是,AT 命令只有在收到“OK” 以后才可以執(zhí)行。

C. Q2406 與 PC 機(jī)的連接

通訊模塊必須在數(shù)據(jù)傳輸之前連接位于監(jiān)測(cè)中心的監(jiān)控計(jì)算機(jī)。

通過(guò)上述命令， GPRS 的初始化完成后， 執(zhí)行以下命令就可以與監(jiān)控計(jì)算機(jī) 連接。

AT#CONNECTIONSTART // 啟動(dòng) GPRS 連接

AT#TCPPORT="6800" //設(shè)置 PC 和 Q2406B 之間的通信端口

AT#OTCP //啟動(dòng)與監(jiān)控計(jì)算機(jī)的通信

AT#CONNECTIONSTOP //停止與互聯(lián)網(wǎng)連接

AT#CGATT=0 //分離 GPRS 網(wǎng)絡(luò)模塊

四. 軟件設(shè)計(jì)

A. 軟件的主要功能

采用 Windows XP 作為該軟件開(kāi)發(fā)的平臺(tái)。進(jìn)入系統(tǒng)主界面后，如圖 3 所 示，它是電子接口圖的左邊。在地圖上，每一個(gè)三角形編號(hào)是根據(jù)風(fēng)力發(fā)電 機(jī)組的位置做的一個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的符號(hào)。 運(yùn)營(yíng)商可這很容易根據(jù)三角形辨別 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。不同顏色的三角形將顯示風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。綠色表 示風(fēng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，紅色表示風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行異常，而藍(lán)色表示風(fēng)力發(fā) 電機(jī)組已停止運(yùn)行。如果點(diǎn)擊在右邊的五個(gè)功能鍵，您將進(jìn)入下一個(gè)界面使 可根據(jù)運(yùn)營(yíng)商的需求得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)和曲線。此外，當(dāng)光標(biāo)移動(dòng)到任何三角 形，會(huì)彈出一個(gè)信息顯示窗口，顯示現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。因此，用戶(hù) 可以查看一個(gè)月的歷史數(shù)據(jù)和電源曲線。該軟件的主要功能是數(shù)據(jù)采集，傳 輸，處理，存儲(chǔ)和查詢(xún)。改進(jìn)之后，軟件將把數(shù)據(jù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便在需 要的時(shí)候調(diào)用歷史數(shù)據(jù)。

圖 3. 系統(tǒng)主界面

B. 應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的控制終端

我們使用 C 語(yǔ)言作為編程語(yǔ)言。 IAR 軟件作為應(yīng)用程序調(diào)試環(huán)境。終端的 應(yīng)用程序主要是負(fù)責(zé)傳輸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。 首先初始化微控制 器和通信模塊，然后用 AT 命令來(lái)設(shè)置操作 GPRS 模塊的參數(shù)，例如，服務(wù) 器的 IP，波特率，心跳間隔周期和服務(wù)器端口號(hào)。[7] [8] [9] 初始化后，將可以與中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)傳輸數(shù)據(jù)。圖 4 顯示了程序流圖表。

圖 4. 程序流程圖

五.結(jié)論

通過(guò)對(duì)基于 GPRS 的離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)遠(yuǎn)程無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)的研究， 本文提出

了一種有效處理浪費(fèi)國(guó)家資源課程項(xiàng)目管理不當(dāng)，延誤維修等問(wèn)題的途徑。它的 一個(gè)偉大的意義在于給偏遠(yuǎn)地區(qū)的人們供電。 隨著先進(jìn)的 GPRS 技術(shù)的快速發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電也有一個(gè)光明的未來(lái)。