文摘：設(shè)計(jì)了包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)在內(nèi)的分布式光伏電站數(shù)據(jù)通信管理機(jī)。．基于ARM嵌入式處理器的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過(guò)RS485／232串口采集和分析光伏電站終端設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，采用以太網(wǎng)。／GPRS與光伏電站控制系統(tǒng)的服務(wù)器連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)線通信和數(shù)據(jù)傳輸．基于多任務(wù)實(shí)時(shí)系統(tǒng)Linux的軟件系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，包括任務(wù)管理、內(nèi)存管理、時(shí)間管理和同步通信等功能模塊化。．該通信管理機(jī)具有實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)、分析、處理、上傳和轉(zhuǎn)發(fā)分布式光伏電站監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)等功能。．

關(guān)鍵字：分布式光伏電站；數(shù)據(jù)管理機(jī)；嵌入式系統(tǒng)；遠(yuǎn)程無(wú)線；通信和傳輸

光伏監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制太陽(yáng)能光伏電站的電池陣列、匯流箱、逆變器、交流DC配電柜、電表等設(shè)備，采集、儲(chǔ)存、分析、管理和通信與電站運(yùn)行效率相關(guān)的各種環(huán)境參數(shù)、設(shè)備信息和電力參數(shù)，以保證光伏發(fā)電系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行和并網(wǎng)計(jì)量，是現(xiàn)代光伏電站系統(tǒng)不ke或que的一部分。光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)歷了早期的有線數(shù)據(jù)采集]到目前為止，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)已經(jīng)從存儲(chǔ)卡存儲(chǔ)發(fā)展到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸和云存儲(chǔ)。近幾年來(lái)，隨著工業(yè)屋頂電站和家庭戶用屋頂電站的大量建設(shè)和并網(wǎng)，這一分布式光伏電站的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)得到了重視。光伏數(shù)據(jù)通信管理單元負(fù)責(zé)收集光伏電站在分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)中運(yùn)行的所有相關(guān)數(shù)據(jù)，并通過(guò)以太網(wǎng)運(yùn)行。／為了讓光伏電站用戶和管理者實(shí)時(shí)監(jiān)控光伏電站的運(yùn)行狀態(tài)，GPRS遠(yuǎn)程傳輸?shù)焦夥娬颈O(jiān)控中心，是光伏電站監(jiān)控中心與光伏電站設(shè)備之間的橋梁．本文基于ARM嵌入式處理器的設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)了分布式光伏電站數(shù)據(jù)通信管理機(jī)，實(shí)時(shí)采集、分析、存儲(chǔ)分布式光伏電站運(yùn)行數(shù)據(jù)，并遠(yuǎn)程傳輸?shù)焦夥O(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)分布式光伏電站的遠(yuǎn)程管理和維護(hù)。

1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

基于SAM9X25嵌入式微處理器設(shè)計(jì)的分布式光伏電站數(shù)據(jù)通信管理機(jī)系統(tǒng)硬件，采用RS485。／通過(guò)GPRS，232串口采集和分析逆變器、氣象環(huán)境監(jiān)測(cè)器、匯流箱、電表等終端設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。／將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心的以太網(wǎng)與服務(wù)器連接。．管理員可以通過(guò)登錄WEB界面對(duì)光伏數(shù)據(jù)管理機(jī)進(jìn)行配置管理。用戶可以通過(guò)登錄WEB終端或移動(dòng)終端查看電站的實(shí)時(shí)運(yùn)行和實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)。硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示

圖1通信管理機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)圖

1.1串口電路

通信管理機(jī)采用UART(UniversalAsyn-chronousReceiverTransmitter)還有USART(Uni-versalSynchronousAsynchronousReceiverTransmitter)轉(zhuǎn)向RS-485//接口RS-遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集422串口方式，圖2為串口電路結(jié)構(gòu)圖。

圖2串口電路結(jié)構(gòu)圖

串口數(shù)據(jù)傳輸采用平衡發(fā)送和差分接收的方式。．ARM芯片的UART接口和USART接口與四通道隔離器ADUM1400相連，分隔數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)和收發(fā)器的控制信號(hào)，支持多種通道配置和數(shù)據(jù)傳輸速度，確保系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性．RX和TX通過(guò)隔離器后的數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)線與RS484／RS422／RS232收發(fā)器直接連接，收發(fā)器的控制信號(hào)EN需要通過(guò)斯密特觸發(fā)器再次連接RS484／RS422／RS232收發(fā)器，控制收發(fā)器的工作模式．斯密特觸發(fā)器將緩慢變化的輸入信號(hào)變?yōu)榍逦鸁o(wú)抖動(dòng)的方波信號(hào)，增加系統(tǒng)的抗干擾能力．RS484／RS422／在端信號(hào)的控制下，RS232收發(fā)器與設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

1.2SD卡存儲(chǔ)電路

通信機(jī)包含一個(gè)SD卡插座，圖3是其電路結(jié)構(gòu)圖。HSMCICI芯片的SD卡和ARM芯片(HighSpeedMultimediaCardInterface)PIO連接模塊的物理層接口，HSMC1支持流、塊、多塊數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)，同時(shí)受到DMACC的影響。(DirectMemoryAccessController)控制在很大程度上保護(hù)了處理器的數(shù)據(jù)傳輸效率。SD卡支持三種傳輸模式:SPI模式、一位模式和四位模式。該系統(tǒng)采用四位模式。

圖3SD卡存儲(chǔ)電路結(jié)構(gòu)圖

1.3以太網(wǎng)口電路

通信管理機(jī)包括兩個(gè)以太網(wǎng)口，圖4顯示其電路結(jié)構(gòu)圖。．以太網(wǎng)通過(guò)RJ-45網(wǎng)口與媒體連接，通過(guò)共享傳輸媒體傳輸差分?jǐn)?shù)據(jù)。濾波器將RJ-45網(wǎng)絡(luò)接口的電壓轉(zhuǎn)換成網(wǎng)卡芯片DM9161所需的電壓，過(guò)濾掉其他干擾信號(hào)，降低信息傳輸?shù)腻e(cuò)誤率。網(wǎng)卡芯片的物理層接口接收過(guò)濾器的輸出信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為MII。(MediaIndependentInter—face)EMAC(EthernetMediaAccessController10)通過(guò)數(shù)據(jù)接口將MII信號(hào)發(fā)送給ARM控制器。／100)模塊．該系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線，兩端45連接的雙絞線線序wan全相同，用于連接終端設(shè)備到HUB或LANSwitch。

圖4以太網(wǎng)口電路結(jié)構(gòu)圖

2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

通信管理軟件系統(tǒng)采用多任務(wù)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)，包括任務(wù)管理、任務(wù)調(diào)度、內(nèi)存管理、時(shí)間管理和任務(wù)之間的通信和同步等功能模塊。．通過(guò)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)程序模塊、操作系統(tǒng)的API函數(shù)、系統(tǒng)任務(wù)和任務(wù)調(diào)度模塊，系統(tǒng)在Linux提供的任務(wù)核心的基礎(chǔ)上擴(kuò)展操作系統(tǒng)。．將程序分為主程序、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等多個(gè)任務(wù)模塊，根據(jù)各功能的相關(guān)性。

主程序需要完成ARM芯片和外部設(shè)備、Linux系統(tǒng)和信號(hào)量的初始設(shè)置并啟動(dòng)系統(tǒng)。同時(shí)，主程序需要啟動(dòng)任務(wù)線程，如驅(qū)動(dòng)調(diào)度、網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)庫(kù)。．圖5顯示了主程序流程圖。

2.1數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集任務(wù)是完成每個(gè)終端設(shè)備的數(shù)據(jù)采集。如圖6所示，程序讀取變量信息，完成后啟動(dòng)串口通信線程，然后調(diào)用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的初始接口。此時(shí)，收集任務(wù)通過(guò)向數(shù)據(jù)總線發(fā)送“收集數(shù)據(jù)"接口的數(shù)據(jù)命令來(lái)讀取。所有連接在數(shù)據(jù)總線上的傳感器接收讀取命令后，將根據(jù)數(shù)據(jù)包判斷是否發(fā)送給自己。如果是，將設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)返回系統(tǒng)，直到數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。

圖5主程序流程圖

圖6數(shù)據(jù)采集任務(wù)流程圖

2.2數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)據(jù)傳輸包括兩個(gè)部分:數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)接收，其中數(shù)據(jù)傳輸部分主要將后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)角岸薟EB頁(yè)面，數(shù)據(jù)接收部分主要接收網(wǎng)絡(luò)上傳的數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和執(zhí)行。數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程圖如圖7所示。

2.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)主要完成上傳數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。如圖8所示，程序在接收到網(wǎng)絡(luò)通信層的通信中斷信息后，讀取內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)中所有變量的信息，根據(jù)內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)中不同類型的數(shù)據(jù)選擇不同的存儲(chǔ)方案。若選擇周期存儲(chǔ)，則循環(huán)判斷周期時(shí)間是否達(dá)到，達(dá)到設(shè)定的周期時(shí)間則將數(shù)據(jù)寫(xiě)入歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)緩存隊(duì)列；若是按照精度存儲(chǔ)，則按照旋轉(zhuǎn)門算法對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，將符合條件的數(shù)據(jù)寫(xiě)入歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)緩存隊(duì)列。

圖7數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)流程圖

圖8數(shù)據(jù)存儲(chǔ)流程圖

3應(yīng)用

Chitic分布式光伏電站數(shù)據(jù)通信管理機(jī)采用上述設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。該通信管理機(jī)的本地WEB配置界面包括數(shù)據(jù)視圖、串口配置、通道配置、網(wǎng)絡(luò)設(shè)置、傳輸配置、服務(wù)和系統(tǒng)維護(hù)等7個(gè)功能，每個(gè)功能模塊下包含幾個(gè)子功能，如圖9所示。

在數(shù)據(jù)視圖下，電站可以查看當(dāng)前電站的電量參數(shù)、環(huán)境參數(shù)和節(jié)能參數(shù)；在設(shè)備信息下，可以查看當(dāng)前電站設(shè)備的數(shù)量和各種設(shè)備的運(yùn)行情況。

圖9Chitic分布式光伏電站數(shù)據(jù)通信管理機(jī)WEB配置界面

串口配置可配置各種串口參數(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和本地查看功能。

通道配置可以配置設(shè)備通道信息，每個(gè)設(shè)備都是樹(shù)形連接，每個(gè)串口是一個(gè)通道，有四個(gè)通道，一個(gè)通道下可以掛多個(gè)l6個(gè)設(shè)備，系統(tǒng)集中采集設(shè)備數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)配置可以是IP，數(shù)據(jù)上傳方式有NET。GPRS，三種方式可以選擇WIFI。．傳輸配置可以配置遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心IP，系統(tǒng)根據(jù)配置的上傳方式將電站數(shù)據(jù)上傳到zhi定數(shù)據(jù)中心IP。查看系統(tǒng)支持的協(xié)議類型和ModBus保存器的一些功能。．系統(tǒng)維護(hù)用于查看系統(tǒng)版本和序列號(hào)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)升級(jí)、時(shí)間校對(duì)和設(shè)備重啟等功能。

4安科瑞網(wǎng)關(guān)介紹

5結(jié)論

通過(guò)RS485設(shè)計(jì)了一種基于ARM嵌入式處理器的分布式光伏電站數(shù)據(jù)通信管理機(jī)，其硬件系統(tǒng)采用RS485。／232串口采集和分析光伏電站終端設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，采用以太網(wǎng)。／GPRS與光伏電站控制系統(tǒng)的服務(wù)器相連，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程無(wú)線通信和數(shù)據(jù)傳輸。．基于多任務(wù)實(shí)時(shí)系統(tǒng)Linux，軟件系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，包括任務(wù)管理、內(nèi)存管理、時(shí)間管理和同步通信等功能模塊。該通信管理機(jī)具有實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)、分析、處理、上傳和轉(zhuǎn)發(fā)分布式光伏電站監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)等功能。．該系統(tǒng)利用WEB網(wǎng)頁(yè)查看和配置光伏電站數(shù)據(jù)，支持多種通信規(guī)定，支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳，具有數(shù)據(jù)采集、分析處理、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、同步上傳、本地轉(zhuǎn)發(fā)等多種功能。．同時(shí)，該系統(tǒng)是分布式光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，具有成本低、功耗低、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大、數(shù)據(jù)處理速度快、實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)多任務(wù)操作的優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]BENGHANEMM．LowcostmanagementforphotovoltaicsysteminisolatedsitewithnewIVcharacterizati0nmodelproposed[-J]．EnergyConversionandManagement，2009，50：748—755．

[2]FORERON，HERMANDEZJ，GORDILLOG．Develop—mentofamonitoringsystemforaPVsolarplant[J]．Ener—gYConversionandManagement，2006，47：2329—2336．

[3]楊啟凱．光伏實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]．重慶：重慶大學(xué)，2013．