太阳能无人值守供电站无线监控系统设计

【摘要】：随着太阳能光伏电站在各领域的广泛应用,其电站参数检测、安全防范的重要性日益突显。本文设计了一种具有多参数监控、广信号覆盖、多数据采集、各系统相融合特点的远程无线监控系统。论文的主要内容包含以下几方面： 1)研究了太阳能供电站监控需求、安全保护问题以及各种监控方式特点,提出了系统的总体设计方案。采用嵌入式处理器和通用计算机以及移动终端相结合,GPRS和INTERNET相结合的方式构成了双环智能控制系统。 2)设计了基于嵌入式技术的智能测控前端。前端由周界环境监控系统、遥视系统、安防报警系统、电量参数采集系统组成,并形成很好的联动,该前端满足对供电参数、环境参数、周界环境、视频图像的监控需求。 3)探讨了系统智能性、可靠性和实时性相关解决方案。采用多传感器数据加权融合方法提高系统智能性和数据可靠性；硬件上增加滤波电路、隔离电路、阻抗匹配电路、感生电压抑制电路并合理布线,软件上设置看门狗并增加冗余指令提高系统抗干扰；算法上采用均值滤波、中值滤波以及指令等级和用户权限控制方法提高系统可靠性；采用优化协议、分包校验、差错控制技术以及DMA数据通信方式提高数据通信速率和系统响应速度。 4)深入研究了相关协议和国家标准,制定了系统通讯协议。该协议传输层采用UDP协议,应用层协议分为命令帧和应答帧以及异常帧。协议中采用安全校验机制,设定管理员和普通用户的分级权限。同时,充分考虑了系统升级和站点增容相应问题,以保持较高的适用性、协调性和先进性。 5)完成了系统硬件电路原理图设计、PCB调试以及软件程序设计和调试。硬件上以STM32F微处理器为核心设计了各个模块电路。软件上完成了数据采集处理、智能控制程序以及通讯程序,实现了数据的采集存储和无线通信。验证了系统性能,并提出了下一步工作任务。 【关键词】：光伏电站 无线监控 GPRS 无人值守供电站 通讯协议 ARM Cortex-M3
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615;TM76
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-13
• 1.1 研究背景及意义8-10
• 1.1.1 课题的研究背景8-9
• 1.1.2 课题的研究意义9-10
• 1.2 国内外发展现状10-11
• 1.3 课题研究的主要结构和内容11-13
• 2 常见通讯方式和GPRS通讯技术13-20
• 2.1 常见的监控系统通讯方式13-16
• 2.1.1 有线监控方式13-14
• 2.1.2 无线监控方式14-16
• 2.2 GPRS通讯技术16-20
• 2.2.1 GPRS网络组成16-17
• 2.2.2 GPRS通讯过程17-18
• 2.2.3 GPRS网络协议简介18-20
• 3 系统总体方案和关键技术20-41
• 3.1 系统总体方案设计20-23
• 3.2 关键技术23-41
• 3.2.1 系统组网方式23-25
• 3.2.2 系统传输层协议和应用层协议25-35
• 3.2.3 系统智能性问题及解决方案35-36
• 3.2.4 系统可靠性问题及解决方案36-39
• 3.2.5 系统实时性问题及解决方案39-41
• 4 前端远程测控单元硬件电路设计41-59
• 4.1 供电以及参考源电路41-43
• 4.2 主控芯片STM32F及外围系统电路43-47
• 4.3 传感器采集电路及数字量输入电路47-51
• 4.4 数字量输出接口电路51-52
• 4.5 大容量存储器接口电路52-53
• 4.6 图像数据、GPS数据采集电路53-54
• 4.7 无线通信电路54-55
• 4.8 外部设备通讯电路55-56
• 4.9 安防报警电路56-59
• 5 系统软件设计59-74
• 5.1 开发语言及环境59-60
• 5.2 前端RTU终端主程序设计60-62
• 5.3 图像采集模块程序62-63
• 5.4 基于Modbus的供发电数据采集程序63-65
• 5.4.1 Modbus工作原理及其状态流程63-64
• 5.4.2 供发电数据采集64-65
• 5.5 大容量存储器数据存取程序65-66
• 5.6 GPS地理数据读取程序66-68
• 5.7 传感器数据采集和数据处理程序68-69
• 5.8 GPRS无线数据发送程序69-72
• 5.9 SMS短消息发送程序72-74
• 6 实验结果分析74-77
• 6.1 通讯和图像数据采集实验74-75
• 6.2 安防监控报警实验75-76
• 6.3 实验结论76-77
• 7 结论77-80
• 7.1 论文主要完成的工作77
• 7.2 论文的创新点77-78
• 7.3 不足与完善78
• 7.4 展望78-80
• 参考文献80-83
• 攻读硕士学位期间发表的论文83-84
• 致谢84-87
• 附录87-94

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