基于STM32的波浪能发电装置离岸监测系统设计

【摘要】：能源短缺和环境污染成为制约社会发展的一个瓶颈，海洋能作为一种可再生的清洁能源，主要包括潮汐能、潮流能、波浪能、温差能等，世界各国对海洋能的开发与利用越来越重视。本课题在2011年海洋可再生能源专项资金项目“用于海洋资料浮标观测系统的波浪能供电关键技术的研究与实验”的资助下，针对波浪能发电装置深处环境恶劣的海洋、远离海岸、维修困难的特点，设计了基于STM32的波浪能发电装置离岸监测系统，以实时监测波浪能发电装置的工作状态，使波浪能发电装置的维护模式从计划检修转变为状态监测、按需维修。 论文首先介绍了波浪能发电装置的基本结构及工作原理，针对波浪能发电装置电压、电流、转速等参数的监测需要，设计了波浪能发电装置离岸监测系统框架。该系统主要由数据采集处理模块、数据远程传输模块以及数据监控终端三部分组成，系统采用主从结构，数据监控终端作为主机，数据采集处理模块作为从机。基于该框架重点研究了以下内容：①通过分析各种电压、电流、转速传感器工作原理，结合该监测系统需求，选择了霍尔电压传感器、霍尔电流传感器、霍尔转速传感器采集发电装置的电压、电流、转速信号；根据数据远程传输的需要，采用DTU（GPRS数据传输单元）作为数据远程传输模块。②采用STM32F373VC型微处理器设计了传感器接口电路和RS232接口电路，设计了从机程序，实现了A/D转换及转速计算功能；设计了Modbus通信协议程序，使机响应主机的查询消息后，按照Modbus通信协议对监测数据打包，并将数据包通过RS232接口发送至DTU，通过GPRS无线通信网络将数据发送至主机。③设计了数据监控终端软件，采用socket接口实现了基于TCP协议的网络通信；设计了Modbus主机程序和界面显示程序，实现了主机向从机发送查询消息，数据监控终端接收并解析数据包以及数据显示、保存。 最后，在实验室环境下，利用变频器、电动机、发电机、三相整流桥以及直流电子负载等搭建了一个发电机工作平台，利用本文设计的监测系统对发电机的电压、电流、转速进行了实时在线监测。实验结果表明，该监测系统工作稳定，达到了设计的预期目标，可以满足波浪能发电装置离岸监测的需要。 【关键词】：波浪能发电 在线监测 STM32 数据采集 Modbus GPRS无线传输
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P743.2;TM612
【目录】：

• 摘要9-10
• Abstract10-12
• 第1章 绪论12-21
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-18
• 1.2.1 数据采集与处理研究现状14-15
• 1.2.2 数据远程传输研究现状15-16
• 1.2.3 数据监控终端研究现状16-18
• 1.3 存在问题与发展趋势18-19
• 1.3.1 存在问题18
• 1.3.2 发展趋势18-19
• 1.4 论文结构安排19-21
• 第2章 监测系统总体方案设计21-28
• 2.1 波浪能发电装置基本结构21-23
• 2.2 监测系统总体设计23-24
• 2.3 系统组成及各模块功能设计24-26
• 2.3.1 数据采集处理模块功能设计24
• 2.3.2 数据远程传输模块功能设计24-25
• 2.3.3 数据监控终端功能设计25-26
• 2.4 技术路线26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 监测系统硬件设计28-46
• 3.1 传感器的选用28-33
• 3.1.1 电压传感器28-30
• 3.1.2 电流传感器30-32
• 3.1.3 转速传感器32-33
• 3.2 数据远程传输模块33-34
• 3.3 STM32 最小系统设计34-39
• 3.3.1 STM32 简介34
• 3.3.2 STM32 外部电路设计34-38
• 3.3.3 JTAG 端口设计38-39
• 3.4 信号调理电路设计39-41
• 3.5 串行通信接口设计41-42
• 3.6 电路板抗干扰设计42-44
• 3.7 本章小结44-46
• 第4章 监测系统软件设计46-70
• 4.1 软件总体框架设计46-48
• 4.2 数据采集处理模块程序设计48-60
• 4.2.1 嵌入式开发工具 Keil MDK48-50
• 4.2.2 数据采集处理模块主程序设计50
• 4.2.3 电压、电流信号转换程序设计50-53
• 4.2.4 转速信号处理程序设计53-56
• 4.2.5 基于 Modbus 通信协议的通信程序设计56-58
• 4.2.6 串口通信程序设计58-60
• 4.3 数据监控终端软件设计60-67
• 4.3.1 集成开发工具 Visual C++60-61
• 4.3.2 数据监控终端总体设计61-62
• 4.3.3 Socket 接口通信设计62-66
• 4.3.4 数据监控终端界面设计66-67
• 4.4 本章小结67-70
• 第5章 监测系统实验与结果分析70-78
• 5.1 实验准备70-74
• 5.1.1 发电机工作平台搭建70-72
• 5.1.2 实验装备72-74
• 5.2 实验方法74-75
• 5.3 实验结果与分析75-77
• 5.4 本章小结77-78
• 第6章 总结与展望78-80
• 6.1 总结78
• 6.2 展望78-80
• 参考文献80-84
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作84-86
• 致谢86

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