基于GPRS的離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機遠程無(wú)線(xiàn)監控系統

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，有些如單機離 網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機系統和獨立風(fēng)光互補發(fā)電系統已經(jīng)從建模階段到大規模施工階 段，在許多國家，特別是在中國。但是，在大多數情況下，這些風(fēng)力發(fā)電系統位 于偏遠地區，因此如何管理這些風(fēng)力發(fā)電系統并確保它們運行良好，是一個(gè)有意 義的問(wèn)題。

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

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

?在離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機通常是在偏遠相對落后的地方。風(fēng)力發(fā)電機組的服務(wù) 生命會(huì )縮短， 因為專(zhuān)業(yè)人士及管理者不能有定期保養及維修的離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機 組。

?管理增加了困難，因為風(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)電機的管理。

?隨著(zhù)通訊技術(shù)和嵌入式技術(shù)的發(fā)展，遠程監控技術(shù)已取得了很大進(jìn)展。本篇文章基于遠程監控監測技術(shù)實(shí)現遠程監控維護和修復離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機 組模式。

二. 設計項目的遠程無(wú)線(xiàn)基于GPRS 的系統監測

A. 系統結構

遠程監控系統由三部分組成：控制終端，中央監控計算機和通信網(wǎng)絡(luò )?？刂平K端組成微控制器，數據采集模塊和 GPRS 通訊模塊。

遠程無(wú)線(xiàn)監控系統的結構如圖 1 所示。

圖 1. 遠程監控系統的結構模型

B.系統功能

控制終端，中央監控計算機和軟件，分別完成不同的工作。

1)控制終端

控制終端負責數據采集，數據傳輸費處理，數據傳輸和數據存儲，包括直流 電(DC)輸出電壓和電流信號，交流電(AC)輸出電壓和電流信號，轉速發(fā)電 機和風(fēng)速的信號，中央監控計算機。此外，這些工程必須是實(shí)時(shí)的。

2)中央監控計算機

中央監控計算機需要負責接收，存儲和顯示的數據。同時(shí)，它存儲這些數據 服務(wù)器中的數據。根據該原則信息理論，數據是更不穩定的，其數額信息是比較 大。并且磁盤(pán)空間有限在數據服務(wù)器。出于這個(gè)原因，我們應該使用數據管理的 相應的程序，使數據存儲器包含更多的信息，以便在將來(lái)有利于評估風(fēng)力發(fā)電機組的運行條件。 該系統選擇了微軟的 Access 數據庫，它不僅是功能強大，對于用戶(hù)來(lái)說(shuō)也 比較容易。對于一些簡(jiǎn)單的管理，即使我們沒(méi)有任何代碼，它可以實(shí)現的。這些 優(yōu)勢滿(mǎn)足我們的要求。

3)監控軟件

監控軟件是一個(gè)得到的風(fēng)力發(fā)電機組運行狀況的直接數據重要的渠道。 它將 數據放入數據庫中并在他們實(shí)時(shí)接收后顯示相應的窗口。 利用 Visual Basic 軟件 集成 Mapx 的控制，使我們的電子地圖包括監測在主界面顯示的地理范圍。

三. GPRS 遠程數據傳輸設計

考慮到用戶(hù)的消費水平和芯片性能，盧米納的 ARM7 LM3S1138 芯片是最 好的一選擇，因為 ARM7 嵌入式微控制器應用程序的極端敏感性帶來(lái)了高性能 的 32 位計算能力。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)傳統的 8 位和 16 位器件。

WAVECOM 模塊 Q2406B 是一個(gè)無(wú)線(xiàn)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

數據采集模塊通過(guò) LM3S1138 的 ADC 模塊將發(fā)送風(fēng)力發(fā)電機組運行狀態(tài)參數到 ARM 芯片， 并通過(guò) LM3S1138 的 UART 將數據發(fā)送到 GPRS 模塊。 GPRS 等 模塊工作是，它開(kāi)始在預定的時(shí)間間隔內不斷地發(fā)送位置數據到中央監控計算 機。[6] 壓縮包需要中央監控計算機返回一個(gè)確認接到消息后日期，非壓縮包不 需要此消息。如果 GPRS 終端沒(méi)有收到確認消息，它將重新發(fā)送直到數據包發(fā)送 ” 溢出。數據包包含“風(fēng)力發(fā)電機組的 ID 號(GPRS 的 SIM 卡裝入號)，這代表 其身份，以及“信息序列號“的發(fā)送包。該中心將確定數據包根據風(fēng)力發(fā)電機組 的 ID 號，以便使其顯然，其中風(fēng)力發(fā)電機組的數據包發(fā)送，并判斷數據包是否 丟失根據連續性序列號信息。當傳輸的重要信息，該中心還要求確認消息。

B. Q2406 初始化

首先，設置超級終端的波特率是使 115200kbps，無(wú)校驗位，8 個(gè)數據位，1 個(gè)終止位，無(wú)流控制。如果在超級終端中鍵入“AT”后返回“確定” ，則表明計 算機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 //檢測是否正確安裝的 SIM 卡

AT+CGMR //檢測軟件版本號

AT+CSQ //報告信號質(zhì)量

AT+CGCLASS=B // 設置 GPRS 模塊的工作模式

AT+CGDCONT=1,IP,CMNET // 設置節點(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” 以后才可以執行。

C. Q2406 與 PC 機的連接

通訊模塊必須在數據傳輸之前連接位于監測中心的監控計算機。

通過(guò)上述命令， GPRS 的初始化完成后， 執行以下命令就可以與監控計算機 連接。

AT#CONNECTIONSTART // 啟動(dòng) GPRS 連接

AT#TCPPORT=6800 //設置 PC 和 Q2406B 之間的通信端口

AT#OTCP //啟動(dòng)與監控計算機的通信

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. 軟件設計

A. 軟件的主要功能

采用 Windows XP 作為該軟件開(kāi)發(fā)的平臺。進(jìn)入系統主界面后，如圖 3 所 示，它是電子接口圖的左邊。在地圖上，每一個(gè)三角形編號是根據風(fēng)力發(fā)電 機組的位置做的一個(gè)風(fēng)力發(fā)電機的符號。 運營(yíng)商可這很容易根據三角形辨別 風(fēng)力發(fā)電機組。不同顏色的三角形將顯示風(fēng)力發(fā)電機組的運行狀態(tài)。綠色表 示風(fēng)發(fā)電機運轉正常，紅色表示風(fēng)力發(fā)電機組運行異常，而藍色表示風(fēng)力發(fā) 電機組已停止運行。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 可根據運營(yíng)商的需求得到相應的數據和曲線(xiàn)。此外，當光標移動(dòng)到任何三角 形，會(huì )彈出一個(gè)信息顯示窗口，顯示現場(chǎng)運行狀態(tài)的實(shí)時(shí)數據。因此，用戶(hù) 可以查看一個(gè)月的歷史數據和電源曲線(xiàn)。該軟件的主要功能是數據采集，傳 輸，處理，存儲和查詢(xún)。改進(jìn)之后，軟件將把數據寫(xiě)入數據庫中，以便在需 要的時(shí)候調用歷史數據。

圖 3. 系統主界面

B. 應用程序設計的控制終端

我們使用 C 語(yǔ)言作為編程語(yǔ)言。 IAR 軟件作為應用程序調試環(huán)境。終端的 應用程序主要是負責傳輸風(fēng)力發(fā)電機組數據的實(shí)時(shí)數據。 首先初始化微控制 器和通信模塊，然后用 AT 命令來(lái)設置操作 GPRS 模塊的參數，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。[7] [8] [9] 初始化后，將可以與中央監控計算機傳輸數據。圖 4 顯示了程序流圖表。

圖 4. 程序流程圖

五.結論

通過(guò)對基于 GPRS 的離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機遠程無(wú)線(xiàn)監控系統的研究， 本文提出

了一種有效處理浪費國家資源課程項目管理不當，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地區的人們供電。 隨著(zhù)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)。