ZigBee技術(shù)在太陽能路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

ZigBee技術(shù)應(yīng)用于太陽能路燈遠(yuǎn)程實時監(jiān)測和控制的同時，遠(yuǎn)程立即判斷故障源，提高維護(hù)成本和效率；還可以遠(yuǎn)程對太陽能路燈負(fù)載加以開關(guān)控制，保護(hù)太陽能路燈其它部件，延長太陽路燈使用壽命，提高社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】ZigBee技術(shù) 太陽能路燈 遠(yuǎn)程監(jiān)控

離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)通常由太陽能組件、控制器、逆變器、蓄電池組和支架系統(tǒng)組成，適用于沒有并網(wǎng)或并網(wǎng)電力不穩(wěn)定的地區(qū)。目前情況下受制于成本和能耗等問題，離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的遠(yuǎn)程實時監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)較難實現(xiàn)。

1 引言

隨著可再生能源的利用的深入，太陽能路燈得到了越來越廣泛的應(yīng)用。太陽能路燈一般分散使用，每一盞太陽能路燈均為一個獨(dú)立運(yùn)行的離網(wǎng)型太陽能發(fā)電系統(tǒng)，這給太陽能路燈的日常維護(hù)帶來了一定的困難。如果組建一個太陽能路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，就通過以太網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控太陽能路燈的實施運(yùn)行狀況，方便太陽能路燈的維護(hù)，降低維護(hù)成本，提高太陽能路燈使用壽命。

2 總體設(shè)計思路

整個太陽能路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可分為兩大部分，即數(shù)據(jù)采集儲存部分和數(shù)據(jù)傳輸部分。數(shù)據(jù)采集儲存部分負(fù)責(zé)太陽能路燈的實施運(yùn)行數(shù)據(jù)采集，主要采集數(shù)據(jù)有：光伏組件電壓、光伏組件電流、蓄電池電壓、蓄電池充電電流、蓄電池充電時間、負(fù)載輸出電壓、負(fù)載輸出電流、負(fù)載輸出時間、工作環(huán)境溫度、工作環(huán)境濕度等太陽能路燈運(yùn)行數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸部分負(fù)責(zé)太陽能路燈運(yùn)行數(shù)據(jù)的傳輸，可使用WIFI、藍(lán)牙、ZigBee、GPRS等模式實現(xiàn)太陽能路燈運(yùn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。本設(shè)計以ZigBee技術(shù)為基礎(chǔ)，ZigBee技術(shù)是一種短距離低功耗無線通信技術(shù)，由ZigBee聯(lián)盟的多個國際大公司在基于802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行協(xié)議的制定，支援多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，供固定、便攜或移動設(shè)備使用。

3 數(shù)據(jù)采集儲存部分

數(shù)據(jù)采集儲存部分具體可以分為光伏組件監(jiān)控模塊、蓄電池監(jiān)控模塊、負(fù)載監(jiān)控模塊、環(huán)境監(jiān)控模塊、中央控制模塊幾大部分。結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

光伏組件監(jiān)控模塊負(fù)責(zé)監(jiān)控光伏組件電壓、光伏組件電流等光伏組件工作數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)上傳至中央控制模塊；蓄電池監(jiān)控模塊負(fù)責(zé)監(jiān)控蓄電池電壓、蓄電池充電電流、蓄電池充電時間等數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)上傳至中央控制模塊；負(fù)載監(jiān)控模塊負(fù)責(zé)監(jiān)控負(fù)載輸出電壓、負(fù)載輸出電流、負(fù)載輸出時間等數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)上傳至中央控制模塊；環(huán)境監(jiān)控模塊負(fù)責(zé)監(jiān)控工作環(huán)境溫度、工作環(huán)境濕度等數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)上傳至中央控制模塊；中央控制模塊負(fù)責(zé)個模塊上傳來的數(shù)據(jù)儲存和調(diào)用，并用485/232借口將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)傳輸部分。

4 數(shù)據(jù)傳輸部分

數(shù)據(jù)傳輸部分分三部分組成：安裝在路燈燈桿上的終端控制節(jié)點(diǎn)、控制中心的監(jiān)控系統(tǒng)、負(fù)責(zé)實現(xiàn)終端控制節(jié)點(diǎn)和控制中心通信的路由節(jié)點(diǎn)。結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

控制中心的監(jiān)控系統(tǒng)由pc機(jī)和無線收發(fā)模塊組成，主要負(fù)責(zé)建立和管理路燈控制網(wǎng)絡(luò)，顯示路燈狀況信息和發(fā)送控制命令，協(xié)調(diào)整個路燈系統(tǒng)的運(yùn)作。

路由節(jié)點(diǎn)由全功能行ZigBee器件組成，主要負(fù)責(zé)ZigBee無線建立網(wǎng)絡(luò)和管理網(wǎng)絡(luò)。路燈終端節(jié)點(diǎn)為精簡功能ZigBee器件組成，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集儲存部分所采集數(shù)據(jù)的傳輸。

實際運(yùn)用中，要達(dá)到使用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控太陽能路燈的目的，需使用ZigBee+GRPS網(wǎng)絡(luò)的混合網(wǎng)絡(luò)。由于ZigBee無線網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)傳輸距離只有75m，即使使用擴(kuò)展天線也只有200m，要實現(xiàn)覆蓋整個太陽能路燈使用范圍很困難。如果使用中繼路由的方式實現(xiàn)的話，成本不低，網(wǎng)絡(luò)過大，可靠性無法保證，不好控制。所以將太陽能路燈組網(wǎng)劃分成若干個小的子網(wǎng)，每個子網(wǎng)覆蓋1個太陽能路燈集中使用地，每個子網(wǎng)中有幾十盞太陽能路燈，子網(wǎng)內(nèi)部使用ZigBee建立的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，其終端和協(xié)調(diào)器之間最多路由跳轉(zhuǎn)2～3次，保證網(wǎng)絡(luò)可靠性。子網(wǎng)和中央控制中心使用GPRS網(wǎng)絡(luò)來傳輸數(shù)據(jù)。如圖3。

5 社會及經(jīng)濟(jì)效益

太陽能路燈現(xiàn)如今得到越來越廣泛的應(yīng)用，其特點(diǎn)相對突出，相應(yīng)的運(yùn)行維護(hù)給廠家和用戶帶來不小的問題，因此對太陽能路燈的遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制特別重要。絕大多數(shù)單盞太陽能路燈是獨(dú)立一個系統(tǒng)，對其實時監(jiān)測和控制不會影響其它太陽能路燈正常運(yùn)行。特別是占成本相對較高和使用壽命短的蓄電池，防止蓄電池過放電，可以延長蓄電池的使用壽命，從而延長了太陽能路燈的使用壽命，提高了經(jīng)濟(jì)效益。在滿足原功能不變的情況下，可以減少社會投資，得以社會節(jié)約資源。

6 總結(jié)

在太陽能路燈普及應(yīng)用的今天，保障太陽能路燈正常運(yùn)行就一個不小的成本。為了保障太陽能路燈正常運(yùn)行，出現(xiàn)故障在第一時間內(nèi)能得到排除和維護(hù)，提高客戶滿意度，且降低維護(hù)成本，提高維護(hù)效率，延長太陽能路燈使用壽命，ZigBee技術(shù)的應(yīng)用不僅有效解決了該問題，且優(yōu)勢明顯，技術(shù)新穎有效。

作者簡介

王偉（1981-），男，現(xiàn)為云南拓日科技有限公司工程師，主要從事光伏系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用工作。

作者單位

云南拓日科技有限公司 云南省昆明市 650106