清潔能源的無線數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)技術(shù)

沈匯通，代克金，朱開建，周程波，李俊炳

深圳市拓邦自動化技術(shù)有限公司

清潔能源的無線數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)技術(shù)

沈匯通，代克金，朱開建，周程波，李俊炳

深圳市拓邦自動化技術(shù)有限公司

1.技術(shù)領(lǐng)域

本課題研究涉及清潔能源直流監(jiān)控系統(tǒng)的自動控制、無線通信領(lǐng)域技術(shù)。

2.技術(shù)背景

清潔能源，指在生產(chǎn)和使用過程、不產(chǎn)生有害物質(zhì)排放的能源?？稍偕摹⑾暮罂傻玫交謴?fù)，或非再生的（如風(fēng)能、水能、天然氣等）及經(jīng)潔凈技術(shù)處理過的能源（如潔凈煤油等）?？稍偕茉床淮嬖谀茉春慕叩目赡埽虼巳找媸艿皆S多國家的重視，尤其是能源短缺的國家。如今由于技術(shù)的發(fā)展，清潔能源的利用效率越來越高，已經(jīng)達(dá)到完全或部分取代傳統(tǒng)能源的效果。清潔能源的崛起，對相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)的要求也就越來越高，過去基于傳統(tǒng)能源設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)，基本上無法完全滿足清潔能源對監(jiān)控系統(tǒng)的要求，且不適合于清潔能源系統(tǒng)的管理和日常運行。市場上迫切需要一款根據(jù)清潔能源的特點進(jìn)行量身定做的監(jiān)控系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)，更全面的掌握清潔能源的產(chǎn)生效率、使用效率，更方便的統(tǒng)計清潔能源的相關(guān)數(shù)據(jù)，更準(zhǔn)確的反應(yīng)清潔能源優(yōu)勢，更專業(yè)的管理和維護(hù)清潔能源系統(tǒng)。

該技術(shù)方案組成的清潔能源系統(tǒng)，即可以是新建站點，也可以是根據(jù)工程現(xiàn)場的實際情況，在原來的設(shè)施基礎(chǔ)上進(jìn)行自動化改建，增加光伏供電電源和具有無線聯(lián)網(wǎng)功能的遠(yuǎn)程通信終端設(shè)備，實現(xiàn)對所有節(jié)點點的遠(yuǎn)程管理和自動運行，以使設(shè)備在無人值守的情況下自動運行和自我診斷的一套系統(tǒng)。

無線數(shù)據(jù)終端與無線數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)相結(jié)合。可實現(xiàn)本地自動控制和遠(yuǎn)程組網(wǎng)監(jiān)控。目前所有廠家的直流監(jiān)測系統(tǒng)都不具備無線通信和遠(yuǎn)程組網(wǎng)功能。

3.研究技術(shù)

解決的技術(shù)問題在于，針對太陽能、風(fēng)能等清潔能源項目，由于占地面積廣，建立和維護(hù)系統(tǒng)需要投入很高的人力成本，勞動強(qiáng)度高，而且純?nèi)斯づ袛嗫刂迫狈Ψ€(wěn)定性和可靠性，鋪設(shè)電纜費用高昂，且故障率高?，F(xiàn)有技術(shù)的清潔能源系統(tǒng)的運行狀況確乏遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障診斷能力，需配備專業(yè)人員定期巡視和檢修，沒有集中化管理，響應(yīng)速度慢，查找問題困難。

本技術(shù)主要解決以下幾點技術(shù)問題：

1）清潔能源終端設(shè)備數(shù)量眾多，占地廣，終端使用無線方案，無線網(wǎng)關(guān)要接收無線終端的數(shù)據(jù)，并集中發(fā)送給后臺中心服務(wù)器。

2）無線網(wǎng)關(guān)同時還需要將中心服務(wù)器的控制命令、數(shù)據(jù)更新命令發(fā)送到指定的控制終端。

3）無線網(wǎng)關(guān)既要有傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接口，又要有ZIGBEE無線數(shù)據(jù)接口。

4.技術(shù)原理

無線數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)由帶ARM主CPU處理器的主板、帶RS485串口、網(wǎng)口、USB接口的主通信板，和ZIGBEE無線通信模塊組成。

主CPU板負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理，與串口、網(wǎng)口、USB接口、無線通信模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；

ZIGBEE無線通信模塊通過RS485串口將數(shù)據(jù)傳入主CPU板，同時主CPU板也會將軟件指定的數(shù)據(jù)通過RS485發(fā)送到無線通信模塊；

主CPU板與中心服務(wù)器的數(shù)據(jù)通信通過網(wǎng)口進(jìn)行；

主CPU板的配置文件，程序文件，歷史數(shù)據(jù)通過USB接口與U盤等存儲設(shè)備進(jìn)行交互。

5.技術(shù)創(chuàng)新特點

本技術(shù)無線數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)屬于一個新產(chǎn)品，其無線模塊通信距離遠(yuǎn)，功耗低，信號穩(wěn)定，成本低廉。

當(dāng)前市場上的無線大多使用2G、3G或WIFI網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，一個是成本高，一個是受無線網(wǎng)絡(luò)信號強(qiáng)度的限制。

WIFI網(wǎng)絡(luò)信號容易受到干擾，而我們使用一種應(yīng)用于工業(yè)無線組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備ZIGBEE，能夠根據(jù)需要，自動組成無線網(wǎng)絡(luò)，價格比現(xiàn)在的任何無線組網(wǎng)模式更低，抗干擾性強(qiáng)，功耗低，傳輸距離遠(yuǎn)，完美解決了市場的需求。

當(dāng)前市場上暫時沒有無線數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)類似概念的產(chǎn)品，通過我們的無線數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，使得系統(tǒng)能夠接入的無線終端的數(shù)量成倍增長，而費用并沒有提高太多。

無線通信模塊接收到終端模塊的無線信號，將其通過RS485串口發(fā)送到主CPU板，主CPU板經(jīng)過處理后，通過網(wǎng)口將其發(fā)送到中心服務(wù)器，同時將重要數(shù)據(jù)存入USB接口所接的存儲設(shè)備。

當(dāng)網(wǎng)口接收到中心服務(wù)器的數(shù)據(jù)請求或控制命令，主CPU板中運行的處理程序會第一時間處理，處理過的數(shù)據(jù)通過485串口發(fā)送給無線通信模塊，再發(fā)送到無線控制終端；如果中心服務(wù)器需要的是歷史數(shù)據(jù)，處理程序就會訪問USB接口的存儲設(shè)備，將歷史數(shù)據(jù)整理好后通過網(wǎng)口發(fā)送給中心服務(wù)器。