基于GPRS的離網型風力發電機遠程無線監控系統 - 全文

　　一。引言

　　可再生能源已經吸引了越來越多全世界的關注，而風能資源被廣泛理解為一個明確的可再生資源。有許多成功地利用風力發電的使用，例如，有些如單機離網型風力發電機系統和獨立風光互補發電系統已經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，這些風力發電系統位于偏遠地區，因此如何管理這些風力發電系統并確保它們運行良好，是一個有意義的問題。

　　目前，離網型風力發電機還存在著一些急切的問題需要解決：

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

　　？在離網型風力發電機通常是在偏遠相對落后的地方。風力發電機組的服務生命會縮短，因為專業人士及管理者不能有定期保養及維修的離網型風力發電機組。

　　？管理增加了困難，因為風的管理渦輪承包商和賣主通常不參加的后來的離網型風力發電機的管理。

　　？隨著通訊技術和嵌入式技術的發展，遠程監控技術已取得了很大進展。本篇文章基于遠程監控監測技術實現遠程監控維護和修復離網型風力發電機組模式。

　　二。設計項目的遠程無線基于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絡。控制終端組成微控制器，數據采集模塊和 GPRS 通訊模塊。

　　遠程無線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，轉速發電機和風速的信號，中央監控計算機。此外，這些工程必須是實時的。

　　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，它存儲這些數據服務器中的數據。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。并且磁盤空間有限在數據服務器。出于這個原因，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，以便在將來有利于評估風力發電機組的運行條件。該系統選擇了微軟的 Access 數據庫，它不僅是功能強大，對于用戶來說也比較容易。對于一些簡單的管理，即使我們沒有任何代碼，它可以實現的。這些優勢滿足我們的要求。

　　3）監控軟件

　　監控軟件是一個得到的風力發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時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了高性能的 32 位計算能力。這種高尖端的技術，使用戶享受籌碼 32 位性能，只需要支付相同價傳統的 8 位和 16 位器件。

　　WAVECOM 模塊 Q2406B 是一個無線模塊，支持 GPRS 和嵌入 TCP / IP 協議。［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 的通信協議

　　數據采集模塊通過 LM3S1138 的 ADC 模塊將發送風力發電機組運行狀態參數到 ARM 芯片，并通過 LM3S1138 的 UART 將數據發送到 GPRS 模塊。 GPRS 等模塊工作是，它開始在預定的時間間隔內不斷地發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 終端沒有收到確認消息，它將重新發送直到數據包發送 ” 溢出。數據包包含“風力發電機組的 ID 號（GPRS 的 SIM 卡裝入號），這代表其身份，以及“信息序列號“的發送包。該中心將確定數據包根據風力發電機組的 ID 號，以便使其顯然，其中風力發電機組的數據包發送，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，無校驗位，8 個數據位，1 個終止位，無流控制。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 服務的 SIM 卡已經插入通訊模塊。

　　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 //報告信號質量

　　AT+CGCLASS=“B” // 設置 GPRS 模塊的工作模式

　　AT+CGDCONT=1，“IP”，“CMNET” // 設置節點服務器名稱和 GPRS 網絡屬性

　　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 GPRS 連接

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

　　AT#OTCP //啟動與監控計算機的通信

　　AT#CONNECTIONSTOP //停止與互聯網連接

　　AT#CGATT=0 //分離 GPRS 網絡模塊

　　四。軟件設計

　　A. 軟件的主要功能

　　采用 Windows XP 作為該軟件開發的平臺。進入系統主界面后，如圖 3 所示，它是電子接口圖的左邊。在地圖上，每一個三角形編號是根據風力發電機組的位置做的一個風力發電機的符號。運營商可這很容易根據三角形辨別風力發電機組。不同顏色的三角形將顯示風力發電機組的運行狀態。綠色表示風發電機運轉正常，紅色表示風力發電機組運行異常，而藍色表示風力發電機組已停止運行。如果點擊在右邊的五個功能鍵，您將進入下一個界面使可根據運營商的需求得到相應的數據和曲線。此外，當光標移動到任何三角形，會彈出一個信息顯示窗口，顯示現場運行狀態的實時數據。因此，用戶可以查看一個月的歷史數據和電源曲線。該軟件的主要功能是數據采集，傳輸，處理，存儲和查詢。改進之后，軟件將把數據寫入數據庫中，以便在需要的時候調用歷史數據。

　　圖 3. 系統主界面

　　B. 應用程序設計的控制終端

　　我們使用 C 語言作為編程語言。 IAR 軟件作為應用程序調試環境。終端的應用程序主要是負責傳輸風力發電機組數據的實時數據。首先初始化微控制器和通信模塊，然后用 AT 命令來設置操作 GPRS 模塊的參數，例如，服務器的 IP，波特率，心跳間隔周期和服務器端口號。［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。