文摘：設(shè)計了包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)在內(nèi)的分布式光伏電站數(shù)據(jù)通信管理機。．基于ARM嵌入式處理器的硬件系統(tǒng)設(shè)計，通過RS485／232串口采集和分析光伏電站終端設(shè)備的實時數(shù)據(jù)，采用以太網(wǎng)。／GPRS與光伏電站控制系統(tǒng)的服務(wù)器連接，實現(xiàn)遠程無線通信和數(shù)據(jù)傳輸．基于多任務(wù)實時系統(tǒng)Linux的軟件系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，包括任務(wù)管理、內(nèi)存管理、時間管理和同步通信等功能模塊化。．該通信管理機具有實時采集、存儲、分析、處理、上傳和轉(zhuǎn)發(fā)分布式光伏電站監(jiān)控數(shù)據(jù)等功能。．

關(guān)鍵字：分布式光伏電站；數(shù)據(jù)管理機；嵌入式系統(tǒng)；遠程無線；通信和傳輸

光伏監(jiān)控系統(tǒng)可以實時監(jiān)控和控制太陽能光伏電站的電池陣列、匯流箱、逆變器、交流DC配電柜、電表等設(shè)備，采集、儲存、分析、管理和通信與電站運行效率相關(guān)的各種環(huán)境參數(shù)、設(shè)備信息和電力參數(shù)，以保證光伏發(fā)電系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定運行和并網(wǎng)計量，是現(xiàn)代光伏電站系統(tǒng)不ke或que的一部分。光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)歷了早期的有線數(shù)據(jù)采集]到目前為止，數(shù)據(jù)存儲已經(jīng)從存儲卡存儲發(fā)展到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸和云存儲。近幾年來，隨著工業(yè)屋頂電站和家庭戶用屋頂電站的大量建設(shè)和并網(wǎng)，這一分布式光伏電站的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)得到了重視。光伏數(shù)據(jù)通信管理單元負責(zé)收集光伏電站在分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)中運行的所有相關(guān)數(shù)據(jù)，并通過以太網(wǎng)運行。／為了讓光伏電站用戶和管理者實時監(jiān)控光伏電站的運行狀態(tài)，GPRS遠程傳輸?shù)焦夥娬颈O(jiān)控中心，是光伏電站監(jiān)控中心與光伏電站設(shè)備之間的橋梁．本文基于ARM嵌入式處理器的設(shè)計，開發(fā)了分布式光伏電站數(shù)據(jù)通信管理機，實時采集、分析、存儲分布式光伏電站運行數(shù)據(jù)，并遠程傳輸?shù)焦夥O(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)分布式光伏電站的遠程管理和維護。

1系統(tǒng)硬件設(shè)計

基于SAM9X25嵌入式微處理器設(shè)計的分布式光伏電站數(shù)據(jù)通信管理機系統(tǒng)硬件，采用RS485。／通過GPRS，232串口采集和分析逆變器、氣象環(huán)境監(jiān)測器、匯流箱、電表等終端設(shè)備的實時數(shù)據(jù)。／將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程數(shù)據(jù)中心的以太網(wǎng)與服務(wù)器連接。．管理員可以通過登錄WEB界面對光伏數(shù)據(jù)管理機進行配置管理。用戶可以通過登錄WEB終端或移動終端查看電站的實時運行和實時歷史數(shù)據(jù)。硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示

圖1通信管理機的硬件結(jié)構(gòu)圖

1.1串口電路

通信管理機采用UART(UniversalAsyn-chronousReceiverTransmitter)還有USART(Uni-versalSynchronousAsynchronousReceiverTransmitter)轉(zhuǎn)向RS-485//接口RS-遠程數(shù)據(jù)采集422串口方式，圖2為串口電路結(jié)構(gòu)圖。

圖2串口電路結(jié)構(gòu)圖

串口數(shù)據(jù)傳輸采用平衡發(fā)送和差分接收的方式。．ARM芯片的UART接口和USART接口與四通道隔離器ADUM1400相連，分隔數(shù)據(jù)傳輸信號和收發(fā)器的控制信號，支持多種通道配置和數(shù)據(jù)傳輸速度，確保系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性．RX和TX通過隔離器后的數(shù)據(jù)傳輸信號線與RS484／RS422／RS232收發(fā)器直接連接，收發(fā)器的控制信號EN需要通過斯密特觸發(fā)器再次連接RS484／RS422／RS232收發(fā)器，控制收發(fā)器的工作模式．斯密特觸發(fā)器將緩慢變化的輸入信號變?yōu)榍逦鸁o抖動的方波信號，增加系統(tǒng)的抗干擾能力．RS484／RS422／在端信號的控制下，RS232收發(fā)器與設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳輸。

1.2SD卡存儲電路

通信機包含一個SD卡插座，圖3是其電路結(jié)構(gòu)圖。HSMCICI芯片的SD卡和ARM芯片(HighSpeedMultimediaCardInterface)PIO連接模塊的物理層接口，HSMC1支持流、塊、多塊數(shù)據(jù)的讀寫，同時受到DMACC的影響。(DirectMemoryAccessController)控制在很大程度上保護了處理器的數(shù)據(jù)傳輸效率。SD卡支持三種傳輸模式:SPI模式、一位模式和四位模式。該系統(tǒng)采用四位模式。

圖3SD卡存儲電路結(jié)構(gòu)圖

1.3以太網(wǎng)口電路

通信管理機包括兩個以太網(wǎng)口，圖4顯示其電路結(jié)構(gòu)圖。．以太網(wǎng)通過RJ-45網(wǎng)口與媒體連接，通過共享傳輸媒體傳輸差分數(shù)據(jù)。濾波器將RJ-45網(wǎng)絡(luò)接口的電壓轉(zhuǎn)換成網(wǎng)卡芯片DM9161所需的電壓，過濾掉其他干擾信號，降低信息傳輸?shù)腻e誤率。網(wǎng)卡芯片的物理層接口接收過濾器的輸出信號，并將其轉(zhuǎn)換為MII。(MediaIndependentInter—face)EMAC(EthernetMediaAccessController10)通過數(shù)據(jù)接口將MII信號發(fā)送給ARM控制器。／100)模塊．該系統(tǒng)采用標準網(wǎng)線，兩端45連接的雙絞線線序wan全相同，用于連接終端設(shè)備到HUB或LANSwitch。

圖4以太網(wǎng)口電路結(jié)構(gòu)圖

2系統(tǒng)軟件設(shè)計

通信管理軟件系統(tǒng)采用多任務(wù)實時系統(tǒng)的模塊化設(shè)計，包括任務(wù)管理、任務(wù)調(diào)度、內(nèi)存管理、時間管理和任務(wù)之間的通信和同步等功能模塊。．通過設(shè)計驅(qū)動程序模塊、操作系統(tǒng)的API函數(shù)、系統(tǒng)任務(wù)和任務(wù)調(diào)度模塊，系統(tǒng)在Linux提供的任務(wù)核心的基礎(chǔ)上擴展操作系統(tǒng)。．將程序分為主程序、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)存儲等多個任務(wù)模塊，根據(jù)各功能的相關(guān)性。

主程序需要完成ARM芯片和外部設(shè)備、Linux系統(tǒng)和信號量的初始設(shè)置并啟動系統(tǒng)。同時，主程序需要啟動任務(wù)線程，如驅(qū)動調(diào)度、網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)庫。．圖5顯示了主程序流程圖。

2.1數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集任務(wù)是完成每個終端設(shè)備的數(shù)據(jù)采集。如圖6所示，程序讀取變量信息，完成后啟動串口通信線程，然后調(diào)用設(shè)備驅(qū)動程序的初始接口。此時，收集任務(wù)通過向數(shù)據(jù)總線發(fā)送“收集數(shù)據(jù)"接口的數(shù)據(jù)命令來讀取。所有連接在數(shù)據(jù)總線上的傳感器接收讀取命令后，將根據(jù)數(shù)據(jù)包判斷是否發(fā)送給自己。如果是，將設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)返回系統(tǒng)，直到數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。

圖5主程序流程圖

圖6數(shù)據(jù)采集任務(wù)流程圖

2.2數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)據(jù)傳輸包括兩個部分:數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)接收，其中數(shù)據(jù)傳輸部分主要將后臺數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)角岸薟EB頁面，數(shù)據(jù)接收部分主要接收網(wǎng)絡(luò)上傳的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進行分析和執(zhí)行。數(shù)據(jù)傳輸過程圖如圖7所示。

2.3數(shù)據(jù)存儲

數(shù)據(jù)存儲主要完成上傳數(shù)據(jù)的存儲。如圖8所示，程序在接收到網(wǎng)絡(luò)通信層的通信中斷信息后，讀取內(nèi)存數(shù)據(jù)庫中所有變量的信息，根據(jù)內(nèi)存數(shù)據(jù)庫中不同類型的數(shù)據(jù)選擇不同的存儲方案。若選擇周期存儲，則循環(huán)判斷周期時間是否達到，達到設(shè)定的周期時間則將數(shù)據(jù)寫入歷史數(shù)據(jù)存儲緩存隊列；若是按照精度存儲，則按照旋轉(zhuǎn)門算法對當前數(shù)據(jù)進行判斷，將符合條件的數(shù)據(jù)寫入歷史數(shù)據(jù)存儲緩存隊列。

圖7數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)流程圖

圖8數(shù)據(jù)存儲流程圖

3應(yīng)用

Chitic分布式光伏電站數(shù)據(jù)通信管理機采用上述設(shè)計方案設(shè)計開發(fā)。該通信管理機的本地WEB配置界面包括數(shù)據(jù)視圖、串口配置、通道配置、網(wǎng)絡(luò)設(shè)置、傳輸配置、服務(wù)和系統(tǒng)維護等7個功能，每個功能模塊下包含幾個子功能，如圖9所示。

在數(shù)據(jù)視圖下，電站可以查看當前電站的電量參數(shù)、環(huán)境參數(shù)和節(jié)能參數(shù)；在設(shè)備信息下，可以查看當前電站設(shè)備的數(shù)量和各種設(shè)備的運行情況。

圖9Chitic分布式光伏電站數(shù)據(jù)通信管理機WEB配置界面

串口配置可配置各種串口參數(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和本地查看功能。

通道配置可以配置設(shè)備通道信息，每個設(shè)備都是樹形連接，每個串口是一個通道，有四個通道，一個通道下可以掛多個l6個設(shè)備，系統(tǒng)集中采集設(shè)備數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)配置可以是IP，數(shù)據(jù)上傳方式有NET。GPRS，三種方式可以選擇WIFI。．傳輸配置可以配置遠程數(shù)據(jù)中心IP，系統(tǒng)根據(jù)配置的上傳方式將電站數(shù)據(jù)上傳到zhi定數(shù)據(jù)中心IP。查看系統(tǒng)支持的協(xié)議類型和ModBus保存器的一些功能。．系統(tǒng)維護用于查看系統(tǒng)版本和序列號，實現(xiàn)系統(tǒng)升級、時間校對和設(shè)備重啟等功能。

4安科瑞網(wǎng)關(guān)介紹

5結(jié)論

通過RS485設(shè)計了一種基于ARM嵌入式處理器的分布式光伏電站數(shù)據(jù)通信管理機，其硬件系統(tǒng)采用RS485。／232串口采集和分析光伏電站終端設(shè)備的實時數(shù)據(jù)，采用以太網(wǎng)。／GPRS與光伏電站控制系統(tǒng)的服務(wù)器相連，實現(xiàn)了遠程無線通信和數(shù)據(jù)傳輸。．基于多任務(wù)實時系統(tǒng)Linux，軟件系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，包括任務(wù)管理、內(nèi)存管理、時間管理和同步通信等功能模塊。該通信管理機具有實時采集、存儲、分析、處理、上傳和轉(zhuǎn)發(fā)分布式光伏電站監(jiān)控數(shù)據(jù)等功能。．該系統(tǒng)利用WEB網(wǎng)頁查看和配置光伏電站數(shù)據(jù)，支持多種通信規(guī)定，支持斷點續(xù)傳，具有數(shù)據(jù)采集、分析處理、歷史數(shù)據(jù)存儲、同步上傳、本地轉(zhuǎn)發(fā)等多種功能。．同時，該系統(tǒng)是分布式光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，具有成本低、功耗低、數(shù)據(jù)存儲量大、數(shù)據(jù)處理速度快、實現(xiàn)實時多任務(wù)操作的優(yōu)點。

參考文獻

[1]BENGHANEMM．LowcostmanagementforphotovoltaicsysteminisolatedsitewithnewIVcharacterizati0nmodelproposed[-J]．EnergyConversionandManagement，2009，50：748—755．

[2]FORERON，HERMANDEZJ，GORDILLOG．Develop—mentofamonitoringsystemforaPVsolarplant[J]．Ener—gYConversionandManagement，2006，47：2329—2336．

[3]楊啟凱．光伏實時遠程監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計與實現(xiàn)[D]．重慶：重慶大學(xué)，2013．