CN105759738A - 一种光伏系统数据采集终端 - Google Patents

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杨凌云
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Abstract

一种光伏系统数据采集终端，包括RISC微处理器、程序寄存器、两片可擦写存储器、RS485接口、RS232 接口、SD卡接口、USB 接口、以太网接口、以及带触摸功能的LCD屏。针对国内目前只要依赖国外数据采集终端和监控软件的现状，本发明设计了基于ARM9核心，兼容多种光伏逆变器和汇流箱，能实时传输和监控数据并上传处理的光伏系统数据采集终端，对于国内光伏行业的自主知识产权化起到了积极的作用。

Description

一种光伏系统数据采集终端
技术领域
本发明属于分布式光伏发电领域，特别是一种光伏系统数据采集终端。
背景技术
分布式光伏发电系统，又称分散式发电或分布式供能，是指在用户现场或靠近用电现场配置较小的光伏发电供电系统，以满足特定用户的需求，支持现存配电网的经济运行，或者同时满足这两个方面的要求。以光伏发电为代表的清洁能源近两年受到很大关注，光伏系统数据采集终端是光伏并网发电系统必不可少的重要组成部分。　　分布式光伏发电系统的基本设备包括光伏电池组件、光伏方阵支架、直流汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜等设备，另外还有供电系统监控装置和环境监测装置。其运行模式是在有太阳辐射的条件下，光伏发电系统的太阳能电池组件阵列将太阳能转换输出的电能，经过直流汇流箱集中送入直流配电柜，由并网逆变器逆变成交流电供给建筑自身负载，多余或不足的电力通过联接电网来调节。
数据采集终端和监控软件是光伏并网发电系统必不可少的重要组成部分而在分布式光伏系统中，数据采集终端的地位尤为关键。由于我国缺乏自主知识产权，导致数据采集终端和相关软件长期被国外垄断，由此直接影响了企业的利润和市场竞争力。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的国内缺乏相关自主知识产权的技术，过于依赖进口国外及时和软件问题，提供一种光伏系统数据采集终端。
本发明采用的技术方案如下：
一种光伏系统数据采集终端，包括ARM9的三星S3C2440、内部寄存器、两片可擦写存储器、RS485接口、RS232接口、SD卡接口、USB接口、以太网接口、以及带触摸功能的LCD屏。
S3C2440是三星基于AMR9的低功耗RISC微处理器，主频工作在400MHz，最高可达533MHz。本终端使用数据总线位宽为32bit容量为64MB的SDRAM和存储空间为128M的NANDFLASH构成最小系统。
S3C2440有3个独立的UART通道，数据采集终端采用通道0作为RS-232串行总线通信通道。由于2440A芯片内部的LVTTL电路定义1为2V～3.3V，0定义为0V～0.4V，而RS232电平为负逻辑即1为-5～-15V，0为5～15V，故使用Maxim公司的MAX3232芯片作为电平转化芯片。RS232串行总线通信适合于设备之间的通信距离不大于15米，数据采集终端的规范通信波特率为：2400、4800、9600、19200bit/S。RS-232串行总线通信模块的外部接口采用DB9接头，将其2脚定义为发送端，3脚定义为接收端。
数据采集终端采用通道2作为RS-485总线通信通道，采用安捷伦公司的高速光耦HCPL0530将2440A输出的TTL电平作一次隔离，再采用TI公司的RS485总线收发芯片SN65HVD12将信号转换为-9V～14V的差分信号。RS-485总线通信模块的外部接口采用两个并用的RJ45接头，其中一个外接逆变器进行组网通信；另外一个接头作为备用，可接其他符合通信协议的RS485总线通信设备。将RJ45接头的1脚定义为485A端，3脚定义为485B端，7、8脚接地端，A、B引脚接地，为兼容各种光伏设备的通信。
数据采集终端设有3路高精度AD端口，采样分为正负半周两个部分，信号输入后首先通过低通滤波电路。然后用3V电压基准把正负电压信号变换为单极性电压信号，而S3C2440内部AD所能接收的信号是0~3.3V，所以还经过一个电压抬升电路。
数据采集终端采用5.5~10.2寸LCD屏，使用3.3V~5.3V的LVDS信号，采用国半的DS90CF363MTD调制芯片，拥有完整的行扫描、时钟和使能，最高可支持1600万色的LCD。触摸屏使用2440的4个AD输入引脚作为电阻式触摸屏的接口，同时还引出了PWM输出引脚GPB1来调节LCD屏的背光。
以太网接口使用DM9000网口芯片，自适应10/100M网络，选配带网络变压器的RJ45连接头。
作为本发明的一种优选方案，RS232接口可以转接GSM短信模块。
本发明的有益效果：通过自主研发的光伏系统数据采集终端，在保证良好性能的同时，降低了成本，有利于分布式光伏发电项目的发展。
附图说明
图1是本发明的功能框图。
图中标记：1-485总线、2-232总线、3-主芯片、4-SD接口、5-USB接口、6-以太网接口、7-键盘、8-LCD、9-电源、10-SDRAM、11-FLASH、G-给矿。
具体实施方式
一种光伏系统数据采集终端，包括三星S3C24403、128MB的Flash11、两片32MB的SDRAM10、RS485接口、RS232接口、SD卡接口4、USB接口5、以太网接口6、以及带触摸功能的LCD屏组成。数据采集终端需要对光伏设备的运行数据和状态进行采集、处理、显示和传输。将逆变器、光强及环境温度、风速检测等底层设备的运行数据和状态通过RS485总线通信的形式进行采集，加以处理并在LCD屏上显示，并通过以太网基于Modbus-Tcp协议将数据和状态上传到远程监控后台计算机，同时还可以通过数据采集终端来设置底层设备的保护参数和控制功能。
S3C24403是三星基于AMR9的低功耗RISC微处理器，主频工作在400MHz，最高可达533MHz。本终端使用数据总线位宽为32bit容量为64MB的SDRAM4和存储空间为128MB的NANDFLASH5构成最小系统。
S3C2440有3个独立的UART通道，数据采集终端采用通道0作为RS-232串行总线通信通道。由于2440A芯片内部的LVTTL电路定义1为2V～3.3V，0定义为0V～0.4V，而RS232电平为负逻辑即1为-5～-15V，0为5～15V，故使用Maxim公司的MAX3232芯片作为电平转化芯片。RS232串行总线通信适合于设备之间的通信距离不大于15米，数据采集终端的规范通信波特率为：2400、4800、9600、19200bit/S。RS-232串行总线通信模块的外部接口采用DB9接头，将其2脚定义为发送端，3脚定义为接收端。该RS232接口可转接GSM短信模块。
数据采集终端采用通道2作为RS-485总线通信通道，采用安捷伦公司的高速光耦HCPL0530将2440A输出的TTL电平作一次隔离，再采用TI公司的RS485总线收发芯片SN65HVD12将信号转换为-9V～14V的差分信号。RS485总线通信适合于设备之间的通信距离不大于1000米，数据采集终端的规范通信波特率为：2400、4800、9600、19200bit/S。RS-485总线通信模块的外部接口采用两个并用的RJ45接头，其中一个外接逆变器进行组网通信；另外一个接头作为备用，可接其他符合通信协议的RS485总线通信设备。将RJ45接头的1脚定义为485A端，3脚定义为485B端，7、8脚接地端，A、B引脚接地，为兼容各种光伏设备的通信。
数据采集终端设计了3路高精度AD端口，采样分为正负半周两个部分，信号输入后首先通过低通滤波电路。然后用3V电压基准把正负电压信号变换为单极性电压信号，而S3C2440内部AD所能接收的信号是0~3.3V，所以还经过一个电压抬升电路。为了防止电压过高或过低，设有由二极管构成的限幅电路。
数据采集终端采用5.5~10.2寸LCD屏，使用3.3~5.5V的LVDS信号，采用国半的DS90CF363MTD调制芯片，拥有完整的行扫描、时钟和使能，最高可支持1600万色的LCD触摸屏使用2440的4个AD输入引脚作为电阻式触摸屏的接口，同时还引出了PWM输出引脚GPB1来调节LCD屏的背光，在考虑良好的人机交互操作的同时，也兼顾的低功耗。
USB接口5为USBHost和USBSlave。USBHost接口面向用户，可以插U盘和802.11b/g无线网卡。USBSlave接口用于WinCE系统程序调试以太网接口使用DM9000网口芯片，自适应10/100M网络，选配带网络变压器的RJ45连接头。

Claims (7)

1.一种光伏系统数据采集终端，包括RISC微处理器、程序寄存器、两片可擦写存储器、RS485接口、RS232接口、SD卡接口、USB接口、以太网接口、以及带触摸功能的LCD屏，其特征在于：
所述的RISC微处理器采用基于AMR9的低功耗RISC三星S3C2440微处理器，主频工作在400MHz，最高可达533MHz；
所述的数据总线位宽为32bit容量为64MB的SDRAM和存储空间为128M的NANDFLASH构成最小系统；
S3C2440有3个独立的UART通道，数据采集终端采用通道0作为RS-232串行总线通信通道，RS-232串行总线通信模块的外部接口采用DB9接头，其2脚为发送端，3脚为接收端；
数据采集终端采用通道2作为RS-485总线通信通道，采用安捷伦公司的高速光耦HCPL0530，采用TI公司的RS485总线收发芯片SN65HVD12；
所述的可触摸LCD屏，触摸屏使用2440的4个AD输入引脚作为电阻式触摸屏的接口，引出PWM输出引脚GPB1来调节LCD屏的背光。
2.根据权利要求1所述的光伏系统数据采集终端，其特征在于：所述的以太网接口使用DM9000网口芯片，自适应10/100M网络，选配带网络变压器的RJ45连接头。
3.根据权利要求1所述的光伏系统数据采集终端，其特征在于：所述的LCD屏大小采用5.5~10.5寸，使用3.3~5.3V的LVDS信号，采用国半的DS90CF363MTD调制芯片，最高可支持1600万色的LCD。
4.根据权利要求1所述的光伏系统数据采集终端，其特征在于：电平转化芯片采用Maxim公司的MAX3232芯片。
5.根据权利要求1所述的光伏系统数据采集终端，其特征在于：RS-485总线通信模块的外部接口采用两个并用的RJ45接头，其中一个外接逆变器进行组网通信；另外一个接头作为备用，可接其他符合通信协议的RS485总线通信设备。
6.根据权利要求1所述的光伏系统数据采集终端，其特征在于：AD端口采样分为正负半周两个部分，信号输入后首先通过低通滤波电路。
7.根据权利要求1所述的光伏系统数据采集终端，其特征在于：RS232接口支持转接GSM短信模块。
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高瞻: "基于ARM9的数据采集与传送系统设计", 《成都大学学报（自然科学版）》 *

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