CN208094804U - 一种基于无线传感器网络的光伏电池组件监测装置 - Google Patents

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朱黎
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  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
  • Selective Calling Equipment (AREA)
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Abstract

本实用新型属于智能电站技术领域，公开了一种基于无线传感器网络的光伏电池组件装置，设置有光伏电池组件；光伏电池组件电连接有监测节点模块，监测节点模块通过ZigBee网络无线连接有协调器，协调器通过RS‑232串口连接有上位机；监测节点模块包括处理器和无线通信模块、供电模块、采集模块以及外围扩展接口电路，采集模块通过数据接口与处理器和无线通信模块连接，供电模块与采集模块、处理器和无线通信模块电连接，为采集模块、处理器和无线通信模块供电。本实用新型组建网络以及工程实施的难度较小，并且搭建成本不高，可以实现对光伏电池组件运行参数的实时监控，通过内置采集各种参数的传感器，实现对环境或者特定目标的监测。

Description

一种基于无线传感器网络的光伏电池组件监测装置
技术领域
本实用新型属于智能电站技术领域，尤其涉及一种基于无线传感器网络的光伏电池组件装置。
背景技术
目前，业内常用的现有技术是这样的：随着近代全球工业化的不断推进，包括石油、煤炭等化石燃料在内的不可再生能源不断锐减，能源紧缺已经成为人类发展的一大瓶颈。另一方面，由于化石燃料在燃烧过程中释放出大量的温室气体，导致全球变暖，冰川融化，海平面上升，并且带来严重的空气污染，危害人类健康。因此，开发可再生能源或使用对环境污染程度小的绿色能源以实现经济社会的可持续发展己经在全世界达成共识。太阳能由于分布广阔、获取方便成为最受欢迎的绿色再生能源之一，而目前太阳能应用最广泛的领域便是发电，太阳能发电系统已应用到小型家用发电。通过太阳能光伏发电可以实现供暖、煮饭、洗澡、看电视、日常照明。小型太阳能发电系统将来未来发展中更加方便人们的生活。随着光伏电站装机容量以及数量的不断增加，光伏电站电池组件的监测也必须向规模化和智能化不断推进。
目前光伏电池组件监控常见的技术方案主要有以下几种：电力线载波通信、CAN总线、无线传感器网络、电话线通信、RS-485总线、光纤通信以及电缆通信等。对于电话线、光纤以及电缆，其优势在于传输过程速度快、稳定可靠并且抗干扰性强，但是由于需要架设特定的通信网络，导致其在成本和维护上费用较高。RS-485总线传输稳定并且抗干扰性强，但在通信双方间隔很远时，在信号反射、抗干扰能力变弱等因素的作用下，导致信号传输时可靠性下降。利用电力线载波传输数据时，由于其直接利用电力线传输，不需要额外铺设传输通道，从而成本较低，但是电力线负荷对载波信号具有高削减作用并且存在脉冲干扰，直接导致其抗干扰性较差，传输可靠性不高。CAN总线通信传输稳定可靠、实时性较高并且非常灵活，但是其无法与Internet联网，从而无法实现远距离的数据传输。
综上所述，现有技术存在的问题是：
需要架设特定的通信网络，导致其在成本和维护上费用较高；信号传输时可靠性低；抗干扰性较差；无法与Internet联网，从而无法实现远距离的数据传输，无法兼顾可靠性和成本。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种基于无线传感器网络的光伏电池组件装置。
本实用新型是这样实现的，实现了一种基于无线传感器网络的光伏组件监测系统，通过监测节点能够准确的采集光伏电池组件的电流、电压以及环境温湿度，通过ZigBee网络可以将数据汇聚到协调器节点，然后通过RS-232串口上传至上位机。在上位机通过设计的监控软件能够看到光伏电池组件的电压、电流和温度等实时数据。
一种基于无线传感器网络的光伏电池组件监测装置设置有光伏电池组件；
光伏电池组件电连接有监测节点模块，监测节点模块通过ZigBee网络无线连接有协调器，协调器通过RS-232串口连接有上位机；
监测节点模块包括处理器和无线通信模块、供电模块、采集模块以及外围扩展接口电路，采集模块通过数据接口与处理器和无线通信模块连接，供电模块与采集模块、处理器和无线通信模块电连接，为采集模块、处理器和无线通信模块供电。
进一步，处理器和无线通信模块采用CC2530芯片，将处理器和无线通信模块集成为一体，简化了电路的设计过程，降低了无线通信网络的开发成本。
进一步，供电模块为自适应宽动态电源电路，该电路巧妙利用CC2530芯片中的MCU产生PWM波实现电源控制，获得稳定的3.3伏输出电压，解决了光伏电池组件数据采集电路板安全稳定的供电问题。
进一步，采集模块包括电压采样模块、电流采样模块和温湿度传感器。
进一步，协调器包括控制芯片CC2530、无线通信模块和JTAG编程接口，采用USB转RS232串口进行通讯及供电。
综上所述，本实用新型的优点及积极效果为：
本实用新型针对CC2530微芯片设计研究一种自适应宽动态电源电路，该电路巧妙利用CC2530芯片中的MCU产生PWM波实现电源控制，获得稳定的3.3伏输出电压，解决了太阳能光伏电池组件数据采集电路板安全稳定的供电问题。其创新之处在于实现了一片CC2530芯片采集数据、无线通讯和电源管理的目的，简化了电路，省去了传统采用的独立DC-DC电源模块。
本实用新型节点投放方便、组建网络以及工程实施的难度较小，并且搭建成本不高，可以实现对光伏电池组件运行参数的实时监控。无线传感器网络节点集成了数据采集模块、处理器和无线通信模块以及供电模块等，通过内置采集各种参数的传感器，实现对环境或者特定目标的监测。网络内各节点以自组织网络的方式进行数据的无线传输，并协同完成对监测区域的信息采集任务，实现数据采集的信息化。
(可在电脑客户端实时查询历史数据，客户端可对电池组件的运行状态图形显示。)
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的监测节点模块结构示意图；
图2是本实用新型实施例提供的电压采样模块、电流采样模块电路图；
图3是本实用新型实施例提供的温湿度传感器DHTl l的电路图；
图4是本实用新型实施例提供的协调器结构示意图。
图5是本实用新型实施例提供的基于CC2530芯片的自适应宽动态电源电路示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
一种基于无线传感器网络的光伏电池组件装置设置有光伏电池组件；
光伏电池组件电连接有监测节点模块，监测节点模块通过ZigBee网络无线连接有协调器，协调器通过RS-232串口连接有上位机；
监测节点模块包括处理器和无线通信模块、供电模块、采集模块以及外围扩展接口电路，采集模块通过数据接口与处理器和无线通信模块连接，供电模块与采集模块、处理器和无线通信模块电连接，为采集模块、处理器和无线通信模块供电。
进一步，处理器和无线通信模块采用CC2530芯片，将处理器和无线通信模块集成为一体，简化了电路的设计过程，降低了无线通信网络的开发成本。
进一步，供电模块为自适应宽动态电源电路，该电路巧妙利用CC2530芯片中的MCU产生PWM波实现电源控制，获得稳定的3.3伏输出电压，解决了光伏电池组件数据采集电路板安全稳定的供电问题。
进一步，采集模块包括电压采样模块、电流采样模块和温湿度传感器。
进一步，协调器包括控制芯片CC2530、无线通信模块和JTAG编程接口，采用USB转RS232串口进行通讯及供电。
CC2530除集成了带有射频接口的无线收发模块，其本身带有一个增强型的51单片机，具有定时器、ADC(模数转换器)等基本功能模块。故而采样模块的设计思路是，首先通过采集模块的信号调理电路，经由IO口接入CC2530的ADC采样通道，最后进行模数转换，得到精确的数字参数值。
当参考电压选为内部单端参考电压1.15V时，ADC数据寄存器所能表示的最大值为1.15V。即若ADC采样通道中采样的电压大于1.15V ADC数据寄存
器并不能完整的存储，从而导致数据的失真。所以电压采样电路的设计思路是，将光伏电池组件的输出电压由分压电路降压，从而转换到CC2530ADC的可读取范围内，再接入CC2530的采样IO口，由ADC转换得到的采样电压值，再乘以分压电路的分压比以得到光伏电池组件的实际输出电压。
由于CC2530的ADC配置成单端采样输入，参考电压为1.15V时，数据寄存器ADC所表示的值即是采样通道的电压值。故而电流采样电路的设计思路是，当光伏电池组件的输出电流通过一个电阻后，转换为电压进行采样测量，然后由欧姆定律即可得到采样电流值。
温湿度传感器信号采用DHT11，用于实现温湿度采集的功能。DHT11传感器可以测量温湿度数据，并且具备全部校准、数字输出的特性和卓越的长期稳定性，且响应较快，抗干扰能力强，同时能耗较低。
DHT11单排4针引脚封装的典型电路设计如图3所示。其中，DATA线用于单片机及传感器间的通讯及同步，单次通讯时间在4ms左右，属于单总线数据格式，即通过DATA线实现双向的时钟或数据信号传输。一次完整的数据传输为40bit，且高位先出。数据格式为：8位湿度整数数据+8位湿度小数数据+8位温度整数数据+8位温度小数数据+8位校验和。由于DHT11采集的温湿度数据已经是数字化数据，所以无需利用ADC进行模数转换。
如图4所示，协调器是整个网络中最核心的节点，负责组网同时也担负着汇总节点网络数据与监控中心通信的工作。其主要由控制芯片CC2530和无线通信模块组成，同时还具有JTAG编程接口。协调器节点直接与监控中心上位机连接，采用USB转RS232串口进行通讯及供电。
以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种基于无线传感器网络的光伏电池组件装置，其特征在于，所述基于无线传感器网络的光伏电池组件装置设置有光伏电池组件；
光伏电池组件电连接有监测节点模块，监测节点模块通过ZigBee网络无线连接有协调器，协调器通过RS-232串口连接有上位机；
监测节点模块包括处理器和无线通信模块、供电模块、采集模块以及外围扩展接口电路，采集模块通过数据接口与处理器和无线通信模块连接，供电模块与采集模块、处理器和无线通信模块电连接，为采集模块、处理器和无线通信模块供电。
2.如权利要求1所述基于无线传感器网络的光伏电池组件装置，其特征在于，处理器和无线通信模块采用CC2530芯片，将处理器和无线通信模块集成为一体。
3.如权利要求1所述基于无线传感器网络的光伏电池组件装置，其特征在于，供电模块为自适应宽动态电源电路。
4.如权利要求1所述基于无线传感器网络的光伏电池组件装置，其特征在于，采集模块包括电压采样模块、电流采样模块和温湿度传感器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112258823A (zh) * 2020-10-21 2021-01-22 辽宁工程技术大学 基于nb-iot的露天矿滑坡灾害远程监测系统
CN113267729A (zh) * 2021-05-26 2021-08-17 常州大学 一种基于无线传感器网络的动力电池在线监测方法

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