CN208316682U - 一种基于物联网技术的光储能源运行参数监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于物联网技术的光储能源运行参数监测装置，传感器模块采集参数并将其转换为电压或电流信号传输至信号调理模块，信号调理模块对接收到的电压或电流信号进行放大转化，并将调理后的数据传入主控芯片中的数据处理模块进行数据处理，随后将处理后的数据通过串口通信传输给由终端节点和协调器节点组成的ZigBee模块，ZigBee模块通过串口通信传输给3G模块，3G模块将数据通过GPRS网络远程传输至监测终端。本实用新型克服了传统的光伏监测装置实时性差、远距离信息传输能力弱、监测数据单一、代价昂贵等缺点，既能灵活方便的对光储能源进行实时监控，又能及时将数据远距离传输至监测终端，整体系统数据传输安全可靠。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于物联网技术的光储能源运行参数监测装置，属于光伏监测领域。
背景技术
在新能源领域中，作为一种取用不竭的清洁可靠的可再生能源，太阳能是新能源中发展潜力最大的。我国面积广阔，太阳能储量丰富，除了四川盆地以外全国各个地区都适宜发展光伏产业。我国从二十世纪中期开始研究光伏技术，现在国内的光伏装机量和发电量现稳居世界第一，但我国人口基数大、能源使用率偏低，导致我国平均能源消耗量远落后于发达国家。作为世界上最大的能源消费国，我国在“十三五”规划中提出要着力调整能源结构，大力推动太阳能的开发应用，提高能源使用效率。由此可见，能源结构多样化是处理当前社会存在能源问题的必要手段，同时太阳能技术的研究是实现结构多元化的一个关键办法。
进入 21 世纪，随着光伏发电技术的快速发展，其应用也越来越广泛，光伏电站的数量也日益增多，并且在经济增长、保护环境和应对能源短缺方面取得成效。但是，光伏电站在位置上是较为分散的发电系统，需要配合进行对能源的存储，且多数大型光伏电站建立在人烟稀少、环境恶劣的地方，现场观测数据比较困难，所以需要借助监控系统，进行数据采集、数据分析等。
目前开发新的可再生能源已经成为未来能源的主要发展方向，而外界环境对采用可再生能源的分布式发电系统的影响非常大，其输出功率随着日照、风速、温度等外界环境条件改变而改变。光储能源是由光伏发电、蓄电池储能、逆变器等多个部分组成的一套整体系统，其中光伏组件、蓄电池等关键设备的实时监测对保证用户安全、避免信息孤岛至关重要。目前在我国，对于光伏发电组件的运行参数监测研究较多，但对于光储能源整体系统的监测研究还远远滞后。
实用新型内容
为了克服现有技术的缺陷，本实用新型提出一种基于物联网技术的光储能源运行参数监测装置，可以对光伏发电，蓄电池储能等各项参数进行长期实时在线监测，多个ZigBee节点组成星形拓扑结构,将监测参数汇集到协调器节点上, 由无线网络通过3G技术传输到上位机终端。通过将近距离传输的ZigBee模块与远距离传输的3G模块结合使用，通过ZigBee组网灵活的采集光伏能源各项运行参数，又及时将数据远距离传输至上位机终端，且数据传输可靠性高。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种基于物联网技术的光储能源运行参数监测装置，包括前端数据采集模块、ZigBee模块和3G模块，其中，所述前端数据采集模块包括传感器模块、信号调理模块、数据处理模块和信号处理电路，所述传感器模块采集参数并将其转换为电压或电流信号传输至信号调理模块，所述信号调理模块对接收到的电压或电流信号进行放大转化，并将调理后的数据传入主控芯片中的数据处理模块进行数据处理，随后将处理后的数据通过串口通信传输给由终端节点和协调器节点组成的ZigBee模块，所述信号处理电路对蓄电池的输出电流与电压进行稳压滤波处理，再经过DS2346读取蓄电池当前各项参数后传输至主控芯片封装成数据帧，数据帧串口通信传输给ZigBee模块中的终端节点，所述ZigBee模块通过串口通信传输给3G模块，3G模块将数据通过GPRS网络远程传输至监测终端。
优选地，还包括为整个数据采集模块供电的基于LM2596和LM1117降压芯片的供电电路。
优选地，所述信号调理模块为基于LM358的信号调理模块。
优选地，所述串口通信为基于RS232的拓展接口。
优选地，所述传感器模块包括霍尔电压传感器、霍尔电流传感器、温湿度传感器、风速传感器和辐照度传感器，其中，所述霍尔电压传感器和霍尔电流传感器分别采集光伏组件的电压和电流数据，所述温湿度传感器、风速传感器和辐照度传感器分别采集环境数据。
有益效果：本实用新型公开一种基于物联网技术的光储能源运行参数监测装置，通过将近距离传输的ZigBee模块与远距离传输的3G模块结合使用，克服了传统的光伏监测装置实时性差、远距离信息传输能力弱、监测数据单一、代价昂贵等缺点，既能灵活方便的对光储能源进行实时监控，又能及时将数据远距离传输至监测终端，整体系统数据传输安全可靠，且设备体积要求小，无需布线，拓展性强，大大降低了工程造价及运行维修成本。
附图说明
图1是本实用新型监测终端结构框图；
图2是本实用新型的信号调理模块电路原理图；
图3是本实用新型的扩展接口原理图；
图4是本实用新型的数据采集模块的供电电路原理图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
一种基于物联网技术的光储能源运行参数监测装置，包括前端数据采集模块、ZigBee模块和3G模块，其中，所述前端数据采集模块包括传感器模块、信号调理模块和数据处理模块，所述传感器模块采集参数并将其转换为电压或电流信号传输至信号调理模块，所述信号调理模块对接收到的电压或电流信号进行放大转化，并将调理后的数据传入主控芯片中的数据处理模块进行数据处理，随后将处理后的数据通过串口通信传输给由终端节点和协调器节点组成的ZigBee模块，所述ZigBee模块通过串口通信传输给3G模块，3G模块将数据通过GPRS网络远程传输至监测终端。
优选地，还包括为整个数据采集模块供电的基于LM2596和LM1117降压芯片的供电电路。
优选地，所述信号调理模块为基于LM358的信号调理模块。
优选地，所述串口通信为基于RS232的拓展接口。
优选地，所述传感器模块包括霍尔电压传感器、霍尔电流传感器、温湿度传感器、风速传感器和辐照度传感器，其中，所述霍尔电压传感器和霍尔电流传感器分别采集光伏组件的电压和电流数据，所述温湿度传感器、风速传感器和辐照度传感器分别采集环境数据。
如图1所示，利用各类传感器、无线传感网技术（WSN）、3G技术等设计了光伏组件监测子系统、环境监测子系统、蓄电池状态监测子系统。利用ZigBee模块汇集采集参数。其中：前端数据采集模块包括多个传感器（传感器模块）、信号调理模块、数据处理模块（主控芯片）、ZigBee模块，在环境参数与光伏组件参数的监测中，传感器模块采集参数并转换为电压或电流信号，信号调理模块对传感器信号进行放大转化，并将调理后信号传入主控芯片中的数据处理模块，封装成数据帧；在蓄电池参数采集过程中，由信号处理电路对蓄电池的输出电流与电压进行稳压滤波处理，再经过DS2346读取电池当前各项参数，最后由主控芯片封装成数据帧；数据帧串口通信传输给ZigBee模块中的终端节点，再通过组网传输将数据汇集到协调器节点，通过串口通信传输给3G模块。3G模块将数据通过GPRS网络远程传输至监测终端。通过将近距离传输的ZigBee模块与远距离传输的3G模块结合使用，实现实时监测各项光储能源运行参数。
本实用新型中数据采集模块的传感器包括电流、电压传感器，风速传感器，温湿度传感器，辐照度传感器，能够完成对于光伏发电参数与环境参数的监测，性能稳定且测量精度高。
蓄电池状态监测采用的是MAXIM公司推出的电池监测芯片DS2438，其有数据采集、数据存储等功能，该芯片具有A/D转换功能,通过Vad口进行A/D输入。主控芯片通过DQ口定时发送转换命令并读取DS2438相应的寄存器获取数据。
STM32系列是基于要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex-M3内核。本实用新型选用其中性能较高的增强型STM32F103ZET6作为主控芯片，其时钟频率可达72 MHz，具有一流的外设和优异的实时性能，利用其内部丰富的功能模块，无需外扩芯片即可对各模块采集到的数据信号进行多通道模/数转换，并可采用JTAG仿真器进行调试。
ZigBee模块均采用无线射频芯片CC2530，数据处理准确度高、效率高，保证了无线数据传输的精确度和实时性。
本实用新型的3G模块选用第二代工业级3G路由器，其内置32位嵌入式处理器，且内部嵌有TCP/IP协议栈，支持全透明数据传输，及断线自动侦测技术，且提供RS232和RS485的端子接口，便于系统的连接。
如图2所示，本实用新型的信号调理模块基于LM358双运算放大器。辐照度传感器与风速传感器输出的4-20mA的电流信号，需要经过信号调理模块转化成0~3.3V的电压信号才能传输给单片机的A/D转换口。R23电阻起I/V转换取样电阻的作用，电流信号在R23上产生一个对应电压，4mA对应0.04V，20mA对应0.2V，然后通过LM358进行15倍放大后，就变成对应的0.6V-3V的电压信号。R13电阻起校对作用，调节R13使输入电流信号为20mA时输出为5V。
如图3所示，本实用新型的扩展接口是以MAX232所构成的一个RS232串口通信，用于连接3G DTU模块，该扩展接口的15脚接地，1脚与3脚、4脚与5脚分别串联一个0.1uF的电容，2脚串联一个0.1uF的电容接电源正，6脚串联一个0.1uF的电容接地， 7跟8脚分别接一个RS232的2跟3脚，并且RS232的5脚接地；此外，MAX232芯片的9与10脚分别接至STM32F103ZET6芯片的14与15脚。
如图4所示，本实用新型的数据采集模块的传感器、主控芯片需要3.3V电压供电，信号调理模块、ZigBee模块需5v电压供电，系统的输入电压为12V，因此采用LM2596将12V降至5V，采用LM1117将5V降至3.3V，满足电路需求。电路图中电容C3、C4可以抑制高频、减小波纹、防止自激，抵消输入端产生的电感效应；C1、C2应选用频率特性好的陶瓷电容，改善负载的瞬态响应，抑制高频干扰。为了减小电压的波纹从而得到稳定电压，可在稳压器输出端并联一个滤波电容，反向二极管IN5824可防止稳压器LM2596承受反向电压而损坏。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的两种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种基于物联网技术的光储能源运行参数监测装置，其特征在于：包括前端数据采集模块、ZigBee模块和3G模块，其中，所述前端数据采集模块包括传感器模块、信号调理模块、数据处理模块和信号处理电路，所述传感器模块采集参数并将其转换为电压或电流信号传输至信号调理模块，所述信号调理模块对接收到的电压或电流信号进行放大转化，并将调理后的数据传入主控芯片中的数据处理模块进行数据处理，随后将处理后的数据通过串口通信传输给由终端节点和协调器节点组成的ZigBee模块，所述信号处理电路对蓄电池的输出电流与电压进行稳压滤波处理，再经过DS2346读取蓄电池当前各项参数后传输至主控芯片封装成数据帧，数据帧串口通信传输给ZigBee模块中的终端节点，所述ZigBee模块通过串口通信传输给3G模块，3G模块将数据通过GPRS网络远程传输至监测终端。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的光储能源运行参数监测装置，其特征在于：还包括为整个数据采集模块供电的基于LM2596和LM1117降压芯片的供电电路。
3.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的光储能源运行参数监测装置，其特征在于：所述信号调理模块为基于LM358的信号调理模块。
4.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的光储能源运行参数监测装置，其特征在于：所述串口通信为基于RS232的拓展接口。
5.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的光储能源运行参数监测装置，其特征在于：所述传感器模块包括霍尔电压传感器、霍尔电流传感器、温湿度传感器、风速传感器和辐照度传感器，其中，所述霍尔电压传感器和霍尔电流传感器分别采集光伏组件的电压和电流数据，所述温湿度传感器、风速传感器和辐照度传感器分别采集环境数据。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112330947A (zh) * | 2020-11-20 | 2021-02-05 | 浙江大学 | 一种基于stm32单片机的二次供水泵房数据采集电路 |
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2018
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