基于物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)的光伏微網(wǎng)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)的光伏微網(wǎng)系統(tǒng)。其特點(diǎn)是：包括至少兩個(gè)采集節(jié)點(diǎn)，該所有采集節(jié)點(diǎn)的輸出端依次通過匯聚節(jié)點(diǎn)、ZigBee協(xié)調(diào)器與上位機(jī)連接，該上位機(jī)通過有線或無線方式與遠(yuǎn)程監(jiān)控終端連接。本實(shí)用新型提供了一種基于物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)的光伏微網(wǎng)系統(tǒng)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與光伏微網(wǎng)結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏微網(wǎng)的全面控制與運(yùn)行狀態(tài)的精確掌握，根據(jù)系統(tǒng)的變化就可以有效對(duì)電力系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施資源進(jìn)行整合，進(jìn)而提高電力系統(tǒng)通信水平，改善當(dāng)前電力系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的利用率，使得電網(wǎng)在信息化、安全運(yùn)行、供電可靠性等方面得到較大提高達(dá)到對(duì)電網(wǎng)的智能管理。
【專利說明】
基于物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)的光伏微網(wǎng)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)的光伏微網(wǎng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，能源緊缺和環(huán)保問題日益嚴(yán)重，這促使人們?nèi)ラ_發(fā)利用新的清潔能源。在清潔能源開發(fā)利用的熱潮中，光伏微網(wǎng)發(fā)電技術(shù)有著極其突出的優(yōu)勢(shì)。光伏微網(wǎng)發(fā)電可以實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)優(yōu)先供電，多余電量并入公網(wǎng)的功能，光伏微網(wǎng)不但供電可靠而且接入公網(wǎng)安全穩(wěn)定，因此備受青睞。將物聯(lián)網(wǎng)中的ZigBee技術(shù)應(yīng)用到光伏微網(wǎng)中不但可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏微網(wǎng)的精準(zhǔn)控制，而且還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力資源的整合優(yōu)化。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的是提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)的光伏微網(wǎng)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)光伏微網(wǎng)的全面控制與運(yùn)行狀態(tài)的精確掌握，根據(jù)系統(tǒng)的變化就可以有效對(duì)電力系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施資源進(jìn)行整合，進(jìn)而提高電力系統(tǒng)通信水平，改善當(dāng)前電力系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的利用率。
[0004]—種基于物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)的光伏微網(wǎng)系統(tǒng)，其特別之處在于:包括至少兩個(gè)采集節(jié)點(diǎn)，該所有采集節(jié)點(diǎn)的輸出端依次通過匯聚節(jié)點(diǎn)、ZigBee協(xié)調(diào)器與上位機(jī)連接，該上位機(jī)通過有線或無線方式與遠(yuǎn)程監(jiān)控終端連接。
[0005]其中上位機(jī)還與打印機(jī)或報(bào)警裝置連接。
[0006]其中采集節(jié)點(diǎn)包括第一控制模塊，該第一控制模塊分別與第一檢測(cè)模塊和第一無線模塊連接，還包括第一電源模塊，該第一電源模塊分別與前述的第一控制模塊、第一檢測(cè)模塊和第一無線模塊連接從而供電。
[0007]其中第一無線模塊采用微帶巴倫電路，第一電源模塊采用電池，第一檢測(cè)模塊包括第一溫度傳感器模塊和第一電能監(jiān)測(cè)模塊。
[0008]其中第一電能監(jiān)測(cè)模塊包括霍爾電壓傳感器、霍爾電流傳感器和霍爾功率傳感器。
[0009]其中匯聚節(jié)點(diǎn)包括第二控制模塊，該第二控制模塊分別與第二檢測(cè)模塊和第二無線模塊連接，還包括第二電源模塊，該第二電源模塊分別與前述的第二控制模塊、第二檢測(cè)模塊和第二無線模塊連接從而供電。
[0010]其中第二無線模塊采用微帶巴倫電路，第二電源模塊采用電池，第二檢測(cè)模塊包括第二溫度傳感器模塊和第二電能監(jiān)測(cè)模塊組成。
[0011]其中第二電能監(jiān)測(cè)模塊包括霍爾電壓傳感器、霍爾電流傳感器和霍爾功率傳感器。
[0012]本實(shí)用新型提供了一種基于物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)的光伏微網(wǎng)系統(tǒng)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與光伏微網(wǎng)結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏微網(wǎng)的全面控制與運(yùn)行狀態(tài)的精確掌握，根據(jù)系統(tǒng)的變化就可以有效對(duì)電力系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施資源進(jìn)行整合，進(jìn)而提高電力系統(tǒng)通信水平，改善當(dāng)前電力系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的利用率，使得電網(wǎng)在信息化、安全運(yùn)行、供電可靠性等方面得到較大提高達(dá)到對(duì)電網(wǎng)的智能管理。通過遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，用戶可隨時(shí)隨地通過手機(jī)APP監(jiān)控供電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。一方面用戶可以第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)故障，另一方面用戶可以對(duì)供電系統(tǒng)的能量供應(yīng)有一個(gè)直觀的理解，進(jìn)而可以做出最優(yōu)的用電策略。本實(shí)用新型從光伏微網(wǎng)技術(shù)入手，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)中ZigBee技術(shù)和CC2530芯片來實(shí)現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)的光伏微網(wǎng)技術(shù)，并通過遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，可以通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式圖；
[0014]圖2為本實(shí)用新型采集節(jié)點(diǎn)模塊化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖；
[0015]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例1中CC2530及其外圍電路構(gòu)成圖；
[0016]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例1中電池供電電路圖；
[0017]圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例1中無線模塊電路圖；
[0018]圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例1中TMP75的連接原理圖；
[0019]圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例1中霍爾效應(yīng)傳感器連接圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]如圖1至7所示，本實(shí)用新型提供了一種基于物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)的光伏微網(wǎng)系統(tǒng)，包括至少兩個(gè)采集節(jié)點(diǎn)，該所有采集節(jié)點(diǎn)的輸出端依次通過匯聚節(jié)點(diǎn)、ZigBee協(xié)調(diào)器與上位機(jī)連接，該上位機(jī)通過有線或無線方式與遠(yuǎn)程監(jiān)控終端連接，該上位機(jī)還與打印機(jī)或報(bào)警裝置連接。
[0021]其中采集節(jié)點(diǎn)包括第一控制模塊，該第一控制模塊分別與第一檢測(cè)模塊和第一無線模塊連接，還包括第一電源模塊，該第一電源模塊分別與前述的第一控制模塊、第一檢測(cè)模塊和第一無線模塊連接從而供電。第一無線模塊采用微帶巴倫電路，第一電源模塊采用電池，第一檢測(cè)模塊由第一溫度傳感器模塊與第一電能監(jiān)測(cè)模塊組成，溫度傳感器模塊與電能監(jiān)測(cè)模塊分別與第一控制模塊的單片機(jī)相連，第一電能監(jiān)測(cè)模塊采用霍爾電壓傳感器、霍爾電流傳感器、霍爾功率傳感器，它們分別與第一控制模塊的單片機(jī)相連。
[0022]其中匯聚節(jié)點(diǎn)包括第二控制模塊，該第二控制模塊分別與第二檢測(cè)模塊和第二無線模塊連接，還包括第二電源模塊，該第二電源模塊分別與前述的第二控制模塊、第二檢測(cè)模塊和第二無線模塊連接從而供電。第二無線模塊采用微帶巴倫電路，第二電源模塊采用電池，第二檢測(cè)模塊由第二溫度傳感器模塊與第二電能監(jiān)測(cè)模塊組成，溫度傳感器模塊與電能監(jiān)測(cè)模塊分別與第二控制模塊的單片機(jī)相連。第二電能監(jiān)測(cè)模塊采用霍爾電壓傳感器、霍爾電流傳感器、霍爾功率傳感器，他們分別與第二控制模塊的單片機(jī)相連。
[0023]實(shí)施例1:
[0024]本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0025]使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為系統(tǒng)構(gòu)架，以ZigBee技術(shù)中的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)作為系統(tǒng)的信息通信方式;其中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是在傳感器上配備上能源模塊、信號(hào)收發(fā)模塊，進(jìn)行數(shù)據(jù)的無線通訊。
[0026]系統(tǒng)主要有采集節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)、ZigBee協(xié)調(diào)器、上位機(jī)，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端組成。采集節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)信號(hào)的采集并將信號(hào)發(fā)送;匯聚節(jié)點(diǎn)將所有信號(hào)匯聚于此并發(fā)送給系統(tǒng)的ZigBee協(xié)調(diào)器;ZigBee協(xié)調(diào)器是系統(tǒng)中及其主要的一部分，它用來監(jiān)測(cè)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)正常工作，是整個(gè)系統(tǒng)的核心，因此需要給協(xié)調(diào)器配備有足夠多的儲(chǔ)存空間，以保證它可以正常完成各種功能。信號(hào)經(jīng)過協(xié)調(diào)器后傳送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)里設(shè)置相應(yīng)的軟件程序，一方面配備其他輔助設(shè)施(如打印機(jī)、報(bào)警裝置等)來完成系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的顯示、儲(chǔ)存;另一方面通過互聯(lián)與遠(yuǎn)程終端連接，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。
[0027]本系統(tǒng)為電力系統(tǒng)，所以需要采集的數(shù)據(jù)有環(huán)境和電參量?jī)深悢?shù)據(jù)，通過這兩類數(shù)據(jù)就可有達(dá)到對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、環(huán)境等各方面的全面監(jiān)測(cè)。由于為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等因素本設(shè)計(jì)采用了相對(duì)簡(jiǎn)單的一些通訊等方式，所有每個(gè)采集節(jié)點(diǎn)相對(duì)獨(dú)立，不能互相發(fā)生信息，只能通過匯聚節(jié)點(diǎn)間接的通訊。
[0028]采集節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)都是由CC2530作為控制核心的，采集節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)在硬件結(jié)構(gòu)上基本相同，因此不再獨(dú)立贅述匯聚節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)。為了使設(shè)計(jì)更具通用性，本設(shè)計(jì)使用模塊化設(shè)計(jì)思路，使得該設(shè)計(jì)可以通用。采集節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)都是由控制模塊、無線模塊、檢測(cè)模塊、電源模塊四個(gè)部分。
[0029]控制模塊是整個(gè)采集節(jié)點(diǎn)的核心，它需要完成對(duì)采集的信號(hào)的處理、發(fā)送，并且還要時(shí)刻接收系統(tǒng)給它反饋回來的數(shù)據(jù)、指令，同時(shí)做出相應(yīng)的動(dòng)作。
[0030]控制模塊由CC2530和CC2530外部的輔助電路組成，CC2530包括可編程I/O 口 21個(gè)，在這些可編程I/O 口中有8路為A/D接口，可以用于多路傳感器數(shù)據(jù)的的采集和處理使用。CC2530芯片自含有一個(gè)復(fù)位的接口，外部可接復(fù)位按鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件初始化系統(tǒng)。CC2530外接一個(gè)32MHz晶振提供系統(tǒng)時(shí)鐘，還可以接32.768kHz晶振供系統(tǒng)休眠時(shí)使用。
[0031]復(fù)位電路設(shè)計(jì):在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，不可預(yù)計(jì)的會(huì)出現(xiàn)一些故障問題，為了使系統(tǒng)正常的工作、初始化等，需要給系統(tǒng)加上復(fù)位電路，對(duì)此本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了按鍵式復(fù)位電路，將系統(tǒng)復(fù)位初始化，用來在特殊情況使用，這些措施保證了數(shù)據(jù)的可靠性。
[0032]節(jié)點(diǎn)主板正常直流工作電壓為3.3V?？梢圆捎秒姵亍SB、太陽能電池板給其供電，USB供電適用于直接連接計(jì)算機(jī)，太陽能供電具有不穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)性差、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜等特點(diǎn)，不利于本系統(tǒng)的使用。考慮到CC2530的耗能較低、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等方面，我們直接采用電池給其供電。電池供電電路如圖4-6所示。
[0033]無線模塊在系統(tǒng)在十分重要，它負(fù)責(zé)信號(hào)收發(fā)。在收發(fā)模塊必須要考慮如下幾個(gè)問題:(I)無線模塊的信號(hào)、數(shù)據(jù)傳輸速率必須要滿足系統(tǒng)的要求；(2)無線傳輸要保證穩(wěn)定、抗干擾性能較好。本設(shè)計(jì)采用微帶巴倫電路，這個(gè)設(shè)計(jì)把無線電RF引腳差分信號(hào)的阻抗轉(zhuǎn)換為單端50 Ω。
[0034]檢測(cè)模塊是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，是整個(gè)系統(tǒng)的最底層、最基礎(chǔ)的部分，檢測(cè)模塊采集的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性關(guān)系到對(duì)系統(tǒng)的控制等一系列問題，所以監(jiān)測(cè)及其重要，必須要選擇精確度較好的傳感器。在本設(shè)計(jì)中需要采集的主要物理參數(shù)有:電壓、溫濕度、電功率、電流等，可以按照系統(tǒng)具體需求增加其他采集物流參數(shù)。如圖4-7所示，檢測(cè)模塊就是利用川傳感器采集參數(shù)后傳送給處理器。
[0035]本設(shè)計(jì)的溫度傳感器模塊選用TI公司的TMP75，TMP75是一款低功耗數(shù)字輸出溫度傳感器。TMP75有良好的精確度和散熱性能;在低功耗能狀態(tài)下，耗能較小，只需使用電池供電就可以工作較長(zhǎng)時(shí)間。TMP75采用的是雙線串行接口，它的接口可以與12C兼容。在封裝方面，TMP75采用小巧的8引腳MSOP封裝，使芯片體積較小。TMP275的引腳1、2是兩線串行接口，可以與I2C總線接口兼容，也可以直接與其相連。當(dāng)測(cè)量溫度超過用戶設(shè)定的最高溫度或低于最低溫度時(shí)，引腳ALERT輸出高電平或低電平[28]。上述3個(gè)引腳在實(shí)際連接中需要上拉電阻。A0、A1和A2全部接低電平，這樣TMP275器件的寫地址為0x90，讀地址為0x9UTMP275的報(bào)警輸出方式設(shè)置為低電平輸出，接有上拉電阻。
[0036]電能監(jiān)測(cè)模塊的設(shè)計(jì)選擇霍爾電流、電壓和功率傳感器?；魻杺鞲衅魇抢没魻栃?yīng)制造出來的，當(dāng)前新型器件的輸出波形較為復(fù)雜，傳統(tǒng)傳感器無法檢測(cè)，而霍爾床傳感器的出現(xiàn)解決了這一問題，霍爾發(fā)展?jié)摿薮?。目前霍爾傳感器被廣泛的適用于現(xiàn)代工業(yè)、控制等方面，常見的有應(yīng)用于變頻技術(shù)、智能電網(wǎng)、計(jì)算機(jī)檢測(cè)等等。
[0037]在本系統(tǒng)在采用的霍爾傳感器有霍爾電壓傳感器、霍爾電流傳感器、霍爾功率傳感器。傳統(tǒng)的電壓、電流檢以外，特別要說的是檢測(cè)功率模塊，檢測(cè)功率可以為系統(tǒng)的獨(dú)立、并網(wǎng)作為參考量，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出功率不能滿足負(fù)荷需求時(shí)或者發(fā)出功率較大負(fù)荷無法自行消化時(shí)，就可以催動(dòng)逆變器是系統(tǒng)自行切入并網(wǎng)模式，反之，系統(tǒng)功率、負(fù)荷需求平衡就可以獨(dú)立運(yùn)行。
[0038]霍爾效應(yīng)傳感器連接:由于系統(tǒng)電壓、電流不穩(wěn)定，為了保證測(cè)量的精確性，測(cè)量時(shí)可以接上放大器，保證在較小的信號(hào)下系統(tǒng)可以通過精確的測(cè)量值。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)的光伏微網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于:包括至少兩個(gè)采集節(jié)點(diǎn)，該所有采集節(jié)點(diǎn)的輸出端依次通過匯聚節(jié)點(diǎn)、ZigBee協(xié)調(diào)器與上位機(jī)連接，該上位機(jī)通過有線或無線方式與遠(yuǎn)程監(jiān)控終端連接； 其中采集節(jié)點(diǎn)包括第一控制模塊，該第一控制模塊分別與第一檢測(cè)模塊和第一無線模塊連接，還包括第一電源模塊，該第一電源模塊分別與前述的第一控制模塊、第一檢測(cè)模塊和第一無線模塊連接從而供電。2.如權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)的光伏微網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于:其中上位機(jī)還與打印機(jī)或報(bào)警裝置連接。3.如權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)的光伏微網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于:其中第一無線模塊采用微帶巴倫電路，第一電源模塊采用電池，第一檢測(cè)模塊包括第一溫度傳感器模塊和第一電能監(jiān)測(cè)模塊。4.如權(quán)利要求3所述的基于物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)的光伏微網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于:其中第一電能監(jiān)測(cè)模塊包括霍爾電壓傳感器、霍爾電流傳感器和霍爾功率傳感器。5.如權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)的光伏微網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于:其中匯聚節(jié)點(diǎn)包括第二控制模塊，該第二控制模塊分別與第二檢測(cè)模塊和第二無線模塊連接，還包括第二電源模塊，該第二電源模塊分別與前述的第二控制模塊、第二檢測(cè)模塊和第二無線模塊連接從而供電。6.如權(quán)利要求5所述的基于物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)的光伏微網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于:其中第二無線模塊采用微帶巴倫電路，第二電源模塊采用電池，第二檢測(cè)模塊包括第二溫度傳感器模塊和第二電能監(jiān)測(cè)模塊組成。7.如權(quán)利要求6所述的基于物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)的光伏微網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于:其中第二電能監(jiān)測(cè)模塊包括霍爾電壓傳感器、霍爾電流傳感器和霍爾功率傳感器。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK205429874SQ201520856862
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2015年10月30日
【發(fā)明人】張秀霞, 杜冠男, 魏舒怡, 冀千瑜, 張令春, 樊榮
【申請(qǐng)人】北方民族大學(xué)