浅谈光伏电站数据通讯管理机的设计与应用

文摘：设计了包括硬件系统和软件系统在内的分布式光伏电站数据通信管理机。．基于ARM嵌入式处理器的硬件系统设计，通过RS485／232串口采集和分析光伏电站终端设备的实时数据，采用以太网。／GPRS与光伏电站控制系统的服务器连接，实现远程无线通信和数据传输．基于多任务实时系统Linux的软件系统采用模块化设计，包括任务管理、内存管理、时间管理和同步通信等功能模块化。．该通信管理机具有实时采集、存储、分析、处理、上传和转发分布式光伏电站监控数据等功能。．

关键字：分布式光伏电站；数据管理机；嵌入式系统；远程无线；通信和传输

光伏监控系统可以实时监控和控制太阳能光伏电站的电池阵列、汇流箱、逆变器、交流DC配电柜、电表等设备，采集、储存、分析、管理和通信与电站运行效率相关的各种环境参数、设备信息和电力参数，以保证光伏发电系统的安全、可靠、稳定运行和并网计量，是现代光伏电站系统不ke或que的一部分。光伏电站监控系统经历了早期的有线数据采集]到目前为止，数据存储已经从存储卡存储发展到网络数据传输和云存储。近几年来，随着工业屋顶电站和家庭户用屋顶电站的大量建设和并网，这一分布式光伏电站的数据监控系统得到了重视。光伏数据通信管理单元负责收集光伏电站在分布式光伏监控系统中运行的所有相关数据，并通过以太网运行。／为了让光伏电站用户和管理者实时监控光伏电站的运行状态，GPRS远程传输到光伏电站监控中心，是光伏电站监控中心与光伏电站设备之间的桥梁．本文基于ARM嵌入式处理器的设计，开发了分布式光伏电站数据通信管理机，实时采集、分析、存储分布式光伏电站运行数据，并远程传输到光伏监控系统的数据中心，实现分布式光伏电站的远程管理和维护。

1系统硬件设计

基于SAM9X25嵌入式微处理器设计的分布式光伏电站数据通信管理机系统硬件，采用RS485。／通过GPRS，232串口采集和分析逆变器、气象环境监测器、汇流箱、电表等终端设备的实时数据。／将数据传输到远程数据中心的以太网与服务器连接。．管理员可以通过登录WEB界面对光伏数据管理机进行配置管理。用户可以通过登录WEB终端或移动终端查看电站的实时运行和实时历史数据。硬件结构如图1所示

图1通信管理机的硬件结构图

1.1串口电路

通信管理机采用UART(UniversalAsyn-chronousReceiverTransmitter)还有USART(Uni-versalSynchronousAsynchronousReceiverTransmitter)转向RS-485//接口RS-远程数据采集422串口方式，图2为串口电路结构图。

图2串口电路结构图

串口数据传输采用平衡发送和差分接收的方式。．ARM芯片的UART接口和USART接口与四通道隔离器ADUM1400相连，分隔数据传输信号和收发器的控制信号，支持多种通道配置和数据传输速度，确保系统的安全性和稳定性．RX和TX通过隔离器后的数据传输信号线与RS484／RS422／RS232收发器直接连接，收发器的控制信号EN需要通过斯密特触发器再次连接RS484／RS422／RS232收发器，控制收发器的工作模式．斯密特触发器将缓慢变化的输入信号变为清晰无抖动的方波信号，增加系统的抗干扰能力．RS484／RS422／在端信号的控制下，RS232收发器与设备进行数据传输。

1.2SD卡存储电路

通信机包含一个SD卡插座，图3是其电路结构图。HSMCICI芯片的SD卡和ARM芯片(HighSpeedMultimediaCardInterface)PIO连接模块的物理层接口，HSMC1支持流、块、多块数据的读写，同时受到DMACC的影响。(DirectMemoryAccessController)控制在很大程度上保护了处理器的数据传输效率。SD卡支持三种传输模式:SPI模式、一位模式和四位模式。该系统采用四位模式。

图3SD卡存储电路结构图

1.3以太网口电路

通信管理机包括两个以太网口，图4显示其电路结构图。．以太网通过RJ-45网口与媒体连接，通过共享传输媒体传输差分数据。滤波器将RJ-45网络接口的电压转换成网卡芯片DM9161所需的电压，过滤掉其他干扰信号，降低信息传输的错误率。网卡芯片的物理层接口接收过滤器的输出信号，并将其转换为MII。(MediaIndependentInter—face)EMAC(EthernetMediaAccessController10)通过数据接口将MII信号发送给ARM控制器。／100)模块．该系统采用标准网线，两端45连接的双绞线线序wan全相同，用于连接终端设备到HUB或LANSwitch。

图4以太网口电路结构图

2系统软件设计

通信管理软件系统采用多任务实时系统的模块化设计，包括任务管理、任务调度、内存管理、时间管理和任务之间的通信和同步等功能模块。．通过设计驱动程序模块、操作系统的API函数、系统任务和任务调度模块，系统在Linux提供的任务核心的基础上扩展操作系统。．将程序分为主程序、数据采集、数据传输和数据存储等多个任务模块，根据各功能的相关性。

主程序需要完成ARM芯片和外部设备、Linux系统和信号量的初始设置并启动系统。同时，主程序需要启动任务线程，如驱动调度、网络通信和数据库。．图5显示了主程序流程图。

2.1数据采集

数据采集任务是完成每个终端设备的数据采集。如图6所示，程序读取变量信息，完成后启动串口通信线程，然后调用设备驱动程序的初始接口。此时，收集任务通过向数据总线发送“收集数据"接口的数据命令来读取。所有连接在数据总线上的传感器接收读取命令后，将根据数据包判断是否发送给自己。如果是，将设备参数数据返回系统，直到数据发送完毕。

图5主程序流程图

图6数据采集任务流程图

2.2数据传输

数据传输包括两个部分:数据传输和数据接收，其中数据传输部分主要将后台数据库中的数据传输到前端WEB页面，数据接收部分主要接收网络上传的数据并对数据进行分析和执行。数据传输过程图如图7所示。

2.3数据存储

数据存储主要完成上传数据的存储。如图8所示，程序在接收到网络通信层的通信中断信息后，读取内存数据库中所有变量的信息，根据内存数据库中不同类型的数据选择不同的存储方案。若选择周期存储，则循环判断周期时间是否达到，达到设定的周期时间则将数据写入历史数据存储缓存队列；若是按照精度存储，则按照旋转门算法对当前数据进行判断，将符合条件的数据写入历史数据存储缓存队列。

图7数据传输任务流程图

图8数据存储流程图

3应用

Chitic分布式光伏电站数据通信管理机采用上述设计方案设计开发。该通信管理机的本地WEB配置界面包括数据视图、串口配置、通道配置、网络设置、传输配置、服务和系统维护等7个功能，每个功能模块下包含几个子功能，如图9所示。

在数据视图下，电站可以查看当前电站的电量参数、环境参数和节能参数；在设备信息下，可以查看当前电站设备的数量和各种设备的运行情况。

图9Chitic分布式光伏电站数据通信管理机WEB配置界面

串口配置可配置各种串口参数，实现数据采集和本地查看功能。

通道配置可以配置设备通道信息，每个设备都是树形连接，每个串口是一个通道，有四个通道，一个通道下可以挂多个l6个设备，系统集中采集设备数据。网络配置可以是IP，数据上传方式有NET。GPRS，三种方式可以选择WIFI。．传输配置可以配置远程数据中心IP，系统根据配置的上传方式将电站数据上传到zhi定数据中心IP。查看系统支持的协议类型和ModBus保存器的一些功能。．系统维护用于查看系统版本和序列号，实现系统升级、时间校对和设备重启等功能。

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5结论

通过RS485设计了一种基于ARM嵌入式处理器的分布式光伏电站数据通信管理机，其硬件系统采用RS485。／232串口采集和分析光伏电站终端设备的实时数据，采用以太网。／GPRS与光伏电站控制系统的服务器相连，实现了远程无线通信和数据传输。．基于多任务实时系统Linux，软件系统采用模块化设计，包括任务管理、内存管理、时间管理和同步通信等功能模块。该通信管理机具有实时采集、存储、分析、处理、上传和转发分布式光伏电站监控数据等功能。．该系统利用WEB网页查看和配置光伏电站数据，支持多种通信规定，支持断点续传，具有数据采集、分析处理、历史数据存储、同步上传、本地转发等多种功能。．同时，该系统是分布式光伏电站监控系统的重要组成部分，具有成本低、功耗低、数据存储量大、数据处理速度快、实现实时多任务操作的优点。

参考文献

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