蔡大華

摘 要：針對風力發(fā)電供電、光伏發(fā)電供電以及市電供電“三電”供電的監(jiān)控和智能切換，達到“三電”有效、無縫合一的供電方式，是新能源應(yīng)用的先進技術(shù)。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)自動完成供電環(huán)境內(nèi)重要參數(shù)的監(jiān)測；數(shù)據(jù)的遠程傳輸；數(shù)據(jù)的顯示及遠程控制等工作來實現(xiàn)“三電”合一功能，有效的解決“三電”合一中的若干常見問題，達到風力及光伏發(fā)電不能滿足供電要求時，能自動切入市電供電，從而保證用電負載的正常工作，具有一定的現(xiàn)實意義及實用價值。

關(guān)鍵詞：能源；物聯(lián)網(wǎng)；“三電”合一

中圖分類號：TM61 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）13-0078-02

Abstract： In view of the monitoring and intelligent switching of "three-electricity" power supply among wind power supply， photovoltaic power supply and municipal power supply， it is the advanced technology of new energy application to achieve the "three-electricity" effective and seamless power supply mode. Based on the Internet of Things technology to automatically complete the monitoring of important parameters in the power supply environment， remote transmission of data， data display and remote control to achieve the "three-electricity" integration function， effectively solve the "three-electricity" in the integration of a number of common problems. When the wind and photovoltaic power generation can not meet the requirements of power supply， it can automatically cut into the power supply to ensure the normal operation of the power load， which has a certain practical significance and practical value.

Keywords： energy； Internet of Things； "three electricity" in one

1 概述

所謂“三電”是風力發(fā)電供電、光伏發(fā)電供電以及市電供電。在風光發(fā)電應(yīng)用系統(tǒng)中，風力及光伏發(fā)電受環(huán)境及氣候影響很大，影響供電的穩(wěn)定性及質(zhì)量。采用“三電”合一的供電方式，在風力及光伏發(fā)電不能滿足供電要求時，能自動切入市電供電，從而保證用電負載的正常工作。

2 系統(tǒng)組成方案

本套“三電”供電監(jiān)測、智能控制系統(tǒng)是依托現(xiàn)在流行的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)利用無線自組傳感器網(wǎng)對采集的數(shù)據(jù)進行實時遠程傳輸以及做出相應(yīng)操作，提高系統(tǒng)的可靠性。

在“三電”供電監(jiān)控、管理系統(tǒng)中，對溫濕度、光照、交流電壓等參數(shù)是影響底層模塊運行狀態(tài)的關(guān)鍵性因素，如何準確實時全面地監(jiān)測這些環(huán)境變量的變化情況是提高“三電”智能切換準確度，提升居民（工作者）舒適度，保證居民（工作者）用電穩(wěn)定的前提條件和重要環(huán)節(jié)。本系統(tǒng)僅選用了溫濕度、光照度和交流電壓三個物理量的傳感器來模擬對現(xiàn)場環(huán)境的實時監(jiān)測。在實際開發(fā)和應(yīng)用中，可添加其他必要的檢測傳感器和控制系統(tǒng)，使得“三電”供電監(jiān)控、管理系統(tǒng)真正做到對供電環(huán)境的更為全面的實時監(jiān)測和控制。

在人機交互接口上，本系統(tǒng)采用了較為傳統(tǒng)的LCD顯示、上位機顯示和上位機系統(tǒng)控制的方式。對供電能源系統(tǒng)進行實時監(jiān)測和“三電”之間的切換，方便用戶準確了解和控制現(xiàn)場環(huán)境，協(xié)助管理者準確快速地處理各種問題。

傳感器與無線結(jié)點的連接是使用接插件的形式，無線結(jié)點系統(tǒng)板上預留4種不同規(guī)格、不同種類的傳感器接口，方便以后拓展其他器件。人機交互接口中，LCD是直接插在無線結(jié)點上，保證了系統(tǒng)硬件的穩(wěn)定性和整體統(tǒng)一性。協(xié)調(diào)結(jié)點與上位機之間使用串口線相連，進行數(shù)據(jù)通信。

3 數(shù)據(jù)的采集和上傳

在系統(tǒng)中涉及到溫濕度、光照度、交流電壓三種傳感器的數(shù)據(jù)的采集。以溫濕度數(shù)據(jù)做簡單的介紹，附帶相應(yīng)的核心程序。

以下是濕度讀取的程序的主函數(shù)部分：

if（（R_Buffer.packet_Struct.cmd[1]=='W'）&&

（R_Buffer.packet_Struct.cmd[2] == 'S'））//讀溫濕度

read_data（sensor_data_value）； //讀取濕度

DataChange（sensor_data_value，ch）； //數(shù)據(jù)處理

dis[0] = （（ch[4] - 0x30）<<4）| （ch[5] - 0x30）；

dis[1] = ch[7] - 0x30；

T_Buffer.packet_Struct.DataBuf[0] = dis[0]； //濕度整數(shù)部分

T_Buffer.packet_Struct.DataBuf[1] = dis[1]； //濕度小數(shù)部分

主函數(shù)中需要值得關(guān)注的是read_data函數(shù)和DataChange函數(shù)，這兩部分是根據(jù)芯片時序和資料手冊，對傳感器數(shù)據(jù)進行讀取后再修正。程序中所提及的T_Buffer是上傳數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)體，所有將要上傳的數(shù)據(jù)都存放在其中，傳感器采集的數(shù)據(jù)都在T_Buffer.packet_Struct.DataBuf[]中，其他的位置將存放其他數(shù)據(jù)，例如數(shù)據(jù)頭、網(wǎng)絡(luò)地址、物理地址等。

傳感器數(shù)據(jù)采集后，將通過ZigBee終端（路由）結(jié)點進行上傳數(shù)據(jù)。在本次設(shè)計中，終端結(jié)點所執(zhí)行的任何操作都需要驗證上位機傳來的指令，只有驗證通過才會執(zhí)行，其中就包含數(shù)據(jù)上傳。

以下代碼在終端部分協(xié)議棧App層的SampleApp_MessageMSGCB函數(shù)中，同樣以上傳溫度數(shù)據(jù)為例。

uint16 temp16；

UINT8 dis1[2]；

memcpy（R_Buffer.data，pkt->cmd.Data，pkt->cmd.DataLength）；

memset（T_Buffer.data，'y'，32）；

memcpy（T_Buffer.data，R_Buffer.data，7）；

T_Buffer.packet_Struct.rType='S'；

T_Buffer.packet_Struct.Saddr[0]=R_Buffer.packet_Struct.Saddr[0]；

T_Buffer.packet_Struct.Saddr[1]=R_Buffer.packet_Struct.Saddr[1]；

T_Buffer.packet_Struct.foot='*'；

switch（R_Buffer.packet_Struct.cmd[0]）

case 'R'：//讀

if（（R_Buffer.packet_Struct.cmd[1]=='W'）

&&（R_Buffer.packet_Struct.cmd[2] == 'S'）） //讀濕度

ds18b20_main（）；

SendData（T_Buffer.data， 0x0000， 32）；

在switch-case選擇語句之前，是將數(shù)據(jù)R_Buffer復制到T_Buffer中，共32個字節(jié)，其中包含了數(shù)據(jù)頭、數(shù)據(jù)尾，以及當前控制設(shè)備的物理地址、網(wǎng)絡(luò)地址，這樣統(tǒng)一指令格式是為了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?、完整、高效。接下來就是根?jù)指令的具體內(nèi)容來進行數(shù)據(jù)的讀取，然后發(fā)送，SendData為發(fā)送函數(shù)，目標地址為0x0000即協(xié)調(diào)結(jié)點。

上部分為終端結(jié)點通過無線網(wǎng)上傳數(shù)據(jù)，而協(xié)調(diào)結(jié)點通過RS232串口線直接與上位機相連，其收到的數(shù)據(jù)驗證通過后將會原封不動的全部上傳給上位機。

以下代碼在協(xié)調(diào)結(jié)點部分的App層SampleApp_MessageMSGCB函數(shù)中，作用是接收到無線消息上傳來的傳感器數(shù)據(jù)，驗證通過后再原封不動的上傳至上位機。

else // 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)

T_Buffer.packet_Struct.DataBuf[20]=pkt->LinkQuality；

HalUARTWrite （ MT_UART_DEFAULT_PORT， T_Buffer.data， 32）； //從串口輸出 上位機通過串口接收并進行判斷，然后顯示、控制。

4 “三電”合一智能切換

本套系統(tǒng)主要是為了實現(xiàn)“三電”智能無縫切換，這一功能是在上位機中來完成的。通過點播的方式，上位機可以通過協(xié)調(diào)結(jié)點獲取網(wǎng)絡(luò)中的各個終端結(jié)點的地址，上位機會通過判斷終端結(jié)點的地址來選擇把控制切換的命令發(fā)送給對應(yīng)的終端結(jié)點，實現(xiàn)點對點通信。底層結(jié)點通過光照度傳感器采集光照數(shù)據(jù)和交流電壓傳感器采集風、光發(fā)電的電壓并實時上傳至協(xié)調(diào)結(jié)點，協(xié)調(diào)結(jié)點繼續(xù)上傳至上位機，上位機對上傳數(shù)據(jù)進行判斷，當?shù)陀谠O(shè)定的閾值時自動發(fā)送切換命令，將供電方式切換到市電，保證日常生活和工作的正常進行。當然在實際操作過程當中也可以采用手動的方式，在上位機中有相對應(yīng)的按鈕，只需鼠標單擊按鈕即可發(fā)送相應(yīng)的命令，對供電方式進行切換。

主要程序：

a.采集數(shù)據(jù)

guangzhao1 = Convert.ToDouble（data[10]）*10；

guangzhao.Text = guangzhao1.ToString（）；

chatshow（0x03， guangzhao1， 0）；

b.光照數(shù)值與設(shè)定的閾值進行比較判斷

if（guangzhao1<70）

比閾值小的話，執(zhí)行下面控制命令發(fā)送將風、光發(fā)電供電切換到市電供電

c.執(zhí)行控制命令達到切換效果

private void send（int zhuangtai， int jiedian）//發(fā)送控制命令切換供電方式

data.Add（all[i].Wang1）；

data.Add（all[i].Wang2）；

data.Add（0x30）；//表示關(guān)閉

相反則不執(zhí)行此程序。

5 系統(tǒng)方案達到的效果

根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，設(shè)計達到的效果是：ZigBee底層模塊能夠進行小型無線個域網(wǎng)的組網(wǎng)，保證了整個數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。傳感器能夠?qū)崟r采集數(shù)據(jù)并且把數(shù)據(jù)輸出給終端結(jié)點，終端結(jié)點采集數(shù)據(jù)后無線傳輸至協(xié)調(diào)結(jié)點并在LCD上數(shù)據(jù)顯示，上位機界面能夠顯示協(xié)調(diào)結(jié)點通過串口上傳的采集的數(shù)據(jù)，在智能控制上，上位機通過后臺數(shù)據(jù)處理能夠達到“三電”之間的智能切換。

6 結(jié)束語

在對硬件和軟件的全面測試、調(diào)試之后，最終完成了“三電”供電監(jiān)控、智能切換系統(tǒng)的設(shè)計，實現(xiàn)了實時監(jiān)測、LCD顯示、上位機顯示、以及上位機系統(tǒng)控制等功能，成功地完成了設(shè)計之初設(shè)定的目標，也為后續(xù)的開發(fā)拓展奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻：

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