沈超聰 吳佳 滿熊毅 賴材源

廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院自動(dòng)化工程系 廣東 廣州 510920

1 NB-IOT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的光伏發(fā)電廠的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需求功能深入分析，NB-IOT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由NB-IOT傳感器監(jiān)測(cè)及微處理移動(dòng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)、不間斷電源系統(tǒng)、通訊數(shù)據(jù)服務(wù)端、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示客戶端、PC客戶端、Android客戶端組成。

2 NB-IOT傳感器監(jiān)測(cè)及微處理移動(dòng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)核心功能

NB-IOT傳感器監(jiān)測(cè)及微處理移動(dòng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)核心功能可分為核心微處理系統(tǒng)、雙目視覺(jué)及激光雷達(dá)的定位導(dǎo)航系統(tǒng)、不間斷電源供電系統(tǒng)、遠(yuǎn)程遙控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、NB-IOT數(shù)據(jù)傳輸及傳感器采集系統(tǒng)。核心微處理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器雙目視覺(jué)及激光雷達(dá)對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的路線導(dǎo)航移動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理提供服務(wù)存儲(chǔ)為NBIOT數(shù)據(jù)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸服務(wù)；雙目視覺(jué)及激光雷達(dá)的定位導(dǎo)航系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)正確的巡檢路線導(dǎo)航；操作人員可以在遠(yuǎn)程通過(guò)試試數(shù)據(jù)顯示客戶端觀察數(shù)據(jù)并通過(guò)PC客戶端，Android客戶端進(jìn)行直接遠(yuǎn)程操作還有傳感器信息采集操作[1]。

1.2 NB-IOT傳感器環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸

該NB-IOT傳感器監(jiān)測(cè)及微處理移動(dòng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)能夠在操作人員的遠(yuǎn)程操作指揮下，通過(guò)激光雷達(dá)及雙目視覺(jué)進(jìn)行精準(zhǔn)定位，對(duì)指定位置的環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度、濕度、光照強(qiáng)度等信息，并將采集到的數(shù)據(jù)打包，傳輸?shù)竭\(yùn)營(yíng)商基站，并通過(guò)MQTT數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器上，從而使采集到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)通過(guò)服務(wù)器，被PC以及Android客戶端讀取并且顯示，并實(shí)時(shí)儲(chǔ)存在服務(wù)器上。操作人員可以通過(guò)Android客戶端還有PC客戶端，登錄服務(wù)器，控制移動(dòng)光照平臺(tái)，通過(guò)攝像頭，監(jiān)視環(huán)境情況，實(shí)時(shí)觀察現(xiàn)場(chǎng)周圍環(huán)境及作業(yè)情況，并能通過(guò)PC客戶端在出現(xiàn)設(shè)備故障及運(yùn)行問(wèn)題時(shí)指揮現(xiàn)場(chǎng)工作人員準(zhǔn)確到達(dá)設(shè)備所在位置進(jìn)行維修維護(hù)，記錄在案。移動(dòng)平臺(tái)內(nèi)置不間斷電源系統(tǒng)，內(nèi)置電源可通過(guò)光伏發(fā)電進(jìn)行設(shè)備供電，在沒(méi)有外接額外電源的情況下可保證其能連續(xù)穩(wěn)定工作。

1.3 NB-IOT數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)

該NB-IOT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)STM32處理器系統(tǒng)采用STM32C8T6芯片作為微處理器，包括①STM32F103C8T6處理器系統(tǒng)；②遠(yuǎn)程服務(wù)器；③顯示屏模塊；④USB電源；⑤溫濕度度采集模塊；⑥光照度采集模塊；⑦NB-IOT模塊，通過(guò)其IO口連接各個(gè)模塊；USB供電模塊通過(guò)連接浮動(dòng)太陽(yáng)能管理系統(tǒng)為個(gè)模塊工作提供電源；光照度傳感器模塊檢測(cè)光照度強(qiáng)度，并將數(shù)據(jù)通過(guò)IIC接口傳到STM32處理器系統(tǒng)。溫濕度傳感器模塊檢測(cè)周圍的溫度和濕度，并將數(shù)據(jù)通過(guò)IIC接口傳到STM32處理器系統(tǒng)。

NB-IOT模塊接收處理器發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，通過(guò)窄帶物聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器端，然后移動(dòng)端連接服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)，或直接在服務(wù)器端查看數(shù)據(jù)。

1.4 PC客戶端設(shè)計(jì)

操作人員通過(guò)PC客戶端，可以對(duì)移動(dòng)監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制操作，實(shí)時(shí)查看設(shè)備及環(huán)境狀態(tài)、對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行定位，以及傳感器數(shù)據(jù)采集，遠(yuǎn)程與現(xiàn)場(chǎng)工作人員指揮作業(yè)等。用戶可通過(guò)內(nèi)部管理賬號(hào)密碼進(jìn)行登錄操作，PC客戶端設(shè)置了4大頁(yè)內(nèi)容功能，分別是“設(shè)備故障管理頁(yè)”、“設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控頁(yè)”、“操作管理頁(yè)”“設(shè)備管理監(jiān)控頁(yè)”。

PC客戶端的“首頁(yè)”“操作”“數(shù)據(jù)管理”分用于相關(guān)功能頁(yè)面進(jìn)入按鈕。在操作管理頁(yè)上，可對(duì)該系統(tǒng)的在線人數(shù)、設(shè)備數(shù)量、事件處理，以及信息進(jìn)行操作處理，并可查看浮動(dòng)太陽(yáng)能發(fā)電廠設(shè)備的日發(fā)電量、月發(fā)電量、各個(gè)區(qū)域等的設(shè)備情況，例如所在區(qū)域，名稱，故障原因等信息；實(shí)時(shí)監(jiān)控頁(yè)可查看監(jiān)控設(shè)備所在環(huán)境中，該NB-IOT傳感器監(jiān)測(cè)及微處理移動(dòng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，采集的設(shè)備環(huán)境溫度，設(shè)備環(huán)境光照強(qiáng)度、攝像頭拍攝到的實(shí)時(shí)環(huán)境等信息；點(diǎn)擊“故障數(shù)據(jù)管理”可對(duì)發(fā)電板故障進(jìn)行相應(yīng)處理登記。

2 應(yīng)用情況

NB-IOT的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過(guò)窄帶物聯(lián)網(wǎng)以及相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸模式，實(shí)現(xiàn)了客戶端遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問(wèn)及實(shí)時(shí)監(jiān)控浮動(dòng)太陽(yáng)能發(fā)電廠運(yùn)行情況，在實(shí)地測(cè)試中，實(shí)地環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性，在不同區(qū)域不同時(shí)刻對(duì)于設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行會(huì)有影響，具體表現(xiàn)為1000M寬帶的轉(zhuǎn)換的通信要高于4G網(wǎng)絡(luò)，而在4G網(wǎng)絡(luò)各區(qū)域的實(shí)際通信速率表現(xiàn)也不同，區(qū)域周圍信號(hào)干擾越少越好，4G網(wǎng)絡(luò)的表現(xiàn)可用但速率不盡如人意，相信5G普及后，在未來(lái)升級(jí)模塊改用5G模塊效果會(huì)更好[2]。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的基于浮動(dòng)太陽(yáng)能發(fā)電廠的NB-IOT的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)各部分的系統(tǒng)組成在海上浮動(dòng)太陽(yáng)能發(fā)電廠的環(huán)境及生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)測(cè)具有靈活接入可靠傳輸?shù)奶匦裕媪巳斯ぴ诤Ｉ细?dòng)太陽(yáng)能作業(yè)很多煩瑣的工作，簡(jiǎn)化了工作流程。操作人員的PC客戶端操作頁(yè)面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，使用方便，可實(shí)時(shí)查看環(huán)境監(jiān)測(cè)溫濕度光照強(qiáng)度等數(shù)據(jù)，可實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸，豐富傳統(tǒng)浮動(dòng)太陽(yáng)能發(fā)電廠的檢修管理模式。本設(shè)計(jì)具有一定的行業(yè)創(chuàng)新性，值得行業(yè)在浮動(dòng)太陽(yáng)能發(fā)電廠推廣使用。