太阳能供电的水位无线监测系统设计

由泰闷能壤睡瞬蕊逮茺线盛瓣黍绋菠谛孙陆梅,,何井彪z(1.吉林化工学院自动化系,吉林132022;2.吉林热电厂,吉林132021摘要:介绍了采用太阳能供电的水位无线监测系统的设计和太阳能供电的电源管理系统。由太阳能供电的水位无线监测系统是由太阳能供电电源管理系统、433MHz无线传输模块和RS一485网络组成。其中太阳能供电电源管理系统由太阳能极板、太阳能充电控制电路和蓄电池组组成,太阳能供电源管理系统具有智能控制,实现对蓄电池组充电、蓄电池组过充电保护、负载反接保护以及低温加热等功能,并且具有安装维护简单、使用寿命长等特点。太阳能是当代清洁、无污染的可再生能源,因此具有推广价值。433MHz无线传输模块能够实现数据的远方通信,用RS一485实现远端多点的数据连结,以解决单片机之间的长距离数据传输。关键词:太阳能供电;无线监测;水位;电源管理中图分类号:TM615;TP29文献标识码:A文章编号:1004—9649(200609.0053-030引言近年来,由于松花江水流不稳和岸边水质变差,吉林热电厂在松花江中心通过戽头直接取水时,常常有垃圾、水草、浮冰等堵塞戽头拦污网的情况,直接给生产带来影响。为解决这一问题,需要对取水戽头的内外水位进行实时自动监测,但由于无法直接向松花江中心供电,使得自动监测系统不能被应用。根据以上实际情况,设计了由太阳能供电的无线自动检测系统。1系统组成及主要功能在无线测量系统中,设有2个无线测量分站,分别放置于2个松花江江心戽头上,2个戽头相距150m,它们距岸边无线测量主机约100m。无线主机通过485网络连接数字远方监测仪表及上位机,如图l所示。主机每3s发出单字节命令(含地址,分机接到命令后,根据命令码的结构更换测量周期,同时将原来测量的最新数据传给主机,主机再将数据传给各网络仪表及上位机。如果主机不发命令,分机自动以原来的测量周期进行测量。主机呼叫分机的命令码及含义如表1所示。无人无线自动测量,要解决以下问题:(1配备蓄电池以备晚间及阴雨天使用。(2尽可能节约电源,在待机的非测量时间内,关闭测量回路,只有在测量周期结束时才启动测量电路。(3配备电源管理电路,防止电池过充电;能够测量电池电压及充电电流并传给主机。(4配备站内温度测量及管理电路,当温度低于零下10℃时,自动加热保温;当温度高于50℃时,自动切断太阳能电源。(5配有智能自适应的测量管理模式,当电池电压低于12V时,自动进入间歇300s的测量模式。表1主机呼叫分机命令码及含义Tab.1TheorderSandtheirImp|.cationsformainengineca¨ingsub—engine图1水位无线监测系统原理Fig.1Thepr.ncipIeOfradiomOnItOr.ngsystemforwaterIeVeI收稿日期:2005-06—12作者简介:孙陆梅(196l-,女,吉林人,副教授,从事电工电子技术及其应用方面的研究。E-mail:sun—lu—mei@126.com53{万方数据2硬件结构液位变送器采用两线制液位传感器,24V供电,输出(4~20mA。用PTl00做温度传感器,无线数传模块为FC201E,工作频段为433MHz,通过模块所带调试软件设定通道编号。空中传输速率为1200b/s,采用透明传输模式。硬件原理如图2所示。在图2中,由基准参考源TL431及9014组成了共地的精密恒流源,其负载是精密标准100Q电阻及3路PTloo温度传感器,这3个温度传感器分别用来检测站内工作温度、环境温度及江水水温。在程序处理上以精密100Q标准电阻温度作参考,无需考虑环境温度对电路造成的温漂。通过AT89C51单片机控制双四选一模拟开关CD4052选中其中一路,再经AD620放大后加到通道模数转换器TLC2543通道IN4中。图2水位无线监测系统电路Fiq.2ThecirCuitOf旧di0mOnit0r.nasVstemfOrwaterlevel液位信号直接由与之串联的100Q精密电阻取样送入TLC2543的IN5中。电池电压及充电电流经分压分流电阻取样后再由LM358缓冲送给TLC2543通道IN7、IN8中。无线主机的串行口由HCl25切换分时使用,由程序控制。当选择无线模块时,向模块发出控制指令,接收无线数据。数据处理完后,将串口切换到隔离485网络,向二次仪表及上位机传送数据。源,由可控逆变产生。这部分耗电相对较大,因此只有在1个测量周期结束时启动。整个启动及测量时间小于2s,数据传送时间小于0.6s。尽可能使系统消耗少的电能。(2为防止电池过充电,设有限压电路,一旦电池电压超过13.8V,限压电路工作,太阳能电量将由20Q、10W吸收。这一点非常有用,冬季可以起保温作用;夏季,当温度大于50℃时,由热耦开关断开太阳能。4系统软件及远方数据处理为了有一个良好的人机界面,无线主机采用中文液晶模块OCM4X8C,进入一级主菜单,通过3个按键选择,选择其中一项进入二级菜单。各二次仪表根据自己的地址选择处理不同的数据。表2是无线主机接收的数据格式实例。表2无线主机接收数据格式Tab.2ThedatafOrmatbyreceiVedmainengine3电源管理问题5应用情况(1待机电源为+5V电源,由12V蓄电池经稳压产生。测量的±5V电源及液位变送器的+24V电这套由太阳能供电的无线自动检测系统投入使54;万方数据用后,解决了向松花江中心供电的问题,实现了对戽头内外水位进行实时自动无线监测,及时排除戽头封堵,使因戽头封堵带来的生产故障大大降低。控制方案具有较高的可靠性,优化的设计方法还可用于其他场所的远方监测设计中。该系统在不传输信号时远方功耗较低,减少了维护次数,全面考虑了工作环境对监测装置的影响,特别是北方冬季低温的影响。通过在吉林热电厂实际应用,该系统数据测量稳定,水位监测故障率大大降低,电源及系统的工作稳定可靠,所有指标均达到了设计标准。该系统可用于需要到江(湖或河中心取水的企业,能满足其取水远方监测的需求。(责任编辑骆平DesignOfradiomOIlitonngsystemfbrwaterleVelu.singpOwersuppHedbysOlarenergySUNLu-meil,HEJing-bia02(1.JilinInstituteofChemicalTechnology,Jilin132022,China;2.JilinHeatPowerPlant,Jilin13202l,ChinaAbstr挑t:ThedesignofradiomonitoringsystemforwaterlevelusingpowersuppliedbysolaLrenergywasintroduced,andthesolar—poweredpowermanagementsystemwasalsodescribed.ThisradiomonitoringsystemofwaterleVelismadeupofsola卜poweredpowermanagementsystem,433MHzradiotmnsmissionmoduleandRS—485network.Thesolar-poweredpowermanagementsystemiscomposedofsolarenergyplate,solarenergychargecontmlsystemandstomgebattery,whichiswithintelligentcontroltoimplementchargingstoragebattery,pmtectingoverchargeofstoragebattery,wrongconnectionofloadandheatingatlowtempemture.Moreovertheotherch踟cteristicsofthissystemareeasysetup,8implemaintenaIlceandlong—m.SincesolarenergyiscleaIl,讪tll叫tpoⅡudonandrenewable,也issystemisValu棚etopoplllarize印plication.433MHzradiotransmissionmodulecanrealizethelong-distancesignalcommunication.RS一485networkcanmakeremotemulti—pointdataconnection,whichcansolve山elong-distancedatatransmissionamongmicm—contmllers.Keywords:powersuppliedbysolarenergy;mdiomonitoringsystem;waterleVel;powermanagementsystem由国国际电力电工展"成为国内首个获U同国际认可昀电力展赞金始自1986年的“中国国际电力展EPChina”,每年轮流于北京及上海举行,一直备受业界推祟。“中国国际电力展”获得全球展览业协会UFI获准为认可展览会,成为首个国内获得此优质展览认可的电力展会。“2006中国国际电力展”(“第十一届国际电力设备及技术展览会”暨“第四届国际电机工程及电工装备展览会”将于2006年10月31—11月3日在北京中国国际展览中心举行。UFI认可是展览会在参展及参观服务上质量的保证。“中国国际电力展”目前是唯一获国家电力监管委员会及中国电力企业联合会、五大电力集团公司及两大电网公司全力支持的国际性专业电力展会。本届“中国国际电力电工展”共有8个海外官方展团参展,包括英国BEAMA、德国联邦经济技术部、美国驻华使馆商务处、韩国电气工业协同组合(KEMC,以及首次组团参展的法国UBI、印度IEEMA、新加坡RIET及韩国KOEMA。来自德国、英国、法国、瑞士、意大利等21个国家及地区的展商共300多家,将为中国电力行业引进崭新技术及设备。展会还得到大型企业的鼎力支持,包括3M、ABB、苏司兰(Suzlon、杜邦(Dupont、艾默生网络能源(E・merson、日立(Hitachi、日本AE帕瓦、西门