风光互补发电技术（第二版）课件 陈继永 项目六 风光互补充电站远程监控系统设计

风光互补发电技术内蒙古辉腾锡勒风电场项目六风光互补充电站远程监控系统设计学习目标

①熟练掌握风光互补远程监控系统的原理。 ②掌握风光互补远程监控系统的组成。 ③初步掌握风光互补远程监控系统设计方法。项目描述

◆对风光互补充电站的运行状态进行远程监控.◆实时了解外界环境状况以及充电站所对应的太阳能电池板和风力发电机发电输出情况、蓄电池充、放电情况等.◆在蓄电池电压过低的情况下切断对电动车的充电，蓄电池电量得到有效补充后恢复充电.◆在风力过大的情况下对风力机采取必要的减速或刹车等保护措施。

相关知识一、风光互补充电站远程监控系统设计方案二、基于ZigBee技术的无线传感器网络三、嵌入式系统介绍四、相关传感器及执行元件工作原理一、风光互补充电站远程监控系统设计方案1、风光互补充电站工作原理

一、风光互补充电站远程监控系统设计方案2、风光互补充电站远程监控对象检测对象：（1）太阳能电池板组件输出电压（电压传感器）；（2）太阳能电池板组件输出电流（电流传感器）；（3）风力发电机输出电压（电压传感器）；（4）风力发电机输出电流（电流传感器）；（5）蓄电池电压（电压传感器）；（6）蓄电池充电电流（电流传感器）；（7）人员靠近安全检测（人体红外传感器）；（8）外界环境状况（风速、风向、光照度、温湿度传感器）。一、风光互补充电站远程监控系统设计方案2、风光互补充电站远程监控对象控制对象：（1）人员靠近安全报警（语音控制）；（2）负载断电控制（继电器控制）；（3）风力机刹车控制（继电器控制）。一、风光互补充电站远程监控系统设计方案3、风光互补充电站远程监控系统设计方案方案一一、风光互补充电站远程监控系统设计方案3、风光互补充电站远程监控系统设计方案方案二二、基于ZigBee技术的无线传感器网络1、ZigBee网络技术与IEEE802.15.4标准概述英国Invensy公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦等公司在2001年共同宣布组成ZigBee技术联盟，共同研究开发ZigBee技术。2003年11月，IEEE正式发布了该项技术物理层和MAC层所采用的标准协议，即IEEE802.15.4协议标准，作为ZigBee技术的物理层和媒体层的标准协议；2004年12月，ZigBee联盟正式发布了该项技术标准。二、基于ZigBee技术的无线传感器网络1、ZigBee网络技术与IEEE802.15.4标准概述IEEE802.15.4是一个低速率无线个人局域网（LowRateWirelessPersonalAreaNetworks，LR-WPAN）标准。该标准定义了物理层（PHY）和介质访问控制层（MAC）。这种低速率无线个人局域网的网络结构简单、成本低廉、具有有限的功率和灵活的吞吐量。低速率无线个人局域网的主要目标是实现安装容易、数据传输可靠、短距离通信、低成本、合理的电池寿命，并且拥有一个简单而且灵活的通信网络协议。二、基于ZigBee技术的无线传感器网络1、ZigBee网络技术与IEEE802.15.4标准概述为了使供应商能够提供最低可能功耗的设备，IEEE(Institute

ofElectricalandElectronicsEngineers，电气及电子工程师学会)定义了两种不同类型的设备：一种是全功能设备(fullfunctionaldevice，FFD)，另一种是简化功能设备(reducedfunctionaldevice，RFD)。二、基于ZigBee技术的无线传感器网络ZigBee技术主要有以下特点：（1）功耗低。ZigBee技术传输速率很低，在2.4GHz频段为250Kb/s，传输数据量小。而且，ZigBee模块不工作时可采用休眠模式，使得系统运行非常节省电能，例如两节普通的电池工作时间可以长达几个月。（2）数据传输可靠。ZigBee采用载波检测多址与碰撞避免，当有数据传送需求时则立刻传送，保证了系统信息传输的可靠性。（3）网络容量大。ZigBee网络最大可包括65535个网络节点，按功能的不同分为全功能节点（FFD）和精简功能设备（RFD），节点之间可互相连接。（4）工作频段多样。工作频段为868MHz（欧洲）、915MHz（美国）和2.4GHzISM频段，在不同的工作频段下有40kbps,200kbps和250kbps三种不同的传输速率。二、基于ZigBee技术的无线传感器网络（5）成本低廉。ZigBee通信模块成本价格在几美元左右，而且ZigBee协议无需专利费用。（6）多应用场合。ZigBee网络结构多样，支持点对点、星型、树状和网状网，因此可用于各种简单和复杂网络的应用需求。（7）安全性好。ZigBee采用三级安全模式，提供了基于循环冗余检验（CRC）的数据包完整性校验。（8）抗干扰能力强。802.15.4的物理层采用直接序列扩频(DirectSequenceSpreadSpectrum,DSSS)技术，具有良好的抗干扰能力。二、基于ZigBee技术的无线传感器网络ZigBee技术应用非常广泛，当前主要应用于环境监测、工业控制、医疗护理、智能家居、智能交通等领域，通常只要符合以下条件之一的应用，就可以考虑采用ZigBee技术。（1）需要数据采集或监控的网点较多；（2）需求传输的数据量不大，要求设备的成本低；（3）要求数据传输可靠性高，安全性能好；（4）构建无线传感器网络；（5）设备体积小，采用电池供电；（6）地形复杂，监测点多，需要较大的网络覆盖；（7）现有移动网络的覆盖盲区；（8）使用移动网络进行低数据量传输的远程监控系统；二、基于ZigBee技术的无线传感器网络2、ZigBee网络拓扑结构（1）星状网络拓扑结构二、基于ZigBee技术的无线传感器网络2、ZigBee网络拓扑结构（2）网状网络拓扑结构二、基于ZigBee技术的无线传感器网络2、ZigBee网络拓扑结构（3）树状网络拓扑结构二、基于ZigBee技术的无线传感器网络3、ZigBee网络协调器协调器负责启动整个网络，它也是网络的第一个设备。协调器选择一个信道和一个网络ID（也称之为PANID，即PersonalAreaNetworkID），随后启动整个网络。协调器也可以用来协助建立网络中安全层和应用层的绑定（bindings）。注意，协调器的角色主要涉及网络的启动和配置，一旦这些都完成后，协调器的工作就像一个路由器。由于ZigBee网络本身的分布特性，因此接下来整个网络的操作就不再依赖协调器是否存在了。二、基于ZigBee技术的无线传感器网络4、ZigBee网络路由器路由器的功能主要是允许其他设备加入网络，多跳路由和协助终端设备节点通讯。通常，路由器希望是一直处于活动状态，因此它必须使用主电源供电。但是当使用树状网络拓扑结构时，允许路由间隔一定的周期操作一次，这样就可以使用电池给其供电。5、ZigBee网络终端设备终端设备没有特定的维持网络结构的责任，它可以睡眠或者唤醒，因此它可以是一个电池供电设备。通常，终端设备对存储空间（特别是RAM的需要）比较小。二、基于ZigBee技术的无线传感器网络6、ZigBee网络网关网关是通信系统异构网络互联的关键节点。通过网关，无线传感器网络可以与基于IP的骨干网络进行通信。网关既是一种网络连接设备，也是无线传感器网络中最大的汇聚节点，能够把数据转发到不同的通信模块，支持不同协议之间的转换，实现ZigBee网络与不同通信协议网络（如GPRS网络、以太网等）之间的信息互通。三、嵌入式系统介绍1、嵌入式系统概述嵌入式系统，英文为EmbeddedSystem。从广义上讲，凡是带有微处理器的专用软、硬件系统都可称为嵌入式系统，如各类单片机和DSP系统，这些系统在完成较为单一的专业功能时具有简洁高效的特点。但是由于他们没有使用操作系统，所以管理系统硬件和软件的能力有限，在实现复杂的多任务功能时往往困难重重，甚至无法实现。从狭义上讲，那些使用嵌入式微处理器构成的独立系统，并且有自己的操作系统，具有特定功能，用于特定场合的系统称为嵌入式系统。本项目中所说的嵌入式系统是指狭义上的嵌入式系统。三、嵌入式系统介绍2、嵌入式系统组成三、嵌入式系统介绍3、嵌入式Linux介绍

ARM与LinuxLinux的发展Linux开发环境①Windows操作系统+Cygwin工具②Windows操作系统+VMware工具+Linux操作系统③Linux操作系统+自带的开发工具三、嵌入式系统介绍3、嵌入式Linux介绍

嵌入式Linux系统开发在专用的嵌入式板子运行GNU/Linux系统已经变得越来越流行。一个嵌入式Linux系统从软件的角度看通常可以分为四个层次：①引导加载程序。包括固化在固件（firmware）中的boot代码和BootLoader两大部分。②Linux内核。特定于嵌入式板子的定制内核以及内核的启动参数。③文件系统。包括根文件系统和建立于Flash内存设备之上文件系统。④用户应用程序。特定于用户的应用程序，有时在用户应用程序和内核层之间可能还会包括一个嵌入式图形用户界面。三、嵌入式系统介绍3、嵌入式Linux介绍

嵌入式Linux系统开发典型的嵌入式Linux系统开发包括7个步骤：①建立开发环境。②配置开发主机。③配置网络。④建立引导装载程序BootLoader。