【畢業(yè)學(xué)位論文】光伏發(fā)電環(huán)境參數(shù)采集及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺的設(shè)計

分類號 學(xué)校代碼 10495 學(xué) 號 0915123024 武漢紡織大學(xué) 碩士學(xué)位論文 光伏發(fā)電環(huán)境參數(shù)采集及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù) 監(jiān)控平臺的設(shè)計 作者姓名： 楊然 指導(dǎo)教師： 劉純天、李宇 學(xué)科門類： 工學(xué) 專 業(yè)： 物理電子學(xué) 研究方向： 嵌入式系統(tǒng) 完成日期： 二零一二年六月 . E. of y 012 論文題目：光伏發(fā)電環(huán)境參數(shù)采集及網(wǎng) 絡(luò)數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺的設(shè)計 專業(yè)：物理電子學(xué) 碩士生：楊然 指導(dǎo)老師：劉純天、李宇 摘要 目前，能源短缺已經(jīng)是制約一個國家經(jīng)濟發(fā)展的重要原因。而為減少石油需求和保護環(huán)境，全球各個國家和地區(qū)都應(yīng)該想辦法提高光伏發(fā)電利用效率，這是任何新能源政策不可或缺的一部分。在我國，利用光伏發(fā)電取得了較大成就，但是還存在許多問題，尤其是光伏發(fā)電環(huán)境參數(shù)的遠程采集問題。面向研究人員研究光伏發(fā)電開發(fā)效率的環(huán)境數(shù)據(jù)十分匱乏，嚴重滯后了光伏發(fā)電的發(fā)展和應(yīng)用。因此，急需一種能夠解決現(xiàn)有問題，能夠提高光伏發(fā)電環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和實時性，同時能方便研究人員分析數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)。 基于嵌入式系統(tǒng)的光伏發(fā)電環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)及數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺采用業(yè)通信技術(shù)和嵌入式技術(shù)來解決遠 程數(shù)據(jù)采集及查詢問題。論文以嵌入式系統(tǒng)為核心，提出和分析了實現(xiàn)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。采用 信將現(xiàn)場采集的溫度、濕度、太陽輻照度、風(fēng)力風(fēng)向數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)管理平臺進行分析、存儲，然后通過 絡(luò)傳輸給任何想查詢、分析數(shù)據(jù)的研究人員，為提高光伏發(fā)電的效率及項目選址提供決策支持。它 能夠解決遠程數(shù)據(jù)采集和傳輸問題，對提高利用光伏發(fā)電的效率有較大的作用。 論文分析了光伏發(fā)電對環(huán)境參數(shù)的需求，提出了系統(tǒng)的總體方案、軟硬件方案以及數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺的方案設(shè)計。論文研究了構(gòu)建了基于 c/在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)的采集。系統(tǒng)硬件采用 的 微處理器， 程通信。另外，系統(tǒng)使用據(jù)庫對數(shù)據(jù)進行存儲，并利用 言開發(fā)了 B/S 結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺。 論文的創(chuàng)新點在于利用了嵌入式操作系統(tǒng) c/實時性，解決系統(tǒng)中多個任務(wù)并行處理的問題， 保障了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、 可靠性， 提高了系統(tǒng)的運行速度。另外網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺具有很強的擴展性，有多種數(shù)據(jù)接口，可以隨時將其它數(shù)據(jù)接入系統(tǒng)。另外本系統(tǒng)還可以稍作改變就可以用于礦產(chǎn)業(yè)、農(nóng)業(yè)、氣象等領(lǐng)域。 關(guān)鍵詞： 光伏發(fā)電；環(huán)境參數(shù)；嵌入式系統(tǒng)； c/究類型： 應(yīng)用研究 u t of is a to of To to be by is an be by in in of to is is a to to of to of to as of to of be by to to to to It of a to of on of c/on as In to to , to of of is a of be by be in c/目 錄 1 緒論 1 題研究的背景 1 題研究的意義 4 內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景 5 內(nèi)環(huán)境參數(shù)采集發(fā)展現(xiàn)狀 5 外環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 6 題研究內(nèi)容 6 結(jié) 7 2 環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)的總體方案設(shè)計 9 伏發(fā)電環(huán)境參數(shù)采集的需求分析 9 則 9 集設(shè)備性能要求 10 統(tǒng)設(shè)計要求 11 境參數(shù)對光伏發(fā)電量的影響 12 統(tǒng)的總體方案設(shè)計 14 統(tǒng)的總體方案流程圖 14 統(tǒng)硬件方案設(shè)計 16 統(tǒng)軟件方案設(shè)計 17 感器的選擇 19 度傳感器 19 度傳感器 20 陽總輻照度傳感器 21 力風(fēng)向傳感器 22 結(jié) 23 3 系統(tǒng)硬件電路的實現(xiàn) 24 統(tǒng)中央處理模塊的設(shè)計 24 片的簡介 24 控核心電路設(shè)計 25 儲系統(tǒng)的電路設(shè)計 25 示電路設(shè)計 26 信模塊的接口電路設(shè)計 27 目 錄 線 27 信模塊接口電路 28 統(tǒng)電源的設(shè)計 29 結(jié) 30 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn) 31 作系統(tǒng) c/系統(tǒng)中的應(yīng)用 31 c/移植 31 c/任務(wù)管理和任務(wù)通訊 35 導(dǎo)程序 設(shè)計 36 境參數(shù)采集系統(tǒng)的任務(wù)設(shè)計與實現(xiàn) 37 統(tǒng)任務(wù)的劃分 37 境參數(shù)采集系統(tǒng)的任務(wù)實現(xiàn) 39 統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺設(shè)計 42 統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺的設(shè)計思想 42 統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件模型 43 統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖 44 統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖 45 統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺功能界面的實現(xiàn) 46 結(jié) 50 5 系統(tǒng)的調(diào)試及應(yīng)用 51 件調(diào)試 51 件調(diào)試 52 統(tǒng)應(yīng)用 53 6 結(jié)論 54 致 謝 55 參考文獻 56 附 錄 59 1 緒論 11 緒論 題研究的背景 總部設(shè)在法國巴黎的國際能源機構(gòu)于 2006 年發(fā)表報告說，如果現(xiàn)有的清潔能源技術(shù)得到全面應(yīng)用，全球的石油和電力消費需求將會大幅減少，這還將給環(huán)境帶來巨大益處。這份題為能源技術(shù)前景：方案和戰(zhàn)略的報告指出，過去 10 年，全球二氧化碳氣體的排放量增加了 20以上。如果按照目前的趨勢發(fā)展下去，在未來的 25 年里全球石油需求和二氧化碳氣體的排放量還會繼續(xù)快速增長。到 2030 年以后，情況有可能變得更加糟糕。為減少石油需求和保護環(huán)境，全球各個國家和地區(qū)都應(yīng)該想辦法提高能源利用效率，這是任何新能源政策不可或缺的一部分。而且，提高能源利用率的技術(shù)目前也已存在。如果這些技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，到 2050 年，全球能源需求的減少量將可以達到目前全球能源需求量的一半。 利用新技術(shù)對發(fā)電和工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的二氧化碳氣體進行處理也非常重要。 通過利用二氧化碳氣體進行處理， 加上更多地使用可再生能源和核能，以及提高天然氣和煤炭的利用率，將可大幅減少發(fā)電所排放的二氧化碳氣體的總量。國際能源機構(gòu)執(zhí)行干事克洛德 芒迪在發(fā)布這份報告時指出 ，人類可以實現(xiàn)能源的可持續(xù)利用，但前提條件是全球各個國家和地區(qū)從現(xiàn)在開始必須立即推廣、開發(fā)和應(yīng)用各種光伏發(fā)電技術(shù)。他強調(diào)，有很多光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)存在，現(xiàn)在需要的是全面應(yīng)用這些技術(shù)的意愿。 傳統(tǒng)意義上，清潔能源指的是對環(huán)境友好的能源，意思為環(huán)保，排放少，污染程度小。但是這個概念不夠準(zhǔn)確，容易讓人們誤以為是對能源的分類，認為能源有清潔與不清潔之分，從而誤解光伏發(fā)電的本意。 清潔能源的準(zhǔn)確定義應(yīng)是：對能源清潔、高效、系統(tǒng)化應(yīng)用的技術(shù)體系。含義有三點：第一，光伏發(fā)電不是對能源的簡單分類，而是指能源利用的技術(shù)體系；第二，光伏發(fā)電不但強調(diào)清潔性同時也強調(diào)經(jīng)濟性；第三，光伏發(fā)電的清潔性指的是符合一定的排放標(biāo)準(zhǔn)1。 清潔能源在我國發(fā)展至今，主要有如下幾種： （ 1）核電 核能是清潔的能源。我國已經(jīng)建有的核電站分別有秦山核電站、大亞灣核電站、嶺澳核電站等，運行情況良好。目前是我國主要的發(fā)電來源之一，地位僅次于煤炭和水電。根據(jù)新浪網(wǎng)消息，我國政府近期規(guī)劃在 2006年至 2010年期間，將積極發(fā)展核電，重點建設(shè)百萬千瓦級核電站；遠期規(guī)劃是到 2020年，每年核發(fā)電能力，從目前的 8700兆瓦，增 1 緒論 2加到 4萬兆瓦，意味著 20064年里，中國將增建 30座核電廠。 （ 2）太陽能 太陽能是清潔可再生的能源，目前已在我國得到較大范圍的使用，主要體現(xiàn)為太陽能熱水器的普及使用。在山東等地，太陽能產(chǎn)業(yè)正得到快速發(fā)展，許多技術(shù)如太陽能電池等也日臻成熟。 由于太陽內(nèi)部進行著劇烈的由氫聚變成氦的熱核反應(yīng)，太陽每秒鐘向太空發(fā)射的能量約 020中有 22億分之一投射到地球上，投射到地球上 的太陽輻射被大氣層反射、吸收之后，還有約 70投射到地面。當(dāng)于 06億噸標(biāo)煤，其中我國陸地面積每年接收的太陽輻射能相當(dāng)于 0億噸標(biāo)煤。到達大氣層上界垂直表面上的太陽總輻射強度為 1353W/15一年的電力需求。按照目前太陽質(zhì)量消耗速率計，太陽內(nèi)部的熱核反應(yīng)足以維持 600億年，相對于人類發(fā)展歷史的有限年代而言，可以說是 “取之不盡，用之不竭 ”的能源2。 （ 3）生物質(zhì)能 生物質(zhì)能是世界上最廣泛使用的能源，是指由生命物質(zhì)排泄和代謝出的有機物質(zhì)所蘊含的能量，我國生物質(zhì)能儲量豐富， 70%的儲量在廣大的農(nóng)村，應(yīng)用也是主要在農(nóng)村地區(qū)。目前已經(jīng)有相當(dāng)多的地區(qū)正在推廣和示范農(nóng)村沼氣技術(shù)，技術(shù)簡單成熟，正在逐步得到推廣。我國在生物柴油研究方面也得到快速發(fā)展，在福建、四川等地已經(jīng)建有小規(guī)模的生物柴油生產(chǎn)基地，但是目前并未形成產(chǎn)業(yè)化。 生物質(zhì)能本質(zhì)上也是來源于太陽能，是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能而存儲在生物體內(nèi)的一種能量?，F(xiàn)代生物質(zhì)能通常包括木材及森林廢棄物（如木屑、刨花等）、農(nóng)業(yè)廢棄物（如秸稈、稻殼等）、水生植物、油料作物（能源作物）、城市和工業(yè)有機廢棄物、動物糞便等。生物質(zhì)能的利用方式一般包括直接燃燒、熱化學(xué)轉(zhuǎn)化和生物化學(xué)轉(zhuǎn)換等三條途徑。 （ 4）水能 水能在我國早已得到大規(guī)模的使用，主要用途是發(fā)電。較早期的有小浪底水電站，劉家峽水電站等；規(guī)模較大的如三峽水電站等。這些水電站為我國的經(jīng)濟建設(shè)提供能源保障做出了巨大貢獻。 （ 5）風(fēng)能 風(fēng)能也源于太陽能，是由于太陽能造成地球表面空氣溫度不均勻?qū)е驴諝膺\動而具有的能量。它是最適合發(fā)電的可再生能源之一。風(fēng)力發(fā)電是世界上增長最快的可再生能源之一。在風(fēng)能蘊藏豐富的地區(qū)，通過風(fēng)力透平機械可將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能或機械能。此外，風(fēng)力助航、灌溉等也是廣為應(yīng)用的技術(shù)。我國風(fēng)能資源較為豐富，風(fēng)能在我國的利 1 緒論 3用也較為成熟。 據(jù)中國風(fēng)電發(fā)展報告指出， 如果充分開發(fā)， 中國有能力在 2020年實現(xiàn) 4000萬千瓦的風(fēng)電裝機容量，風(fēng)電將超過核電成為中國第三大主力發(fā)電電源。在我國甘肅等風(fēng)能資源豐富的地區(qū)有較大規(guī)模的應(yīng)用3。在亞洲，利用風(fēng)能資源最好的國家是印度。2004年，印度新裝機的風(fēng)力發(fā)電容量為 875力發(fā)電能力達到 3000力發(fā)電能力位居世界第五位，是世界最大的風(fēng)力發(fā)電國家之一。 （ 6）地?zé)崮?在當(dāng)前技術(shù)經(jīng)濟和地質(zhì)條件下，地球內(nèi)部能被開發(fā)利用出來的巖石的熱能和地?zé)崃黧w中的熱能，包括水熱型、地壓型、干熱型和巖漿型等四大類，地?zé)崮芤再Y源覆蓋面廣、對生態(tài)環(huán)境污染小、運營成本低等優(yōu)點而受到人們的青睞。我國地?zé)豳Y源豐富，已發(fā)現(xiàn)溫泉有 3000多處。地?zé)釕?yīng)用前景廣闊，主要指的是有效利用地下蒸汽和地?zé)崴?，用途可以發(fā)電、供暖等。受資源所限，地?zé)岚l(fā)電站主要集中在西藏地區(qū)。在其他地區(qū)，地?zé)嵋舱玫皆絹碓綇V泛的應(yīng)用。山東省商河縣已經(jīng)建成的溫泉別墅就是利用地?zé)峁┡?，效果良好?（ 7）潮汐能 潮汐能是一種海洋能，由于太陽、月球?qū)Φ厍虻囊σ约暗厍虻淖赞D(zhuǎn)導(dǎo)致海水潮漲和潮落形成的水的勢能。我國海岸線綿長，潮汐能豐富，主要集中在浙江，福建，廣東和遼寧等省。我國潮汐能發(fā)展已有 40多年的歷史，建成并長期運行的潮汐電站八座，最大的是溫嶺市江廈潮汐試驗電站。 （ 8）氫能 氫能是一種新型的光伏發(fā)電，世界范圍內(nèi)正在掀起很熱的研究高潮。我國十分重視氫能技術(shù)的開發(fā)和利用，國家中 長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要 (2006 2020年 )提出要重點發(fā)展氫能的制造、運輸、儲存等技術(shù)。我國在氫能研究領(lǐng)域已經(jīng)取得很多重要成果，燃料電池，燃料汽車技術(shù)都已成熟。 氫能是目前世界上正積極開發(fā)的二次能源，它是一種非常清潔的能源。氫能的利用主要是直接燃燒、燃料電池和核聚變。氫在宇宙中蘊藏量極為豐富，它以化合物的形式存在于水、甲烷、氨、烴類等物質(zhì)中，在構(gòu)成宇宙物質(zhì)的元素中它占了 90以上。氫可以通過各種一次能源（煤、石油、天然氣）、可再生能源等制取，同事可以大規(guī)模儲存。它是可再生的，它的利用過程生成物為水，水又可以循環(huán)制氫。氫的利用過程沒有污染。在目前利用化石能源制取氫的過程中采取各種有效措施后，可大幅度地減少整個能源體系中 再生能源和化石能源相 比，雖然具有資源豐富、可再生和環(huán)境污染少等優(yōu)點，但它們還具有一下的特點：能量密度較低，并且較為分散；太陽能、風(fēng)能、潮汐能等具有隨機性和間歇性；目前其開發(fā)利用的技術(shù)難度交大，經(jīng)濟性還難以與煤炭等化石能源相比4。 1 緒論 4清潔能源在人類遠期的生活中必將發(fā)揮重要的作用。 發(fā)達國家已把對清潔能源的開發(fā)研究作為戰(zhàn)略重點。我國是化石能源相對不足的國家，優(yōu)質(zhì)的油氣資源更加缺乏，因此，能源配置多元化是解決我國能源問題的必由之路，而光伏發(fā)電的研究和利用是能源配置多元化的途徑之一。 題研究的意義 我國是世界排名第二的一次能源消費國，也是世界能源市場的重要參與者，占世界一次能源需求總量的 10以上。在未來一段時期內(nèi)，我國經(jīng)濟的強勁增長將繼續(xù)拉動我國能源需求的快速增長和進口。 總體上說，我國的能源蘊藏量十分豐富，但是由于我國人口眾多和能源利用效率比較低，我國的人均能源消費量遠遠低于發(fā)達國家和世界平均水平。此外，我國一次能源消費構(gòu)成中，煤炭一直占很高的比重，大約在 70左右，近年來稍有下降。但在未來的30 50年內(nèi)，煤炭在我國一次能源的生產(chǎn)和消費中還將保持 50以上的比例。我國石油和天然氣等優(yōu)質(zhì)能源的儲量相對不足，我國油氣消費構(gòu)成很低，與國際以油氣等優(yōu)質(zhì)能源消費為主的格局不符。從 1992年起我國成為石油進口國以來，我國石油的消費逐年增加，對石油進口的依賴程度也逐年提高。這就不得不引起我國有關(guān)政府和研究部門對我國能源戰(zhàn)略安全進行思考。化石能源一方面面臨著逐漸枯竭的問題，另一方面化石能源利用過程中排放出大量的污染物5。光伏發(fā)電在國際能源消費構(gòu)成中的比例正在以較快的速度增加，研究和光伏發(fā)電是發(fā)達國家的能源戰(zhàn)略重點。光伏發(fā)電對于實現(xiàn)我國能源結(jié)構(gòu)多元化配置，從而最終解決我國的能源需求問題意義重大。 但是在光伏發(fā)電過程中， 怎么才能提高對能源開發(fā)的效率， 使生產(chǎn)力最大化？同時，我們在以后光伏發(fā)電的過程中，對開發(fā)能源過程的選址怎么去確定呢？ 本系統(tǒng)就致力于研究如何對光伏發(fā)電過程的選址以及提高利用光伏發(fā)電的效率。我們需要對光伏發(fā)電時環(huán)境參數(shù)進行采集及相關(guān)的分析，傳輸給監(jiān)控室上位機。通用計算機雖然具有強大的數(shù)據(jù)處理和分析能力，但我們不能把通用計算機搬到現(xiàn)場。因為通用計算機體積大、攜帶不便、干擾能力差，所以通用計算機無法在露天及獲取光伏發(fā)電現(xiàn)場工作。而 積小、成本低、集成度高、抗干擾能力和控制能力強等優(yōu)點，已經(jīng)廣泛用于智能化儀器儀表、機電一體化產(chǎn)品以及數(shù)據(jù)采集和過程控制方面。我國現(xiàn)已有種類繁多、功能齊全的環(huán)境參數(shù)檢測設(shè)備投入到光伏發(fā)電工程中。本課題在研究了其他很多環(huán)境參數(shù)的檢測設(shè)備的基礎(chǔ)上，研發(fā)了對風(fēng)力風(fēng)向，溫濕度，太陽能輻照度全方位測量設(shè)備。選用 少了相關(guān)外圍器件和電路，降低了系統(tǒng)功耗，模塊化的設(shè)計也為以后的功能擴展打下了基礎(chǔ)。 1 緒論 5該系統(tǒng)的核心芯片采用 其接口部分實行了模塊化設(shè)計，方便增減功能模塊，可以滿足大部分實時系統(tǒng)的硬件需要；裝置的軟件設(shè)計，保持了模塊化設(shè)計便于維護和升級的優(yōu)點。課題將對環(huán)境參數(shù)檢測和實時傳輸作重點研究，以開發(fā)出集風(fēng)力風(fēng)向，溫濕度，太陽能輻照度三種環(huán)境參數(shù)的檢測裝置。該裝置將應(yīng)用于采集光伏發(fā)電開發(fā)現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)的各種數(shù)據(jù)，能更有效的掌握更詳細的現(xiàn)場情況。可以通過對采集到的風(fēng)力風(fēng)向，溫濕度，太陽能輻照度三種數(shù)據(jù)的分析，可以對環(huán)境和光伏發(fā)電開發(fā)效率之間建立一個數(shù)學(xué)模型，再 根據(jù)相關(guān)的氣象資料可以對 以后光伏發(fā)電的效率進行判斷，另外對以后光伏發(fā)電項目的選址有著重要的意義6。 內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景 內(nèi)環(huán)境參數(shù)采集發(fā)展現(xiàn)狀 當(dāng)前國內(nèi)有很多的廠家生產(chǎn)自動環(huán)境參數(shù)采集儀， 但是大多數(shù)都是用氣象參數(shù)的采集，工業(yè)上用的也有，例如，煤礦，電力，交通等行業(yè)用的都比較普遍，但是在光伏發(fā)電采集上還是不常見的，另外 綜合國內(nèi)各種型號的環(huán)境參 數(shù)采集系統(tǒng)在我國應(yīng)用的情況，總結(jié)如下： （ 1）大部分的環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)都是采用集中式的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的開放性不高，不同型號的傳感器對應(yīng)不同的數(shù)據(jù)采集器，各個廠家之間的標(biāo)準(zhǔn)也不統(tǒng)一。維修和增加傳感器都必須對環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)進行重新的校準(zhǔn)標(biāo)定，過程復(fù)雜，不符合我國環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)的發(fā)展要求。 （ 2）國產(chǎn)的環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)所采用的采集傳感器主要依賴進口，例如采集太陽能輻照度，國內(nèi)還沒有能采集光譜范圍在光譜范圍 2803000口的 譜測量范圍才能達到要求，所以說受技術(shù)水平和生產(chǎn)工藝所限，國產(chǎn)傳感器的準(zhǔn)確性、可靠性較差。觀測的項目也僅限于傳統(tǒng)的溫、壓、濕、風(fēng)和降水等六要素，太陽能輻照度、環(huán)境氣體含量值等參數(shù)都急需要納入環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)的觀測項目。 （ 3）國產(chǎn)的環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)所采用的數(shù)據(jù)采集器大多與相應(yīng)的項目配套使用，當(dāng)需要擴充每個項目的觀測功能，增加新的環(huán)境參數(shù)采集要素的傳感器時，不能進行直接升級、必須更換，從而造成的大量的重復(fù)建設(shè)和資源的浪費7。 1 緒論 外環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 目前全世界的 70多個國家和 20多個地區(qū)和組織基本上都在使用芬蘭 氣象觀測，自動氣象站也不例外。前全球的大多數(shù)國家和地區(qū)使用的是 系列已發(fā)展到 國產(chǎn)的相比，國外的采集系統(tǒng)和采集傳感器具有以下特點： （ 1）環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的不同需求增減傳感器的種類和數(shù)量，實際操作簡便。采用通用的數(shù)據(jù)傳輸格式，用戶能自由的配置數(shù)據(jù)的輸出格式?；緷M足世界各國各種業(yè)務(wù)應(yīng)用的需要。 （ 2）環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)采用良好的防護措施，能夠適用于各種復(fù)雜的環(huán)境。在裝備使用的機動性、操作的便捷性、維修的快捷性、惡劣環(huán)境的適應(yīng)性等方面都做的較好。 （ 3）盡管國外自動環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)和傳感器的性能優(yōu)越，但是通過進口的系統(tǒng)在中國的長期運行情況來看，其硬件和軟件的表現(xiàn)都不盡如人意8。這是因為國外的環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、傳感器和軟件等都是針對當(dāng)?shù)氐木唧w情況設(shè)計的，并不完全符合我國的實際情況需要，例如傳感器的測量范圍，精度等要求。 通過對國內(nèi)外環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析可以看到， 盡管目前國內(nèi)的環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)基本能滿足各個地方的項目需求和環(huán)境的需要，但存在不足和缺陷也較大。必須充分的認識到我國環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)與國外先進技術(shù)相比還有較大的差距，為了滿足不斷提高的環(huán)境參數(shù)的指標(biāo)和觀測的要求，提高我國環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)事業(yè)的整體水平，應(yīng)重點發(fā)展新一代環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)，對環(huán)境參數(shù)采集的傳感器、數(shù)據(jù)處理等關(guān)鍵技術(shù)進行改進，使我國的新一代的環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)能夠進入到世界的一流水平行列9。 題研究內(nèi)容 課題研發(fā)了一套光伏發(fā)電的環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)，典型的環(huán)境參數(shù)采集儀由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、通信接口和系統(tǒng)電源組成，采集要素包括風(fēng)力、風(fēng)向、溫度、濕度、太陽輻照度等。在很多實際應(yīng)用中需要增加或刪減某些要素的采集。 現(xiàn)存環(huán)境采集儀的類型甚多，構(gòu)成各異。從基于 其體系結(jié)構(gòu)可以劃分為集散式和總線式兩種集散式是通過以為控制器為核心的采集器集中采集和處理分散配置的各傳感器信號，現(xiàn)有采集平臺大都采用這種結(jié)構(gòu)。總線式則是通過總線掛接各種功能模塊來采集處理傳感器信號。采用總線技術(shù)的采集平臺具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、通用性與擴展性較好。隨著測控技 1 緒論 7術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化趨勢，遠程無線化的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將在環(huán)境參數(shù)采集領(lǐng)域扮演越來越重要的角色10。 因此，環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)既要求有豐富的采集功能來滿足多要素的環(huán)境觀測，也希望通過簡單裁剪實現(xiàn)低成本的單要素采集器；既需要獨立高性能的數(shù)據(jù)采集平臺，也要具備開放的結(jié)構(gòu)體系用于大范圍的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)。 所以本系統(tǒng)可以根據(jù)開發(fā)不同光伏發(fā)電所 需不同的環(huán)境參數(shù)而裁剪或者增加不同的采集模塊和傳感器。 課題研究的主要內(nèi)容有以下幾點： (1)對當(dāng)前環(huán)境參數(shù)采集的國內(nèi)外發(fā)展情況進 行研究，特別是太陽輻照度要有更深的研究。 (2)對采集溫度、濕度、風(fēng)力、風(fēng)向、太陽輻照度各種環(huán)境參數(shù)的傳感器進行研究，研究采集環(huán)境參數(shù)的各種傳感器的測量范圍、測量準(zhǔn)確度、測量分辨率，選擇符合國家要求的傳感器。 (3)環(huán)境參數(shù)采集儀的中央處理器的設(shè)計。 環(huán)境參數(shù)采集儀的中央處理器采用 析并掌握 (4)環(huán)境參數(shù)采集儀的電源模塊的設(shè)計。環(huán)境 參數(shù)采集儀中不同的芯片和傳感器有不同的電壓要求，研究合理的電源滿足各種芯片和傳感器的要求。 (5)環(huán)境參數(shù)采集儀的信號處理模塊的 設(shè)計。對環(huán)境參數(shù)采集儀中各種信號進行A/D、放大、濾波處理。 (6)環(huán)境參數(shù)采集儀的通信模塊的設(shè)計。分析工業(yè) 485通信與傳統(tǒng)的通信區(qū)別，設(shè)計了使用 而使采集的數(shù)據(jù)連續(xù)完整的傳輸給 (7)數(shù)據(jù)遠程存儲、傳輸及查詢。首先是數(shù)據(jù) 的存儲，建立存儲數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，本系統(tǒng)采用的是 外，使用 立 分的利用的計算機技術(shù)的特點和優(yōu)勢，實現(xiàn)了傳統(tǒng)的儀器儀表的顯示功能，并將數(shù)據(jù)儲存，以及實現(xiàn)無紙化操作。并能在任何地方任何時間都能查詢到實時和歷史環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，以便于對數(shù)據(jù)進行分析11。 結(jié) 本章節(jié)詳細闡述了提高開發(fā)能源的效率和光伏發(fā)電的選址的重要性， 也詳細介紹了研發(fā)環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)的重要意義，同時對國內(nèi)外環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用也做了一定的介紹，對課題研究的主要內(nèi)容也作了簡單的介紹。另外，本課題的特色創(chuàng)新之處在于： （ 1）光伏發(fā)電環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)是分析采集的數(shù)據(jù)能夠讓環(huán)境參數(shù)對光伏發(fā)電開 1 緒論 8發(fā)的效率及光伏發(fā)電的項目地點的選址有很重大的幫助，以至于能最大化的提高光伏發(fā)電的效率。 （ 2）采用全數(shù)字，全天候采集的設(shè)計。基于 能實時的顯示當(dāng)前環(huán)境中各種所需的數(shù)據(jù)，對分析光伏發(fā)電的效率與環(huán)境因素關(guān)系有很大的幫助12。 （ 3）環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)采集到的所有數(shù)據(jù)全部存入服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，在任何地方，任何時間通過 何項目地點的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，有效的提高了對數(shù)據(jù)的研究與分析效率。 2 環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)的總體方案設(shè)計 92 環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)的總體方案設(shè)計 伏發(fā)電環(huán)境參數(shù)采集的需求分析 本課題的需求是根據(jù) 可再生能源建設(shè)應(yīng)用示范項目數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則 而定，并且嚴格按照此導(dǎo)則而研發(fā)并應(yīng)用。 可再生能源建設(shè)應(yīng)用示范項目數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則是根據(jù)財政部、建設(shè)部關(guān)于加強可再生能源建筑應(yīng)用 示范管理的通知 (財建 200738號 )、關(guān)于加快開展可再生能源建筑應(yīng)用示范項目驗收評估工作的通知（財辦建 2009116號）為根據(jù)，為規(guī)范可再生能源建筑應(yīng)用示范項目的驗收管理，指導(dǎo)各地可再生能源建筑應(yīng)用示范項目數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部組織有關(guān)專家，以我國現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，在總結(jié)吸收國內(nèi)已有的監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)成果和經(jīng)驗基礎(chǔ)上，結(jié)合可再生能源建筑應(yīng)用示范項目的采集要求，研究制定了本導(dǎo)則13。 則 （ 1）為了掌握住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、財政部組織實施的可再生能源建筑應(yīng)用示范項目的實際運行效果，指導(dǎo)示范項目的運行管理，為我國可再生能源建筑規(guī)?；瘧?yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐和經(jīng)驗儲備，加快可再生能源建筑應(yīng)用的推廣，帶動相關(guān)技術(shù)進步，制定本技術(shù)導(dǎo)則。 （ 2）本技術(shù)導(dǎo)則使用范圍： 適用于住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、財政部已審批的可再生能源建筑應(yīng)用示范項目、太陽能光電建筑應(yīng)用示范項目以及 可再生能源建筑應(yīng)用城