基于LabVIEW和RS485通信的光伏發(fā)電實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于labview和rs485通信的光伏發(fā)電實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)了一套基于數(shù)據(jù)采集和rs485通信的光伏發(fā)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行電參數(shù)和環(huán)境參數(shù)并統(tǒng)計(jì)發(fā)電量信息。該系統(tǒng)由和采集光伏發(fā)電系統(tǒng)的各類相關(guān)參數(shù)。并采納rs485協(xié)議與pc機(jī)通信。上位機(jī)通過labview提 供的標(biāo)準(zhǔn)i/o應(yīng)用程序接口visa實(shí)時(shí)獵取單片機(jī)傳遞的數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)經(jīng)上住機(jī)監(jiān)測(cè)軟件 處理后通過監(jiān)測(cè)界面圖形化顯示。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)容易、硬件成本低廉、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定 、運(yùn)行穩(wěn)定牢靠，具有可視化的監(jiān)測(cè)界面。經(jīng)測(cè)試系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到各類參數(shù)的變幻狀況， 可有針對(duì)性地對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)舉行維護(hù)進(jìn)而提高光伏運(yùn)行效率。隨著能源危機(jī)的

2、日益嚴(yán)重。各種可再生能源得到了長(zhǎng)足的進(jìn)展。在諸多的可再生能源中，光伏發(fā)電在將來有著廣泛的應(yīng)用前景，光伏產(chǎn)業(yè)是最有潛力的新能源之一。舉行光伏發(fā)電時(shí)，對(duì)光伏電站發(fā)電狀態(tài)的監(jiān)測(cè)是非常須要的。由于單塊光伏組件輸出的直流較低，普通在幾十伏左右，所以通常采納多塊光伏組件互相串聯(lián)。然后各個(gè)組串互相并聯(lián)從而形成光伏陣列。在發(fā)電過程中，光伏陣列的局部故障會(huì)導(dǎo)致囫圇供電系統(tǒng)輸出電壓或功率下降挺直影響系統(tǒng)性能和運(yùn)行效率。為確保系統(tǒng)正常運(yùn)行，應(yīng)對(duì)光伏陣列舉行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，以便能準(zhǔn)時(shí)地、有針對(duì)性地舉行維護(hù)。從而提高光伏發(fā)電效率。據(jù)此，本文基于rs485通信和 labvlew軟件平臺(tái)研發(fā)了一套光伏電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有可視

3、化的監(jiān)測(cè)界面，可實(shí)時(shí)顯示光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電狀態(tài)，并可供用戶查詢歷史數(shù)據(jù)以便舉行統(tǒng)計(jì)分析。1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理圖1為系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖。pc機(jī)主要對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)中的溫度、光照強(qiáng)度等環(huán)境參數(shù)和輸出、輸出電壓、輸出功率等發(fā)電信息舉行監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)及顯示。單片機(jī)、a/d轉(zhuǎn)換和傳感器構(gòu)成一個(gè)數(shù)據(jù)采集器，傳感器將環(huán)境參數(shù)和發(fā)電信息采集過來，通過a/d轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)發(fā)送至單片機(jī)，單片機(jī)將數(shù)據(jù)處理后緩存并發(fā)送。單片機(jī)與pc機(jī)之間采納rs485轉(zhuǎn)rs232通信協(xié)議舉行數(shù)據(jù)傳輸。pc機(jī)將接受到的數(shù)據(jù)處理后保存并準(zhǔn)時(shí)顯示，實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)各類參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。圖1 系統(tǒng)原理框圖2 硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)硬件電路主要包括

4、2方面：數(shù)據(jù)采集模塊和通信。數(shù)據(jù)采集部分將所需數(shù)據(jù)采集處理后，通過單片機(jī)發(fā)送至上位機(jī)：通信部分在硬件上主要是電平的轉(zhuǎn)換和與上位機(jī)通信時(shí)接口處理。系統(tǒng)處理器采納stc89c51芯片，該芯片具有8 k字節(jié)flash，512字節(jié)ram，32位i/o口線，定時(shí)器，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，1個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，是一種低功耗、高性能微控制器。21 數(shù)據(jù)采集模塊該模塊主要功能是采集電流、電壓、溫度、照度4類數(shù)據(jù)。利用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將傳感器采集回歸的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再由單片機(jī)舉行數(shù)據(jù)處理。模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片采納0809，它是8位逐次靠近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括1個(gè)8位的靠近型的adc

5、部分，并提供1個(gè)8通道的模擬多路開關(guān)和聯(lián)合尋址規(guī)律，用它可挺直將8個(gè)單端模擬信號(hào)輸入，分時(shí)舉行a/d轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)中只需要應(yīng)用其中的4個(gè)通道，分離對(duì)有傳感器采集回歸的電流、電壓、溫度、照度4個(gè)模擬信號(hào)舉行轉(zhuǎn)換 。然后由舉行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)處理，完成對(duì)模擬信號(hào)的采集。因?yàn)閍dc0809芯片內(nèi)部沒有時(shí)鐘脈沖源, 可利用單片機(jī)89c51提供的地址鎖存控制輸入信號(hào)ale經(jīng)d觸發(fā)器四分頻后，作為adc0809的時(shí)鐘輸入。當(dāng)cpu拜訪外部存儲(chǔ)器時(shí)ale的輸出作為外部鎖存地址的低字節(jié)的控制信號(hào)：當(dāng)不拜訪外部存儲(chǔ)器時(shí)，ale端以1/6的時(shí)鐘振蕩頻率固定地輸出正脈沖，可取單片機(jī)的時(shí)鐘頻率為12 mhz。則ale端輸

6、出的頻率為2 mhz。再經(jīng)四分頻后為500khz，符合adc0809對(duì)時(shí)鐘的要求。2所示。adc0809內(nèi)部設(shè)有地址鎖存器，通道地址由p2口的低3位挺直與adc0809的a、b、c相連，通道基本地址為0000h0007h。模擬量由adc0809的in0in7輸入數(shù)字量由adc0809的dod7輸出并接到單片機(jī)i/o口的p0口，adc0809其他引腳如：start、oe、ale、a、b、c等挺直接到單片機(jī)的p2口。最后adc0809的結(jié)束信號(hào)端口挺直接到單片機(jī)的p2.7口。圖2 adc0809與單片機(jī)的接口電路22 通信部分pc機(jī)串行口為標(biāo)準(zhǔn)的rs232c接口，最大通信距離僅為15 m，無(wú)法適用

7、于遠(yuǎn)距離的監(jiān)測(cè)。選用rs485串行接口標(biāo)準(zhǔn)可實(shí)現(xiàn)管理微機(jī)遠(yuǎn)距離對(duì)下位機(jī)舉行通信管理。串口通信采納rs485協(xié)議舉行，其傳輸距離較長(zhǎng)。適用于從光伏發(fā)電設(shè)備到監(jiān)控設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。rs485采納差分信號(hào)負(fù)規(guī)律，規(guī)律“1”以兩線間的電壓差為+(26)v表示；規(guī)律“0”以兩線間的電壓差為-(26)v表示。rs485接口是采納平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增加，即抗噪聲干擾性好。rs485最大的通信距離約為1219 m，最大傳輸速率為10 mb/s，傳輸速率與傳輸距離成反比。采納rs485通信時(shí)，需要解決2個(gè)問題。stc89c51本身具有全雙工串行口但舉行rs485通信時(shí)需要電平轉(zhuǎn)換：p

8、c機(jī)串行1：1為標(biāo)準(zhǔn)的rs232c接口，通信時(shí)需要將rs485接口的規(guī)律電平轉(zhuǎn)換成rs232電平。rs485通信的電平轉(zhuǎn)換芯片有全雙工的和半雙工的，為了便于軟件開發(fā)，本次設(shè)計(jì)采納全雙工芯片max488。3所示，電平轉(zhuǎn)換電路采納max488全雙工集成芯片，用法時(shí)將單片機(jī)的串行收發(fā)端接人rs488的發(fā)收端。為保持通信信號(hào)的穩(wěn)定，普通會(huì)在max488加上、下拉。上拉電阻把不確定的信號(hào)通過一個(gè)電阻嵌位在高電平，此電阻還起到限流的作用。同理，下拉電阻將不確定的信號(hào)嵌位在低電平。在實(shí)際工程應(yīng)用中，因?yàn)榇嬖诜瓷湫盘?hào)和環(huán)境等各種干擾的影響，特殊是在通訊波特率比較高的時(shí)候，在線路上加上、下拉偏置電阻是十分須要的

9、。上、下拉電阻可提高的抗電磁干擾能力，管腳懸空簡(jiǎn)單受到外界的電磁干擾，同時(shí)長(zhǎng)線傳輸中電阻不匹配簡(jiǎn)單引起反射波干擾，加上、下拉電阻就是電阻匹配，可有效地抑制反射波干擾。圖3 rs485電平轉(zhuǎn)換電路rs485轉(zhuǎn) rs232接口電路主要包括了電源、rs232電平轉(zhuǎn)換、rs485電路3部分。本電路的rs232電平轉(zhuǎn)換電路采納了max232，rs485電路采納了max488集成電路。為用法便利，電源部分設(shè)計(jì)成無(wú)源方式，囫圇電路的供電挺直從pc機(jī)的rs232接口中的dtr(4腳)和rts(7腳)獵取。pc串口每根線可以提供大約9 ma的電流，因此2根線提供的電流足夠滿足這個(gè)電路的用法要求。用法本電路需注重

10、pc程序必需使串口的dtr和rts輸出高電平，經(jīng)過d3穩(wěn)壓后得到vcc，經(jīng)過實(shí)際測(cè)試，vcc電壓大約在47 v左右。其4所示。圖4 rs485轉(zhuǎn)rs232接口電路3 軟件設(shè)計(jì)31 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)下位機(jī)程序完成a/d轉(zhuǎn)換和通信收發(fā)的功能，串口接收采納中斷方式為便利上位機(jī)識(shí)別數(shù)據(jù)以及削減錯(cuò)誤率，發(fā)送時(shí)加上前后校驗(yàn)碼。照度、溫度、電壓、電流4類數(shù)據(jù)分離采納不同的前后校驗(yàn)碼。在主程序中，a/d轉(zhuǎn)換完成后，將數(shù)據(jù)處理后并儲(chǔ)存，緊接著查看上位機(jī)發(fā)送回歸的信息，將指定類型數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)。32 上位機(jī)程序設(shè)計(jì)上位機(jī)主要是完成3項(xiàng)任務(wù)：與下位機(jī)的通信；將下位機(jī)發(fā)送回歸的數(shù)據(jù)舉行處理及存儲(chǔ)：設(shè)計(jì)一個(gè)顯示界面。把

11、數(shù)據(jù)變幻狀況以圖表形式顯示出來。程序采納labview軟件平臺(tái)舉行編寫，labview是當(dāng)下最流行的圖形化編程開發(fā)軟件，利用它可以大量用法圖表、菜單、圖形等可視化工具，使系統(tǒng)具有豐盛、靈便的畫面和圖表顯示功能。labview通過visa與串行接口儀器通信。visa是應(yīng)用于儀器編程的標(biāo)準(zhǔn)i/o應(yīng)用程序接口(api)，它本身并不具有儀器編程能力，而是為用戶提供了一套自立的可便利調(diào)用的標(biāo)準(zhǔn)i/o底層函數(shù)。利用hbview中的visa函數(shù)，可實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與單片機(jī)之間的通信。通過labview平臺(tái)內(nèi)豐盛的底層函數(shù)，可舉行高速精確的數(shù)據(jù)處理。其設(shè)計(jì)分為前面板和后面板，前面板為可視化的用戶界面，而后面板就是支

12、撐系統(tǒng)運(yùn)行的程序，并且采納圖形化的編程，數(shù)據(jù)的傳輸通過各函數(shù)之間的連線實(shí)現(xiàn)。在前面板設(shè)立5個(gè)波形圖表控件，分離用于顯示照度、溫度、電流、電壓、功率5類數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)變幻狀況，若干數(shù)值顯示控件用于顯示各數(shù)據(jù)的平均值及發(fā)電量總值。后面板串口通信利用labview中的visa配置串口函數(shù)、visa寫入函數(shù)、visa讀取函數(shù)可完成對(duì)串口的配置及串口收發(fā)。visa關(guān)閉函數(shù)用于關(guān)閉visa資源名稱指定的串口會(huì)話句柄或大事對(duì)象。是一個(gè)串口接收和發(fā)送的子vi，上位機(jī)可以向單片機(jī)發(fā)送指令及接受單片機(jī)發(fā)送回歸的 數(shù)據(jù)。主程序采納平鋪式挨次結(jié)構(gòu)，先利用子vi生成5個(gè)表格文件以保存當(dāng)天的數(shù)據(jù)，然后在循環(huán)結(jié)構(gòu)下，調(diào)用串口收發(fā)子vi為每類數(shù)據(jù)分離發(fā)送獵取命令，讓下位機(jī)把相應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送過來。接收數(shù)據(jù)后，比對(duì)前后校驗(yàn)碼，若有誤則重新發(fā)送，若正確則獵取數(shù)據(jù)碼舉行數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理包括將數(shù)據(jù)還原、存人相應(yīng)表格文件以及送人波形圖表控件舉行顯示。此外。設(shè)計(jì)子vi從各電子表格文件中獵取儲(chǔ)存的累計(jì)數(shù)據(jù)則可計(jì)算各類數(shù)據(jù)的平均值以及總發(fā)電量，便可得到光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電信息。在labview中可自行設(shè)立用戶菜單，程序運(yùn)行時(shí)操作用戶菜單，可便利用戶設(shè)置串vi參數(shù)及查看歷史數(shù)據(jù)。4 結(jié)語(yǔ)經(jīng)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行測(cè)試。系統(tǒng)可穩(wěn)定地監(jiān)