ZigBee'ye dayalı fotovoltaik güç istasyonu ortamının gerçek zamanlı izleme sistemi
Yuan Ying, Sun Rongxia, Li Rui, Wang Shuonan
(Elektronik Bilgi Mühendisliği Okulu, Hebei Üniversitesi, Baoding, Hebei 071002)
: Çevresel parametrelerin fotovoltaik santraller üzerindeki etkisini izlemek ve incelemek için, fotovoltaik santraller için ZigBee tabanlı gerçek zamanlı bir çevresel izleme sistemi önerilmiştir. Sensör düğümlerinin, yönlendirme düğümlerinin ve ağ geçidi düğümlerinin donanım devreleri, kontrol çekirdeği olarak CC2530 yongası ile gerçekleştirilir ve ZSTACK protokol yığınına dayalı olarak, bir kablosuz sensör ağı oluşturmak için iyileştirilmiş Küme Ağaç algoritması uygulanır. Bilimsel araştırmacılar, ana bilgisayar izlemesini gerçekleştirmek için ağ bilgisayarının Yeelink Nesnelerin İnterneti platformunu kullanarak, fotovoltaik güç istasyonunun çevre koşullarını görüntülemek için Yeelink platformunda ve mobil APP'de uzaktan oturum açabilirler. Deneysel testlerden sonra sistem, fotovoltaik güç istasyonunun sıcaklık, nem, ışık yoğunluğu ve hava basıncı bilgilerinin gerçek zamanlı olarak izlenmesini yüksek veri güvenilirliği ile gerçekleştirmiş ve ağ geçidi düğümünün veri paketi alma oranı% 75'i aşmıştır.
: Fotovoltaik güç istasyonu; ZigBee; gerçek zamanlı izleme; Yeelink
: TP182 belge kimlik kodu: ADII: 10.19358 / j.issn.1674-7720.2017.03.010
Alıntı biçimi Yuan Ying, Sun Rongxia, Li Rui, vb. ZigBee J tabanlı fotovoltaik enerji santrali ortamının gerçek zamanlı izleme sistemi. Mikrobilgisayar ve Uygulama, 2017,36 (3): 33-35,38.
0 Önsöz
Güneş pili üretimi için kilit ekipmandaki radyo frekansı güç kaynağı cihazlarının lokalizasyonu üzerine araştırma (11213910D) Şu anda, enerji kıtlıkları ve çevresel bozulma, çeşitli ülkelerde ekonomik büyümeyi kısıtlayan önemli faktörler haline gelmiştir. Enerji tüketimini azaltmak için ülkeler yeni enerji teknolojileri araştırıyor ve fotovoltaik enerji üretimi yeni enerjinin vazgeçilmez bir parçası. Çin'in fotovoltaik enerji üretim teknolojisi daha büyük araştırma sonuçları elde etmesine rağmen, üzerinde daha fazla çalışılması gereken teknik sorunlar vardır [1], temel konulardan biri fotovoltaik enerji üretiminin dönüşüm oranını iyileştirmektir. Fotovoltaik hücrelerin fotoelektrik dönüşüm süreci, sıcaklık, nem ve ışık yoğunluğu gibi çevresel parametrelerden etkilenecektir.Ancak, araştırmacıların fotovoltaik enerji üretiminin dönüşüm oranını incelemeleri için çevresel veriler çok azdır ve bu da fotovoltaik teknolojinin gelişimini ciddi şekilde kısıtlamaktadır. Buna ek olarak, yerli fotovoltaik santraller çoğunlukla uzak bölgelerde inşa edilir ve genellikle gözetimsiz çalışır.Fotovoltaik santrallerin çevresel izleme sistemi, inşaatın başında sabit bir şekilde kurulur. Taşınması ve sökülmesi sakıncalıdır ve çevreyi tamamen kontrol etmek imkansızdır. Çevreleyen ortam izlenir [2]. Buna dayanarak, fotovoltaik enerji üretimi çevresel veri iletiminin doğruluğunu ve gerçek zamanlı performansını iyileştirmek ve araştırmacılar tarafından izleme verilerinin kapsamlı yönetimini ve analizini kolaylaştırmak için, bu belge Nesnelerin İnterneti teknolojisine ve çok noktalı olabilen ZigBee teknolojisine dayanan gerçek zamanlı bir izleme sistemi tasarlar ve uygular. Fotovoltaik güç istasyonunun sıcaklık, nem, ışık yoğunluğu ve hava basıncı bilgilerini toplayın ve uzaktan gerçek zamanlı izleme yapın.
1 Sisteme genel bakış
Bu sistem iki bölümden oluşur: kablosuz sensör ağı ve uzaktan kumanda merkezi. ZigBee kablosuz sensör ağı, bir ağ geçidi düğümü, birden çok yönlendirici düğümü ve birden çok sensör düğümü [3] içerir. ZigBee protokol spesifikasyonunda, ağ topolojisi yıldız, ağ ve ağaç yapılarını içerir. WSN veri iletiminin güvenilirliğini artırmak ve ağın karmaşıklığını azaltmak için bu tasarım bir ağaç topolojisi kullanır. Uzaktan kumanda merkezi temel olarak Yeelink Nesnelerin İnterneti platformunu ve izleme terminalini içerir Sistem blok şeması Şekil 1'de gösterilmiştir.
Sistem, fotovoltaik güç istasyonu sahasının sıcaklık, nem, ışık yoğunluğu ve basınç bilgilerini sensör düğümü aracılığıyla toplar ve ardından verileri devre işleminden sonra ZigBee modülü aracılığıyla yönlendirme düğümüne iletir; yönlendirme düğümü esas olarak veri iletimini tamamlar ve uzun mesafeli iletişimi gerçekleştirir. Sensör düğümlerinin ve yönlendirme düğümlerinin sayısı, çevresel gereksinimlere göre esnek bir şekilde yapılandırılabilir. Ağ geçidi düğümü, ağın [4] kurulması ve yönetilmesinden ve alınan verileri seri iletişim kullanarak Yeelink platformuna göndermekten sorumludur. İzleme personeli, bir bilgisayar kullanarak veya sahaya gitmeden izleme odasındaki bir mobil izleme terminali aracılığıyla Yeelink platformunda uzaktan oturum açarak sahadaki ortamı doğrudan izleyebilir.
2 düğümlü donanım tasarımı
Düğüm donanım tasarımı, modüler bir tasarım fikrini benimser ve her düğüm, ana kontrol yongası olarak CC2530 yongası ile tasarlanmıştır. Düğüm yapısı esas olarak ZigBee modülü, edinim modülü, LCD ekran modülü, iletişim modülü ve güç modülünü içerir Düğüm donanım yapısı Şekil 2'de gösterilmektedir.
Bu sistemin her düğümünün ZigBee modülü, gelişmiş çip CC2530'un en küçük sistemini seçer.CC2530, veri toplamanın kablosuz iletişimini gerçekleştirmek için sadece ZigBee modülünün çekirdek çipi olarak değil, aynı zamanda kontrol için bir mikro işlemci olarak da kullanılır. Bu sistem, yüksek performanslı bir 2,4 GHz RF alıcı-vericiyi ve düşük güçlü endüstriyel sınıf 8051 mikrodenetleyiciyi [5] entegre eden CC2530F256'yı kullanır; akım tüketimi, alma ve gönderme modlarında 24 mA'dır. Ve 29 mA, özellikle uzun süreli pil güç kaynağı gerektiren ultra düşük güç uygulamaları için uygundur. Düşük güç tüketimi, yüksek entegrasyon, basit donanım tasarımı ve zengin çevre birimi arabirimleri nedeniyle CC2530, kablosuz sensör ağlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu modül, toplanan bilgileri depolamak için bir veri depolama devresi ekler, böylece depolanan içerik, veri aktarımı sırasında veri kaybolduğunda geri alınabilir ve yeniden gönderilebilir. Devresi Şekil 3'teki gibi gösterilmiştir.
2.2 Edinim modülü
Toplama modülü, sensörler aracılığıyla santral sahasının sıcaklık, nem, ışık yoğunluğu ve basınç parametrelerini toplar ve parametre bilgilerinin doğruluğu, bilimsel araştırmacılar için çevresel parametrelerin zamanında elde edilmesinde önemli bir rol oynar. Bu tasarım düşük maliyet, yüksek doğruluk ve iyi kararlılık ilkelerine dayanmaktadır.Dijital sıcaklık ve nem sensörü SHT11, foto direnç 5516 ve yüksek çözünürlüklü dijital hava basınç sensörü MS5611-01BA03 seçilmiştir.Seçilen sensörün teknik parametreleri Tablo 1'de gösterilmiştir.
2.3 LCD ekran modülü
Bu sistemdeki saha terminal düğümünün ve koordinatör düğümünün veri ekranı, sıvı kristal ekran modülü aracılığıyla tarih, saat, sıcaklık değeri, nem değeri, ışık yoğunluğu değeri ve hava basıncı değerinin gerçek zamanlı gösterimini gerçekleştiren ZLE12864A sıvı kristal ekran modülüdür. Bu tasarımda, ekran modülü 3,3 V güç kaynağı kullanır ve ana kontrol çipi [6] ile bir seri iletişim yöntemi kullanır ve sıvı kristal devre kontrol çipi ST7565P'dir. Ekran modülünün pin bağlantıları SCLK CC2530 (P1.5), MOSI CC2530 (P1.6), Pin12 CC2530 (P1.2), Pin13 RST ve Pin14 CC2530 (P0.0) şeklindedir.
2.4 Güç modülü
Güç modülü, sistemin normal çalışmasını sağlamanın anahtarıdır. Sistemin her devresi 3,3 V güç kaynağına ihtiyaç duyduğundan ve her düğüm 5 V kuru pil güç kaynağı kullandığından, LM117 voltaj düzenleyici yongası 5 V voltajı 3,3 V'a dönüştürmek için kullanılır. Güç modülü devre şeması Şekil 4'te gösterilmektedir.
3 sistem yazılımı uygulaması
3.1ZigBee yönlendirme algoritması
Bu tasarım, geliştirilmiş bir Küme-Ağaç yönlendirme algoritması kullanır.Geleneksel Küme-Ağacı algoritmasının yönlendirme tablosunu saklamasına gerek yoktur. Algoritma basittir, ancak paketleri iletmek için yalnızca düğümler arasındaki ana-çocuk ilişkisine dayanır, bu da ortalama gecikme ve atlama sayısını artırır [ 7]. Komşu tablo, geleneksel algoritma temelinde tanıtılmaktadır.Geçerli düğümden hedef düğüme sıçrama sayısının hesaplanması ve komşu düğümden hedef düğüme atlama sayısının karşılaştırılmasıyla, komşu düğüme ve doğrudan hedef düğüm boyunca iki veri iletme yolunda seçilir. Daha tercihen, algoritmanın spesifik akışı Şekil 5'te gösterilmektedir (Ds, kaynak düğümün ağ derinliğidir ve Dd, hedef düğümün ağ derinliğidir). Veri aktarımı sürecinde, geliştirilmiş algoritma, hedef düğüme ulaşana kadar hesaplama için tekrar tekrar kullanılır. Geliştirilmiş Küme-Ağaç algoritması, komşu tabloyu ve düğümler arasındaki atlama sayısını hesaplama mekanizmasını sunar ve az sayıda atlama içeren bir iletim yolunu bulmak için veri paketlerini göndermeden veya iletmeden önce iki tür düğümün atlama sayısını karşılaştırır. Geliştirilmiş algoritma, enerji tüketimini etkili bir şekilde azaltır ve veri aktarım verimliliğini artırır.
3.2 Düğüm yazılım uygulaması
Ağ geçidi düğümü, bir ağaç ağı oluşturmaktan, tüm bilgileri ve talimatları almak, işlemek ve göndermekten sorumlu olan kablosuz sensör ağının çekirdeğidir. Ağ geçidi düğümü sistemi başlatır ve başlatır, ardından uygun bir kanalı tarar ve bir kablosuz sensör ağı oluşturur [8]. Ağ oluşturma başarılı olduktan sonra, düğüm tarafından iletilen verileri almaya başlayın ve Yeelink platformuna gönderin ve ardından düğüme talimatları gönderin.
Sensör düğümü, güç istasyonundaki sıcaklık ve nem, ışık yoğunluğu ve hava basıncı bilgilerinin toplanması ve iletilmesinden sorumludur. Düğüm açıldıktan ve başlatıldıktan sonra, ağ kanalını tarar ve taranan kablosuz ağa katılmayı ister. Ağa başarıyla eriştikten sonra, bilgi toplamaya ve iletmeye başlayın. Toplama düğümü, periyodik bir çalışma moduna ayarlanır ve veri toplamaya gerek yoksa, enerji tüketimini azaltmak için hareketsiz duruma girer.
3.3 Yeelink platform yerleştirme
Nesnelerin İnterneti teknolojisinin hızla gelişmesiyle birlikte, Nesnelerin İnterneti kamu hizmeti platformu, sensör veri bilgilerini depolamak ve yönetmek ve verileri bilgisayarlar ve mobil uygulamalar aracılığıyla gerçek zamanlı olarak kullanıcılara görüntülemek için kademeli olarak kullanılmaktadır. Yeelink, Çin'de yaygın olarak kullanılan bir platformdur. Bu tasarım, veri görüntüleme, depolama ve çevresel kontrolü gerçekleştirmek için Yeeink platformunu kullanır ve Yeelink platformu tarafından sağlanan Yeelink seri bağlantı noktası aracını ve Nesnelerin İnterneti platformuyla iletişim kurmak için ağ bilgisayarının COM2 bağlantı noktasını kullanır.
4 Test ve sonuç analizi
Sistem kurulduktan sonra, bir sistem testi gerçekleştirin Ana test içeriği, sistem ölçümünün doğruluğu, ağ geçidi düğümünün paket alma hızı ve sistem çalışmasının kararlılığıdır. Testin sorunsuz ilerlemesini sağlamak için test laboratuvar ortamını izlemektir; test nesneleri iç ortam hava sıcaklığı, nem, ışık yoğunluğu ve hava basıncıdır; 3 sensör düğümü iç mekana yerleştirilir. Test 11 Mart 2015 tarihinde başlamıştır. Deney ortamının kısıtlamaları nedeniyle sıcaklık, nem ve ışık yoğunluğunu ayarlamak için nemlendiriciler, simüle edilmiş ışık kaynakları ve klimalar kullanılmıştır.
Test ve analiz için sıcaklığı örnek olarak alın.Sensör düğümü SHT11 sıcaklık ve nem sensörünü (doğruluk ± 0,4 , ±% 3,0 bağıl nem) ve karşılaştırma testi Chuanyi'nin taşınabilir sıcaklık ve nem ölçerini (doğruluk ± 0,1 , ± 0,1 Şekil 6'daki sıcaklık karşılaştırma sonuçlarından, sistem tarafından toplanan sıcaklık parametreleri, sıcaklık ve nem sayım değerlerine göre nispeten küçüktür ve sıcaklık hatası, fotovoltaik santrallerin gereksinimlerini karşılayabilecek şekilde ± 0.5 ° C aralığında kalmaktadır.
Şekil 6: Sıcaklık karşılaştırma test eğrisi Karşılaştırma testi sayesinde, sistemin sıcaklık hatasının ± 0.5 içinde ve nem hatasının ±% 1.8 içinde tutulduğunu görebiliriz. Hava basıncı karşılaştırma testi 370 dijital standart barometre kullanır ve hava basıncı farkı yaklaşık ± 1,4 hPa'da tutulur. Düğümler arası mesafe 80 m içinde olduğunda, ağ geçidi düğümünün veri paketi alma oranı% 75'in üzerindedir. Mesafe 80 m'yi aştığında, paket alma oranı önemli ölçüde düşer.Bu nedenle, veri iletiminin güvenilirliğini sağlamak için düğümler arası mesafe 80 m'den fazla değil. Sürekli testlerle, sistem toplanan çevresel parametre bilgilerini zamanında yansıtabilir ve çevresel bilgileri görüntülemek için izleme terminali aracılığıyla Yeelink platformunda uzaktan oturum açabilir.
5 sonuç açıklaması
Fotovoltaik santrallerin çevresel bilgilerini gerçek zamanlı olarak izlemek için, ZigBee'ye dayalı gerçek zamanlı bir çevresel parametre izleme sistemi tasarlanmıştır. Bu sistem, her bir düğüm donanım devresini ve yazılım programını tasarlamak için kontrol çekirdeği olarak CC2530'u kullanır. Aynı zamanda, geliştirilmiş Küme-Ağaç algoritması ağ kaynaklarından tasarruf sağlar ve enerji tüketimini azaltır.Son olarak, esnek ağ bağlantısı, kolay kurulum ve düşük güç tüketimine sahip bir izleme sistemi kurulur ve fotovoltaik güç istasyonunun sıcaklık, nem, aydınlatma ve hava basıncı parametreleri izlenir. Gerçek zamanlı izleme. Testten sonra, toplanan veriler yüksek güvenilirliğe sahiptir, sistem kararlı ve güvenilirdir ve güçlü bir ölçeklenebilirliğe sahiptir.Hava durumu veya diğer veriler, belirli pratik promosyon değerine sahip sisteme bağlanabilir.
Referanslar
1 Hu Yunyan, Zhang Ruiying, Wang Jun. Çin'deki güneş fotovoltaik enerji üretiminin gelişme durumu ve beklentileri J. Journal of Hebei University of Science and Technology, 2014, 35 (1): 69-72.
2 Dai Zhijian, Lin Peijie, Cheng Shuying Güneş enerjisi kaynağına dayalı görüntü elde etme sistemi J. Elektronik Teknolojinin Uygulanması, 2012,38 (10): 41-44.
3 Zigbee Alliance DB / OL. 2013-12-14 2016-10-05 .http: //contech.suv.ac.kr/contech/courses/11h2wsn/095262r 00ZB_rf4ce_scZigBee_RF4CE_Specification_public.pdf
4 Chen Ketao, Zhang Haihui, Zhang Yongmeng, ve diğerleri.Kablosuz sensör ağı için ağ geçidi düğümünün tasarımı CC2530 J. Journal of Northwest Sci-Tech University of Agriculture and Forestry (Natural Science Edition), 2014, 42 (5): 183-188.
[5] Wang Xin, Pan He. ZigBee kablosuz sıcaklık ve nem izleme sistemi CC2530 J. Çin Tarım Makinaları Kimyası Dergisi, 2014,35 (3): 217-220.
[6] Wang Suqing, Wu Chao.CC2530 J. Bilgisayar Ölçümü ve Kontrolüne dayalı çevresel izleme sisteminin tasarımı ve uygulaması, 2015,23 (8): 2650-2653.
[7] Cao Yue, Hu Fangming, Dang Ni ZigBee Ağında Cluter-Tree Optimal Yönlendirme Algoritması Araştırması J. Mikrodenetleyici ve Gömülü Sistem Uygulaması, 2012,12 (10): 4-7.
8 Feng Chenwei, Zhang Lin, Yuan Jiangnan.ZigBee ve Android'e Dayalı Akıllı Uzaktan İzleme Sisteminin Tasarımı J. Televizyon Teknolojisi, 2015,39 (20): 38-42.
