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1、摘要 近年来由于人们对能源短缺、环境污染问题的日益关注，太阳能的应用与普及越来越受到人们的重视，应用领域也越来越广泛,这也使得光伏产业在近些年发展较为迅猛。本设计针对光伏电站的现状,应用计算机技术、网络通信技术等相关技术,研究开发了一套以现场总线为骨干的太阳能光伏电站监控系统。该系统能够同时实现本地监控和远程监控功能,具有实时性好、功能全面等特点,具有很强的工程实用价值。 本设计首先介绍了光伏发电技术及其监控系统的研究现状,阐述了光伏电站监控系统的组成和功能。根据实际应用的需求,选取了 AVR ATmega系列单片机作为该系统的控制器,进行了系统的软硬件的设计,实现了对光伏电站运行状态的实时监
2、控,具有参数显示和设置等功能。 其次,通过比较目前常用的远程通信方式,选用了 GPRS无线通信方式来实现监控系统远程通信功能。并结合GPRS无线通信方式的优点,详细阐述了系统是如何利用GPRS无线通信技术构建数据通信链路与实现数据远程传输的。 最后,分别给出了基于MCGS的本地监控和基于WEB的远程监控人机界面设计,并详细给出了单片机与本地上位机的通信协议Modbus-RTU。本监控系统是通过多重窗体程序来实现人机界面的,通过不同的窗体可以实现电站的运行状态的实时显示和参数设定等功能。 在实验室搭建了系统测试平台,进行了模拟调试,达到了设计的预期效果。此系统已经在实际的工程中得到应用。关键词:
3、光伏电站;远程监控;单片机;GPRS;现场总线Abstract Energy is the basis for human survival. Nowadays, energy crisis is increasingly serious. Solar energy, as an inexhaustible supply, is clean and renewable. It has been paid more and more attention. Therefore, using photovoltaic effect to convert solar power to electric
4、ity is one of the important methods to solve the current crisis. In this thesis, the PV power plant monitoring system is researched and designed based on fieldbus by using computer technology, network communication technology and related technologies. The system is able to achieve local and remote m
5、onitoring, and is very practical for its multiple functions and performance of real-time. Firstly, the research status of photovoltaic technology and its monitoring system was introduced in the thesis, and then the composition and function of the PV power plant monitoring system was described. Accor
6、ding to the needs of practical application, AVR ATmega series microcontrollers were selected as the system controller in the thesis. The hardware design and software design for the controller were mainly studied, they could achieve real-time data acquisition, data and state display, parameter settin
7、g etc al. Secondly, by comparing with the current commonly used remote means of communication, GPRS wireless communication was chosen to achieve the remote communication, and how to use GPRS to build a data communication link and achieve remote data transmission was described in detail by combining
8、the advantages of GPRS.Finally, the thesis gave the human-machine interface design based on MCGS and WEB respectively, and communication principle Modbus-RTU between the single-chip microcomputer and host computer. The human-machine interface was achieved through multiple forms program. The monitori
9、ng system achieved real-time displaying and parameter settings and other functions in different forms.In the laboratory, the hardware test platform was built. And by testing and debugging the system, it achieved the expected effect. In addition, this system has been applied in practical engineering.
10、KEYWORDS: PV power plant; Remote monitoring; Microcontroller; GPRS; Fieldbus目录摘要IAbstractII1绪论11.1 课题研究的背景11.1.1 全球能源与环境问题11.1.2 太阳能光伏发电产业的发展背景21.2 选题依据31.2.1光伏电站监控系统的发展现状及趋势31.2.2 光伏电站实现远程监控的重要意义42光伏电站监控系统设计的内容与要求52.1光伏电站监控系统设计的主要内容52.2光伏电站监控系统设计的主要功能72.3光伏电站监控系统的主要技术指标82.4课题的主要研究内容83光伏电站监控系统方案设计10
11、3.1光伏电站监控系统设计方案选择103.2系统的原理与组成133.2.1太阳能光伏发电系统的工作原理133.2.2系统原理框图153.2.3详细说明184光伏电站监控系统的硬件设计194.1核心芯片的选择194.2电源电路设计214.3实时时钟电路设计224.4 串行接口与数据通信设计234.4.1 I/O扩展234.4.2 RS-485接口电路设计274.4.3 RS-232接口电路设计284.5 数据采集电路的设计314.5.1温度采集电路的设计314.5.2风速风向采集电路的设计324.5.3辐照采集电路的设计344.6 数据存储354.7 LCD接口电路设计374.8 JTAG调试接
12、口设计385光伏电站控制系统的软件设计405.1系统软件需求分析405.2软件流程图415.3流程图分析与说明435.3.1数据采集程序设计435.3.2 显示子程序445.3.3中断程序设计456 上位组态监控界面设计486.1 MCGS组态软件概述486.2 组态过程和界面设计506.2.1 组态思想506.2.2 组态界面设计527通讯方案设计597.1远程通信方式的的选择597.2 GPRS网络在光伏监控系统中的实现627.2.1监控系统通信数据链路的组成627.2.2 GPRS模块的选择637.2.3 GPRS模块功能的实现637.2.4 光伏监控系统通信链路的构建658结论66参考
13、文献68外文原文和译文71致谢87附录1：元器件明细表88附录2：程序清单89 I1绪论1.1 课题研究的背景 1.1.1 全球能源与环境问题随着人类社会的高速发展步入到 21 世纪，全世界都面临着人口膨胀、环境恶化、资源枯竭三大社会压力。人类社会正在以自人类产生以来从未有过的空速度消耗着地球上有限的常规化石能源。如何在不牺牲后代生存环境、经济资源为条件的基础上继续发展我们的社会，这是一个值得我们深思的可持续发展战略问题。 地球上的常规化石能源主要是煤、石油、天然气等。这些能源都是地球上数十亿年前植物和海洋生物不断生息沉淀下来的，是自地球产生以来由太阳能转化而来并存储在地下的，它们都是存储量有
14、限、不可再生的化石能源。人类发展开发煤、石油、天然气这些化石能源的历史不过二三百年，却已将地球上已有的有限化石能源几乎消耗殆尽。 太阳能作为一种可再生能源，每天能够到达地球表面的能量相当于几百万桶石油燃烧的能量，开发和利用这些丰富的太阳能，对环境产生很少的污染，使得太阳能成为近期急需的能源补充和未来能源结构的基础。此外，由于世界人口居住地大多比较集中，每个国家的电力发展水平也不一样。就我国而言，在中西部等偏远的山村和牧区等地方，仍然居住着大量的人口，而这些地方恰恰是电网还没有普及的区域，因此该地区人们的日常生活用电受到了一定的制约，然而这些地区的太阳能等自然资源却非常丰富。为解决目前能源紧张的
15、问题以及那些远离市区或居住偏远地区人们的生活用电的需求，世界各国都在纷纷努力使用各种清洁能源。节约能源、发展清洁干净的新能源和可再生能源是势在必行的。 在当今油、碳等能源短缺的现状下，各国都加紧了发展光伏的步伐。美国参议院在2008 年 9 月 16 日通过了一系列减税计划，将光伏产业的减税政策延续 26 年。美国进一步提出“太阳能先导计划”，使太阳能发电以低成本的优势在 2015 年达到商业化竞争的水平；“太阳能发电普及行动计划”由日本政府在 2008 年 11 月发布，此次计划确定了光伏电池的价格在 35 年后降至目前的 50%左右，光伏发电量在 2030 年达到 2005 年的 40 倍。欧洲光伏协会提出了“setfor2020”规划，规划在 2020 年让光伏发电做到商业化竞争。在发展低碳经济的大背景下，各国政府对光伏发电的认可度逐渐提高。 我国的太阳能资源十分丰富，全国有2/3以上的地区，年日照时数在2000h 以上。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的能源，合理利用太阳能资源对解决无电或缺电的偏
