本实用新型涉及光伏矩阵的研究领域，特别涉及一种基于GSM和单片机的光伏矩阵自动故障检测和信息采集系统。
背景技术：
GSM(Global System for Mobile Communication)是由欧洲电信标准组织制订的一个数字移动通信标准，是一种无线数字蜂窝通信系统的网络规范。它定义了建设GSM网络以及提供通信服务的各种规范标准，GSM移动通信网通常使用的频率有900MHz，1800MHz，1900MHz，其中我国的GSM移动通信网是在900MHz， 1800MHz频率上。GSM网络能够提供语音、短信(SMS)等通信业务，其中短信 (SMS)业务功能因网络覆盖范围广、开发成本低、可靠性和稳定性好等优点，适合于设计和开发无线通信系统，可将GSM SMS技术用于企业能源管理信息采集系统的设计开发中，实时把采集到的能耗数据以短信的形式发送到企业管理者的手机上，实现在任何地点、任何时候可以获取到能耗信息。
GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的简称，它是基于现有的GSM系统上发展出来的一种新的无线分组交换技术。GPRS采用分组交换技术，具有接入时间短、数据传输速率高、开销低等优点。目前，在Internet 网络上的业务均可通过GPRS网络上实现。GPRS网络跟GSM网络一样也是工作于三个频段：900MHz，1800MHz和1900MHz。
GPRS的核心网络层采用IP技术，底层可使用多种传输技术，可以很方便地与Internet IP网无缝连接。GSM/GPRS无线通信模块接入GPRS网络时动态获得 IP地址。GSM/GPRS无线通信模块以IP地址接入的方式连接到Internet网络， GSM/GPRS无线通信模块的IP地址在每次连接Internet网络时都是动态变化的，登陆到Internet网络后自动连接到服务器，并向服务器报告自身的IP地址，以保持通信链路的连接。服务器必须连接到Internet网络上并拥有一个固定的公网IP地址，如果服务器连接到的是内网，则应该需要将内网IP映射到外网 IP，以便GSM/GPRS无线通信模块可以在登陆GPRS网络后通过该IP找到服务器。通信链路建立和系统连接到网络后，GSM/GPRS无线通信模块向网关发送的数据会通过GPRS网络连接到Internet发送到服务器的IP地址上，服务器向GSM/GPRS 无线通信模块发送的数据也会根据IP地址发送到GSM/GPRS无线通信模块上。
GPRS技术具有接入迅速、永远在线、流量计费等特点，在远程突发性数据实时传输中有很大的优势，特别适合于频繁的、小数据量的实时传输，这使得 GPRS技术在自动化监控和数据采集领域上有很好的应用。在系统中应用GPRS技术，GSM/GPRS无线通信模块用以接入GPRS网络，然后配备相关处理器以及外围设备。GPRS网络和业务由通信运营商提供，通信时只需连接到运营商的GPRS网络上就可以了。GPRS网络信号遍布全国各地，因此采用GPRS技术的采集节点可以分布在全国各地，远程服务器与采集节点之间无距离限制，特别适合远距离传输，将GPRS技术应用到企业能源管理信息采集系统中，能全面提高企业能源管理数字化、信息化、自动化水平。
常见的光伏矩阵电池板检测需要人工的检测，或是大规模的数据实时采集，然后集中式的数据故障分析。一方面人工的检测，耗费太多的时间，很大程度上影响了发电的效率。另一种的集中式的数据采集，统一处理会使得电站采集大量的太阳能电池实时信息，耗费大量的资源。
技术实现要素：
本实用新型的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于 GSM和单片机的光伏矩阵自动故障检测和信息采集系统，采用两种模式的控制，可以让电站管理运维团队合理的切换模式，并且能够自动检测出故障太阳能电池板位置。
为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
本发明基于GSM和单片机的光伏矩阵自动故障检测和信息采集系统，包括主单片机、多个从单片机阵列以及DSP；每个从单片机阵列包括多个从单片机，多个单片机阵列中的每个单片机均通过RS485总线与主单片机连接，所述DSP 通过RS232总线与主单片机连接；所述主单片机连接一GSM模块，每个从单片机也分别连接一GSM模块和多个串联连接的太阳能电池板，所述DSP与每个单片机阵列均连接，DSP与每个单片机阵列之间设有一继电器；所述主单片机与每个单片机阵列之间均设有一继电器。
作为优选的技术方案，所述主单片机采用STC12C5a60s2单片机。
作为优选的技术方案，所述GSM模块采用内嵌TCP/IP协议栈的SIM900A 模块，所述主单片机通过AT指令对SIM900A模块进行控制。
作为优选的技术方案，每个从单片机还连接有AD转换器，所述AD转换器采用ADC0809C。
作为优选的技术方案，所述多个从单片机阵列中的每个从单片机均采用 12C5A60S2微处理器。
作为优选的技术方案，所述从单片机连接有多个GSM/GPRS网络连接信号灯。
作为优选的技术方案，所述主单片机机的D0口和D口还连接有LCD芯片。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本实用新型基于GSM SMS、GPRS技术和单片机系统的光伏矩阵故障智能检测和信息采集系统设计，一方面可以在发现矩阵异常后，自动启动，完成故障查找，及时回馈给管理人员。
2、本实用新型可以实现实时准确地获取各个太阳能电池板的数据信息，对于以后的数据积累和分析具有重要作用，这样的工作模式可以有效的减少电站的能耗，实现节能减排
附图说明
图1是本实用新型系统的结构示意图；
图2是本实用新型系统的电路原理图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，本实施例基于GSM和单片机的光伏矩阵自动故障检测和信息采集系统，其特征在于，包括主单片机、多个从单片机阵列以及DSP；每个从单片机阵列包括多个从单片机，多个单片机阵列中的每个单片机均通过RS485 总线与主单片机连接，所述DSP通过RS232总线与主单片机连接；所述主单片机连接一GSM模块，每个从单片机也分别连接一GSM模块和多个串联连接的太阳能电池板，所述DSP与每个单片机阵列均连接，DSP与每个单片机阵列之间设有一继电器；所述主单片机与每个单片机阵列之间均设有一继电器。
如图2所示，在本实施例中，所述主单片机采用STC12C5a60s2单片机，所述GSM模块采用内嵌TCP/IP协议栈的SIM900A模块，所述主单片机通过AT 指令对SIM900A模块进行控制。所述多个从单片机阵列中的每个从单片机均采用12C5A60S2微处理器。
本实施例是把太阳能电池板先串联，然后再并联。
第一种模式(自动故障检测)：当DSP检测到故障时，导通主单片机单片机 P0口来控制导通对应的从单片机(即导通对应继电器上电)，并且主单片机会发送表示模式(模式一)信号的序列号给该列从单片机(主单片机将模式序列号通过主单片机上的RXD,TXD传递给SN75176AD，进行TTL到RS485的转化后，便于远距离的传输。在从单片机接收给信号前，会通过RS485AD转化为 TTL电平。最后从单片机接收到该模式的序列号)，当从单片机接收到该序列后，会在从单片机内部判断。通过ADC0809c芯片来获取4个太阳能电池板的电流和电压信息(转化成8位二制)。而芯片SN7474N是作为锁存器配合从单片机的P20,P21,P22接口来选择ADC0809c芯片将哪一个太阳能电池板的电流或电压信息(以八位二进制的形式)通过D0～D7口传输给从单片机。当从单片机通过 P00～P07接口接收到信息以后，会在内部进行算法的运算，比较出异常的太阳能电池板，并将异常的太阳能电池板的序号，通过从单片机上的RXD,TXD传递给 SN75176AD，进行TTL到RS485的转化后，便于远距离的传输。在主单片机接收给信号前，会通过RS485AD转化为TTL电平。最后主单片机接收到该故障的序列号，通过LCD1602液晶屏显示出来。
第二种模式，当我们需要获取所有太阳能电池板的信息时，导通主单片机单片机P0口来控制导通对应的从单片机(即导通对应继电器上电)，并且主单片机会发送表示模式(模式二)信号的序列号给该列从单片机(主单片机将模式序列号通过主单片机上的RXD,TXD传递给SN75176AD，进行TTL到RS485 的转化后，便于远距离的传输。在从单片机接收给信号前，会通过RS485AD转化为TTL电平。最后从单片机接收到该模式的序列号)，当从单片机接收到该序列后，识别为模式二，通过ADC0809c芯片来获取4个太阳能电池板的电流和电压信息(转化成8位二进制)。而芯片SN7474N是作为锁存器配合从单片机的P20,P21,P22接口来选择ADC0809c芯片将哪一个太阳能电池板的电流或电压信息(以八位二进制的形式)通过D0～D7口传输给从单片机。当从单片机通过 P00～P07接口接收到信息以后，通过从单片机(12C5A60S2)的P11、P12口连接GSM模块的RXD2，TXD2将太阳电池板对应的电流电压信息传给GSM模块，并由GSM模块进行远端的发送。
通常在一个光伏发电系统，都有专门的逆变控制电路，很大一部分系统是基于DSP的控制，实现逆变升压。首先传统的DSP将收集电流和电压信息，这样一来，只要在DSP的芯片中完成初级的故障检测，控制相应的主单片机上电。这样DSP会把相应的表示故障的代码传递给主单片机，实现自动故障检测。然而，有一些光伏电站需要实时的采集太阳能电池板在不同环境状态下的各项信息，以便于实时监控和后期的电站管理。这种模式下，DSP只要导通另一个控制所有从单片机(从单片机)的继电器，就可以实现实时的数据采集。
这两种模式是可以控制的，使得电站管理者更加灵活的选择工作模式。
太阳能光伏阵列支路故障判定原理：在光伏发电系统中具有MPPT功能，光伏阵列工作在最大功率状态下，若发生短路故障，相当于阵列的光伏电池将减少，也会导致输出电流的减小；若发生开路故障，故障支路输出的电流将为零；若发生热斑现象，则是由于其中某些电池成为负载消耗其他电池的输出功率引起，那么故障支路的输出电流也将减小。由此可以得出，当某条支路的输出电流小于其他支路的输出电流时，可以判定此支路发生故障。故障支路中故障点的判定原理：由于故障支路的输出电流减小，对于正常的光伏组件，其输出的电流也就减小了，根据光伏电池的等效电路我们可以得知，光伏电池流过二极管和旁路电阻的电流将增大，这使得无故障的光伏电池电压升高。
因此，在系统中，只需要判断采集的太阳能电池板的电压即可，根据以上图1，由于ADC0809c能采集8电压。由于系统需要在第二种模式的状态下反馈太阳能电池的实时信息。因此，加入了通过霍尔电流传感器采集电流值。因而在判断时，可以判断从单片机1的4个太阳能电池板的故障情况。即电压小的比较明显的，就是出现故障的太阳能电池板，返回故障坐标代码。之所以在从单片机1之后，要加上前一个从单片机的所采集的一块太阳能电池板的信息。因为是内部比较，假如该从单片机所采集的所有的太阳能电池板都出现了故障，那么所有的电压都降低，那么该从单片机就无法通过所采集的几个太阳能电池板的电压比较判断是否出现故障了。在从单片机1之后，从单片机2开始，采集时加上前面从单片机的某个太阳能电池板的电压信息，就能解决这一问题了。
下面对本发明的硬件系统部分做进一步的描述：
㈠GSM模块
GSM模块在本系统的开发中主要实现连接GPRS网络通过Internet与服务器建立TCP/IP连接，数据信息的实时采集与故障信息的传输。对于GSM/GPRS 无线通信模块的选取，本系统采用内嵌TCP/IP协议栈的SIM900A模块。该模块非常适合于数据的远程无线传输，12C5A60S2微处理器通过AT指令对 SIM900A模块进行操作控制。
系统的硬件要根据系统功能要求和工作原理来进行设计。在系统中，单片机12c5a60s2和芯片ADC0809c完成对太阳能电池板的电压和电流数据采集。如果工作在自动故障检查模式下，从单片机的GSM模块不启动，主单片机的GSM 模块会把故障信息代码，通过串口传输给GSM/GPRS无线通信模块通信，根据 12C5A60S2微处理器建立TCP/IP连接把数据发送出去。如果工作在实时采集模式下，主单片机发送代码，把指定的列上从单片机采集的电压电流信息通过GSM 模块发送到远端服务器。在本设计中，根据电站管理者的需求，可以对实现对指定继电器的控制，完成对电站对应列或者所有太阳能电池板信息的实时采集。硬件设计将围绕这些功能的实现来进行。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。