一种基于6LoWPAN的光伏汇流箱监测系统的制作方法

文档序号:20867557发布日期:2020-05-22 22:04阅读:450来源:国知局
一种基于6LoWPAN的光伏汇流箱监测系统的制作方法

本实用新型属于光伏汇流箱监测技术领域,尤其涉及一种基于6lowpan的光伏汇流箱监测系统。



背景技术:

大型光伏电站系统中,直流汇流箱是最基本的发电单位,其运行稳定程度是整个电站发电量效率的关键指标之一。传统的有线汇流箱监测系统需预先铺设电缆,后期维护成本大、扩展性差,而且光伏电站存在着很强的共模干扰,极大影响了有线通信的稳定性。

传统汇流箱监测系统布线复杂、可扩展性差和成本高等缺点。6lowpan(ipv6lowpowerwirelesspersonalareanetwork)致力于将ieee802.15.4与ipv6结合起来实现无线传感网络与ip网络的无缝连接。6lowpan在欧美一些发达国家已经得到了非常广泛的应用,美国国家电网公司将6lowpan制定为美国国家电网标准规范,思科、德州仪器等知名企业相继推出了相应的硬件平台。在无线传感网络领域的开源操作系统中,最著名的contiki、tinyos已经实现了对6lowpan技术的支持。



技术实现要素:

本实用新型所要解决的技术问题是针对传统汇流箱监测系统布线复杂、可扩展性差和成本高等缺点,提供一种基于6lowpan无线网络技术的光伏汇流箱监测系统,该系统具有组网灵活、成本低、功耗小和通信稳定等特点,实现了汇流箱电能参数的无线采集。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案:

一种基于6lowpan的光伏汇流箱监测系统,包含由多个监测节点构成的无线传感器网络、汇聚节点和监控终端,所述监测节点通过以太网与汇聚节点连接,所述汇聚节点通过以太网连接监控终端;所述监测节点包含cc2530模块、电源模块、开关量监测模块、电压电流采集模块、以太网模块、按键电路模块、时钟电路模块、jtag调试接口模块、485通信接口、usart接口模块;所述电源模块、开关量监测模块、电压电流采集模块、以太网模块、按键电路模块、时钟电路模块、jtag调试接口模块、485通信接口、usart接口模块分别与cc2530模块端口连接。

作为本实用新型一种基于6lowpan的光伏汇流箱监测系统的进一步优选方案,所述电源模块包含pv光伏组件和供电转换电路,所述pv光伏组件通过供电转换电路连接cc2530模块。

作为本实用新型一种基于6lowpan的光伏汇流箱监测系统的进一步优选方案,所述供电转换电路包含dc12v电压输入端、第一二极管、第一电容、第二电容、lm2576s-5.0电源芯片、第二二极管、第一电感、第三电容、5v电压输出端、5v电压输入端、第四电容、tps7a7001电源芯片、第一电阻、第二电阻、第五电容和3.3v电压输出端;

所述dc12v电压输入端分别连接第一二极管的负极、第一电容的一端、第二电容的一端和lm2576s-5.0电源芯片的vin端,第一二极管的另一端分别与第一电容的另一端、第二电容的另一端、lm2576s-5.0电源芯片的en#端、lm2576s-5.0电源芯片的gnd端、第二二极管的正极、第三电容的一端连接并接地;所述第二二极管的负极分别连接lm2576s-5.0电源芯片的vout端和第一电感的一端,第一电感的另一端分别与第三电容的另一端、lm2576s-5.0电源芯片的fb端、5v输出端连接;

所述5v输入端分别与第四电容的一端、tps7a7001电源芯片的en端和tps7a7001电源芯片的in端,第四电容的另一端接地,tps7a7001电源芯片的gnd端与第一电阻的一端连接,第一电阻的另一端分别与第二电阻的一端和tps7a7001电源芯片的fb端,第二电阻的另一端分别与第五电容的一端、tps7a7001电源芯片的out端、3.3v输出端,所述第五电容的另一端接地。

作为本实用新型一种基于6lowpan的光伏汇流箱监测系统的进一步优选方案,所述电压电流采集模块包含霍尔电流传感器和霍尔电压传感器,所述霍尔电流传感器采用南京信瑞谱传感技术有限公司chcs-lsp3-10a系列,所述霍尔电压传感器采用南京信瑞谱传感技术有限公司的chvs-as3.3系列,其测量范围分别为0~20a和0~1500v。

作为本实用新型一种基于6lowpan的光伏汇流箱监测系统的进一步优选方案,所述cc2530模块包含8051cpu单元和射频收发机。

作为本实用新型一种基于6lowpan的光伏汇流箱监测系统的进一步优选方案,所述汇聚节点包含wifi模块、sd卡、微处理器模块、zigbee芯片和射频电路模块,所述wifi模块、sd卡分别与微处理器模块连接,所述微处理器模块通过zigbee芯片连接射频电路模块本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比,具有以下技术效果:

1、本实用新型针对传统汇流箱监测系统布线复杂、可扩展性差和成本高等缺点,提供一种基于6lowpan无线网络技术的光伏汇流箱监测系统,该系统具有组网灵活、成本低、功耗小和通信稳定等特点,实现了汇流箱电能参数的无线采集;

2、本实用新型以ti公司的cc2530作为硬件核心平台,实用新型了一套基于6lowpan无线传感网络技术的光伏汇流箱监测系统,该汇流箱监测系统具有免布线、低成本和人机交互流畅等优点;搭建了一个包含5个监测节点、1个边界网关和一台pc服务器的测试网络;该6lowpan监测系统实现了对汇流箱电能参数的实时监测和管理,其可靠性和稳定性能够满足光伏汇流箱监测系统的要求,具有较高应用价值。

附图说明

图1是本实用新型的整体系统结构原理图;

图2是本实用新型监测节点的结构原理图;

图3是本实用新型供电转换电路的电路图;

图4是本实用新型汇聚节点的结构原理图。

其中,1-监测节点,2-无线传感器网络。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明:

一种基于6lowpan的光伏汇流箱监测系统,如图1所示,包含由多个监测节点1构成的无线传感器网络2、汇聚节点和监控终端,所述监测节点1通过以太网与汇聚节点连接,所述汇聚节点通过以太网连接监控终端;

如图2所示,所述监测节点1包含cc2530模块、电源模块、开关量监测模块、电压电流采集模块、以太网模块、按键电路模块、时钟电路模块、jtag调试接口模块、485通信接口、usart接口模块;所述电源模块、开关量监测模块、电压电流采集模块、以太网模块、按键电路模块、时钟电路模块、jtag调试接口模块、485通信接口、usart接口模块分别与cc2530模块端口连接。所述电源模块包含pv光伏组件和供电转换电路,所述pv光伏组件通过供电转换电路连接cc2530模块。

所述电压电流采集模块包含霍尔电流传感器和霍尔电压传感器,所述霍尔电流传感器采用南京信瑞谱传感技术有限公司chcs-lsp3-10a系列,所述霍尔电压传感器采用南京信瑞谱传感技术有限公司的chvs-as3.3系列,其测量范围分别为0~20a和0~1500v。

所述cc2530模块包含8051cpu单元和射频收发机。

如图4所示,所述汇聚节点包含wifi模块、sd卡、微处理器模块、zigbee芯片和射频电路模块,所述wifi模块、sd卡分别与微处理器模块连接,所述微处理器模块通过zigbee芯片连接射频电路模块。

具体实施例如下:

本实用新型基于6lowpan的光伏汇流箱监测系统总体架构,按照标准物联网系统的三层架构设计,分为传感层、传输层及应用层。其中,传感层负责基于6lowpan技术组成一个无线传感网络,实现对汇流箱内的电压、电流参数和一些开关量的采集和上传,并通过用户协议以标准的ip数据包格式上传给监测平台。其中边界网关主要负责管理整个无线传感网络,保证传感网络与外界ip网络正常通信。

传输层采用传统有线以太网方式传输。考虑到建立tcp传输方式“三次握手”连接对节点的开销较大,不适合用于传感网络6lowpan这种低速无线传感网络,并且汇流监测系统是辅助系统,对丢包率的要求并不严苛,少量丢包并不会影响整个汇流箱内数据的监测,因此传输层采用udp传输协议。

应用层主要是设计上位机监测平台,实现汇流箱电能参数的实时显示、存储、查询,以及汇流箱设备的信息记录等功能。

监测节点硬件平台主要包含cc2530模块、电源模块、开关量监测模块、电压电流采集模块、串口调试模块以及常规外围电路。监测节点硬件结构如图2所示。

其中,电源模块:

监测节点采用pv光伏组件自主供电,汇流箱输出电压可达200v~1000v,而主控芯片和其他外围电路电压为3.3v和5v,因此选用pt15-500s12光伏专用电源模块,将汇流箱输出电压转换为dc12v,并通过lm2576s-5.0和tps7a7001电源芯片将12v电压依次压降到5v和3.3v。

供电转换电路如图3所示所述供电转换电路包含dc12v电压输入端、第一二极管、第一电容、第二电容、lm2576s-5.0电源芯片、第二二极管、第一电感、第三电容、5v电压输出端、5v电压输入端、第四电容、tps7a7001电源芯片、第一电阻、第二电阻、第五电容和3.3v电压输出端;

所述dc12v电压输入端分别连接第一二极管的负极、第一电容的一端、第二电容的一端和lm2576s-5.0电源芯片的vin端,第一二极管的另一端分别与第一电容的另一端、第二电容的另一端、lm2576s-5.0电源芯片的en#端、lm2576s-5.0电源芯片的gnd端、第二二极管的正极、第三电容的一端连接并接地;所述第二二极管的负极分别连接lm2576s-5.0电源芯片的vout端和第一电感的一端,第一电感的另一端分别与第三电容的另一端、lm2576s-5.0电源芯片的fb端、5v输出端连接;

所述5v输入端分别与第四电容的一端、tps7a7001电源芯片的en端和tps7a7001电源芯片的in端,第四电容的另一端接地,tps7a7001电源芯片的gnd端与第一电阻的一端连接,第一电阻的另一端分别与第二电阻的一端和tps7a7001电源芯片的fb端,第二电阻的另一端分别与第五电容的一端、tps7a7001电源芯片的out端、3.3v输出端,所述第五电容的另一端接地。

电压电流采集模块:

本实用新型所选霍尔电流、电压传感器分别为南京信瑞谱传感技术有限公司chcs-lsp3-10a系列和chvs-as3.3系列,其测量范围分别为0~20a和0~1500v。电流、电压信号经由霍尔传感器输出0~3.3v电压信号,通过一个rc滤波器和电压跟随器输出待采集的模拟信号。

开关量监测模块:开关量的监测对象包括防雷器的失效状态以及断路器的开关状态。防雷器的遥信端口、断路器状态信号线经光耦器件tlp521隔离后与主芯片相连,正常情况下防雷器的遥信端口、断路器状态信号均为低电平,光耦输出高电平;当防雷器感应雷击、受损或者断路器开断时,光耦输出高电平。

6lowpan边界网关是连接6lowpan传感网络与ip网络的桥梁,是6lowpan网络的核心。本实用新型所设计的边界网关仅负责对6lowpan报文和以太网报文的相互转换。边界网关仅需承载数十个监测节点,对数据的存储也并没有较高要求。综合考虑性能和成本,边界网关采用与监测节点基本相同的硬件结构,不同之处在于去掉了数据采集电路,增加了以太网模块。其中以太网模块采用集成mac和phy的enc28j60网络芯片以及网络变压器hr911105a。本实用新型以cc2530为硬件核心的6lowpan无线传感网络光伏汇流箱监测系统。系统网络层次简单,且具备与ip网络良好的兼容性。基于contiki2.6网络协议栈完成了边界网关的设计,实现了传感网络与ip网络相互通信。本实用新型的6lowpan监测系统对数据的稳定传输、实时显示和管理功能,满足实际汇流箱监测系统要求,具有较高应用价值。

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