专利名称：光伏电站的无线传感器网络装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能光伏电站技术领域，特别是光伏电站的无线传感器网 络系统。
背景技术：
随着光伏发电技术越来越广泛的应用，己有大量的光伏系统投入运行。 太阳能光伏阵列在运行过程中，标准矩形电池板的局部故障，特别是电池板 的开路、短路或性能下降，会使整个供电系统输出电压或功率有明显的下降。 严重时会发生连锁反应，从而破坏整个系统的工作。实际应用中由于组件封 装工艺等原因，当光伏组件运行八至十年后，局部区域因为气孔的渗入或扩 散而老化，使得组件中的部分电池损坏，影响系统输出。因此，在大功率光 伏发电系统中对光伏阵列进行实时有效的故障在线分析与诊断显得十分重 要。我国最近几年太阳能光伏技术的快速发展，较多的太阳能光伏电站投入 运行，运行初期此问题不是很明显，随着若干年的运行，此问题将更突出。 通过对太阳能光伏电站低成本无线传感器网络设计和开发，为光伏电站的故 障诊断提供大量的内部实时信息，可以解决因大量测点的存在而出现电缆成 本高和施工困难问题，可以解决光伏电站中光伏阵列中电气参数监测的灵敏 度低和定位困难问题。在获取组件信息的基础上，通过对光伏组件的特性的 实时检测、历史存储、统计和推理，从而能够精确诊断和定位，防止故障的 进一步扩大，提高光伏电站供电的可靠性和供电质量具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是为太阳能光伏电站配套一种能及时反馈各太阳能光伏 组件各工作环境、状态信息的无线传感器网络装置。
4本发明包括一只网络协调器、若干路由节点、若干组件传感器节点和一 个环境传感器节点，其中一个路由节点与网络协调器之间设置无线信号传送 装置，所述各组件传感器节点分别与一路由节点之间设置无线信号传输装 置，各路由节点之间设置无线信号收发装置，所述环境传感器节点与所述路 由节点中的一个之间设置无线信号传输装置。
本发明将各光伏组件的信息由各组件传感器节点传送至路由节点，各路 由节点汇集至网络协调器，同时还将环境传感器节点采集的环境信息由路由
节点传送至网络协调器，再由网络协调器实现数据信息和internet的接口 ， 人们就可以及时了解各光伏组件工作、环境信息，通过对光伏组件的特性的 实时检测、历史存储、统计和分析，能够精确诊断和定位，防止故障的进一 步扩大，提高光伏电站供电的可靠性和供电质量，本发明可提高光伏电站的 精度和抗干扰能力，实现光伏电站超低功耗和稳定地工作。
本发明所述网络协调器包括无线射频芯片电路、微控制器、以太网控制 器、以太网接口电路、SRAM存储器、FLASH存储器、JTAG接口电路、 电源和复位电路，所述以太网接口电路通过以太网控制器与微控制器连接， 所述无线射频芯片电路、SRAM存储器、FLASH存储器、JTAG接口电路、 电源和复位电路分别与微控制器连接；所述无线射频芯片电路包括JN5139 无线控制芯片，微控制器的型号为LPC2210。
本发明所述组件传感器节点包括JN5139无线微控制器，以及分别与所 述无线微控制器连接的旁路二极管电流采样电路、光伏组件电压采样电路、 光伏组件电流采样电路、DS1302时钟芯片、无线芯片的天线、无线芯片的 编程接口电路和节点工作电源电路。
本发明上述旁路二极管电流采样电路中采用0.01欧姆的锰铜丝电阻， 取样电流由集成运放器OP07和外围电路组成的差动放大器进行信号放大。
本发明上述光伏组件电流采样电路中采用霍尔直流电流传感器TBC10SY。
本发明上述光伏组件电压采样电路中采用分压电阻取样。 本发明所述环境传感器节点包括JN5139无线控制器，以及分别与 JN5139无线控制器连接的光伏电站照度采样电路、光伏电站温度采样电路、 光伏电站湿度采样电路、DS1302时钟芯片、无线芯片的天线、无线芯片的 编程接口电路和节点工作电源电路。
上述光伏电站照度采样电路中采用TSL2561集成芯片。 上述光伏电站湿度采样电路中采用SHT11集成芯片。
图1为本发明数据传送流框图。
图2为本发明网络协调器结构框图。
图3为本发明组件传感器节点结构框图。
图4为本发明环境传感器节点结构框图。
图5为本发明组件传感器节点原理图。
图6为环境传感器节点原理图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明主要由一组网络协调器D、若干路由节点A、若干 组件传感器节点C、 一个环境传感器节点B和internet的接口电路组成，其 中一个路由节点A与网络协调器D之间设置无线信号传送装置，各组件传 感器节点C分别与一路由节点A之间设置无线信号传输装置，各路由节点 A之间设置无线信号收发装置，环境传感器节点B与路由节点A中的一个 之间设置无线信号传输装置。
如图2所示，网络协调器主要由无线射频芯片电路1、 LPC2210微控制 器2、以太网控制器3、以太网接口电路4、 SRAM存储器5、 FLASH存储 器6、 JTAG接口电路7、电源和复位电路8组成。无线射频芯片电路1由JN5139无线控制芯片制成。
以太网接口电路4通过以太网控制器3与微控制器2连接，无线射频芯 片电路l、 SRAM存储器5、 FLASH存储器6、 JTAG拦口电路7、电源和 复位电路8分别与微控制器2连接。
无线射频芯片电路1接收来自传感器节点的信息，经过无线射频芯片电 路1处理的信息传送给微控制器2，同时将信息存储到SRAM存储器5和 FLASH存储器6中，FLASH存储器6为16Mbit FLASH存储器。经过微控 制器2处理后的数据送入以太网控制器3，再通过太网接口电路4连接以太 网，太网接口电路4采用RJ45。
如图3、 5所示，组件传感器节点包括JN5139无线微控制器12，以及 分别与无线微控制器12连接的旁路二极管电流采样电路9、光伏组件电压 采样电路10、光伏组件电流采样电路11、 DS1302时钟芯片13、无线芯片 的天线14、无线芯片的编程接口电路15和节点工作电源电路16。
无线微控制器12采用英国Jennie公司的高性能、低功耗无线SOC模块 JN5139为控制芯片。
旁路二极管电流采样电路9采用0.01欧姆的锰铜丝电阻Rll获得取样 电流，由集成运放器OP07和外围电路组成的差动放大器进行信号放大后， 接入无线微控制器12的ADC3接口 。
光伏组件电流采样电路11用霍尔直流电流传感器TBC10SY获得采样 电流后，接入无线微控制器12的ADC2接口 。
光伏组件电压采样电路10中采用分压电阻R13获得取样电压后，接入 无线微控制器12的ADC1接口 。
同时，时钟芯片13采用时钟芯片DS1302，对装置进行时间记录。
如图4、 6所示，环境传感器节点包括JN5139无线控制器20，以及分 别与JN5139无线控制器20连接的光伏电站照度采样电路17、光伏电站温
7度采样电路18、光伏电站湿度采样电路19、 DS1302时钟芯片21、无线芯 片的天线22、无线芯片的编程接口电路23和节点工作电源电路24。
光伏电站照度采样电路17中采用TSL2561集成芯片。
光伏电站湿度采样电路19中采用SHT11集成芯片。
光伏电站照度采样电路17采集照度信号，光伏电站温度采样电路18 和光伏电站湿度采样电路19分别获取温、湿度信号，照度和温、湿度传感 器输出的信号经调理电路输入JN5139无线控制器20的AD转换输入端，实 现无线传感器网络的自动组网和收发功能，同时在传感器节点装置中采用 DS1302时钟芯片21用于对采样进行计时，对装置进行时间记录。
本发明基于英国Jennie公司的高性能、低功耗无线SOC模块(JN5139) 光伏组件的传感器节点和光伏电站环境传感器节点；同时开发了基于 LPC2210微控制器的协调器节点，构成无线传感器网络装置。光伏组件传感 器节点，通过获取旁路二极管电流、组件电流和组件电压等参数，传感器节 点为光伏电站的故障诊断提供大量的内部信息，解决光伏阵列中电气参数监 测的灵敏度低和定位困难问题。光伏电站环境传感器节点，通过照度传感器 获取光伏电站的环境的太阳照度信息、通过集成温湿度传感器获取环境的温 度和湿度信息等参数，为光伏电站提供参考信息。协调器节点完成传感器节 点的信息收集的节点的协调工作，实现internet的接口。通过对光伏电站环 境和光伏组件的特性的实时检测、历史存储、统计和推理，从而能够精确诊 断和定位，防止故障的进一步扩大，提高光伏电站供电的可靠性和供电质量 具有重要意义。
权利要求
1、一种光伏电站的无线传感器网络装置，其特征在于包括一只网络协调器、若干路由节点、若干组件传感器节点和一个环境传感器节点，其中一个路由节点与网络协调器之间设置无线信号传送装置，所述各组件传感器节点分别与一路由节点之间设置无线信号传输装置，各路由节点之间设置无线信号收发装置，所述环境传感器节点与所述路由节点中的一个之间设置无线信号传输装置。
2、 根据权利要求1所述光伏电站的无线传感器网络装置，其特征在于所述网络协调器包括无线射频芯片电路、微控制器、以太网控制器、以太网接口电路、SRAM存储器、FLASH存储器、JTAG接口电路、电源和复位 电路，所述以太网接口电路通过以太网控制器与微控制器连接，所述无线射 频芯片电路、SRAM存储器、FLASH存储器、JTAG接口电路、电源和复 位电路分别与微控制器连接；所述无线射频芯片电路包括JN5139无线控制 芯片，微控制器的型号为LPC2210。
3、 根据权利要求1所述的光伏电站的无线传感器网络装置，其特征在 于所述组件传感器节点包括JN5139无线微控制器，以及分别与所述无线微 控制器连接的旁路二极管电流采样电路、光伏组件电压采样电路、光伏组件 电流采样电路、DS1302时钟芯片、无线芯片的天线、无线芯片的编程接口 电路和节点工作电源电路。
4、 根据权利要求3所述的光伏电站的无线传感器网络装置，其特征在 于所述旁路二极管电流采样电路中采用0.01欧姆的锰铜丝电阻，取样电流 由集成运放器OP07和外围电路组成的差动放大器进行信号放大。
5、 根据权利要求3所述的光伏电站的无线传感器网络装置，其特征在 于所述光伏组件电流采样电路中采用霍尔直流电流传感器TBC10SY。
6、 根据权利要求3所述的光伏电站的无线传感器网络装置，其特征在 于所述光伏组件电压采样电路中采用分压电阻取样。
7、 根据权利要求1所述的光伏电站的无线传感器网络装置，其特征在 于所述环境传感器节点包括JN5139无线控制器，以及分别与JN5139无线 控制器连接的光伏电站照度采样电路、光伏电站温度采样电路、光伏电站湿 度采样电路、DS1302时钟芯片、无线芯片的天线、无线芯片的编程接口电 路和节点工作电源电路。
8、 根据权利要求7所述的光伏电站的无线传感器网络装置，其特征在 于所述光伏电站照度采样电路中采用TSL2561集成芯片。
9、 根据权利要求7所述的光伏电站的无线传感器网络装置，其特征在 于所述光伏电站湿度釆样电路中采用SHT11集成芯片。
全文摘要
光伏电站的无线传感器网络装置，涉及太阳能光伏电站技术领域，包括一只网络协调器、若干路由节点、若干组件传感器节点和一个环境传感器节点，本发明将各光伏组件的信息由各组件传感器节点传送至路由节点，各路由节点汇集至网络协调器，同时还将环境传感器节点采集的环境信息由路由节点传送至网络协调器，再由网络协调器实现数据信息和internet的接口，可以及时了解各光伏组件工作、环境信息，通过对光伏组件的特性的实时检测、历史存储、统计和分析，能够精确诊断和定位，防止故障的进一步扩大，提高光伏电站供电的可靠性和供电质量，提高光伏电站的精度和抗干扰能力，实现光伏电站超低功耗和稳定工作。
文档编号G01R31/00GK101577979SQ20091003292
公开日2009年11月11日 申请日期2009年6月1日 优先权日2009年6月1日
发明者松 刘, 史旺旺, 张剑锋, 朱燕青, 鹏 杨 申请人:扬州大学