一种光伏发电为基础的无线智能网络通信装置的制作方法

本实用新型涉及物联网技术领域，WSN技术来代替传统的有线通讯方式；具体来讲是一种光伏发电为基础的无线智能网络通信装置。

背景技术：

本实用新型提供一种光伏发电为基础的无线智能网络通信装置，将WSN引入监控系统中，主要解决实际工程中布线难，设备点分散，灵活性差等问题。虽然现在市场上已有无线数据传输的光伏发电设备，但还都是引用国内各大运营商的网络，存在安全性问题。采用无线传感器网络技术不需要任何额外的布线，安装简单方便，安全可靠，可维护性和可扩充性好。本文将无线采集节点绑定在光伏区设备上，使其具有无线通信的能力。该无线智能网络通信装置可与上位机监控系统进行连接，在不改变现有的工作流程和方式的情况下，即可实现光伏区设备数据的自动采集、生产流程的状态切换，用户也可使用监控系统实现查询及控制设备状况。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有有线通讯技术中存在的不足，在此提供一种光伏发电为基础的无线智能网络通信装置，利用WSN技术取代传统有线的通讯方式，同时比租用运营商的无线网络更为安全、成本更低。

本实用新型是这样实现的，构造一种光伏发电为基础的无线智能网络通信装置，其特征在于；该装置分为三个部分,底层包含无线采集节点，用于采集光伏区设备上的技术参数，中间层每个发电单元配置一台无线中继节点，无线中继节点与无线采集节点实现无线通信，用于接收该单元下无线采集节点的数据，上层的无线网关节点与无线中继节点实现无线通信，接收每个单元中继节点收集到的数据，整体处理打包后发送给服务器；在现场各光伏设备上安装所需的无线采集节点，通过它们来采集设备信息，经无线模块发送给每个单元的中继节点，无线中继节点在接收到各采集节点所采集的数据后将数据打包，继续将数据上传至无线网关节点，网关节点再将数据打包处理后存储于数据库中；监控系统可以对数据库进行访问，也可以向网关节点下达指令，向底层节点发送命令，控制节点的运行状态。

根据本实用新型所述一种光伏发电为基础的无线智能网络通信装置，其特征在于；其中，无线采集节点包括数据接口转换模块、低功耗的主控芯片模块、电源模块和远距离无线射频模块；

其中，无线中继节点包含低功耗的主控芯片模块、电源模块和远距离无线射频模块；

其中，无线网关节点包括低功耗的主控芯片模块、电源模块、通信接口模块和远距离无线射频模块。

根据本实用新型所述的一种光伏发电为基础的无线智能网络通信装置，其特征在于；该装置支持采集各种设备类型的接口包括RS232/RS485接口、以太网接口；对应的无线传输模块能够把各个接口数据转换按照统一的要求打包数据包传输给上一层设备。

根据本实用新型所述的一种光伏发电为基础的无线智能网络通信装置，其特征在于；所述的底层无线采集节点、无线中继节点及无线网关节点是通过基于轮询的MAC协议对节点间的通信协议做的优化设计，使得无线通讯节点更加高效、节能。

根据本实用新型所述的一种光伏发电为基础的无线智能网络通信装置，其特征在于；所述的无线中继节点不仅可以收集底层无线采集节点的设备数据，同时也可以起到对数据信号的重新发送或者转发，来扩大网络传输的距离。

根据本实用新型所述的一种光伏发电为基础的无线智能网络通信装置，其特征在于；所述的无线网关节点与服务器实现上位机与下位机的可靠连接，同时无线网关节点在不考虑运营商安全的情况下也可以加装4G/5G模块实现更远端的数据监测。

根据本实用新型所述的一种光伏发电为基础的无线智能网络通信装置，其特征在于；按照如下方式运行；

其中，无线采集节点在初始化完成后，先对光伏设备进行数据采集，采集完成后开启接收模式等待无线中继节点的指令，一旦无线中继节点发出轮询指令，而无线采集节点在预定时间内未收到轮询命令，则自动休眠等待下一次的轮询；如果收到中继节点的轮询命令，所有的采集节点都必须要进行判断，该命令是否对自身进行轮询数据，如果是则上传数据，如果不是则根据数据包的休眠指令对节点进行休眠，休眠时间跟自身的轮询序号有关，直到上传数据完成后，节点才进入休眠状态等待下一次的工作唤醒；

其中，一旦初始化完成后无线中继节点首先监听网关节点的命令，如果接收到上一级的命令就开始向采集节点发送轮询指令，对应每一个无线采集节点的地址发送请求并接收该点的数据，发送完毕则打开监听通道，如果在预定时间内未收到数据，则轮询下一个节点；如果接收到数据，完成后延迟一小段时间轮询下一个节点，直到完成组内任务，将数据打包发送给无线网关节点进行处理后，延迟一段时间，等待网关节点给它下一次的指令。

其中，一旦初始化完成后网关节点首先监听上位机的命令，如果接收到上位机命令就开始向下级无线中继节点发送轮询指令，对应每一个无线中继节点的地址发送请求并接收该点的数据，发送完毕则打开监听通道，如果在预定时间内未收到数据，则轮询下一个节点；如果接收到数据，完成后延迟一小段时间轮询下一个节点，直到完成组内任务，将数据打包通过RS232/RS485/以太网接口发送给服务器进行处理后，延迟一段时间，等上位机给它下一次的指令。

本实用新型具有如下优点：本实用新型在此提供一种光伏发电为基础的无线智能网络通讯装置，通过WSN技术实现对光伏发电过程中的设备开关及数据参数进行监控。装置支持各种类型的接口包括RS232/RS485接口、以太网接口。该装置硬件部分包括低功耗的主控芯片和远距离无线射频模块。同时对该装置的软件做了设计，包括节点的驱动程序，并基于轮询的MAC协议对节点间的通信协议做了优化设计使得无线通讯节点更加高效、安全、节能。该装置可实现服务器数据库的访问和发电过程的状态切换，用户也可使用监控系统实现对光伏场区设备的监控。无线传感器网络处于整个监控系统的最底层，各无线采集节点采集各设备数据信号，将信息数据存放到事先定义好的帧格式内后，以无线通信、动态组网的方式发给每个单元设定好地址的无线中继节点，网关节点则询问每个单元的中继节点获取信息并进行基本的处理再传给服务器进行处理。

本实用新型该装置应用先进的物联网技术，各无线采集节点可将光伏设备中各数据类型通过规约转换，通过无线传输将数据上传至服务器端, ,无线智能网络通信装置是一种超小型、强性能、无线传输、高精度的数据采集及传输的产品。不仅节省了补偿导线和电缆，也降低了信号的失真和干扰，从而得到准确的测量结果。能够全周期的监控光伏发电过程中设备参数的变化情况。

附图说明

图1为无线采集节点原理框图；

图2为无线中继节点原理框图；

图3为无线网关节点模块原理框图；

图4为无线采集节点程序流程图；

图5为无线中继节点程序流程图；

图6为无线网关节点程序流程图；

图7为本实用新型无线智能网络通信装置示意图。

具体实施方式

下面将结合附图1-图7对本实用新型进行详细说明，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型通过改进在此提供一种光伏发电为基础的无线智能网络通信装置，该装置分为三个部分,底层包含无线采集节点1，用于采集光伏区设备上的技术参数，中间每个发电单元配置一台无线中继节点2，无线中继节点2与无线采集节点1实现无线通信，用于接收该单元下无线采集节点的数据，上层的无线网关节点3与无线中继节点2实现无线通信，接收每个单元中继节点收集到的数据，整体处理打包后发送给服务器4，服务器4再与数据库5连接通信，数据库5连接显示屏6；该装置能够实现服务器数据库的访问和发电过程的状态切换，用户也可使用监控系统实现对光伏场区设备的监控；在现场各光伏设备上安装所需的无线采集节点1，通过它们来采集设备信息，经无线模块发送给每个单元的中继节点，无线中继节点在接收到各采集节点所采集的数据后将数据打包，继续将数据上传至无线网关节点，网关节点再将数据打包处理后存储于数据库中；监控系统可以对数据库进行访问，也可以向网关节点下达指令，向底层节点发送命令，控制节点的运行状态。

如图1所示，无线采集节点是通讯过程中最底层的环节也是最重要的环节。它负责采集和处理采集到的数据以及完成对射频芯片的读写操作；无线射频模块负责无线发送或接收工作；能量供应模块采用可充电锂电池供电及原设备自取电。设计的采集节点具有多种采集接口，可用于光伏设备最常见的输出通讯接口。整个数据采集通过低功耗的芯片进行处理，并通过无线模块将处理完的数据以一定的格式发送给无线中继节点。

如图2所示，无线中继节点是通讯过程中的中间环节，它的功能有两个：（1）收集该单元下无线采集节点的数据同时转发给上一级节点；（2）通过对数据信号的重新发送或者转发，来扩大网络传输的距离。该能量供应模块采用可充电锂电池供电也可由箱变单元取电。

如图3所示，无线网关节点是整个传输过程中最顶层的环节。它是整个无线网络的控制者，它负责管理网络中的节点，包括建立新的节点、接收上位机发来的指令、接收中继节点发来的数据等。

无线网关节点由CPU、无线射频模块、R232/RS485/以太网接口、4G/5G（不考虑运营商安全性可选装）、电源模块组成。无线网关节点通过以太网方式将数据上传至服务器存储，同时也可以接收来自上位机的命令。运行时，基站一直处于接收/发送状态，且采用外部电源供电。

如图4所示，无线采集节点在初始化完成后，先对光伏设备进行数据采集，采集完成后开启接收模式等待无线中继节点的指令，一旦无线中继节点发出轮询指令，而节点在预定时间内未收到轮询命令，则自动休眠等待下一次的轮询。如果收到中继节点的轮询命令，所有的采集节点都必须要进行判断，该命令是否对自身进行轮询数据，如果是则上传数据，如果不是则根据数据包的休眠指令对节点进行休眠，休眠时间跟自身的轮询序号有关，直到上传数据完成后，节点才进入休眠状态等待下一次的工作唤醒。

如图5所示，一旦初始化完成后无线中继节点首先监听网关节点的命令，如果接收到上一级的命令就开始向采集节点发送轮询指令，对应每一个无线采集节点的地址发送请求并接收该点的数据，发送完毕则打开监听通道，如果在预定时间内未收到数据，则轮询下一个节点。如果接收到数据，完成后延迟一小段时间轮询下一个节点，直到完成组内任务，将数据打包发送给无线网关节点进行处理后，延迟一段时间，等待网关节点给它下一次的指令。

如图6所示，一旦初始化完成后网关节点首先监听上位机的命令，如果接收到上位机命令就开始向下级无线中继节点发送轮询指令，对应每一个无线中继节点的地址发送请求并接收该点的数据，发送完毕则打开监听通道，如果在预定时间内未收到数据，则轮询下一个节点。如果接收到数据，完成后延迟一小段时间轮询下一个节点，直到完成组内任务，将数据打包通过RS232/RS485/以太网接口发送给服务器进行处理后，延迟一段时间，等上位机给它下一次的指令。

如图7所示为该装置的总体设计方案，首先，在现场各光伏设备上安装所需的无线采集节点，通过它们来采集设备信息，经无线模块发送给每个单元的中继节点，无线中继节点在接收到各采集节点所采集的数据后将数据打包，继续将数据上传至无线网关节点，网关节点再将数据打包处理后存储于数据库中。监控系统可以对数据库进行访问，也可以向网关节点下达指令，向底层节点发送命令，控制节点的运行状态。

本实用新型与有线通讯技术相比具有以下优点：本实用新型该系统应用先进的物联网技术，各无线采集节点可将光伏设备中各数据类型通过规约转换，通过无线传输将数据上传至服务器端, 无线智能网络通信装置是一种超小型、强性能、无线传输、高精度的数据采集及传输的产品。不仅节省了补偿导线和电缆，也降低了信号的失真和干扰，从而得到准确的测量结果。能够全周期的监控光伏发电过程中设备参数的变化情况。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。