基于GPRS的离网型风力发电机远程无线监控系统

一.引言

可再生能源已经吸引了越来越多全世界的关注， 而风能资源被广泛理解为一 个明确的可再生资源。有许多成功地利用风力发电的使用，例如，有些如单机离 网型风力发电机系统和独立风光互补发电系统已经从建模阶段到大规模施工阶 段，在许多国家，特别是在中国。但是，在大多数情况下，这些风力发电系统位 于偏远地区，因此如何管理这些风力发电系统并确保它们运行良好，是一个有意 义的问题。

目前，离网型风力发电机还存在着一些急切的问题需要解决：

?不规则的管理和维护成本低经常造成资本来源的资产损失，这将导致巨大 的废物和不能向没有电的地区提供电力。

?在离网型风力发电机通常是在偏远相对落后的地方。风力发电机组的服务 生命会缩短， 因为专业人士及管理者不能有定期保养及维修的离网型风力发电机 组。

?管理增加了困难，因为风的管理涡轮承包商和卖主通常不参加的后来的离 网型风力发电机的管理。

?随着通讯技术和嵌入式技术的发展，远程监控技术已取得了很大进展。本篇文章基于远程监控监测技术实现远程监控维护和修复离网型风力发电机 组模式。

二. 设计项目的远程无线基于GPRS 的系统监测

A. 系统结构

远程监控系统由三部分组成：控制终端，中央监控计算机和通信网络。控制终端组成微控制器，数据采集模块和 GPRS 通讯模块。

远程无线监控系统的结构如图 1 所示。

图 1. 远程监控系统的结构模型

B.系统功能

控制终端，中央监控计算机和软件，分别完成不同的工作。

1)控制终端

控制终端负责数据采集，数据传输费处理，数据传输和数据存储，包括直流 电(DC)输出电压和电流信号，交流电(AC)输出电压和电流信号，转速发电 机和风速的信号，中央监控计算机。此外，这些工程必须是实时的。

2)中央监控计算机

中央监控计算机需要负责接收，存储和显示的数据。同时，它存储这些数据 服务器中的数据。根据该原则信息理论，数据是更不稳定的，其数额信息是比较 大。并且磁盘空间有限在数据服务器。出于这个原因，我们应该使用数据管理的 相应的程序，使数据存储器包含更多的信息，以便在将来有利于评估风力发电机组的运行条件。 该系统选择了微软的 Access 数据库，它不仅是功能强大，对于用户来说也 比较容易。对于一些简单的管理，即使我们没有任何代码，它可以实现的。这些 优势满足我们的要求。

3)监控软件

监控软件是一个得到的风力发电机组运行状况的直接数据重要的渠道。 它将 数据放入数据库中并在他们实时接收后显示相应的窗口。 利用 Visual Basic 软件 集成 Mapx 的控制，使我们的电子地图包括监测在主界面显示的地理范围。

三. GPRS 远程数据传输设计

考虑到用户的消费水平和芯片性能，卢米纳的 ARM7 LM3S1138 芯片是最 好的一选择，因为 ARM7 嵌入式微控制器应用程序的极端敏感性带来了高性能 的 32 位计算能力。这种高尖端的技术，使用户享受筹码 32 位性能，只需要支 付相同价传统的 8 位和 16 位器件。

WAVECOM 模块 Q2406B 是一个无线模块，支持 GPRS 和嵌入 TCP / IP 协议。 [6]这是基于 Q2406B 演示板， 并连接到 LM3S1138 的串行接口 UART (异 步串行通信接口) 。

图 2. 硬件组成

A. GPRS 的通信协议

数据采集模块通过 LM3S1138 的 ADC 模块将发送风力发电机组运行状态参数到 ARM 芯片， 并通过 LM3S1138 的 UART 将数据发送到 GPRS 模块。 GPRS 等 模块工作是，它开始在预定的时间间隔内不断地发送位置数据到中央监控计算 机。[6] 压缩包需要中央监控计算机返回一个确认接到消息后日期，非压缩包不 需要此消息。如果 GPRS 终端没有收到确认消息，它将重新发送直到数据包发送 ” 溢出。数据包包含“风力发电机组的 ID 号(GPRS 的 SIM 卡装入号)，这代表 其身份，以及“信息序列号“的发送包。该中心将确定数据包根据风力发电机组 的 ID 号，以便使其显然，其中风力发电机组的数据包发送，并判断数据包是否 丢失根据连续性序列号信息。当传输的重要信息，该中心还要求确认消息。

B. Q2406 初始化

首先，设置超级终端的波特率是使 115200kbps，无校验位，8 个数据位，1 个终止位，无流控制。如果在超级终端中键入“AT”后返回“确定” ，则表明计 算机已连接与通讯模块正常。而你必须确保该有 GPRS 服务的 SIM 卡已经插入 通讯模块。

AT 命令的初始化如下。

AT+CCID //检测是否正确安装的 SIM 卡

AT+CGMR //检测软件版本号

AT+CSQ //报告信号质量

AT+CGCLASS="B" // 设置 GPRS 模块的工作模式

AT+CGDCONT=1,"IP","CMNET" // 设置节点服务器名称和 GPRS 网络属性

AT+CGATT=1 //连接到 GPRS 模块

值得注意的是,AT 命令只有在收到“OK” 以后才可以执行。

C. Q2406 与 PC 机的连接

通讯模块必须在数据传输之前连接位于监测中心的监控计算机。

通过上述命令， GPRS 的初始化完成后， 执行以下命令就可以与监控计算机 连接。

AT#CONNECTIONSTART // 启动 GPRS 连接

AT#TCPPORT="6800" //设置 PC 和 Q2406B 之间的通信端口

AT#OTCP //启动与监控计算机的通信

AT#CONNECTIONSTOP //停止与互联网连接

AT#CGATT=0 //分离 GPRS 网络模块

四. 软件设计

A. 软件的主要功能

采用 Windows XP 作为该软件开发的平台。进入系统主界面后，如图 3 所 示，它是电子接口图的左边。在地图上，每一个三角形编号是根据风力发电 机组的位置做的一个风力发电机的符号。 运营商可这很容易根据三角形辨别 风力发电机组。不同颜色的三角形将显示风力发电机组的运行状态。绿色表 示风发电机运转正常，红色表示风力发电机组运行异常，而蓝色表示风力发 电机组已停止运行。如果点击在右边的五个功能键，您将进入下一个界面使 可根据运营商的需求得到相应的数据和曲线。此外，当光标移动到任何三角 形，会弹出一个信息显示窗口，显示现场运行状态的实时数据。因此，用户 可以查看一个月的历史数据和电源曲线。该软件的主要功能是数据采集，传 输，处理，存储和查询。改进之后，软件将把数据写入数据库中，以便在需 要的时候调用历史数据。

图 3. 系统主界面

B. 应用程序设计的控制终端

我们使用 C 语言作为编程语言。 IAR 软件作为应用程序调试环境。终端的 应用程序主要是负责传输风力发电机组数据的实时数据。 首先初始化微控制 器和通信模块，然后用 AT 命令来设置操作 GPRS 模块的参数，例如，服务 器的 IP，波特率，心跳间隔周期和服务器端口号。[7] [8] [9] 初始化后，将可以与中央监控计算机传输数据。图 4 显示了程序流图表。

图 4. 程序流程图

五.结论

通过对基于 GPRS 的离网型风力发电机远程无线监控系统的研究， 本文提出

了一种有效处理浪费国家资源课程项目管理不当，延误维修等问题的途径。它的 一个伟大的意义在于给偏远地区的人们供电。 随着先进的 GPRS 技术的快速发展，风力发电也有一个光明的未来。