摘 要： 設計了一種基于網(wǎng)絡接口技術的風光互補控制器系統(tǒng)。通過網(wǎng)絡接口協(xié)議轉換器實現(xiàn)RS-232轉換為Internet，進而實現(xiàn)Internet的接入;利用Microchip PIC16F887采集風光互補控制器系統(tǒng)數(shù)據(jù);通過監(jiān)控軟件可以實現(xiàn)局域網(wǎng)和遠程監(jiān)控，對采集的相關數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息進行分析來掌握控制器的性能狀態(tài)，通過遠程參數(shù)設置來控制控制器的性能和故障排除。
關鍵詞： 風光互補； 網(wǎng)絡接口； 控制器； 數(shù)據(jù)采集
可再生能源的綜合利用對社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展和節(jié)能環(huán)保有著重要的意義。風能和太陽能作為兩種應用廣泛的可再生清潔能源，在資源條件和技術應用上具有很強的互補性。在一些區(qū)域或地區(qū)，獨立供電系統(tǒng)成為最需要的電源，風光互補控制器作為離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，應用越來越廣泛?？刂破鞯男阅軟Q定了離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能狀態(tài)，如何管理和監(jiān)控控制器的功能、采集控制器的相關數(shù)據(jù)、分析控制器的相關性能，變得尤為重要。隨著網(wǎng)絡接入設備的普及，利用有線網(wǎng)絡可以實現(xiàn)集中監(jiān)控和遠程監(jiān)控風光互補控制器[1-4]。本文設計了一種基于網(wǎng)絡接口技術的風光互補控制器系統(tǒng)，該系統(tǒng)集通信傳輸、數(shù)據(jù)采集、存儲、讀取、控制功能于一體，在實際使用過程中，性能穩(wěn)定可靠。
本文主要介紹了網(wǎng)絡接口風光互補控制系統(tǒng)的硬件電路設計和軟件設計。其中，軟件設計分為嵌入式軟件設計和上位機監(jiān)控軟件設計等。
1 硬件電路設計
風光互補發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽能電池方陣、風力發(fā)電機組將發(fā)出的電能存儲到蓄電池組中，當用戶需要用電時，蓄電池直接給直流負載供電，或通過逆變器將蓄電池組中儲存的直流電轉變?yōu)榻涣麟?，再通過輸電線路送到用戶負載處。
本文設計了一種基于網(wǎng)絡接口技術的風光互補控制器系統(tǒng)，該系統(tǒng)的外圍硬件電路主要包括風力發(fā)電機組、太陽能光伏電池組、帶網(wǎng)絡接口的風光互補控制器、蓄電池組、逆變器、直流負載和交流負載， 系統(tǒng)框圖如圖1所示。
本文著重討論網(wǎng)絡接口的風光互補控制器系統(tǒng)的設計，該設計主要包括兩個部分：(1)風光互補控制器的設計，主要包括Microchip公司的PIC16F887單片機以及外圍電路(A/D轉換電路、整流電路、開關控制電路、市電切換電路等)[4]; (2)網(wǎng)絡接口協(xié)議轉換器的設計，主要包括:以太網(wǎng)接口芯片DM9000A、PIC系列PIC1867J60MCU、網(wǎng)口變壓器件H1102,其他的接頭有RJ45等。網(wǎng)絡接口風光互補控制器系統(tǒng)硬件結構如圖2所示。
風光互補控制器通過單片機PIC16F887采集相關數(shù)據(jù)，通過串口RS-232進入網(wǎng)絡接口協(xié)議轉換器，通過RJ45接入到Internet實現(xiàn)局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)互聯(lián)。其網(wǎng)絡接口協(xié)議轉換模塊的硬件原理圖如圖3所示。
該原理圖中，LEDA接單片機PIC1867J60的24引腳，LEDB接單片機的23引腳，TPOUT+接單片機的51引腳，TPOUT-接單片機的50引腳，TPIN+接單片機的47引腳，TPIN-接單片機的46引腳。
2 軟件設計
2.1嵌入式軟件設計
PIC1867J60單片機系統(tǒng)內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧，使用單芯片完成協(xié)議轉換功能，大大降低了系統(tǒng)成本和復雜程度。網(wǎng)絡接口芯片集成TCP/IP、UDP、ICMP、ARP、DHCP等眾多復雜網(wǎng)絡協(xié)議和SOCKET插口標準,能夠適應現(xiàn)有辦公網(wǎng)絡包括無線和有線網(wǎng)絡通信標準,可通過路由和防火墻訪問,支持直連與交叉;提供TCP Server、TCP Client、TCP Auto、UDP Master、UDP Slave、UDP廣播、UDP組播多種工作模式， 體積較小，易于嵌入集成，支持串口及網(wǎng)絡方式配置，采用TCP連接實時檢測技術及時恢復被中斷的TCP連接，數(shù)據(jù)包全透明1:1真實轉換，復合式看門狗技術，永不死機，適應低溫和高溫工作環(huán)境，為控制器的TTL串口輕松實現(xiàn)網(wǎng)絡功能。系統(tǒng)運行后，單片機運行Micorchip的TCP/IP協(xié)議棧，根據(jù)配置參數(shù)對從以太網(wǎng)通信口接收到的數(shù)據(jù)或從串行通信口接收到的數(shù)據(jù)進行處理。當通信串行口有數(shù)據(jù)接收時，單片機接收數(shù)據(jù)并將其轉換為以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)格式并從以太網(wǎng)送出；當以太網(wǎng)有數(shù)據(jù)接收時，單片機接收數(shù)據(jù)并提取其數(shù)據(jù)包中的有效數(shù)據(jù)從串口送出。
首先初始化網(wǎng)絡接口協(xié)議轉換模塊，初始化部分主要完成的操作有：軟件復位、設定工作模式、設定臨時使用的以太網(wǎng)物理地址、設定接收幀的類型、確定數(shù)據(jù)的傳送方向、中斷允許、使能接收中斷、接收發(fā)送使能等。
網(wǎng)絡接口協(xié)議轉換模塊軟件設計的總體流程圖如圖4所示。
2.2 上位機監(jiān)控軟件設計
PC機監(jiān)控軟件通過定時器輪訓的方式定時地向各個控制器單片機發(fā)送數(shù)據(jù)，通過TCP/IP協(xié)議、Winsock套接字，采用三次握手原理實現(xiàn)帶網(wǎng)絡接口的控制器的有線傳輸。為了實現(xiàn)風光互補控制器的性能要求，同時考慮到軟件的安全性、穩(wěn)定性和方便性，本監(jiān)控軟件采用VB6.0開發(fā)，后臺數(shù)據(jù)庫采用MySQL。從設計的角度看，本監(jiān)控軟件具有的功能模塊：(1)用戶角色權限分配功能，可以修改控制器的相關參數(shù)，只有管理員用戶才可以。(2)數(shù)據(jù)顯示功能，該功能可以通過多種方式對控制器的相關數(shù)據(jù)進行顯示、分析和統(tǒng)計?？梢酝ㄟ^曲線圖、柱狀圖、關系表圖、實物模擬圖、Radar圖來顯示控制器的實時和統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)，通過動態(tài)曲線來動態(tài)顯示用電量和發(fā)電量累計數(shù)據(jù)。(3)報警功能，通過控制器返回的數(shù)據(jù)進行分析，判斷其是否屬于控制器的警告信息，同時對軟件的使用也設計了相關報警信息。報警功能包括系統(tǒng)報警、通信報警、控制器的狀態(tài)報警等，通過報警信息來反映控制器的相關狀態(tài)信息和性能指標，如果發(fā)現(xiàn)故障，可以通過遠程網(wǎng)絡，利用PC機給單片機下發(fā)指令來修正控制器的相關參數(shù)，進而解除報警信息。(4)參數(shù)設置功能,提供顯示和設計控制器的相關參數(shù)設置界面，通過該界面可以設置控制器的相關參數(shù)。(5)數(shù)據(jù)庫功能設計,由于該監(jiān)控軟件要對控制器的實時數(shù)據(jù)進行分析、統(tǒng)計，并且大量的數(shù)據(jù)要存儲到數(shù)據(jù)庫中，因此要考慮到數(shù)據(jù)庫的設計。數(shù)據(jù)庫的設計主要包括索引設計、存儲設計以及提高數(shù)據(jù)庫的查詢效率等。本監(jiān)控軟件的模塊之間的關系如圖5所示。
網(wǎng)絡接口風光互補控制器與相應的蓄電池、風機、太陽能電池板連接后，再通過RJ45網(wǎng)線連接到監(jiān)控計算機上，上位機監(jiān)控軟件的監(jiān)控主界面如圖6所示。
本文設計了一種基于網(wǎng)絡接口技術的風光互補控制器系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括風光互補控制器、網(wǎng)絡接口協(xié)議轉換模塊、嵌入式軟件設計和上位機監(jiān)控軟件設計；該系統(tǒng)集通信傳輸、數(shù)據(jù)采集、存儲、讀取、控制功能于一體，通過實際使用證明，系統(tǒng)傳輸速度快，性能穩(wěn)定可靠。
參考文獻
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