采用ZigBee和超聲測(cè)風(fēng)的風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

于 洋，汪 志，伊 躍

(沈陽(yáng)理工大學(xué) 自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院，沈陽(yáng) 110159)

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采用ZigBee和超聲測(cè)風(fēng)的風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

于 洋，汪 志，伊 躍

(沈陽(yáng)理工大學(xué) 自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院，沈陽(yáng) 110159)

為實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確地采集并監(jiān)控風(fēng)電場(chǎng)信息，設(shè)計(jì)一種基于ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和超聲測(cè)風(fēng)技術(shù)的風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成了風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)采集裝置、ZigBee網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控軟件三部分。在風(fēng)電場(chǎng)中，使用基于超聲測(cè)風(fēng)的數(shù)據(jù)采集裝置完成各種氣象信息的采集；利用ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)將氣象信息上傳到監(jiān)控軟件；監(jiān)控軟件可實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)氣象數(shù)據(jù)采集、分析、存儲(chǔ)等功能，并對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，為風(fēng)電場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控提出了一種新型的解決方案。

風(fēng)電場(chǎng)；ZigBee；超聲測(cè)風(fēng)；監(jiān)控系統(tǒng)

風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它是以氣象環(huán)境、風(fēng)電機(jī)組、風(fēng)能資源為測(cè)量對(duì)象，最終的目的是實(shí)現(xiàn)風(fēng)能資源的有效利用、風(fēng)能資源準(zhǔn)確評(píng)估以及風(fēng)電場(chǎng)的準(zhǔn)確選址。由于風(fēng)力發(fā)電的本身?xiàng)l件限制，風(fēng)電場(chǎng)多分布在地域遼闊、交通不便以及環(huán)境惡劣的邊遠(yuǎn)地區(qū)，采集風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫等相關(guān)數(shù)據(jù)存在種種不便，因此要保證風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性、全面性就要求采用先進(jìn)的采集技術(shù)和通信手段[1]。

目前我國(guó)的風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)多采用機(jī)械式的測(cè)風(fēng)儀器，通信多采用can總線、光纖以太網(wǎng)及485/422等有線通訊方式[2]。上述系統(tǒng)往往采集精度較低，通信方式在風(fēng)電場(chǎng)重新布置時(shí)存在布線費(fèi)用浪費(fèi)、線材施工困難、故障排查與維護(hù)速度慢等一系列缺點(diǎn)。因此，研究采用基于ZigBee和超聲測(cè)風(fēng)的無(wú)線風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信的高精度的風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控具有重要的意義[3]。

1 ZigBee網(wǎng)絡(luò)和超聲測(cè)風(fēng)技術(shù)

1.1 ZigBee網(wǎng)絡(luò)

ZigBee技術(shù)是一種近年來(lái)新興的免費(fèi)頻段的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。ZigBee適用于通信數(shù)據(jù)速率較低，要求成本和功耗相對(duì)較低的場(chǎng)合，其適用于風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的主要原因如下：

(1)低功耗。ZigBee技術(shù)具有多種電源管理模式，可進(jìn)行節(jié)點(diǎn)工作和休眠模式配置，2節(jié)電池可支持節(jié)點(diǎn)工作6～24個(gè)月。風(fēng)電場(chǎng)環(huán)境惡劣，多分布在海拔較高的山區(qū)環(huán)境，維修和替換十分不便，ZigBee的低功耗特性可保證網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間工作。

(2)自組織性。ZigBee各個(gè)節(jié)點(diǎn)具有自組織的能力，能夠自動(dòng)進(jìn)行配置和管理。在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化時(shí)，可通過(guò)拓?fù)淇刂茩C(jī)制和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議自動(dòng)組織網(wǎng)絡(luò)。針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)而言，節(jié)點(diǎn)可在風(fēng)機(jī)位置撤銷或變更時(shí)自動(dòng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重建，對(duì)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)不帶來(lái)任何影響。

(3)以數(shù)據(jù)為中心且可靠的數(shù)據(jù)傳輸特性。ZigBee的mac層采用CSMA/CA的碰撞避免機(jī)制，同時(shí)為固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留專用時(shí)隙。Zigbee各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不僅本身作為監(jiān)控對(duì)象，對(duì)其連接的終端裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，還可以自動(dòng)中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)資料。

ZigBee網(wǎng)絡(luò)由協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點(diǎn)組成，可構(gòu)成星型、屬性和網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在風(fēng)電場(chǎng)重新布點(diǎn)時(shí)，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改變滿足系統(tǒng)需求。

1.2 超聲測(cè)風(fēng)技術(shù)

在某固定距離中，超聲波的傳播時(shí)間受順風(fēng)和逆風(fēng)的影響，通過(guò)該傳播時(shí)間差，可有效測(cè)算當(dāng)前的風(fēng)速值。

設(shè)超聲波在靜止空氣中的傳播速度為c，自然風(fēng)速為v，自然風(fēng)速在平面直角坐標(biāo)系的2個(gè)坐標(biāo)投影為vx和vy。設(shè)A點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)(0，0)，則x軸上距A點(diǎn)為d的B點(diǎn)坐標(biāo)為(d，0)。設(shè)從A點(diǎn)到B點(diǎn)為順風(fēng)風(fēng)向。則超聲波從A點(diǎn)發(fā)射到達(dá)B點(diǎn)的時(shí)間為

(1)

同理從B點(diǎn)到達(dá)A點(diǎn)的時(shí)間為

(2)

由t1和t2表達(dá)式可以得到

(3)

由式(3)可看出：只要測(cè)出順風(fēng)、逆風(fēng)傳播時(shí)間t1，t2和傳輸時(shí)間差Δt即可測(cè)出風(fēng)速沿x軸向的分量vx。同理，可得沿直角坐標(biāo)系y軸的投影分量vy。在直角坐標(biāo)系下最終獲得的自然風(fēng)風(fēng)速v和風(fēng)向角θ為

(4)

θ=tan-1(vx/vy)

(5)

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如圖1所示，該系統(tǒng)基于ZigBee的WSN技術(shù)，利用超聲波式傳感器進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)采集裝置的設(shè)計(jì)，監(jiān)控軟件開發(fā)平臺(tái)為VS2005。該系統(tǒng)中，采集裝置包含超聲波式傳感器、溫濕度傳感器、c8051f120單片機(jī)、液晶顯示屏、按鍵等多個(gè)子模塊，實(shí)現(xiàn)高精度，高時(shí)效性的風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速風(fēng)向、溫濕度測(cè)量；E1、E2分別代表ZigBee網(wǎng)絡(luò)的終端采集節(jié)點(diǎn)，通過(guò)UART通信方式進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)氣象參數(shù)的實(shí)時(shí)讀取，路由節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和入網(wǎng)子節(jié)點(diǎn)管理，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)建立與維護(hù)，并收集網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組氣象信息，通過(guò)串口通信方式將網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的信息傳輸至監(jiān)控軟件；監(jiān)控軟件實(shí)時(shí)采集網(wǎng)絡(luò)信息，基于中心數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、匯總、顯示、報(bào)表打印等工作[3]，同時(shí)還可與多種驅(qū)動(dòng)電路合作完成網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示與控制。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2.1 數(shù)據(jù)采集裝置設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集裝置設(shè)計(jì)如圖2所示，其中核心處理器選擇高速單時(shí)鐘周期的c8051f120單片機(jī)，使用22.1184M外部晶振，經(jīng)PLL(鎖相環(huán))倍頻后最快指令處理速度可達(dá)88.4736M，足以反映0.1m/S的風(fēng)速變化。數(shù)據(jù)采集裝置中，單片機(jī)產(chǎn)生的寬帶窄脈沖簇經(jīng)升壓電路后激勵(lì)超聲波式傳感器，由于超聲波式傳感器的接收信號(hào)不穩(wěn)定并十分微弱，為避免接收信號(hào)的錯(cuò)誤檢測(cè)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩級(jí)放大電路和濾波電路進(jìn)行信號(hào)提取。處理后的信號(hào)經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換電路變換為數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)等待處理。同時(shí)系統(tǒng)加載溫濕度傳感器SHT71進(jìn)行溫濕度信息采集。

圖2 數(shù)據(jù)采集裝置結(jié)構(gòu)圖

數(shù)據(jù)采集裝置的軟件設(shè)計(jì)包括初始化程序、風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量子程序、顯示子程序、按鍵處理子程序以及串口通信子程序。初始化結(jié)束后，主控芯片對(duì)A探頭產(chǎn)生激勵(lì)脈沖簇并記錄當(dāng)前時(shí)間，當(dāng)接收到B探頭超聲波回波脈沖記錄回波達(dá)到時(shí)間，然后再對(duì)B探頭產(chǎn)生激勵(lì)脈沖簇并以A探頭進(jìn)行回波接收。主控芯片可根據(jù)此傳播時(shí)間差計(jì)算AB方向風(fēng)速分量，CD方向風(fēng)速分量可依此進(jìn)行計(jì)算，最終可得到風(fēng)速和風(fēng)向值。數(shù)據(jù)采集裝置實(shí)物圖見圖3。

圖3 數(shù)據(jù)采集裝置實(shí)物圖

為避免外界環(huán)境對(duì)風(fēng)速風(fēng)向計(jì)量值的影響，軟件設(shè)計(jì)溫濕度補(bǔ)償算法，利用SHT71溫濕度傳感器的檢測(cè)值進(jìn)行風(fēng)速補(bǔ)償。綜合多次風(fēng)速和溫度、濕度關(guān)系，利用最小二乘法尋找最小化誤差的平方和尋找數(shù)據(jù)的最佳函數(shù)匹配，取多組測(cè)量值和真實(shí)值，按照線性關(guān)系擬合補(bǔ)償函數(shù)可得

ΔV=0.0179×T+0.0160

(6)

2.2 ZigBee網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

ZigBee網(wǎng)絡(luò)可按照邏輯功能分類為終端節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。本系統(tǒng)中，終端節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)以及協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)都以CC2530射頻芯片作為主控芯片，CC2530射頻芯片具有250KBPS無(wú)線通信帶寬，兩節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行可靠傳輸?shù)闹苯油ㄐ啪嚯x為1000m。針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)而言，風(fēng)機(jī)之間距離多在300～800m，可滿足風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的通信距離。

2.2.1 ZigBee節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中各ZigBee節(jié)點(diǎn)使用最小系統(tǒng)構(gòu)成，即只包括CC2530射頻芯片、仿真接口、電源電路、開關(guān)電路以及指示電路構(gòu)成。其中仿真接口用于軟件調(diào)試與下載；開關(guān)電路為復(fù)位電路；通過(guò)UART接口實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)采集裝置的UART通信；兩個(gè)指示燈分別進(jìn)行入網(wǎng)狀態(tài)指示和UART通信狀態(tài)指示，ZigBee各功能節(jié)點(diǎn)硬件電路設(shè)計(jì)如圖4所示。

2.2.2 ZigBee節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)

ZigBee各節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)基于TI公司的zstack2006，在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中半功能設(shè)備只能進(jìn)行發(fā)送和接受信號(hào)，無(wú)轉(zhuǎn)發(fā)和路由功能，全功能可支持轉(zhuǎn)發(fā)和路由功能，因此，本系統(tǒng)中定義終端節(jié)點(diǎn)為半功能設(shè)備，路由節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器設(shè)計(jì)為全功能設(shè)備，以上設(shè)定都由zstack2006軟件設(shè)定而成。

圖4 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖

圖5 ZigBee節(jié)點(diǎn)軟件流程圖

在本系統(tǒng)中，協(xié)調(diào)器的主要任務(wù)是接受來(lái)自監(jiān)控軟件串口上的數(shù)據(jù)采集命令，然后將命令通過(guò)無(wú)線發(fā)送給終端節(jié)點(diǎn)，并收取節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)送給監(jiān)控軟件。當(dāng)用戶進(jìn)行操作時(shí)，監(jiān)控軟件會(huì)通過(guò)串口向協(xié)調(diào)器發(fā)送讀取命令，該命令以數(shù)據(jù)包形式傳遞給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器針對(duì)該數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，若符合規(guī)定，則提取待測(cè)節(jié)點(diǎn)信息，并對(duì)該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線命令發(fā)送要求其將對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)回傳至網(wǎng)關(guān)，然后再將接收到的指定節(jié)點(diǎn)的信息按照數(shù)據(jù)包格式發(fā)送給監(jiān)控中心，協(xié)調(diào)器軟件流程圖如圖5a所示。終端節(jié)點(diǎn)的主要任務(wù)是完成與風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)采集裝置的通信以及節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)信息的發(fā)送。數(shù)據(jù)采集裝置定時(shí)將數(shù)據(jù)信息發(fā)送至終端節(jié)點(diǎn)，終端節(jié)點(diǎn)可依據(jù)此數(shù)據(jù)包更新風(fēng)速、風(fēng)向、溫濕度等信息。當(dāng)節(jié)點(diǎn)接收到協(xié)調(diào)器的查詢指令時(shí)，將當(dāng)前的數(shù)據(jù)信息反饋至協(xié)調(diào)器，終端節(jié)點(diǎn)軟件流程圖如圖5b所示。

2.3 監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)控中心管理系統(tǒng)主要有風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組分布情況及運(yùn)行狀態(tài)查看子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)等。該軟件利用VC編程，為保證軟件的良好操作性和人機(jī)交互性，軟件加載MapInfo 11.0和SQL SEVER 2005進(jìn)行子功能服務(wù)。為保證監(jiān)控軟件的安全運(yùn)行，為監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)用戶的控制訪問(wèn)，工作人員必須通過(guò)用戶名和密碼登陸軟件系統(tǒng)才可進(jìn)行相應(yīng)操作。監(jiān)控軟件主要包括以下幾個(gè)子系統(tǒng)：

1)用戶管理頁(yè)面：使用該軟件的用戶，必須提供正確的用戶名和密碼。管理員可進(jìn)行增加、刪除和查找用戶；每個(gè)用戶可進(jìn)行相應(yīng)密碼更改。

圖6 用戶管理頁(yè)面

2)數(shù)據(jù)采集頁(yè)面：軟件通過(guò)串口進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)采集。軟件提供采集串口設(shè)置，采集速度設(shè)置，采集精度設(shè)置等功能。為保證數(shù)據(jù)采集的直觀表達(dá)，軟件利用MapInfo11.0的地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)定位顯示。

圖7 數(shù)據(jù)采集頁(yè)面

3)數(shù)據(jù)分析頁(yè)面：已經(jīng)采集到的數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。為保證風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源的評(píng)估和優(yōu)化控制，數(shù)據(jù)分析頁(yè)面可利用數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)速曲線，風(fēng)頻曲線的繪制，并可利用多重條件進(jìn)行歷史風(fēng)速數(shù)據(jù)回調(diào)。

圖8 數(shù)據(jù)分析頁(yè)面

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組的分布情況以及檢測(cè)要

求，本系統(tǒng)利用多種檢測(cè)距離進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)條件模擬。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由高性能風(fēng)扇、數(shù)據(jù)采集裝置、標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)測(cè)量?jī)x、ZigBee傳感器和監(jiān)控電腦組成。實(shí)驗(yàn)采用高性能風(fēng)扇來(lái)產(chǎn)生穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)氣流，利用WS425風(fēng)速測(cè)量?jī)x作為校準(zhǔn)儀進(jìn)行風(fēng)速值標(biāo)定，該測(cè)量?jī)x風(fēng)速測(cè)量精度為0.1m/s。此次實(shí)驗(yàn)分別在風(fēng)速近似為0、0.5、1、2、4和6m/s條件下進(jìn)行，且多次實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度約為18°，濕度約為45%，每次測(cè)量50組數(shù)據(jù)。取50組數(shù)據(jù)的平均值作為最終測(cè)量結(jié)果，分別記錄采集裝置的測(cè)量風(fēng)速和多種距離下監(jiān)控中心的顯示風(fēng)速，驗(yàn)證采集裝置的精度和ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳輸性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 系統(tǒng)初次實(shí)驗(yàn)結(jié)果 m/s

為驗(yàn)證溫濕度智能風(fēng)速補(bǔ)償算法對(duì)測(cè)量風(fēng)速的影響，數(shù)據(jù)采集裝置屏蔽溫濕度算法并進(jìn)行二次實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成如初次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)條件為：溫度約為18°，濕度約為45%，風(fēng)速分別近似為0、0.5、1、2、4和6m/s下。以上每種風(fēng)速下測(cè)量50組數(shù)據(jù)，取50組數(shù)據(jù)的平均值為最終測(cè)量結(jié)果，實(shí)驗(yàn)距離固定為300m。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 系統(tǒng)二次實(shí)驗(yàn)結(jié)果 m/s

對(duì)比表1與表2的數(shù)據(jù)，在同等實(shí)驗(yàn)條件下，溫濕度智能風(fēng)速補(bǔ)償算法可有效提高數(shù)據(jù)采集裝置的測(cè)量精度。采用溫濕度智能風(fēng)速補(bǔ)償算法情況下，采集裝置與WS425測(cè)量?jī)x的絕對(duì)誤差約為0.01；未采用溫濕度智能風(fēng)速補(bǔ)償算法時(shí)，該絕對(duì)誤差為0.04。因此使用溫濕度補(bǔ)償算法可有效提高數(shù)據(jù)采集裝置的測(cè)量精度。

依據(jù)表1的數(shù)據(jù)，同時(shí)考慮高性能風(fēng)扇所產(chǎn)生的風(fēng)速誤差與WS425風(fēng)速測(cè)量?jī)x的精度誤差，可有效判定數(shù)據(jù)采集裝置的采集精度，在多組實(shí)驗(yàn)中，數(shù)據(jù)采集裝置與WS425的測(cè)量數(shù)據(jù)的絕對(duì)誤差約為0.01m/s，相對(duì)誤差約為0.5%，考慮到系統(tǒng)誤差與偶然誤差，可近似認(rèn)為數(shù)據(jù)采集裝置與WS425具備同等測(cè)量精度，即風(fēng)速測(cè)量精度為±0.1m/s，風(fēng)向誤差為±1°。遠(yuǎn)距離傳輸過(guò)程中(500m，700m)絕對(duì)誤差分別為0.05、0.08，考慮到ZigBee芯片所允許的遠(yuǎn)距離傳輸丟包率，可判定遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸有效穩(wěn)定。

4 結(jié)論

針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)采集裝置、ZigBee傳感器節(jié)點(diǎn)和監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)軟件。數(shù)據(jù)采集裝置以C8051F120單片機(jī)作為控制核心，利用超聲波式傳感器進(jìn)行風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)采集，并可根據(jù)當(dāng)前的溫濕度進(jìn)行智能風(fēng)速補(bǔ)償；ZigBee傳感器節(jié)點(diǎn)基于CC2530設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，利用Zstack2006協(xié)議棧設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)傳輸，串口響應(yīng)等功能；監(jiān)控系統(tǒng)以VS2005為平臺(tái)，綜合MapInfo，SQL SEVER2005等多個(gè)工具軟件實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電場(chǎng)氣象數(shù)據(jù)采集、分析、存儲(chǔ)以及風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控等功能。本裝置可實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)氣象數(shù)據(jù)的高精度采集，風(fēng)速測(cè)量精度為±0.1m/s，風(fēng)向誤差為±1°，可在風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)布點(diǎn)變化時(shí)自動(dòng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重建，可高效進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)定位監(jiān)控以及風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。

[1]王松,姚興佳,李春影.風(fēng)電場(chǎng)過(guò)程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)[J].節(jié)能,2001(5):10-12.

[2]郭洪澈,郭慶鼐.風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)分布式微機(jī)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J].節(jié)能,2001(8):18-20.

[3]王成,王志新,張華強(qiáng).風(fēng)電場(chǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用研究[J].自動(dòng)化儀表,2008,29(11):16-20.

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[6]楊柳,毛志懷,蔣志杰,等.基于無(wú)線傳輸?shù)募Z倉(cāng)溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012,28(4):155-159.

(責(zé)任編輯：馬金發(fā))

The Supervisory Control and Data Acquisition for Wind Farm Based on ZigBee and Ultrasonic Anemometer

YU Yang,WANG Zhi,YI Yue

(Shenyang Ligong University,Shenyang 110159,China)

A ZigBee and ultrasonic anemometer based on supervisory and data measurement system is presented,which can be applied in high-precision and high-speed meteorological wind farm data measurement.This system is composed of three parts,wind farm data measuring device,ZigBee network and monitoring software.In wind farm,the data measuring device based on ultrasonic anemometer will detect the information of wind farm.Secondly,this information will be uploaded to software by ZigBee network.Monitoring software will gather all information and storage them,what′s more,this software can also monitor the fan motor,which provides an advanced solution for networked measurement and wind farm control.

wind farm;ZigBee;ultrasonic anemometer;supervisory control system

2015-09-29

于洋(1963—)，男，教授，研究方向：智能儀器與控制裝置、網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)技術(shù)、故障診斷與系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)等。

1003-1251(2016)05-0011-06

TP368.1

A