基于浮動太陽能發(fā)電廠的NB-IOT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計*

沈超聰 吳佳 滿熊毅 賴材源

廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學院自動化工程系 廣東 廣州 510920

1 NB-IOT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

通過對傳統(tǒng)的光伏發(fā)電廠的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需求功能深入分析，NB-IOT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由NB-IOT傳感器監(jiān)測及微處理移動監(jiān)測平臺、不間斷電源系統(tǒng)、通訊數(shù)據(jù)服務(wù)端、實時數(shù)據(jù)顯示客戶端、PC客戶端、Android客戶端組成。

2 NB-IOT傳感器監(jiān)測及微處理移動監(jiān)測平臺核心功能

NB-IOT傳感器監(jiān)測及微處理移動監(jiān)測平臺核心功能可分為核心微處理系統(tǒng)、雙目視覺及激光雷達的定位導航系統(tǒng)、不間斷電源供電系統(tǒng)、遠程遙控驅(qū)動系統(tǒng)、NB-IOT數(shù)據(jù)傳輸及傳感器采集系統(tǒng)。核心微處理系統(tǒng)可實現(xiàn)對傳感器雙目視覺及激光雷達對移動機器人的路線導航移動進行實時處理提供服務(wù)存儲為NBIOT數(shù)據(jù)檢測到的數(shù)據(jù)進行傳輸服務(wù)；雙目視覺及激光雷達的定位導航系統(tǒng)可實現(xiàn)精準正確的巡檢路線導航；操作人員可以在遠程通過試試數(shù)據(jù)顯示客戶端觀察數(shù)據(jù)并通過PC客戶端，Android客戶端進行直接遠程操作還有傳感器信息采集操作[1]。

1.2 NB-IOT傳感器環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸

該NB-IOT傳感器監(jiān)測及微處理移動監(jiān)測平臺能夠在操作人員的遠程操作指揮下，通過激光雷達及雙目視覺進行精準定位，對指定位置的環(huán)境進行實時環(huán)境監(jiān)測，監(jiān)測環(huán)境溫度、濕度、光照強度等信息，并將采集到的數(shù)據(jù)打包，傳輸?shù)竭\營商基站，并通過MQTT數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器上，從而使采集到的各項數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r通過服務(wù)器，被PC以及Android客戶端讀取并且顯示，并實時儲存在服務(wù)器上。操作人員可以通過Android客戶端還有PC客戶端，登錄服務(wù)器，控制移動光照平臺，通過攝像頭，監(jiān)視環(huán)境情況，實時觀察現(xiàn)場周圍環(huán)境及作業(yè)情況，并能通過PC客戶端在出現(xiàn)設(shè)備故障及運行問題時指揮現(xiàn)場工作人員準確到達設(shè)備所在位置進行維修維護，記錄在案。移動平臺內(nèi)置不間斷電源系統(tǒng)，內(nèi)置電源可通過光伏發(fā)電進行設(shè)備供電，在沒有外接額外電源的情況下可保證其能連續(xù)穩(wěn)定工作。

1.3 NB-IOT數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計

該NB-IOT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)STM32處理器系統(tǒng)采用STM32C8T6芯片作為微處理器，包括①STM32F103C8T6處理器系統(tǒng)；②遠程服務(wù)器；③顯示屏模塊；④USB電源；⑤溫濕度度采集模塊；⑥光照度采集模塊；⑦NB-IOT模塊，通過其IO口連接各個模塊；USB供電模塊通過連接浮動太陽能管理系統(tǒng)為個模塊工作提供電源；光照度傳感器模塊檢測光照度強度，并將數(shù)據(jù)通過IIC接口傳到STM32處理器系統(tǒng)。溫濕度傳感器模塊檢測周圍的溫度和濕度，并將數(shù)據(jù)通過IIC接口傳到STM32處理器系統(tǒng)。

NB-IOT模塊接收處理器發(fā)來的數(shù)據(jù)，通過窄帶物聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器端，然后移動端連接服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)，或直接在服務(wù)器端查看數(shù)據(jù)。

1.4 PC客戶端設(shè)計

操作人員通過PC客戶端，可以對移動監(jiān)控平臺進行遠程控制操作，實時查看設(shè)備及環(huán)境狀態(tài)、對設(shè)備故障進行定位，以及傳感器數(shù)據(jù)采集，遠程與現(xiàn)場工作人員指揮作業(yè)等。用戶可通過內(nèi)部管理賬號密碼進行登錄操作，PC客戶端設(shè)置了4大頁內(nèi)容功能，分別是“設(shè)備故障管理頁”、“設(shè)備實時數(shù)據(jù)監(jiān)控頁”、“操作管理頁”“設(shè)備管理監(jiān)控頁”。

PC客戶端的“首頁”“操作”“數(shù)據(jù)管理”分用于相關(guān)功能頁面進入按鈕。在操作管理頁上，可對該系統(tǒng)的在線人數(shù)、設(shè)備數(shù)量、事件處理，以及信息進行操作處理，并可查看浮動太陽能發(fā)電廠設(shè)備的日發(fā)電量、月發(fā)電量、各個區(qū)域等的設(shè)備情況，例如所在區(qū)域，名稱，故障原因等信息；實時監(jiān)控頁可查看監(jiān)控設(shè)備所在環(huán)境中，該NB-IOT傳感器監(jiān)測及微處理移動監(jiān)測平臺，采集的設(shè)備環(huán)境溫度，設(shè)備環(huán)境光照強度、攝像頭拍攝到的實時環(huán)境等信息；點擊“故障數(shù)據(jù)管理”可對發(fā)電板故障進行相應處理登記。

2 應用情況

NB-IOT的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過窄帶物聯(lián)網(wǎng)以及相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸模式，實現(xiàn)了客戶端遠程數(shù)據(jù)訪問及實時監(jiān)控浮動太陽能發(fā)電廠運行情況，在實地測試中，實地環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性，在不同區(qū)域不同時刻對于設(shè)備的穩(wěn)定運行會有影響，具體表現(xiàn)為1000M寬帶的轉(zhuǎn)換的通信要高于4G網(wǎng)絡(luò)，而在4G網(wǎng)絡(luò)各區(qū)域的實際通信速率表現(xiàn)也不同，區(qū)域周圍信號干擾越少越好，4G網(wǎng)絡(luò)的表現(xiàn)可用但速率不盡如人意，相信5G普及后，在未來升級模塊改用5G模塊效果會更好[2]。

3 結(jié)束語

本文設(shè)計的基于浮動太陽能發(fā)電廠的NB-IOT的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計各部分的系統(tǒng)組成在海上浮動太陽能發(fā)電廠的環(huán)境及生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)測具有靈活接入可靠傳輸?shù)奶匦?，代替了人工在海上浮動太陽能作業(yè)很多煩瑣的工作，簡化了工作流程。操作人員的PC客戶端操作頁面設(shè)計簡潔，使用方便，可實時查看環(huán)境監(jiān)測溫濕度光照強度等數(shù)據(jù)，可實時進行監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸，豐富傳統(tǒng)浮動太陽能發(fā)電廠的檢修管理模式。本設(shè)計具有一定的行業(yè)創(chuàng)新性，值得行業(yè)在浮動太陽能發(fā)電廠推廣使用。