文摘：設計了包括硬件系統和軟件系統在內的分布式光伏電站數據通信管理機。．基于ARM嵌入式處理器的硬件系統設計，通過RS485／232串口采集和分析光伏電站終端設備的實時數據，采用以太網。／GPRS與光伏電站控制系統的服務器連接，實現遠程無線通信和數據傳輸．基于多任務實時系統Linux的軟件系統采用模塊化設計，包括任務管理、內存管理、時間管理和同步通信等功能模塊化。．該通信管理機具有實時采集、存儲、分析、處理、上傳和轉發分布式光伏電站監控數據等功能。．

關鍵字：分布式光伏電站；數據管理機；嵌入式系統；遠程無線；通信和傳輸

光伏監控系統可以實時監控和控制太陽能光伏電站的電池陣列、匯流箱、逆變器、交流DC配電柜、電表等設備，采集、儲存、分析、管理和通信與電站運行效率相關的各種環境參數、設備信息和電力參數，以保證光伏發電系統的安全、可靠、穩定運行和并網計量，是現代光伏電站系統不ke或que的一部分。光伏電站監控系統經歷了早期的有線數據采集]到目前為止，數據存儲已經從存儲卡存儲發展到網絡數據傳輸和云存儲。近幾年來，隨著工業屋頂電站和家庭戶用屋頂電站的大量建設和并網，這一分布式光伏電站的數據監控系統得到了重視。光伏數據通信管理單元負責收集光伏電站在分布式光伏監控系統中運行的所有相關數據，并通過以太網運行。／為了讓光伏電站用戶和管理者實時監控光伏電站的運行狀態，GPRS遠程傳輸到光伏電站監控中心，是光伏電站監控中心與光伏電站設備之間的橋梁．本文基于ARM嵌入式處理器的設計，開發了分布式光伏電站數據通信管理機，實時采集、分析、存儲分布式光伏電站運行數據，并遠程傳輸到光伏監控系統的數據中心，實現分布式光伏電站的遠程管理和維護。

1系統硬件設計

基于SAM9X25嵌入式微處理器設計的分布式光伏電站數據通信管理機系統硬件，采用RS485。／通過GPRS，232串口采集和分析逆變器、氣象環境監測器、匯流箱、電表等終端設備的實時數據。／將數據傳輸到遠程數據中心的以太網與服務器連接。．管理員可以通過登錄WEB界面對光伏數據管理機進行配置管理。用戶可以通過登錄WEB終端或移動終端查看電站的實時運行和實時歷史數據。硬件結構如圖1所示

圖1通信管理機的硬件結構圖

1.1串口電路

通信管理機采用UART(UniversalAsyn-chronousReceiverTransmitter)還有USART(Uni-versalSynchronousAsynchronousReceiverTransmitter)轉向RS-485//接口RS-遠程數據采集422串口方式，圖2為串口電路結構圖。

圖2串口電路結構圖

串口數據傳輸采用平衡發送和差分接收的方式。．ARM芯片的UART接口和USART接口與四通道隔離器ADUM1400相連，分隔數據傳輸信號和收發器的控制信號，支持多種通道配置和數據傳輸速度，確保系統的安全性和穩定性．RX和TX通過隔離器后的數據傳輸信號線與RS484／RS422／RS232收發器直接連接，收發器的控制信號EN需要通過斯密特觸發器再次連接RS484／RS422／RS232收發器，控制收發器的工作模式．斯密特觸發器將緩慢變化的輸入信號變為清晰無抖動的方波信號，增加系統的抗干擾能力．RS484／RS422／在端信號的控制下，RS232收發器與設備進行數據傳輸。

1.2SD卡存儲電路

通信機包含一個SD卡插座，圖3是其電路結構圖。HSMCICI芯片的SD卡和ARM芯片(HighSpeedMultimediaCardInterface)PIO連接模塊的物理層接口，HSMC1支持流、塊、多塊數據的讀寫，同時受到DMACC的影響。(DirectMemoryAccessController)控制在很大程度上保護了處理器的數據傳輸效率。SD卡支持三種傳輸模式:SPI模式、一位模式和四位模式。該系統采用四位模式。

圖3SD卡存儲電路結構圖

1.3以太網口電路

通信管理機包括兩個以太網口，圖4顯示其電路結構圖。．以太網通過RJ-45網口與媒體連接，通過共享傳輸媒體傳輸差分數據。濾波器將RJ-45網絡接口的電壓轉換成網卡芯片DM9161所需的電壓，過濾掉其他干擾信號，降低信息傳輸的錯誤率。網卡芯片的物理層接口接收過濾器的輸出信號，并將其轉換為MII。(MediaIndependentInter—face)EMAC(EthernetMediaAccessController10)通過數據接口將MII信號發送給ARM控制器。／100)模塊．該系統采用標準網線，兩端45連接的雙絞線線序wan全相同，用于連接終端設備到HUB或LANSwitch。

圖4以太網口電路結構圖

2系統軟件設計

通信管理軟件系統采用多任務實時系統的模塊化設計，包括任務管理、任務調度、內存管理、時間管理和任務之間的通信和同步等功能模塊。．通過設計驅動程序模塊、操作系統的API函數、系統任務和任務調度模塊，系統在Linux提供的任務核心的基礎上擴展操作系統。．將程序分為主程序、數據采集、數據傳輸和數據存儲等多個任務模塊，根據各功能的相關性。

主程序需要完成ARM芯片和外部設備、Linux系統和信號量的初始設置并啟動系統。同時，主程序需要啟動任務線程，如驅動調度、網絡通信和數據庫。．圖5顯示了主程序流程圖。

2.1數據采集

數據采集任務是完成每個終端設備的數據采集。如圖6所示，程序讀取變量信息，完成后啟動串口通信線程，然后調用設備驅動程序的初始接口。此時，收集任務通過向數據總線發送“收集數據"接口的數據命令來讀取。所有連接在數據總線上的傳感器接收讀取命令后，將根據數據包判斷是否發送給自己。如果是，將設備參數數據返回系統，直到數據發送完畢。

圖5主程序流程圖

圖6數據采集任務流程圖

2.2數據傳輸

數據傳輸包括兩個部分:數據傳輸和數據接收，其中數據傳輸部分主要將后臺數據庫中的數據傳輸到前端WEB頁面，數據接收部分主要接收網絡上傳的數據并對數據進行分析和執行。數據傳輸過程圖如圖7所示。

2.3數據存儲

數據存儲主要完成上傳數據的存儲。如圖8所示，程序在接收到網絡通信層的通信中斷信息后，讀取內存數據庫中所有變量的信息，根據內存數據庫中不同類型的數據選擇不同的存儲方案。若選擇周期存儲，則循環判斷周期時間是否達到，達到設定的周期時間則將數據寫入歷史數據存儲緩存隊列；若是按照精度存儲，則按照旋轉門算法對當前數據進行判斷，將符合條件的數據寫入歷史數據存儲緩存隊列。

圖7數據傳輸任務流程圖

圖8數據存儲流程圖

3應用

Chitic分布式光伏電站數據通信管理機采用上述設計方案設計開發。該通信管理機的本地WEB配置界面包括數據視圖、串口配置、通道配置、網絡設置、傳輸配置、服務和系統維護等7個功能，每個功能模塊下包含幾個子功能，如圖9所示。

在數據視圖下，電站可以查看當前電站的電量參數、環境參數和節能參數；在設備信息下，可以查看當前電站設備的數量和各種設備的運行情況。

圖9Chitic分布式光伏電站數據通信管理機WEB配置界面

串口配置可配置各種串口參數，實現數據采集和本地查看功能。

通道配置可以配置設備通道信息，每個設備都是樹形連接，每個串口是一個通道，有四個通道，一個通道下可以掛多個l6個設備，系統集中采集設備數據。網絡配置可以是IP，數據上傳方式有NET。GPRS，三種方式可以選擇WIFI。．傳輸配置可以配置遠程數據中心IP，系統根據配置的上傳方式將電站數據上傳到zhi定數據中心IP。查看系統支持的協議類型和ModBus保存器的一些功能。．系統維護用于查看系統版本和序列號，實現系統升級、時間校對和設備重啟等功能。

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5結論

通過RS485設計了一種基于ARM嵌入式處理器的分布式光伏電站數據通信管理機，其硬件系統采用RS485。／232串口采集和分析光伏電站終端設備的實時數據，采用以太網。／GPRS與光伏電站控制系統的服務器相連，實現了遠程無線通信和數據傳輸。．基于多任務實時系統Linux，軟件系統采用模塊化設計，包括任務管理、內存管理、時間管理和同步通信等功能模塊。該通信管理機具有實時采集、存儲、分析、處理、上傳和轉發分布式光伏電站監控數據等功能。．該系統利用WEB網頁查看和配置光伏電站數據，支持多種通信規定，支持斷點續傳，具有數據采集、分析處理、歷史數據存儲、同步上傳、本地轉發等多種功能。．同時，該系統是分布式光伏電站監控系統的重要組成部分，具有成本低、功耗低、數據存儲量大、數據處理速度快、實現實時多任務操作的優點。

參考文獻

[1]BENGHANEMM．LowcostmanagementforphotovoltaicsysteminisolatedsitewithnewIVcharacterizati0nmodelproposed[-J]．EnergyConversionandManagement，2009，50：748—755．

[2]FORERON，HERMANDEZJ，GORDILLOG．Develop—mentofamonitoringsystemforaPVsolarplant[J]．Ener—gYConversionandManagement，2006，47：2329—2336．

[3]楊啟凱．光伏實時遠程監控系統方案設計與實現[D]．重慶：重慶大學，2013．