CN201887976U - 一种风光互补路灯远程监控*** - Google Patents

一种风光互补路灯远程监控*** Download PDF

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王洪伟
舒杰
张先勇
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Abstract

本实用新型公开了一种风光互补路灯远程监控***，其特征在于，包括外接传感器、远程监控装置和服务器数据监控中心，所述外接传感器、远程监控装置和服务器数据监控中心依次连接；所述远程监控装置包括微处理器、GPRS模块、A/D采样模块、存储器模块和开关量输出模块，所述GPRS模块、A/D采样模块、存储器模块和开关量输出模块均连接至所述微处理器，所述GPRS模块无线连接所述服务器数据监控中心。采用本实用新型可实时了解当地风力/太阳能资源状况(风速分布、太阳能辐射)、***运行状况(实时功率、电压/电流、累计发电量)、负载工作情况、***故障处理等。

Description

一种风光互补路灯远程监控***
技术领域
本实用新型涉及可再生能源发电应用领域，尤其涉及的是一种采用GPRS通讯技术对风光互补路灯进行远程监控的***。
背景技术
新能源与可再生能源的开发利用是解决人类能源短缺、减少温室气体排放的重要手段。近几年，太阳能、风能等可再生能源的开发利用在我国发展迅猛，年增长率达50％以上。由于风能、太阳能资源在时间和地域上具有互补性，因此风光互补发电成为一种重要的能源利用方案。风光互补路灯是风光互补利用最常见的形式，它主要包括太阳能电池板、小型风力发电机、控制器、蓄电池组和灯杆、路灯光源。与常规路灯不同，风光互补路灯采用洁净的太阳能、风能作为能源，不消耗化石能源，不排放二氧化碳等有害气体，而且安装方便，不需要输电线路，也不需要挖沟埋线，不消耗市电电能，在郊区道路、高速公路等无输电线路的道路安装具有很好的经济性。近几年风光互补路灯在国内逐渐得到了推广应用，风光互补路灯的建设体现了政府建设低碳、节能环保的城市理念，代表了未来路灯发展的一个方向。
风光互补路灯一般安装在偏远且无人值守的地方，要对地域上广泛分散的风光互补路灯进行监测维护是十分困难、繁琐的，需要大量的人力、物力。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种风光互补路灯远程监控***，旨在解决现有的风光互补路灯***实时监控和维护的问题。
本实用新型的技术方案如下：
一种风光互补路灯远程监控***，其中，包括外接传感器、远程监控装置和服务器数据监控中心，所述外接传感器、远程监控装置和服务器数据监控中心依次连接；
所述远程监控装置包括微处理器、GPRS模块、A/D采样模块、存储器模块和开关量输出模块，
所述GPRS模块、A/D采样模块、存储器模块和开关量输出模块均连接至所述微处理器，
所述GPRS模块无线连接所述服务器数据监控中心。
所述的风光互补路灯远程监控***，其中，所述远程监控装置还包括实时时钟模块，所述实时时钟模块连接所述微处理器。
所述的风光互补路灯远程监控***，其中，所述远程监控装置还包括状态显示模块，所述状态显示模块连接所述微处理器。
所述的风光互补路灯远程监控***，其中，所述外接传感器包括太阳辐射传感器，所述太阳辐射传感器连接至A/D采样模块。
所述的风光互补路灯远程监控***，其中，所述外接传感器包括风速传感器，所述风速传感器直接连接至微处理器。
所述的风光互补路灯远程监控***，其中，所述外接传感器包括电压传感器，所述电压传感器连接至A/D采样模块。
所述的风光互补路灯远程监控***，其中，所述外接传感器包括电流传感器，所述电流传感器连接至A/D采样模块。
所述的风光互补路灯远程监控***，其中，所述外接传感器包括温度传感器，所述温度传感器连接至A/D采样模块。
所述的风光互补路灯远程监控***，其中，所述开关量输出模块为继电器输出，输出端外接中间继电器，通过中间继电器控制路灯的开关。
所述的风光互补路灯远程监控***，其中，所述服务器数据监控中心为一计算机。
本实用新型的有益效果：本实用新型通过采用GPRS通讯技术对风光互补路灯进行远程监控，了解当地风力/太阳能资源状况(风速分布、太阳能辐射)、***运行状况(实时功率、电压/电流、累计发电量)、负载工作情况、***故障处理等。
附图说明
图1为本实用新型的构成原理框图；
图2为本实用新型的微处理器电路原理图；
图3为本实用新型的电源模块电路原理图；
图4为本实用新型的GPRS模块电路原理图；
图5为本实用新型的A/D采样模块的电路原理图；
图6为本实用新型的实时时钟模块和存储器模块的电路原理图；
图7为本实用新型的开关量输出模块和状态显示模块的电路原理图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。
如图1所示，本实用新型一种风光互补路灯远程监控***，其采用GPRS通讯技术对风光互补路灯进行远程监控，它包括外接传感器、远程监控装置和服务器数据监控中心，所述外接传感器、远程监控装置和服务器数据监控中心依次连接。所述远程监控装置装设于风光互补路灯的控制器附近。所述远程监控装置包括微处理器、电源模块、GPRS模块、A/D采样模块、实时时钟模块、存储器模块、开关量输出模块和状态显示模块。微处理器作为***控制核心，所述GPRS模块、A/D采样模块、实时时钟模块、存储器模块、开关量输出模块和状态显示模块均连接至所述微处理器。所述电源模块用于给装置中各模块提供工作电源。
所述外接传感器包括太阳辐射传感器、风速传感器、电压传感器、电流传感器和温度传感器。通过外接各外接传感器分别对太阳辐射强度、风速、风机/太阳能电池的输出电压/电流、温度等进行数据采集。太阳辐射传感器、电压传感器、电流传感器和温度传感器连接至A/D采样模块；所述风速传感器直接连接至微处理器。
所述微处理器还对GPRS模块发送指令建立与服务器数据监控中心的通信连接。所述GPRS模块还用于接收并解析服务器数据监控中心发出的指令，控制开关量输出模块进行路灯的开关控制。服务器数据监控中心为一台连接上互联网的计算机。
所述电源模块采用风光互补路灯的蓄电池直接供电，输出提供5V、4.2V、±15V三种电压等级，作为远程监控装置的微处理器、外设器件模块和外接传感器工作电源，其中微处理器等外设模块工作电压为5V，GPRS模块工作电压为4.2V，±15V为A/D采样模块外接的电量传感器工作电压。
如图2所示，电源模块直接采用蓄电池电压输入，输入电压范围为7-40V，输出为3种电压等级。输入到LM2576T可调稳压集成电路U4，电阻R1和电阻R2对输出电压进行分压并反馈到U4，控制使输出电压VBAT稳定在4.2V，最大输出电流达3A，作为GPRS模块的工作电源。输入到LM2575T稳压集成电路U2，输出VCC为5V，作为微处理器和其它外设模块的工作电源。输入到DC-DC模块U6，输出提供±15V电压为外接的传感器供电，输出功率为3W。
参见图3，微处理器U7为8位高速单片机ATmega128，主要进行数据采集、GPRS模块无线通信等。其它模块与ATmega128的端口引脚相连接，主要进行数据采集、无线数据收发、开关/状态控制等。
GPRS模块采用SIMCOM公司的SIM300，具有短信收发、GPRS上网、电话等功能，支持PPP、TCP/IP、DNS等协议，引脚电平为3V，通过74HC07缓冲器进行3V-5V电平转换后与ATmega128的异步串行接口相连接。
如图4所示，GPRS模块U13型号为SIM300，SIM卡接口直接与3.0VSIM卡U16连接。由于SIM300的端口电平为3V，必须经过电平转换之后才能与5V供电的单片机ATmega128进行连接，这里采用高速缓冲器74HC07进行3V-5V电平转换，与单片机ATmega128的异步串行接口相连接，ATmega128通过串口发送AT指令，对SIM300进行开/关机、状态检测、建立网络连接、数据无线收发等操作。
A/D采样模块为11路12位A/D转换器件TLC2543，量程0-5V，外接电压传感器、电流传感器、太阳辐射传感器和PT100温度传感器。所述风速传感器输出的脉冲信号直接接到单片机ATmega128的计数器输入引脚，通过测量脉冲频率计算风速的大小。太阳辐射传感器输出为毫伏信号，需经放大电路放大到0-5V，才能接入到TLC2543采样输入引脚。
如图5所示，A/D采样模块由型号为TLC2543的11路12位A/D器件U5和电流/电压输入通道构成，可对电压或者电流进行采样，只需要通过短路帽W1至W8进行切换。当输入为电压时，断开短路帽，输入电压经过RC滤波后接入TLC2543输入引脚，电压量程为0-5V；当输入为电流时，接上短路帽W，电流流过250欧姆电阻转化为电压，经过RC滤波后输入到TLC2543引脚，电流量程为4-20mA，TLC2543的SPI接口与单片机ATmega128的SPI接口相连接，实现数据高速采样。
实时时钟模块为DS1302，微处理器在进行电能等数据采集的同时读取DS1302的时间，得到风光互补路灯实时在某一时刻下的发电情况，数据采集的时间间隔为1秒。
如图6所示，实时时钟芯片U3的型号为DS1302，外接有3.6V 20mAh镍氢充电电池，供电的同时对电池进行充电，保持时钟芯片不间断工作，微处理器在进行电能等数据采集的同时读取DS1302的时间，得到风光互补路灯实时在某一时刻下的发电情况，数据采集的时间间隔为1秒。
继续参见图6，存储器芯片U9为256K的断电保存型EEPROM，型号为24C256，通过I2C总线与单片机ATmega128的TWI接口相连接，单片机将计算得到的日光伏发电量、日风机发电量、日负载耗电量、累计发电量、累计耗电量等存储于存储器中。
如图7所示，开关量输出模块11为继电器输出，输出端外接中间继电器，通过中间继电器控制路灯的开关。
请继续参见图7，状态显示模块12采用3个LED发光二极管作为状态输出，其中LED1为电源指示灯，LED2为网络连接指示灯，网络连接上就会亮，否则为灭；LED3为无线数据传输指示灯，有数据发送或者接收到数据，LED3就会闪烁。通过观察LED指示灯，可了解到***的工作状态。采用2个继电器作为开关模块输出，通过控制外接的中间继电器，可以控制功率大的路灯负载，避免远程监控设备上流过大的电流。
服务器数据监控中心为在Microsoft Visual Basic6.0平台下开发的监控界面软件，进行实时数据显示、数据存储，并可通过GPRS网络指令控制远程监控装置的开关量输出模块动作。
无线远程监控技术主要借助于微波站或者人造卫星的中继传输技术如：利用移动通讯的基站上专用的通勤信号频道进行传输，我国西部很多移动基站上的太阳能光伏电站就是这样实现监控的；另一个是基于GSM/GPRS模块无线移动通讯网络的工业过程控制及监控***，它是利用移动通讯GSM/GPRS的数据通讯业务或SMS(Short Message Service)短信息业务等实现远程监控，随着移动通讯3G技术的成熟，还可以实现声频视频数据的海量传输。再一个就是在非偏僻地区但又不便布线并且有互联网网络覆盖的地方，采用无线调制解调器或无线网卡与广为使用的互联网结合实现远程监控。
GPRS网络覆盖范围广，无空间和距离限制，本实用新型提供的风光互补路灯远程监控技术方案采用GPRS通讯技术，具有以下优点：
1)、采用分组交换技术，每个用户可以同时占用多个无线信道，同一个信道又可以为多个用户使用，以提高无线信道的利用率。
2)、用户永远在线，保证数据传输的实时性，按流量收费，可以有效降低成本。
3)、基于IP协议，提供强大的Internet接入能力。
4)、接入速度快，无线传输速率理论速度171.15kb/s。
本实用新型风光互补路灯远程监控***经过户外安装运行，采集到大量的现场数据，为风光互补路灯***性能分析与评价提供了有益素材，也为风光互补路灯的工程应用提供了参考。
采用远程监控技术对风光互补路灯进行实时监控，其意义在于：
1)、可对风光互补路灯的运行状况进行实时监测与控制。因为风光互补路灯大都安装在无人值守的偏远地区，人们不可能实时实地的对***的运行状况做到监控；另外很多相对比较集中的风光互补路灯***也需要集中监控。通过远程监控技术可以减少人为干扰、节省人力、降低维护费用等，实现智能监测与控制。
2)、对风光互补路灯的实时监测，可以获得原始测量数据，为***的改进与优化、以及科学研究提供有用数据。风光互补路灯是一个独立发电***，***各部分容量的合理配置对保证路灯***的工作可靠性非常重要，特别是风电和光电***两者之间的容量配置，不仅影响着***性能而且关系到***成本。首先当地的太阳能、风能资源状况等是风电和光电容量选择的一个依据。其次要了解路灯负载用电负荷，为了保证路灯正常工作，设计发电***日平均发电量要大于日负载耗电量。太阳辐射强度、风速、温度等环境因素随时间、天气变化差异很大，对风光互补路灯***的发电量有很大影响，因而需要一套完整的监控***对风光互补路灯的主要参数进行监控，了解到实时的环境资源状况、风光互补路灯工作情况、负载工作情况等，同时通过对风光互补路灯的连续数据监测，为路灯性能以及经济性分析提供数据依据，进一步优化***配置，提高路灯***效率。
应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种风光互补路灯远程监控***，其特征在于，包括外接传感器、远程监控装置和服务器数据监控中心，所述外接传感器、远程监控装置和服务器数据监控中心依次连接；
所述远程监控装置包括微处理器、GPRS模块、A/D采样模块、存储器模块和开关量输出模块，
所述GPRS模块、A/D采样模块、存储器模块和开关量输出模块均连接至所述微处理器，
所述GPRS模块无线连接所述服务器数据监控中心。
2.根据权利要求1所述的风光互补路灯远程监控***，其特征在于，所述远程监控装置还包括实时时钟模块，所述实时时钟模块连接所述微处理器。
3.根据权利要求1所述的风光互补路灯远程监控***，其特征在于，所述远程监控装置还包括状态显示模块，所述状态显示模块连接所述微处理器。
4.根据权利要求1所述的风光互补路灯远程监控***，其特征在于，所述外接传感器包括太阳辐射传感器，所述太阳辐射传感器连接至A/D采样模块。
5.根据权利要求1所述的风光互补路灯远程监控***，其特征在于，所述外接传感器包括风速传感器，所述风速传感器直接连接至微处理器。
6.根据权利要求1所述的风光互补路灯远程监控***，其特征在于，所述外接传感器包括电压传感器，所述电压传感器连接至A/D采样模块。
7.根据权利要求1所述的风光互补路灯远程监控***，其特征在于，所述外接传感器包括电流传感器，所述电流传感器连接至A/D采样模块。
8.根据权利要求1所述的风光互补路灯远程监控***，其特征在于，所述外接传感器包括温度传感器，所述温度传感器连接至A/D采样模块。
9.根据权利要求1所述的风光互补路灯远程监控***，其特征在于，所述开关量输出模块为继电器输出，输出端外接中间继电器，通过中间继电器控制路灯的开关。
10.根据权利要求1所述的风光互补路灯远程监控***，其特征在于，所述服务器数据监控中心为一计算机。
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