基于DSP和ZigBee的风力发电监测报警系统设计
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作者: 丁倩
摘要：针对目前风力发电监测报警系统成本高、数据传输不灵活等缺陷，设计出一种基于DSP和ZigBee的风力发电监测报警系统。分析了系统的结构原理，给出了软硬件框图，并分析了数据采集模块和数据传输模块。实验结果验证了本系统的可行性，系统运行稳定可靠。
关键词：风力发电监测系统 ZigBee DSPF2812 无线通信
中图分类号:TP274 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2011)12-0085-01
风能是丰富清洁的可再生能源，风力发电作为另一种替代发电方式在以上几个方面均可获得较好的解决。目前的风力发电监测系统都是依靠线路传输数据[2]，铺设线路成本高，这大大的限制了应用场合。现采用基于ZigBee和DSP相结合设计方案，此系统实现了高精度的采样要求，采用的ZigBee无线模块可以实现1000-2000米的无线传输功能，每个无线通信模块都可以作为一个路由器，可以实现间接传输，进而使传输距离更远。以上优点弥补了目前风力发电监测报警系统的缺陷，达到应用的要求。
1、装置整体运行原理
风力发电监测系统简单来说是一个数据采集处理装置，首先风力发电机发出的各项电压电流通过滤波器滤去低频漂移信号和高频干扰，然后由电压传感器和电流传感器分别对输出的电压和电流进行实时检测，传感器输出的六路模拟量传递给AD7656模数转换芯片，TMS320 F2812（简称DSP）控制AD7656将六路模拟量转换成数字量，DSP利用相关的算法对数字量进行分析，计算出所需的相关参数，所测的数字量通过ZigBee无线模块传输给监控中心，同时监控中心也可以将相应控制指令通过ZigBee无线模块发送给各个监测点。如果检测到风力输出电能质量不符合标准，则会触发报警，此时监测点会将此信息发送给监测中心。
2、系统硬件设计
2.1 数据采集模块硬件电路
2.1.1 TMS320F2812介绍及外围硬件电路
时钟电路：本系统时钟电路采用DSP内部晶体振荡器电路，外接晶体的工作频率为30MHz，DSP内部具有一个可编程的锁相环，根据所需系统时钟频率对其编程设置，可以得到想要的系统频率。
复位电路：由于DSP初始化需要一定的时间，所以复位信号需要保持3个CLKOUT周期，同时在上电后，该系统的晶体振荡器一般需要100～200ms的稳定期。在本系统中选用电源管理器件TPS73HD301实现复位功能，一旦给其上电，引脚RESET输出低电平，并且至少保持200ms，从而满足复位要求。
2.1.2 数据采集硬件电路设计
数据采集装置由DSP和AD7656组成，DSP通过控制AD756来完成数据采集功能，其采样频率为12.8KHz，
DSP的GPIOA口的16个IO端口作为并行数据口与AD7656的并行数据口DB0－DB15相连，GPIOB0端口与CONVST A、CONVST B和CONVST C三个端口相连，作为AD7656的6路同时采样启动控制口，GPIOB1端口与AD7656的CS端相连作为片选控制口，GPIOB2端口与AD7656的读信号RD相连作为读取数据控制口，GPIOB3端口与AD7656的BUSY相连，用来检测转换是否结束。
2.2 数据传输模块硬件电路设计
本系统采用ZigBee无线网络技术作为数据传输渠道。ZigBee模块提供标准串口RS232数据接口，可以实现数据的广播方式发送、按照目标地址发送模式。无线模块的RX/TX端口与DSP的串口TX/RX相连，其DSP的GPIOB5端口与DEVICE终端节点端口相连，其置低电平则表示具有终端节点的功能，只进行本节点数据的发送和接收。CENTER中心节点端口，其与DSP的GPIOB6相连，其接低电平表示无线模块具有中心节点功能，负责网络的发起组织、网络维护和管理功能。
3、系统软件件设计
风力发电监测报警系统的软件设计包括采样子程序和系统整体程序设计，下面就这两部分进行详细介绍。
3.1 采样子程序
在AD7656进行数据采集时，AD7656的片选CS端口和CONV端口需要置高电平，此时进行数据采集，根据相关时序，DSP的GPIOB1此时就会置高电平，使AD7656的CS端口为高电平，之后GPIOB0会发出一个高电平信号来启动AD7656进行模拟信号采样。完成对6路模拟信号的采样需要大约5us的时间，DSP开始判断AD7656的BUSY端口是否为低电平，当AD7656的BUSY端口为低电平信号，说明已经对6路模拟信号采样完成，读取一路数据必须先要将AD7656的RD端口设置为低电平，读取完此路数据之后，再将RD端口置为高电平，为读取下一路数据做准备，依照上述读取数据的方式循环六次读取6路信号。这样就完成了一个点的采样过程，因为采集模块需要采集256个点，依照刚才介绍的采集过程循环采集256次，这样就完成了一个周期256点的采集功能。
3.2 系统整体流程图
监测中心主机通过ZibBee无线模块发送采集指令，监测点的系统通过ZibBee无线模块接收主机的指令，接收完成后DSP开始判断指令，并根据指令的要求开始采集数据，分析处理等，数据采集处理完成后，DSP将所测数据通过ZibBee无线模块发送给监测中心，这样就完成了整体的运行功能。在间隔10S后，DSP都会控制AD对风力发电机组输出的电能进行采集，并分析其是否符合标准，如果超出范围，DSP会将报警信息发送给监测中心，报告风电输出电能情况异常。
4、结语
本文设计出了一种基于DSP与ZigBee的风力发电监测报警系统。本系统数据采集精度高，组网灵活，应用范围广，能够将多个监测站点的风力发电情况及时传输给监测中心。
参考文献
[1]吴广龙.浅谈风力发电的技术现状与发展趋势[J].科技纵横,2010.01,115.
[2]张勇,曾君.风力发电机组便携式电能质量监测系统[J].控制理论与应用,2008,1(25):163-166.
作者简介
丁倩，女，1993年11月，山东理工大学会计系，对电力系统有较深的研究。
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