创新训练项目申报书.doc

电子科技大学大学生创新训练项目申 报 书项目名称：太阳能发电站远程监控下位机系统 .申 请 人： .所在学院： 物理电子学院 .指导教师： .申请金额： 元 .申请日期： 2011年11月14日 .联系电话： .电子科技大学教务处二一一年十一月制一、 基本情况1项目情况项目名称太阳能发电站远程监控下位机系统项目性质小发明、小创作、小设计等 基础性研究 应用性研究 新实验开发 社会调研项目来源自主立题 教师指导选题项目起止时间2011年 12月至 2013年5月申请金额（元） 2申请者（项目负责人）情况姓名 性别男所在学院物理电子学院学号 专业 联系方式 3项目组成员情况姓名性别学号主要负责工作联系方式 男 主要负责计算机软件编程工男 主要负责硬件制作及相关工女 主要负责查找资料及设备的安装调试150082399284指导教师情况姓名 职称年龄所在学院联系方、 研究方案研究目的和意义：研究目的：（1）人口持续增长与能源日益短缺的矛盾一直都是现代社会面临的一大难题，这一问题在人口众多、人均资源严重不足的中国尤为突出。众所周知，中国经济高速发展，成就令世界瞩目，而能源却成了制约经济发展的瓶颈，是中国不得不面对的一个严峻挑战。同时也揭示了目前中国在能源开发与利用上所暴露出来的问题。中国是国际上能源消耗的大国，而且，在未来20年，能源的需求也将保持强劲增长，能源问题已经成为关系到整个国民经济、国家安全的重大社会问题。资源的紧缺和能源成本的持续增长使得众多发达国家将注意的目光转向了新能源，其中太阳能的应用备受重视。（2）随着太阳能电站的大量增加，尤其在偏远地区的普及，也带来对太阳能供电系统入场维护的困难。传统的电站运行情况检查，每年花费大量的人力，物力。而有的地方一旦大雪封山，人根本无法到达，因此，研制新型的远程监控系统，实现电站无人职守时的数据监测，了解太阳能供电系统的工作状况成了急需解决的问题。（3）太阳能电站远程监控设计是一项重要的实用领域，随着可再生能源的广泛应用，利用太阳能，风能，潮汐能等能源的各种电站运行情况的监测及控制越发重要，因此研究远程监测系统，发挥网络优势，实现电站的无人职守是非常重要的。研究意义：（1）我们所研究的太阳能电站远程监控系统，实现了用小设备通过GPRS数据传输，可以及时的监测每一电站的运行情况。对监控系统来说，监控方式灵活，系统施工和维护造价相对低廉，可保存的数据量更大，数据存储方式更多，系统集成度更高。以GPRS远程监控突破了时间，地域的限制，只要有网络存在的地方，用户在授权的情况下，就可以不受限制随时按需监控，实现即插即用。同时也不需要自己开发专用的通讯协议，而且系统的通信性能得到了进一步的保障和提高。（2）监控太阳能发电情况，太阳不足时断开发电机和电网，太阳能足够时接通发电机和电网以及其他动作。（3）实现远程监控，特别适用于中国国情，中国太阳能充足的地区多为沙漠高原等地，不太适合人员居住，因此开发此监控系统是必要的。（4）该系统不仅仅可以应用于太阳能发电站远程监控，还可以应用于其他监控比如对家电的监控。2. 研究内容与方法：整个系统的设计可分为硬件设计和软件设计两部分，硬件设计主要包括下位机系统总体结构的设计，软件设计又分为上位机的客户端监控软件和下位机系统软件，设计后的方案是否可行，还需实际编程实现，并经测试来验证该设计方案的可行性。下面分别阐述硬件结构和软件结构的设计思路：（1） 系统的硬件结构：系统的硬件结构主要包括六部分：电源，GPRS信号发射及接收系统，主从机间无线通信系统，下位机控主机，下位机从机。A. 电源是为了为单片机系统及GTM900模块提供工作电压，以保证该系统的正常工作。电源可以采用开关电源将220V交流电变压为5V直流电提供系统工作，为了防止停电的特殊情况，可以额外加上5V蓄电池保证系统能向客户端发出停电警告信号以及保证停电时单片机能维持一段时间工作。B. GPRS信号发射及接收系统是采用华为的GTM900芯片，主要完成上位机和下位机系统间的无线远程通信。当远方客户需要发送控制指令时，只需在电脑客户端发送指令，该控制指令经过GPRS传输后，由GTM900接收后传输给下位机主控机。当下位机从机把采集的数据传输给下位机主控机时，主控机通过GTM900芯片把采集的监控数据传回客户端。C. 主从机间无线通信系统是近距离的无线通信，但是要采用不同于GTM900通信的频段的无线电通信的频段。其主要作用是实现下位机主从机之间的通信，下位机主控机先发送从机地址信号，对应地址的从机在验证完地址后立即接收主机传输的控制指令；在从机采集到数据后，通过该系统无线传输给主机，再由主机通过GPRS传输给客户端。D. 下位机主控机是由STM32构成的系统，主要功能是控制两个天线系统分别进行GPRS通信和近距离无线多机通信。E. 下位机从机也是由STM32构成的系统，主要是接收下位机主控机发送的地址信号与自己的地址信号比较，若符合则继续接收下面的控制指令，然后控制设备；此外从机也要对设备的工作参数进行采样，然后将数据发送给主机，最后转发到客户端进行监视判断。PC机Internet基台控制指令 图1 客户端收发（上位机）硬件结构图从机1 STM32设备1主机STM32从机2 STM32设备2从机3 STM32设备3 图2 下位机接收及监控硬件结构图 （2） 系统的软件结构 系统软件主要包括以下几方面：A. 电脑上的客户端程序：主要是发送控制指令以及接收和分析处理反馈数据。此处属于上位机部分。B. GTM900芯片的收发程序，主要实现单片机和上位机之间的GPRS通信。C. 多机无线通信程序，主要实现主机与从机之间的无线通信，可以用一块GSM芯片实现收发多处下位机从机采集的数据和控制下位机从机，即控制多个设备。D. 下位机主控机程序，控制无线通信天线实现与下位机从机之间通信以及控制GSM芯片实现GPRS通信，总体上是个数据的中转站。E. 下位机从机程序，监视设备状态并且将其参数发送给主机，然后经GSM，最后发送至客户端；接收来自主控机转发来的控制命令并对设备做出相应动作。F. 电源控制程序，用AT89S52实现开关电源，并且可以在断电的情况下对客户端发出警告信号，开启备用电源。主要工作流程如下：a) 首先，有客户端发出控制指令到Internet。b) 控制指令经过Internet网络传到移动基台由GPRS协议发送。c) GTM900芯片接收到GPRS数据然后传送给下位机主控机。d) 下位机主控机与全部从机进行通信，发送从机地址信号和控制指令。e) 从机接收到地址信号核对正确后开始接收控制指令，然后对设备进行操作控制。f) 从机通过AD对设备参数进行采样，然后将数据和从机地址一起发送给主机。g) 主机向GTM900发出发送数据请求，等GPRS网络连接好后发送数据给客户端。h) 客户端通过网络就可以接收到监视的数据和从机地址信号，然后客户可以做出相应的动作。3. 研究目标与结果：a) 建立远程PC机通过GTM900与单片机通信的系统。b) 建立一个微处理器的多机无线通信系统，实现下位机主从机的通信。c) 建立基于微处理器实现对外围设备的控制的构成系统。d) 用计算机软件进行编程实验，并制作出硬件设备对该控制系统进行测试。e) 根据项目的开发成果，书写一篇技术论文，在相关技术刊物上发表。4. 研究进度及安排： 时间安排2011.122012.3搜集所需资料与器材，构建出大致设计框架。2012.4 2012.8 进行软件编程实验及开发环境的调试。2012.9 2013.2制作硬件设备，组装出该控制系统的模型。2013.3 2013.5 最后实现对控制系统的检测及改进，总结经验及