為了監(jiān)測和研究環(huán)境參數(shù)對光伏電站的影響，提出了一種基于ZigBee的光伏電站環(huán)境實時監(jiān)測系統(tǒng)。以CC2530芯片為控制核心實現(xiàn)了傳感節(jié)點、路由節(jié)點和網(wǎng)關(guān)節(jié)點的硬件電路，且在ZSTACK協(xié)議?；A(chǔ)上，應(yīng)用改進的Cluster Tree算法組成無線傳感網(wǎng)絡(luò)。利用網(wǎng)絡(luò)計算機的Yeelink物聯(lián)網(wǎng)平臺實現(xiàn)上位機監(jiān)測，科研人員可遠程登錄Yeelink平臺和手機APP查看光伏電站環(huán)境狀況。經(jīng)實驗測試，該系統(tǒng)實現(xiàn)了光伏電站溫濕度、光照強度和氣壓信息的實時監(jiān)測，數(shù)據(jù)可靠性高，且網(wǎng)關(guān)節(jié)點的數(shù)據(jù)收包率超過75%。

太陽能電池生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備中射頻電源裝置的國產(chǎn)化研究（11213910D）目前，能源短缺和環(huán)境惡化成為制約各國經(jīng)濟增長的重要因素。為了降低能源消耗，各國都在探索新能源技術(shù)，而光伏發(fā)電是新能源不可或缺的一部分。雖然我國的光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)取得了較大的研究成果，但仍有技術(shù)問題有待進一步研究，其中一個關(guān)鍵問題是提高光伏發(fā)電轉(zhuǎn)化率。光伏電池的光電轉(zhuǎn)化過程會受溫濕度、光照強度等環(huán)境參數(shù)的影響，而面向科研人員研究光伏發(fā)電轉(zhuǎn)化率的環(huán)境數(shù)據(jù)十分匱乏，嚴重制約了光伏技術(shù)的發(fā)展。此外，國內(nèi)的光伏電站多建立在偏遠地區(qū)，一般在無人值守的情況下運行，而光伏電站的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)更是在建設(shè)之初就固定安裝，移動拆卸都不方便，也無法全面地對周圍環(huán)境進行監(jiān)測?；诖?，為了提高光伏發(fā)電環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性和實時性，同時便于研究人員對監(jiān)測數(shù)據(jù)的綜合管理、分析，本文設(shè)計并實現(xiàn)了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和ZigBee技術(shù)的實時監(jiān)測系統(tǒng)，可多點采集光伏電站的溫濕度、光強和氣壓信息，并進行遠程實時監(jiān)測。

1系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)包括無線傳感網(wǎng)絡(luò)和遠程控制中心兩部分。ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)包括1個網(wǎng)關(guān)節(jié)點、多個路由器節(jié)點和多個傳感節(jié)點。在ZigBee協(xié)議規(guī)范中，網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)包括星型、網(wǎng)狀和樹狀結(jié)構(gòu)。本設(shè)計為了提高WSN數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，降低網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度，采用了樹狀拓撲結(jié)構(gòu)。遠程控制中心主要包括Yeelink物聯(lián)網(wǎng)平臺和監(jiān)測終端，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

系統(tǒng)通過傳感節(jié)點采集光伏電站現(xiàn)場的溫濕度、光照強度和壓力信息，經(jīng)過電路處理，通過ZigBee模塊將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給路由節(jié)點；路由節(jié)點主要完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，實現(xiàn)遠距離通信。傳感節(jié)點和路由節(jié)點的數(shù)量可根據(jù)環(huán)境需求靈活配置。網(wǎng)關(guān)節(jié)點負責(zé)建立和管理網(wǎng)絡(luò)，把接收到的數(shù)據(jù)利用串口通信發(fā)送到Y(jié)eelink平臺。監(jiān)測人員在監(jiān)控室利用計算機或通過移動監(jiān)測終端遠程登錄Yeelink平臺就可直接對現(xiàn)場環(huán)境進行監(jiān)測，無需到現(xiàn)場。

2節(jié)點硬件設(shè)計

節(jié)點硬件設(shè)計采用模塊化的設(shè)計思想，以CC2530芯片作為主控芯片設(shè)計了各個節(jié)點。節(jié)點結(jié)構(gòu)主要包括ZigBee模塊、采集模塊、LCD顯示模塊、通信模塊以及電源模塊，節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

本系統(tǒng)各個節(jié)點的ZigBee模塊選用了增強型芯片CC2530的最小系統(tǒng)，CC2530不僅作為ZigBee模塊的核心芯片實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)信息的無線通信，同時也作為微處理器進行控制。本系統(tǒng)選用的是CC2530F256，其內(nèi)部集成了高性能的2.4GHz的RF收發(fā)器和低功耗的工業(yè)級的8051微控制器；其在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別為24mA和29mA，特別適合要求電池長期供電的超低功耗應(yīng)用場合。由于CC2530功耗低、集成度高、硬件設(shè)計簡單且外設(shè)接口豐富，在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛的應(yīng)用。此模塊增加了數(shù)據(jù)存儲電路，用于存放采集的信息，以便在數(shù)據(jù)傳輸過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的情況時可調(diào)取存儲的內(nèi)容重新發(fā)送。其電路如圖3所示。

2.2采集模塊

采集模塊通過傳感器收集電站現(xiàn)場的溫濕度、光照強度以及壓力參數(shù)，而參數(shù)信息的準確程度對科研人員及時獲取環(huán)境參數(shù)有著重要作用。本設(shè)計以成本低、精度高和穩(wěn)定性好為原則，選用了數(shù)字溫濕度傳感器SHT11、光敏電阻5516和高分辨率數(shù)字氣壓傳感器MS5611-01BA03，所選用傳感器的技術(shù)參數(shù)如表1所示。

2.3LCD顯示模塊