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【6h】

基于ZigBee和GPRS的智能BIPV监控系统的设计与研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 课题背景与研究意义

1.2 课题所涉及主要技术的国内外研究现状

1.2.1 监控技术的发展现状

1.2.2 BIPV的发展现状

1.2.3 无线通信技术的发展现状

1.2.4 光伏重组与发电量预测技术的发展现状

1.3 本文布局结构及研究内容

第二章 系统的总体方案设计

2.1 系统的功能分析

2.2 无线近距离通信技术分析及选择

2.2.1 ZigBee技术选择

2.2.2 ZigBee协议分析

2.2.3 ZigBee设备类型和拓扑结构选择

2.2.4 ZigBee网络中设备地址分配

2.3 GPRS技术分析与选择

2.3.1 GPRS技术的选定

2.3.2 GPRS组网方式的确定

2.4 动态重组和发电量预测方案分析

2.4.1 光伏重组方案分析

2.4.2 发电量预测方法分析

2.5 主要器件的选择

2.5.1 ZigBee芯片

2.5.2 GPRS芯片

2.5.3 主控芯片

2.6 总体设计方案

2.7 本章小结

第三章 系统的硬件设计

3.1 采集实验平台搭建

3.2 GPRS模块设计

3.2.1 SIM900A电路设计

3.2.2 供电电路设计

3.3 ZigBee模块设计

3.4 主控模块设计

3.5 外围模块设计

3.5.1 USB调试模块

3.5.2 SD卡接口模块

3.5.3 其他硬件问题及解决方案

3.6 本章小结

第四章 监控系统的软件设计和功能调试

4.1 软件功能实现分析

4.2 ZigBee的软件实现

4.2.1 ZigBee串口软件实现

4.2.2 ZigBee终端和协调器组网设计

4.2.3 ZigBee无线数据收发代码设计

4.3 GPRS模块软件设计

4.3.1 GPRS的初始化设置

4.3.2 GPRS的TCP连网设计

4.3.3 GPRS数据传输设计

4.3.4 GPRS通信协议制定

4.4 主控模块的软件设计

4.5 上位机模块设计

4.5.1 上位机端开发软件简介

4.5.2 上位机端界面设计

4.5.3 Socket技术简介和应用

4.5.4 数据库存取模块

4.6 本章小结

第五章 系统调试与结果

5.1 登录界面调试

5.2 端口设置调试

5.3 ZigBee组网调试

5.4 GPRS联网调试

5.5 人机交互运行调试

5.6 故障报警功能调试

5.7 系统性能分析

5.7.1 测量准确度分析

5.7.2 数据传递时间间隔分析

5.7.3 节能性分析

5.7.4 连接成功率测试

5.7.5 丢包率测试

5.8 本章小结

第六章 BIPV系统智能化处理专题理论研究

6.1 光伏重组技术和发电量预测算法的理论基础

6.1.1 光伏电池的模型

6.1.2 RBF神经网络理论

6.1.3 马氏链简介

6.2 光伏重组理论和发电量预测的实现方法

6.2.1 重组光伏系统架构改进

6.2.2 针对光伏重组理论的规则制定

6.2.3 新型发电量预测模型和方法的提出

6.3 仿真实验和结果分析

6.3.1 光伏重组实验结果分析

6.2.2 针对光伏重组理论的规则制定

6.3.3 发电量预测分析

6.4 光伏重组和发电量预测方法的结果讨论

6.5 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 工作总结

7.2 课题展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

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摘要

近年来,针对涌现的环境和能源问题,人们将重点转向以光伏发电为代表的可再生能源的研究和利用。在光伏行业扩张的同时对相关的不同技术领域提出更高的要求。为完善户用层面光伏建筑一体化(BuildingIntegrated Photovoltaic,缩写为BIPV)的监控解决方案,本文选择无线远传和智能化为切入点对BIPV监控系统进行设计和研究,并仿照户用BIPV系统实现了方案设计、实际运行和理论仿真,具有一定的理论和实际意义。
  在完成设计需求的基础上分析并选择实现系统不同功能的具体技术后,本文确定了分两大块实现的具体方案。在硬件设计方面进行了模拟户用BIPV发电的数据采集实验平台的搭建,围绕SIM900A、CC2530和STM32F103VET6芯片展开GPRS模块、ZigBee模块和主控模块的电路原理图、PCB设计,对硬件设计中出现的问题予以解决。在软件设计方面参考技术手册和相关教程完成数据采集、模块组网、设备连接、协议制定、数据收发等功能的程序编写及软件实现。
  最后对系统进行全面调试,结果体现出传输数据准确、连接稳定、反应灵敏、显示直观等良好性能,既可以监测数据和即时故障报警,又能够通过人机交互界面对设备进行控制。在文章的末尾加入使系统智能化的理论部分,即光伏重构理论和发电量预测新方法的专题研究,通过理论仿真证明其具有良好性能并为后续硬件实现提供进一步的可能性。

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