风电场风速风向采集及无线通信系统研究

摘要

随着世界能源危机的加剧和气候环境的日益恶化，风能等可再生能源越来越受到各国政府的重视。近几年风电产业发展迅速，而风电场风的测量是风电产业良好、高效发展的重要因素。目前市场上存在的风电场测风仪器大多数采用有线方式进行数据传输，或者使用GSM、GPRS等付费的无线传输方式，这类产品存在布线复杂、成本高、可靠性低等问题。随着无线通信技术的发展，ZigBee技术以其低功耗、低成本、易组网的优点，已被越来越多地应用在各种无线通信系统中。
　　 本文将ZigBee技术应用于风电场数据的采集，设计了一种新型的风电场气象数据采集仪。该仪器采用MSP430超低功耗单片机对风电场的风速、风向等气象数据进行采集，通过ZigBee无线通信技术进行数据传输，并具备数据的实时显示和大容量存储功能。介绍了风电场气象数据采集仪的基本原理与软硬件设计，设计了风速风向传感器硬件电路，开发了ZigBee无线通信硬件平台，移植了TI的ZigBee协议栈，并在其应用层上添加了应用函数，实现了数据的采集、处理等功能。本文设计的风电场气象数据采集仪具有功耗低、网络扩展性好、存储量大、便于操作等优点，可应用于风电场的各种测风项目中，能够为风能资源评估，风电场的选址，风电机组选型与安装，风电机组的可靠性研究，输变电系统设计等风电场项目决策提供详细、准确的数据支持。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 课题研究的目的和意义

1.3 国内外研究现状

1.4 课题来源及研究的主要内容

1.4.1 课题来源

1.4.2 研究的主要内容

第2章 ZigBee无线通信技术

2.1 ZigBee概述

2.2 ZigBee协议栈

2.2.1 物理层PHY

2.2.2 媒体访问控制层MAC

2.2.3 网络层NWK

2.2.4 应用层APL

2.3 本章小结

第3章 系统总体设计

3.1 设计要求

3.2 系统总体设计方案

3.3 通信方式及网络拓扑结构

3.4 风速风向测量原理

3.5 本章小结

第4章 系统硬件电路设计

4.1 处理器与无线通信模块设计

4.1.1 低功耗微处理器

4.1.2 ZigBee芯片CC2520

4.1.3 MSP430与CC2520接口电路

4.2 数据采集模块设计

4.2.1 风速变送器电路设计

4.2.2 风向变送器电路设计

4.3 数据处理模块设计

4.3.1 DS3231实时时间标定

4.3.2 LCD12864液晶显示

4.3.3 SD数据存储卡

4.3.4 键盘控制与LED指示

4.4 本章小结

第5章 系统软件程序设计

5.1 TI协议栈软件架构

5.1.1 系统初始化

5.1.2 操作系统的执行

5.2 数据采集程序设计

5.2.1 数据采集主流程图

5.2.2 风速风向数据采集子程序

5.3 数据处理程序设计

5.3.1 数据处理主流程图

5.3.2 DS3231控制子程序

5.3.3 LCD显示子程序

5.3.4 SD卡FAT16文件系统

5.4 数据格式制定

5.5 本章小结

第6章 系统调试与分析

6.1 调试方案

6.2 调试结果与分析

6.3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢