為了監(jiān)測(cè)和研究環(huán)境參數(shù)對(duì)光伏電站的影響，提出了一種基于ZigBee的光伏電站環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。以CC2530芯片為控制核心實(shí)現(xiàn)了傳感節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的硬件電路，且在ZSTACK協(xié)議棧基礎(chǔ)上，應(yīng)用改進(jìn)的Cluster Tree算法組成無線傳感網(wǎng)絡(luò)。利用網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)的Yeelink物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)測(cè)，科研人員可遠(yuǎn)程登錄Yeelink平臺(tái)和手機(jī)APP查看光伏電站環(huán)境狀況。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了光伏電站溫濕度、光照強(qiáng)度和氣壓信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)可靠性高，且網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)收包率超過75%。

太陽(yáng)能電池生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備中射頻電源裝置的國(guó)產(chǎn)化研究（11213910D）目前，能源短缺和環(huán)境惡化成為制約各國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的重要因素。為了降低能源消耗，各國(guó)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(guó)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(jìn)一步研究，其中一個(gè)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(huì)受溫濕度、光照強(qiáng)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(yán)重制約了光伏技術(shù)的發(fā)展。此外，國(guó)內(nèi)的光伏電站多建立在偏遠(yuǎn)地區(qū)，一般在無人值守的情況下運(yùn)行，而光伏電站的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)更是在建設(shè)之初就固定安裝，移動(dòng)拆卸都不方便，也無法全面地對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)?；诖?，為了提高光伏發(fā)電環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，同時(shí)便于研究人員對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的綜合管理、分析，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和ZigBee技術(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可多點(diǎn)采集光伏電站的溫濕度、光強(qiáng)和氣壓信息，并進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

1系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)包括無線傳感網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程控制中心兩部分。ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)包括1個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)、多個(gè)路由器節(jié)點(diǎn)和多個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)。在ZigBee協(xié)議規(guī)范中，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括星型、網(wǎng)狀和樹狀結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)為了提高WSN數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕档途W(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度，采用了樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。遠(yuǎn)程控制中心主要包括Yeelink物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)和監(jiān)測(cè)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(diǎn)采集光伏電站現(xiàn)場(chǎng)的溫濕度、光照強(qiáng)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(diǎn)；路由節(jié)點(diǎn)主要完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。傳感節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)的數(shù)量可根據(jù)環(huán)境需求靈活配置。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)負(fù)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(tái)。監(jiān)測(cè)人員在監(jiān)控室利用計(jì)算機(jī)或通過移動(dòng)監(jiān)測(cè)終端遠(yuǎn)程登錄Yeelink平臺(tái)就可直接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，無需到現(xiàn)場(chǎng)。

2節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，以CC2530芯片作為主控芯片設(shè)計(jì)了各個(gè)節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)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(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

本系統(tǒng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的ZigBee模塊選用了增強(qiáng)型芯片CC2530的最小系統(tǒng)，CC2530不僅作為ZigBee模塊的核心芯片實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)信息的無線通信，同時(shí)也作為微處理器進(jìn)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(jí)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(zhǎng)期供電的超低功耗應(yīng)用場(chǎng)合。由于CC2530功耗低、集成度高、硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)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(chǔ)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(shí)可調(diào)取存儲(chǔ)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(chǎng)的溫濕度、光照強(qiáng)度以及壓力參數(shù)，而參數(shù)信息的準(zhǔn)確程度對(duì)科研人員及時(shí)獲取環(huán)境參數(shù)有著重要作用。本設(shè)計(jì)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