序言
随着传统能源的过度花费带来越来越严重的环境污染，新能源技能孕育而生。
在新能源中，太阳能的开拓利用该当得到更多的重视。
太阳能通过光电效应把太阳能转换为电能，存储在蓄电池中。
太阳能发电的核心部件是光电半导体二极管，当太阳光照射在光电二极管上时，通过内部转换电路，就可以直接把太阳能转换成电能。
我国一贯都非常重视对太阳能的研究利用，对太阳能电池的研究也是我国的重大课题。
近几年，在太阳能的研究上更是增加了研发力度，提出以太阳能发电为根本的“光明工程”，投入大量资金以及高端人才进行太阳能发电技能的研究。
至今为止，都没有物联网运用在太阳能发电监测系统上成熟的案例。
如果该套监测系统研发成功，将会推动太阳能发电家当的进一步发展，可以为太阳能发电家当供应更加有效、便捷的管理，对我国新能源奇迹的发展有着重要的促进意义。
太阳能发电监测系统总体设计
太阳能发电监测系统包括三个部分：感知层、网络层和运用层。
首先，传感器数据采集节点是该系统的最底层即感知层，其紧张功能是完成节点数据的采集，例如采集太阳能发电过程中太阳的照射度、背板以及蓄电池的温度等。
实在，主控节点组成了该系统的网络层，它的紧张功能是吸收数据采集节点的数据并把数据处理后打包通过GPRS的办法发送到做事器中。
末了，远程监测中央构成了该监测系统的运用层，它的紧张功能是实时监测太阳能发电阵列的事情情形，可以及时理解各个传感器数据采集节点是否处于正常事情，还可以存储主控节点发送上来的数据，利用C#措辞编写上位机界面，供应友好的人机交互界面，来实现对太阳能发电阵列的远程监测。
传感器数据采集节点之间通过以太网的形式与主控节点进行通信，主控经由GPRS无线透传模块，利用无线3G的形式把数据发送到做事器上，远程监测中央可以在做事器上实时查看各个太阳能发电阵列的事情情形。
传感器数据采集节点硬件电路的设计
在太阳能发电监测系统中，传感器数据采集节点紧张完成传感器的数据采集和基本处理事情，其硬件功能模块如图所示。
传感器数据采集节点硬件功能框图
单片机TM4C129作为传感器数据采集节点的掌握核心，它卖力采集太阳辐照度、背板温度、蓄电池温度、环境温湿度等干系参数，并通过以太网传输的办法把数据传送给主控节点。
2.1太阳能辐照仪接口电路的设计
本系统利用TBQ-2C型号的太阳能辐照仪来丈量太阳辐射值，其实物图如图3所示。其事情事理为热电效应事理，热接点在感应面上，而冷接点则位于仪器内，二者产生温差电势从而输出一定范围内的电压值。
在线性范围内，太阳辐照度与输出的电压旗子暗记成正比关系。为了防止环境对辐照仪的破坏，对分外工艺加工而成的双层石英玻璃罩加以防护。
末了把太阳能辐照仪输出的电压旗子暗记接入单片机的A/D转换引脚，根据电压旗子暗记与太阳辐照度的对应关系，打算出太阳辐照度。
2.2温度传感器接口电路的设计
本系统选用单线数字温度传感器DS18B20来检测太阳能发电过程中背板和蓄电池的温度，其采取单总线的接口办法与单片机TM4C129连接时，仅须要一条接口线即可实现双向通信。单总线具有经济性好，抗滋扰能力强，利用方便，能适宜于恶劣环境等特点。
除此之外，它的丈量温度范围较宽，一样平常为-55~+125℃,在-10~+85℃的范围内，其精度可达到0.5℃。其与单片机的接口电路如图所示，以蓄电池温度传感器电路为例，PD0引脚外接4.7kΩ上拉电阻，担保总线闲置时其状态保持为高电平，DS18B20采取的是外接电源的事情办法。
温度传感器接口电路图
2.3环境温湿度传感器接口电路
本系统采取SHT10传感器来监测环境的温湿度，其采取CMOsens专利技能将温度湿度传感器、A/D转换器以及数字接口有效地结合在一起。
该传感用具有体积小、相应速率快、性价比高档特点。它可以丈量相对湿度的范围为0~100%RH,温度的范围为-40~123.8℃,它采取 I2 C总线接口并且输出数字旗子暗记，这样便于与TM4C129的引脚直接相连，可直接与单片机引脚连接来丈量环境中的相对湿度和温度。
其详细电路如图5所示，通过不同的掌握命令来实现温湿度的丈量，丈量温度命令代码为“00000011”,丈量湿度命令代码为“00000101”。
SHT10与单片机连接电路图
2.4 TM4C129外围电路及以太网通信电路的设计
主控芯片采取以Cortex-M4为内核的TM4C129,此微掌握用具有1024KB闪存存储器，256KBSRAM,主频高达120 MHz,除此之外，它内部含有以太网物理层(PHY)的10BASE-T/100BASE-TX以太网掌握器以及12位模数转换器(ADC)。不须要外界物理层芯片就可以实现以太网通信，电路图如图所示。
TM4C129以太网通信电路的设计
主控节点硬件电路的设计
主控节点的功能紧张是网络各个采集节点的数据，并把整合过的数据通过GPRS的办法发送给做事器，
主控节点有两个浸染：一是吸收来自数据采集节点的数据；二是将吸收到的数据在内部进行处理之后，通过GPRS的形式发送到做事器中。
主控节点还可以通过有线RS485的办法与PC机进行通信、通过以太网接口与数据采集节点通信、通过GPRS无线透传模块将数据采集节点的信息发送至做事器，再通过做事器连接到远程监测中央。主控节点的掌握芯片是一块以ARM8为核心的AM3352嵌入式处理器，其硬件功能框图如图所示。
3.1主掌握器以太网接口电路设计
主掌握器与数据采集节点通过以太网的办法进行通信，主控芯片AM3352外接以太网物理层芯片LAN8720A来实现以太网通信的功能，其通过RMII接口办法与主控芯片连接，主控节点与数据采集节点之间通过以太网RJ45口进行连接，详细电路图如图8所示。
3.2 GPRS无线透传模块电路设计
由于不同太阳能发电阵列之间相隔较远，本系统采取无线的办法进行数据交互传输。无线GPRS模块通过自身携带的串口实现与做事器之间的无线数据交互。
M22的UART0口与AM3352的UART1口直接相连，而其SIM CLK、SIM IO、SIM RST与SIM卡座的对应引脚相连。AM3352通过串口UART1发送AT指令集来掌握M22的状态设置、网络连接及数据的发送与吸收。
GPRS透传模块电路图
软件设计
数据采集节点主程序首先要完成TM4C129单片机的初始化事情，然后要卖力掌握其他软件模块的运行调度。
节点上电之后TM4C129单片机开始运行主程序，完成各个模块的初始化事情之后数据采集处理程序依次读取太阳能辐照度值、背板温度值、蓄电池温度值、环境温湿度传感器的值，末了把采集到的数据通过以太网通信的办法传输给主控节点。
主控节点紧张浸染是网络、采集节点的数据，并把数据打包发送至做事器网络，首先主控节点完成自身的初始化事情，其次等待吸收各数据采集节点发送来的数据，吸收完成数据之后，把数据打包通过GPRS的办法发送至做事器网络中，其软件流程图如图所示。
实验数据剖析
按办法搭建好实验平台后，开始对系统进行验证，以一个太阳能发电阵列为剖析工具，把实时监测白天12小时(6:00~18:00)系统得到的数据为剖析依据，将韶光作为横坐标，实时辐照度、温度、湿度作为纵坐标，把实时数据以曲线的形式显示出来，将太阳能发电阵列的事情状态直不雅观地显示出来。
背板温度传感器测得的实时温度如图所示
蓄电池温度传感器测得的实时温度如图所示。
环境温湿度传感器测得的实时湿度如图所示。
根据以上实时数据曲线可以很清楚的看到太阳能发电阵列所处的事情环境，当这些参数在合理的区间内颠簸时，可以认为该发电阵列处于一个正常的事情状态，当某一个参数的颠簸范围超过了设定的阈值时，则可以判断该发电阵列处于故障状态。
该系统为太阳能发电阵列的掩护、检修等供应了便利。
结语
通过实验可以看出，该系统可以实现太阳能发电过程中各个发电阵列数据的实时采集、监测等功能。事情职员可以根据PC端显示的实时数据，及时理解太阳能各个发电阵列的事情情形，便于掩护和检修。
后续可以连续在网络端进行深度优化和开拓，可以开拓手机APP等一些运用程序，在智好手机端便可以实时查看太阳能发电阵列的事情情形，方便快捷，使得新能源运用技能的发展更详细系化、智能化。
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