基于无线数传模块和AVR单片机微电网监测系统设计.docVIP

基于无线数传模块和AVR单片机的微电网监测系统设计 蓝杨 珠海兴业新能源科技有限公司 广东 珠海 519060 摘要：本系统基于AVR单片机USART(通用同步和异步串行接收器和转发器)通信，利用无线数据传输模块进行数据无线透明传输，以此来监测微电网中用电端的电能通断情况，具有使用灵活、性价比高、环境适应能力强、扩展性好、便于维护等特点。 关键词：AVR单片机；无线数传模块；无线监测 引言 微电网是集微能源、负荷、能量管理系统为一体的独立的微型智能配电系统。微电网存在两种典型的运行模式：正常情况下微电网与常规配电网并网运行，称为联网模式；当检测到电网故障或电能质量不满足要求时，微电网将及时与电网断开而独立运行，称为孤岛模式。因此，微电网中的电能监测便成为了不可缺少的一部分，对能量的管理以及故障的监测有着极其重要的意义。而微电网的用电端监测又属于小范围复杂化的分散监控，面临着地形复杂线路敷设困难和成本控制等问题，由此又提出了基于无线数传模块的监控方法。 1．系统总体设计 1.1．设计要点 本系统选取的无线数传模块SM52[1]的通信信道是半双工的，最适合点对点，点对多点的通信方式。这种方式首先需要设一个主站，其余为从站，所有站都编有唯一地址。通信协调完全由主站控制，主站采用带地址码的数据帧发送数据或命令，从站全部都接收，并将接收到的地址码与本地地址码进行比较，不同则将数据全部丢掉，不做任何回应；若地址码相同，则证明数据是给本地的，从站根据接收到的数据或命令进行不同的响应，将响应的数据或命令发送回去。这些工作都需要上层协议来完成，并保证在任何一瞬间，通信网中只有一个模块处于发送状态，以免互相干扰。 本系统设计要点如下： 1、一点对多点的组网控制，即有一个主站和多个从站。 2、主站与从站之间保持实时通信，主站采用主动查询模式，也就是轮询方式。从站收到命令后作返回响应。 3、当某一个从站通信断开，即没有响应，则主站提示报警。 4、主站无线模块与PC监测端连接；从站无线模块通信由AVR单片机ATmega16L控制。 5、可靠通信距离1000米。 6、通信参数设置：串口速率9600bit/s，1位起始位，8位数据位，1位停止位，无校验位，十六进制格式发送。 1.2．系统结构 系统总体结构如图1.1所示。整个系统由微电网用电端线路、从站监测模块、主站通信模块和PC监测中心组成。PC监测中心通过主站通信模块与从站监测模块进行无线通信，由此来对微电网中的用户用电端进行监测。 在具体的应用中，本系统由一个主站通信模块作为控制中心，分别向各个从站发送地址数据，主站选用与从站相同的半双工通信模式。从站端以ATMEL公司的ATmega16L嵌入式单片机作为核心部件，利用RS485通信电路与从站无线模块连接，控制其与主站无线模块的通信，处理所接收到的地址数据，然后选择是否做响应；主站的主要工作是发送地址数据指令轮询、接收从站响应数据信息、进行数据处理和报警响应。整个系统结构简单，可靠性高[2]。 图1.1 系统总体结构图 2．硬件系统 2.1．无线数传模块介绍 随着电子与信息技术的不断发展，计算机与单片机控制系统之间的远程无线通讯技术得到了广泛的应用，无线数据传输目前已发展成为远程无线通信的一种重要工具。无线数传模块可实现用户设备到数据中心的远程透明数据通信，相较于有线通信，无线数传模块通信具有使用灵活、性价比高、环境适应能力强、扩展性好、便于维护等特点，因此非常适用于各种范围的分散控制系统及在恶劣环境中不适于铺设有线网络的实时监控系统。目前无线数据传输模块已经广泛地运用在小型无线网络、无线监测、无线数据采集、门禁系统、身份识别、无线数据终端、安全防火系统、无线数据通信、数字音频和图像传输等领域中。 本系统所用无线数据传输模块为上志电子SM52 STD-433MHz 100mW级工业级窄带无线串口通信模块[1]，该无线模块完全覆盖在全球ISM频段工作频率，符合全球ISM频段通信标准，无需申请频点；能提供116个信道通信；可一次传输无限长度的数据；提供标准TTL电平UART、RS232、RS485等三种标准接口；同时支持1200bps，2400bps，4800bps，9600bps四种通信速率；可靠传输距离大于1300米。 另外SM52无线通信模块提供透明的数据接口，能适应任何标准或非标准的用户协议。能自动过滤掉空中产生的噪音信号及假数据（所发即所收）。有智能数据控制功能，用户无需编制多余的程序，只要从接口收/发数据即可，其它如空中收/发转换，网络连接，控制等操作，SM52系列无线通信模块都能够自动完成。 2.2．AVR单片机ATmega16L的USART串行通信[3] ATmega16是基于增强的AVR RISC