基于树莓派的风力发电场远程监控查询系统设计

信息与电脑China Computer & Communication2019年第23期

基于树莓派的风力发电场远程监控查询系统设计

李文静　高　飞　师浩田　李学东　王永鹏

（内蒙古工业大学 信息工程学院，内蒙古 呼和浩特　010080）

摘　要：目前，风能作为绿色、无污染的可再生能源备受关注，风力发电技术已在众多国家得到广泛应用。由于风力发电机分布分散的原因，工作人员不能随时监测风机运行情况，当风机出现状况也不能及时控制风机，因此有必要设计一款应用于风力发电场的监控系统，能够有效节约成本。

关键词：监控；树莓派；风力发电

中图分类号：TP277；TP391.41　　文献标识码：A　　文章编号：1003-9767（2019）23-036-02

Design of Remote Monitoring and Query System for Wind Farm Based on

Raspberry Pie

Li Wenjing, Gao Fei, Shi Haotian, Li Xuedong, Wang Yongpeng

Abstract: At present, wind energy, as a green and pollution-free renewable energy, has attracted much attention. Wind power (College of Information Engineering, Inner Mongolia University of Technology, Hohhot Inner Mongolia 010080, China)

generation technology has been widely used in many countries. Due to the scattered distribution of wind turbines, the staff can not Therefore, it is necessary to design a monitoring system applied to the wind farms, which can effectively save costs.

Key words: monitoring; raspberry pie; wind power

monitor the operation of the wind turbines at any time, and can not control the wind turbines in time when the wind turbines appear.

0　引言

由于风电场中各个风机分布比较分散，工作人员奔波到现场查看每个风机运行状况及现场启停设备很不方便，因此有必要设计一款远程监控系统。为了满足风力发电实际远程监控需求，本文设计了一款综合嵌入式、数据采集和网络等技术为一体的基于树莓派的风力发电场远程监控系统。该系统主要包括3个部分：一是用于采集数据并向服务器发送数据及控制各个设备的下位机；二是提供接收下位机采集到的数据、将数据存储到数据库、响应客户端请求及向下位机发出控制指令等功能的服务器；三是为工作人员提供浏览数据、数据统计、数据分析及控制设备等功能的客户端程序设计[1]。

图１　监控查询系统流程图

该系统采用树莓派作为采集和控制处理器，具有以下几方面功能。第一，处理器采集数据功能。树莓派处理器可以读取众多传感器采集的数据并进行处理转换。第二，处理器传输数据功能。处理器将加工后的采集数据通过网络协议发送到服务器。第三，服务器服务功能。一方面，接收树莓派通过网络传送过来的采集数据信息，并将所有接收到的信息存储在数据库服务器中；另一方面，响应客户端的请求。第四，Web客户端功能。（1）Web客户端通过浏览器可以向服务器发送读取采集数据、读取文件、控制设备等请求。（2）

1　系统概述

该系统综合应用了嵌入式、数据采集、服务器架构、Web编程、智能移动终端编程和网络通信等技术，拥有数据采集、采集设备与服务通信、控制设备与服务器通信、服务器与客户端交互等功能，如图1所示。

基金项目：内蒙古工业大学大学生创新实验计划项目“基于arm处理器的风力发电远程监控查询系统的设计与开发”（项目编号：2018030）。

作者简介：李文静(1981—)，女，内蒙古呼和浩特人，硕士研究生，教师。研究方向：嵌入式。

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2019年第23期

信息与电脑China Computer & Communication软件开发与应用

Web客户端接收服务器发送过来的数据，一方面，将实时数据直接显示在浏览器中；另一方面将历史数据进行分析、统计及查询等操作，并把结果以图表的形式显示在浏览器上。（3）Web客户端控制部分设备的启停工作。首先，客户端向服务器发送控制设备请求；其次，服务器接收请求并发向树莓派处理器；再次，处理器接收到命令后控制设备启停，并把处理结果反馈给服务器；最后，服务器把处理结果转发给客户端，客户端将操作结果显示在浏览器上。第五，智能终端客户端功能，这个部分完成的功能与Web客户端一致。

加，它随着周围环境温度变化而变化，从而实现对机组上的设备温度进行敏感测量。该系统使用模数转换器将模拟信号转换为数字信号。2.2.2　转速传感器

本系统选用由磁敏电阻作感应元件的转速传感器，该传感器采用磁敏电阻作为检测的元件，再经过全新的信号处理电路令噪声降低，功能更完善。当被测体上带有凸起（或凹陷）的磁性或导磁材料，随着被测物体转动时，传感器输出与旋转频率相关的脉冲信号，达到测速或位移检测的发讯目的[3]。2.2.3　烟雾传感器

本系统选用烟雾测量模块可以监测风力发电厂环境是否有过量的烟雾或易燃气体，可有效地起到预防火警的作用。

2　系统采集控制端硬件设计

该系统采用rasperry3B+（树莓派）开发板为采集控制端处理器，通过该处理器，可以读取并发送采集数据：首先，读取温度传感器、转速传感器及角度传感器等众多传感器信息；其次，并将这些信息转换为人们通识的数据；最后将数据通过网络协议传送到服务器。同时，该系统能够接收服务器转发过来的控制命令，控制PLC控制器、接触器及继电器等设备的启停，并把操作结果返回给服务器，最终在客户端显示。

2.1　采集控制系统硬件结构设计

该系统中的数据采集是指从温度传感器、转速传感器及角度传感器等众多传感器及其他待测设备中自动采集模拟或数字信息，并进行处理的过程。数据采集系统是结合基于计算机的测量软硬件产品实现灵活的、用户自定义的测量系统。

该系统中的控制是指对PLC控制器、接触器及继电器等设备的启停操作。控制系统是指由控制主体、控制客体和体组成的具有自身目标和功能的管理系统。该系统的数据采集监控系统则是由数据采集系统和设备监控系统共同组成，其硬件结构如图2所示[2]。

3　系统的软件设计

3.1　驱动程序

为了使各个硬件设备能够达到既定的工作效率，为该系统中用到的多个设备编写了驱动程序。3.2　服务器程序

该系统需要在服务器端编写程序，该程序实现如下功能：第一，接收树莓派发送过来的数据，对数据类型进行判断，并将数据存放到数据服务器响应的数据库中；第二，接收Web和Android客户端发送过来的请求，对请求进行处理，并将结果反馈给客户端；第三，向树莓派发送控制设备命令。3.3　Android客户端程序

将该程序安装在用户手机上，可以通过手机进行监控设备、查询数据和分析数据等操作。

4　结　语

该系统的应用极大地提高了风场员工的工作效率，有效降低了企业的成本，但该系统的可高性及通用性还需要进一步改善。本文的研究成果希望能够为相关研究提供借鉴。

图２　采集监控系统硬件结构流图

2.2　传感器的选择

用于风力发电机信息采集的传感器数目较多，这里仅列出几个较为典型传感器2.2.1　温度传感器

本系统选用模拟温度传感器模块作为温度检测及报警模块，该模块使用NTC热敏电阻，当环境温度升高时，热敏电阻的电阻降低，当环境温度降低时，热敏电阻的电阻会增

电子科技大学,2013:17.

参考文献

[1]寇兴魁.风电场管理信息系统的设计与实现[D].成都:[2]郭鑫,张继勇,李金杰,等.基于LabVIEW的风力发电机组远程在线监控系统研究[J].电子测量技术,2012,35(10):110-114.

[3]樊尚春.传感器技术及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2010:295.

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