基于GPRS的太陽能熱水系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集器研制

【摘要】：隨著國家政策的鼓勵與支持，太陽能熱水系統(tǒng)得到大力發(fā)展與廣泛普及，起到重要的節(jié)能減排作用，與太陽能熱水系統(tǒng)相關(guān)的企業(yè)發(fā)展迅速。目前，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的嚴(yán)重脫節(jié)，造成各類太陽能熱水系統(tǒng)在設(shè)計上缺乏標(biāo)準(zhǔn)。隨著太陽能熱水產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，太陽能熱水系統(tǒng)暴露出諸多問題，制約著行業(yè)發(fā)展。因此，盡快解決或改善這些問題變得很有必要。 研究旨在設(shè)計一種數(shù)據(jù)采集器，使太陽能熱水系統(tǒng)能夠符合最新標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)監(jiān)測要求，更為工程管理、系統(tǒng)優(yōu)化控制、性能評價提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐。數(shù)據(jù)采集器基于STM32F103微處理器開發(fā)。完成電源模塊、最小系統(tǒng)模塊、SD卡存儲模塊、RS485通信模塊以及GPRS通信模塊的硬件電路設(shè)計、可靠性設(shè)計；完成各模塊軟件功能開發(fā)，并采取軟件技術(shù)優(yōu)化措施，提高系統(tǒng)監(jiān)測實時性、控制準(zhǔn)確性。 數(shù)據(jù)采集器采用GPRS通信方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程共享，提供監(jiān)測數(shù)據(jù)本地SD卡存儲，依托底層兩路RS485通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)過濾、Modbus協(xié)議處理、系統(tǒng)控制、儀表數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集器采用C/S體系結(jié)構(gòu)與遠(yuǎn)程服務(wù)器建立TCP連接，并進(jìn)行MD5身份驗證，保證遠(yuǎn)程服務(wù)器數(shù)據(jù)安全。遠(yuǎn)程通信數(shù)據(jù)采用XML格式存儲、滿足特定的數(shù)據(jù)協(xié)議，并經(jīng)AES加密，有效保證數(shù)據(jù)傳輸安全?；贛FC開發(fā)的上位機(jī)配置軟件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集器參數(shù)修改，提高數(shù)據(jù)采集器使用靈活性。 最后，通過對數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行EMC測試、連接可靠性測試以及丟包率測試，驗證系統(tǒng)軟硬件可靠性。結(jié)果表明，數(shù)據(jù)采集器滿足硬件抗干擾能力；在連接可靠性以及數(shù)據(jù)丟包率方面尚有改進(jìn)空間。 【關(guān)鍵詞】：太陽能熱水系統(tǒng) 數(shù)據(jù)監(jiān)測 GPRS 身份認(rèn)證 AES
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK515
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-7
• 目錄7-10
• 第1章 引言10-18
• 1.1 課題背景與研究意義10-12
• 1.2 太陽能熱水系統(tǒng)發(fā)展概述12
• 1.3 監(jiān)控系統(tǒng)研究應(yīng)用現(xiàn)狀12-16
• 1.3.1 國外研究應(yīng)用現(xiàn)狀12-14
• 1.3.2 國內(nèi)研究應(yīng)用現(xiàn)狀14-16
• 1.4 主要研究內(nèi)容16-18
• 第2章 數(shù)據(jù)采集器總體設(shè)計18-28
• 2.1 太陽能熱水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概況18-23
• 2.1.1 工程安裝結(jié)構(gòu)18-19
• 2.1.2 太陽能熱水系統(tǒng)監(jiān)測方案19-20
• 2.1.3 數(shù)據(jù)監(jiān)測要求20-21
• 2.1.4 本地控制器特性21-23
• 2.2 數(shù)據(jù)采集器總體結(jié)構(gòu)設(shè)計23-28
• 2.2.1 功能結(jié)構(gòu)設(shè)計23-24
• 2.2.2 底層 RS485 通信24-25
• 2.2.3 遠(yuǎn)程通信25-28
• 第3章 數(shù)據(jù)采集器硬件電路設(shè)計28-41
• 3.1 硬件總體設(shè)計28
• 3.2 單片機(jī)特性及基本外圍電路28-29
• 3.2.1 STM32F103VE 特性28-29
• 3.2.2 STM32F103VE 基本外圍電路29
• 3.3 SD 卡存儲電路設(shè)計29-30
• 3.4 RS485 通信模塊電路設(shè)計30-33
• 3.4.1 收發(fā)器電路30-32
• 3.4.2 信號隔離電路32-33
• 3.5 GPRS 模塊電路設(shè)計33-36
• 3.5.1 GPRS 模塊選型33-34
• 3.5.2 MG323 電路設(shè)計34-36
• 3.6 電源模塊電路設(shè)計36-41
• 3.6.1 供電結(jié)構(gòu)分析36-37
• 3.6.2 5V 供電電路設(shè)計37-39
• 3.6.3 GPRS 供電電路設(shè)計39-41
• 第4章 數(shù)據(jù)采集器軟件設(shè)計41-58
• 4.1 軟件總體設(shè)計41-43
• 4.1.1 軟件總體結(jié)構(gòu)41-42
• 4.1.2 主流程設(shè)計42-43
• 4.2 RS485 接口的通信軟件設(shè)計43-45
• 4.2.1 通信協(xié)議43-44
• 4.2.2 從站通信軟件設(shè)計44-45
• 4.2.3 主站通信軟件設(shè)計45
• 4.3 SD 卡存儲模塊軟件設(shè)計45-47
• 4.3.1 FatFs 文件系統(tǒng)45-46
• 4.3.2 數(shù)據(jù)存儲軟件設(shè)計46-47
• 4.4 GPRS 模塊軟件設(shè)計47-52
• 4.4.1 AT 指令47-48
• 4.4.2 模塊工作流程48-49
• 4.4.3 模塊初始化49
• 4.4.4 連接服務(wù)器49-51
• 4.4.5 數(shù)據(jù)讀寫51-52
• 4.5 遠(yuǎn)程通信數(shù)據(jù)協(xié)議與數(shù)據(jù)解析52-55
• 4.5.1 遠(yuǎn)程通信數(shù)據(jù)協(xié)議52-53
• 4.5.2 XML 數(shù)據(jù)53-54
• 4.5.3 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)解析54-55
• 4.6 數(shù)據(jù)安全性問題55-57
• 4.6.1 數(shù)據(jù)安全性概述55-56
• 4.6.2 AES 加密及其數(shù)據(jù)填充機(jī)制56
• 4.6.3 MD5 身份認(rèn)證56-57
• 4.7 基于 MFC 的配置軟件設(shè)計57-58
• 第5章 數(shù)據(jù)采集器可靠性研究58-70
• 5.1 硬件可靠性設(shè)計58-61
• 5.1.1 原理圖可靠性設(shè)計58-60
• 5.1.2 PCB 可靠性設(shè)計60-61
• 5.2 研究重難點61-66
• 5.2.1 合理的緩存處理機(jī)制61-63
• 5.2.2 遠(yuǎn)程控制可靠性63-65
• 5.2.3 單線程下系統(tǒng)實時性65-66
• 5.3 性能測試66-70
• 5.3.1 EMC 測試66-68
• 5.3.2 服務(wù)器連接測試68-69
• 5.3.3 丟包率測試69-70
• 第6章 總結(jié)與展望70-72
• 6.1 工作總結(jié)70
• 6.2 課題展望70-72
• 致謝72-73
• 參考文獻(xiàn)73-77
• 附錄77

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嵌入式Linux系統(tǒng)的3G/4G路由器設(shè)計    黃小敏;余翔;宋瑤;

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基于PLC與三維力控組態(tài)技術(shù)的太陽能熱水工程監(jiān)控系統(tǒng)    李光元;耿剛;潘友軍;王耀庭;李加波;潘光鋒;李輝;

基于PLC的遠(yuǎn)程在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計    陳華光;

智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計    郭穩(wěn)濤;何怡剛;

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光熱轉(zhuǎn)換材料及太陽能熱水器的現(xiàn)狀和發(fā)展方向    熊濤;何美鳳;

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電能表與采集終端通信測試系統(tǒng)的設(shè)計    周孔均;

膠帶生產(chǎn)線的現(xiàn)場總線集散控制系統(tǒng)設(shè)計    孫永林;

遠(yuǎn)程能源計量信息管理系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用    馮磊;李培松;

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我國替代能源的發(fā)展現(xiàn)狀與前景    王維;

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數(shù)據(jù)采集器在物流供應(yīng)鏈管理中的應(yīng)用    張革軍

功能可靈活配置數(shù)據(jù)采集器的研制    付先學(xué),韋思健,趙偉,侯國屏

分布式入侵檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計    朱浩;陸建新;鄭國平;馬海英;

自動氣象站數(shù)據(jù)采集器的常用校準(zhǔn)方法    李偉雄;

模塊化海洋信息通用數(shù)據(jù)采集器設(shè)計    董超群;張曉萍;秦明慧;孫洪濤;李立剛;

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微型數(shù)據(jù)采集器及其在輻射場實時監(jiān)測中的應(yīng)用    李玨忻;

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