基于STM32的波浪能發(fā)電裝置離岸監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

【摘要】：能源短缺和環(huán)境污染成為制約社會發(fā)展的一個瓶頸，海洋能作為一種可再生的清潔能源，主要包括潮汐能、潮流能、波浪能、溫差能等，世界各國對海洋能的開發(fā)與利用越來越重視。本課題在2011年海洋可再生能源專項資金項目“用于海洋資料浮標(biāo)觀測系統(tǒng)的波浪能供電關(guān)鍵技術(shù)的研究與實驗”的資助下，針對波浪能發(fā)電裝置深處環(huán)境惡劣的海洋、遠(yuǎn)離海岸、維修困難的特點，設(shè)計了基于STM32的波浪能發(fā)電裝置離岸監(jiān)測系統(tǒng)，以實時監(jiān)測波浪能發(fā)電裝置的工作狀態(tài)，使波浪能發(fā)電裝置的維護模式從計劃檢修轉(zhuǎn)變?yōu)闋顟B(tài)監(jiān)測、按需維修。 論文首先介紹了波浪能發(fā)電裝置的基本結(jié)構(gòu)及工作原理，針對波浪能發(fā)電裝置電壓、電流、轉(zhuǎn)速等參數(shù)的監(jiān)測需要，設(shè)計了波浪能發(fā)電裝置離岸監(jiān)測系統(tǒng)框架。該系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集處理模塊、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸模塊以及數(shù)據(jù)監(jiān)控終端三部分組成，系統(tǒng)采用主從結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)監(jiān)控終端作為主機，數(shù)據(jù)采集處理模塊作為從機。基于該框架重點研究了以下內(nèi)容：①通過分析各種電壓、電流、轉(zhuǎn)速傳感器工作原理，結(jié)合該監(jiān)測系統(tǒng)需求，選擇了霍爾電壓傳感器、霍爾電流傳感器、霍爾轉(zhuǎn)速傳感器采集發(fā)電裝置的電壓、電流、轉(zhuǎn)速信號；根據(jù)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)男枰?，采用DTU（GPRS數(shù)據(jù)傳輸單元）作為數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸模塊。②采用STM32F373VC型微處理器設(shè)計了傳感器接口電路和RS232接口電路，設(shè)計了從機程序，實現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換及轉(zhuǎn)速計算功能；設(shè)計了Modbus通信協(xié)議程序，使機響應(yīng)主機的查詢消息后，按照Modbus通信協(xié)議對監(jiān)測數(shù)據(jù)打包，并將數(shù)據(jù)包通過RS232接口發(fā)送至DTU，通過GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送至主機。③設(shè)計了數(shù)據(jù)監(jiān)控終端軟件，采用socket接口實現(xiàn)了基于TCP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信；設(shè)計了Modbus主機程序和界面顯示程序，實現(xiàn)了主機向從機發(fā)送查詢消息，數(shù)據(jù)監(jiān)控終端接收并解析數(shù)據(jù)包以及數(shù)據(jù)顯示、保存。 最后，在實驗室環(huán)境下，利用變頻器、電動機、發(fā)電機、三相整流橋以及直流電子負(fù)載等搭建了一個發(fā)電機工作平臺，利用本文設(shè)計的監(jiān)測系統(tǒng)對發(fā)電機的電壓、電流、轉(zhuǎn)速進(jìn)行了實時在線監(jiān)測。實驗結(jié)果表明，該監(jiān)測系統(tǒng)工作穩(wěn)定，達(dá)到了設(shè)計的預(yù)期目標(biāo)，可以滿足波浪能發(fā)電裝置離岸監(jiān)測的需要。 【關(guān)鍵詞】：波浪能發(fā)電 在線監(jiān)測 STM32 數(shù)據(jù)采集 Modbus GPRS無線傳輸
【學(xué)位授予單位】：青島理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：P743.2;TM612
【目錄】：

• 摘要9-10
• Abstract10-12
• 第1章 緒論12-21
• 1.1 研究背景及意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-18
• 1.2.1 數(shù)據(jù)采集與處理研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.2 數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.3 數(shù)據(jù)監(jiān)控終端研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3 存在問題與發(fā)展趨勢18-19
• 1.3.1 存在問題18
• 1.3.2 發(fā)展趨勢18-19
• 1.4 論文結(jié)構(gòu)安排19-21
• 第2章 監(jiān)測系統(tǒng)總體方案設(shè)計21-28
• 2.1 波浪能發(fā)電裝置基本結(jié)構(gòu)21-23
• 2.2 監(jiān)測系統(tǒng)總體設(shè)計23-24
• 2.3 系統(tǒng)組成及各模塊功能設(shè)計24-26
• 2.3.1 數(shù)據(jù)采集處理模塊功能設(shè)計24
• 2.3.2 數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸模塊功能設(shè)計24-25
• 2.3.3 數(shù)據(jù)監(jiān)控終端功能設(shè)計25-26
• 2.4 技術(shù)路線26-27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 第3章 監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計28-46
• 3.1 傳感器的選用28-33
• 3.1.1 電壓傳感器28-30
• 3.1.2 電流傳感器30-32
• 3.1.3 轉(zhuǎn)速傳感器32-33
• 3.2 數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸模塊33-34
• 3.3 STM32 最小系統(tǒng)設(shè)計34-39
• 3.3.1 STM32 簡介34
• 3.3.2 STM32 外部電路設(shè)計34-38
• 3.3.3 JTAG 端口設(shè)計38-39
• 3.4 信號調(diào)理電路設(shè)計39-41
• 3.5 串行通信接口設(shè)計41-42
• 3.6 電路板抗干擾設(shè)計42-44
• 3.7 本章小結(jié)44-46
• 第4章 監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計46-70
• 4.1 軟件總體框架設(shè)計46-48
• 4.2 數(shù)據(jù)采集處理模塊程序設(shè)計48-60
• 4.2.1 嵌入式開發(fā)工具 Keil MDK48-50
• 4.2.2 數(shù)據(jù)采集處理模塊主程序設(shè)計50
• 4.2.3 電壓、電流信號轉(zhuǎn)換程序設(shè)計50-53
• 4.2.4 轉(zhuǎn)速信號處理程序設(shè)計53-56
• 4.2.5 基于 Modbus 通信協(xié)議的通信程序設(shè)計56-58
• 4.2.6 串口通信程序設(shè)計58-60
• 4.3 數(shù)據(jù)監(jiān)控終端軟件設(shè)計60-67
• 4.3.1 集成開發(fā)工具 Visual C++60-61
• 4.3.2 數(shù)據(jù)監(jiān)控終端總體設(shè)計61-62
• 4.3.3 Socket 接口通信設(shè)計62-66
• 4.3.4 數(shù)據(jù)監(jiān)控終端界面設(shè)計66-67
• 4.4 本章小結(jié)67-70
• 第5章 監(jiān)測系統(tǒng)實驗與結(jié)果分析70-78
• 5.1 實驗準(zhǔn)備70-74
• 5.1.1 發(fā)電機工作平臺搭建70-72
• 5.1.2 實驗裝備72-74
• 5.2 實驗方法74-75
• 5.3 實驗結(jié)果與分析75-77
• 5.4 本章小結(jié)77-78
• 第6章 總結(jié)與展望78-80
• 6.1 總結(jié)78
• 6.2 展望78-80
• 參考文獻(xiàn)80-84
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及科研工作84-86
• 致謝86

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