用於光伏發電現場管控系統的通信方法及系統與流程
2024-03-05 07:23:15
本發明涉及無線通信技術領域，尤其涉及一種用於光伏發電現場管控系統的通信方法及系統。
背景技術：
在光伏發電行業中，光伏組件監控系統中的通信系統通過由傳統的有線和無線兩種方式組成。其中，有線方式一般採用rs485總線網絡，在同一總線上，最多可以掛接32個節點，部署要求高，需要鋪設專用電纜，且可支持節點受限。而無線方式一般採用gprs/3g/4g等移動通信運營商網絡，比有線方式更靈活，更易部署，但數據流量成本高，且受限於運營商網絡的覆蓋範圍。因此傳統的通過系統在數據傳輸時，存在可靠性差、實時性差、成本性差等問題。
技術實現要素：
針對現有技術中的缺陷，本發明提供一種用於光伏發電現場管控系統的通信方法及系統，通過使用無線傳輸技術，既可方便部署、降低電纜成本，也可降低數據流量成本，同時其覆蓋範圍更廣，進而能夠提高數據傳輸的實時性、可靠性。
第一方面，本發明提供了一種用於光伏發電現場管控系統的通信方法，用於實現基站和終端之間的通信，包括：
基站通過無線傳輸技術將採集指令發送至終端；
所述終端接收到所述採集指令後，從被監控裝置獲取監測數據，通過指定的載波信號調製所述監測數據，並將調製後的監測數據發送至所述基站，其中，每個終端指定的載波信號相互正交；
所述基站將接收到的調製信號輸入多個通道進行解調，以分離各個所述終端發送的監測數據並發送至監控主機。
本發明提供的用於光伏發電現場管控系統的通信方法，採用無線傳輸技術既可方便部署、降低電纜成本，也可降低數據流量成本，同時其覆蓋範圍更廣，採用多個射頻信道，增加網絡並發處理能力，從而能夠提高數據傳輸的實時性、可靠性。
優選地，所述通過指定的載波信號調製所述監測數據之前還包括：在所述監測數據中添加終端標識。
優選地，所述通過指定的載波信號調製所述監測數據之前還包括：根據所述監測數據生成校驗碼，在所述監測數據中添加檢驗碼；
還包括：
所述基站通過所述校驗碼對分離後的監測數據進行校驗；
若校驗成功，則將所述監測數據發送至監控主機；
若校驗失敗，則獲取所述監測數據中的終端標識加入重發請求列表中；
在基站空閒時間，向重發請求列表中的終端發送重發指令。
優選地，所述無線傳輸技術為lora技術。
優選地，所述通過指定的載波信號調製所述監測數據之前還包括：對所述監測數據進行加密；
還包括：所述基站對分離後的監測數據進行解密。
優選地，所述對所述監測數據進行加密，包括：對所述監測數據進行對稱加密。
第二方面，本發明提供了一種用於光伏發電現場管控系統的通信系統，包括：基站，終端；所述基站和所述終端通過無線傳輸技術進行通信；
所述基站，用於通過無線傳輸技術將採集指令發送至終端，將接收到的調製信號輸入多個通道進行解調，以分離各個所述終端發送的監測數據並發送至監控主機；
所述終端，用於接收到所述採集指令後，從被監控裝置獲取監測數據，通過指定的載波信號調製所述監測數據，並將調製後的監測數據發送至所述基站，其中，每個終端指定的載波信號相互正交。
本發明提供的用於光伏發電現場管控系統的通信系統，採用無線傳輸技術既可方便部署、降低電纜成本，也可降低數據流量成本，同時其覆蓋範圍更廣，採用多個射頻信道，增加網絡並發處理能力，從而能夠提高數據傳輸的實時性、可靠性。
優選地，所述基站包括：第一接收天線、第一發射天線、第一無線收發器、載波解調模塊、第一處理器、第一通信模塊；
所述第一發射天線與所述第一無線收發器連接，所述第一接收天線與所述載波解調模塊連接，所述載波解調模塊與所述第一無線收發器連接，所述第一處理器與所述收發器、所述第一通信模塊連接；
所述第一反射天線用於向所述終端發送信號；
所述第一接收天線用於接收所述終端發送的信號；
所述第一無線收發器用於實現所述基站和所述終端之間的數據通信；
所述載波解調模塊包括多個並行的通道，用於對所述調製信號進行解調，分離各個所述終端發送的監測數據；
所述第一處理器用於解密所述監測數據、並識別所述監測數據中的終端標識；
所述第一通信模塊用於實現所述基站與所述監控主機間的數據通信。
優選地，所述終端包括：第二接收天線、第二發射天線、第二無線收發器、載波調製模塊、第二處理器、第二通信模塊；
所述第二接收天線與所述第二無線收發器連接，所述第二發射天線與所述載波調製模塊連接，所述載波調製模塊與所述第二無線收發器連接，所述第二處理器與所述第二無線收發器、所述第二處理器連接；
所述第二接收天線用於接收所述基站發送的信號；
所述第二發射天線用於向所述基站發送信號；
所述載波調製模塊用於通過指定的載波調製所述監測數據；
所述第二無線收發器用於實現所述基站和所述終端之間的數據通信；
所述第二處理器用於在所述監測數據中添加終端標識並加密；
所述第二通信模塊用於實現所述終端與所述被監控裝置間的數據通信。
優選地，第二無線收發器為lora模塊。
附圖說明
圖1示出了本發明提供的用於光伏發電現場管控系統的通信方法的流程示意圖。
圖2示出了本發明提供的用於光伏發電現場管控系統的通信系統的結構示意圖；
圖3示出了本發明提供的用於光伏發電現場管控系統的通信系統中的基站電路模塊圖；
圖4示出了本發明提供的用於光伏發電現場管控系統的通信系統中的終端電路模塊圖。
具體實施方式
下面將結合附圖對本發明技術方案的實施例進行詳細的描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，因此只是作為示例，而不能以此來限制本發明的保護範圍。
本實施例提供的系統和方法應用於光伏發電現場管控系統。光伏發電現場管控系統包括監控主機、基站、終端、被監控裝置。被監控裝置為被監控的光伏組件，其可以輸出光伏組件的各項參數，通過終端將採集到的監測數據發送給基站，基站收集其無線信號覆蓋範圍內的所有終端發送的數據，通過光纖傳輸給監控主機，由監控主機對數據進行統計匯總，實現自動化管控光伏發電系統。
如圖1所示，本實施提供的一種用於光伏發電現場管控系統的通信方法，用於實現基站和終端之間的通信，包括：
步驟s1，基站通過無線傳輸技術將採集指令發送至終端。
步驟s2，終端接收到採集指令後，從被監控裝置獲取監測數據，通過指定的載波信號調製監測數據，並將調製後的監測數據發送至基站，其中，每個終端指定的載波信號相互正交。
步驟s3，基站將接收到的調製信號輸入多個通道進行解調，以分離各個終端發送的監測數據並發送至監控主機。
其中，載波信號調製和解調技術均為現有技術，在此不再贅述。
其中，基站的無線信號覆蓋範圍內的終端都可以接收到採集指令。接收到採集指令的終端會向基站發送監測數據，由於是個終端同時響應了採集指令，不可避免的會有多個終端回傳的監測數據同時被終端接收。為了解決上述問題，本實施例為每個終端分配了不同的射頻信道，基站通過多個解調電路完成疊加信號的分離，得到各個終端發送的監測數據。
本實施例提供的用於光伏發電現場管控系統的通信方法，採用無線傳輸技術既可方便部署、降低電纜成本，也可降低數據流量成本，同時其覆蓋範圍更廣，採用多個射頻信道，增加網絡並發處理能力，從而能夠提高數據傳輸的實時性、可靠性。
提高了基站和終端間數據傳輸的穩定性和可靠性。
其中，步驟s2中，通過指定的載波信號調製監測數據之前還包括：在監測數據中添加終端標識。終端標識為每個終端唯一的身份標識，後續數據處理中，通過終端標識區分採集的數據屬於哪個終端，方便對光伏發電系統中的故障點進行快速定位。
其中，步驟s2中，通過指定的載波信號調製監測數據之前還包括：根據監測數據生成校驗碼，在監測數據中添加檢驗碼。相應地，步驟s3中還包括：基站通過校驗碼對分離後的監測數據進行校驗；若校驗成功，則將監測數據發送至監控主機；若校驗失敗，則獲取監測數據中的終端標識加入重發請求列表中；在基站空閒時間，向重發請求列表中的終端發送重發指令。通過校驗碼可以快速地校驗數據的準確性，防止數據在傳輸過程中發生錯誤，通過建立重發請求列表，對丟失或錯誤的數據請求重發，提高了監測數據的準確性和完整性。
一個終端傳輸給基站的數據量較多，若對終端發送的監測數據都進行重發，會佔用過多的網絡資源，降低了數據傳輸的效率。為了解決上述問題，本實施例中，在終端對監測數據進行調製前，還包括以下處理步驟：將監測數據拆分為多個數據包，為每個數據包附上唯一的數據包標識和終端標識，將數據包發送給基站，並將數據包存儲在待重發存儲區中。相應地，基站對接收到的數據包進行校驗，將校驗不成功的數據包對應的數據包標識和終端標識加入重發請求列表中，在基站空閒時間，向重發請求列表中的終端發送重發指令，重發指令中包括數據包標識和終端標識。每個終端都會接收到重發指令，終端根據接收到的終端標識確認是否要重發數據，若需要重發，則根據數據包標識從待重發存儲區中提取需要重發的數據包，發送給基站。
由於需要監控的光伏組件數量多，為了儘可能的擴大監控範圍，減少基站的布設量，降低成本支出，需要增加終端的數量。但是，不可能無限的增加射頻信道的數量，本實施例採用時分復用思想在不增加射頻信號的前提下，避免各終端傳輸的數據發生幹擾，具體方法如下：
對基站覆蓋範圍內的終端進行分組，每個終端都攜帶有一個組別標識，同一組中的終端發射頻率都不相同，保證同一組的終端不會佔用同一個頻率信道。基站中存儲有所有終端的分組情況，以組單位進行存儲。分組是在整個通信系統搭建時設置的。
在此基礎上，本實施例的通信方法包括：
步驟s10，基站通過無線傳輸技術將採集指令發送至終端，所述採集指令中包括組別標識。
步驟s20，終端接收到採集指令後，根據組別標識確認終端本身是否屬於該組別，若不屬於該組別則不進行數據的發送；若屬於該組別，則從被監控裝置獲取監測數據，通過指定的載波信號調製監測數據，並將調製後的監測數據發送至基站。其中，每個終端指定的載波信號相互正交。
步驟s30，基站將接收到的調製信號輸入多個通道進行解調，以分離各個終端發送的監測數據並發送至監控主機。
通過對終端進行分組，使得同一時間不會有相同發射頻率的信號佔用同一信道，保證了數據傳輸的穩定性，同時能增加單個基站接連的終端數量。
為了進一步避免在基站接收端發生數據衝突，步驟s20中的優選實施方式包括：終端接收到採集指令後，計時器立即開始計時；根據組別標識確認終端本身是否屬於該組別，若不屬於該組別則不進行數據的發送；若屬於該組別，則從被監控裝置獲取監測數據；在獲取到監測數據後，若計時器未超過發送時限，則通過指定的載波信號調製監測數據，並將調製後的監測數據發送至基站，若超過發送時限則放棄發送數據。相應地，基站在發送採集指令的同時開始計時，計時超過發送周期時，進入下一發送周期，發送攜帶有下一組組別標識的採集指令，直到所有組的採集指令都發送完畢。其中，發送周期大於發送時限。
其中，每個終端中的載波調製模塊包括載波信號發生器和載波調製器。載波信號發生器用於生成載波信號，在處理器的控制下，載波信號發生器可以生成不同的載波信號。載波調製器利用載波信號調製監測數據。在搭建整個通信系統時，需要對基站覆蓋範圍內的終端進行分組，通過基站向各個終端發送初始化信號；終端在接收到初始化信號後，將終端標識發送給基站；基站對接收到的所述終端標識進行自動分組，每一組包含的終端數量不大於基站終端的射頻信道數據，並為每一組中的終端分配射頻信道，每個射頻信道對應一個載波信號，將分配的組別標識和射頻信道下發給各個終端；終端存儲分配的組別標識，並根據分配的射頻信道配置載波信號發生器，使得載波信號發生器能產生與射頻信道匹配的載波信號。通過上述方式，可實現自動分配終端組別和射頻信道，降低了構建通信系統的工作量，同時可以批量化的生產終端。
其中，無線傳輸技術為lora技術。lora技術是一種基於擴頻技術的超遠距離無線傳輸方案，該技術具有遠距離、低功耗、多節點、低成本的特性。採用lora技術，代替傳統的有線方式和移動通信運營商網絡這種無線方式，將加密後的數據發送至終端，在沒有部署專門電纜的情況，即可以滿足傳輸距離的要求，也可以滿足節點和功耗的要求，穩定可靠。
其中，步驟s2中，通過指定的載波信號調製監測數據之前還包括：對監測數據進行加密。相應地，步驟s3中還包括：基站對分離後的監測數據進行解密。使用加密技術，能夠保證數據的安全。其中，本發明實施例的加密方法可以是對稱加密方法，如aes128加密，也可以非對稱加密方法。
基於與上述用於光伏發電現場管控系統的通信方法相同的發明構思，本實施提供了一種用於光伏發電現場管控系統的通信系統，如圖2所示，包括基站和終端；基站和終端通過無線傳輸技術進行通信。
基站用於通過無線傳輸技術將採集指令發送至終端，將接收到的調製信號輸入多個通道進行解調，以分離各個終端發送的監測數據並發送至監控主機。
終端用於接收到採集指令後，從被監控裝置獲取監測數據，通過指定的載波信號調製監測數據，並將調製後的監測數據發送至基站，其中，每個終端指定的載波信號相互正交。
其中，基站的無線信號覆蓋範圍內的終端都可以接收到採集指令。接收到採集指令的終端會向基站發送監測數據，由於是個終端同時響應了採集指令，不可避免的會有多個終端回傳的監測數據同時被終端接收。為了解決上述問題，本實施例為每個終端分配了不同的射頻信道，基站通過多個解調電路完成疊加信號的分離，得到各個終端發送的監測數據。
本實施例提供的用於光伏發電現場管控系統的通信系統，採用無線傳輸技術既可方便部署、降低電纜成本，也可降低數據流量成本，同時其覆蓋範圍更廣，採用多個射頻信道，增加網絡並發處理能力，從而能夠提高數據傳輸的實時性、可靠性。
如圖3所示，基站包括：第一接收天線、第一發射天線、第一無線收發器、載波解調模塊、第一處理器、第一通信模塊；第一發射天線與第一無線收發器連接，第一接收天線與載波解調模塊連接，載波解調模塊與第一無線收發器連接，第一處理器與收發器、第一通信模塊連接。
其中，第一反射天線用於向終端發送信號；第一接收天線用於接收終端發送的信號；第一無線收發器用於實現基站和終端之間的數據通信；載波解調模塊包括多個並行的通道，用於對調製信號進行解調，分離各個終端發送的監測數據；第一處理器用於解密監測數據、並識別監測數據中的終端標識；第一通信模塊用於實現基站與監控主機間的數據通信。
優選地，第一通信模塊包括乙太網模塊，如乙太網串口轉換模塊，乙太網模塊用於與監控主機進行通信，接收來自監控主機的數據。
如圖4所示，終端包括：第二接收天線、第二發射天線、第二無線收發器、載波調製模塊、第二處理器、第二通信模塊；第二接收天線與第二無線收發器連接，第二發射天線與載波調製模塊連接，載波調製模塊與第二無線收發器連接，第二處理器與第二無線收發器、第二處理器連接。
其中，第二接收天線用於接收基站發送的信號；第二發射天線用於向基站發送信號；載波調製模塊用於通過指定的載波調製監測數據；第二無線收發器用於實現基站和終端之間的數據通信；第二處理器用於在監測數據中添加終端標識並加密；第二通信模塊用於實現終端與被監控裝置間的數據通信。
其中，第二無線收發器為lora模塊。lora技術是一種基於擴頻技術的超遠距離無線傳輸方案，該技術具有遠距離、低功耗、多節點、低成本的特性。採用lora技術，代替傳統的有線方式和移動通信運營商網絡這種無線方式，將加密後的數據發送至終端，在沒有部署專門電纜的情況，即可以滿足傳輸距離的要求，也可以滿足節點和功耗的要求，穩定可靠。
其中，基站和終端中還包括加密模塊和解密模塊，通過加密模塊和解密模塊對基站和終端間傳遞的數據進行加密、解密，實現保密通信，保證數據的安全。本發明實施例的加密方法可以是對稱加密方法，如aes128加密，也可以非對稱加密方法。
最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求和說明書的範圍當中。