基于Lora的風(fēng)力電站峰谷自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

第1章緒論全球氣溫上升、環(huán)境污染嚴(yán)重、能源危機(jī)時(shí)常出現(xiàn)在我們生活的話題之中，風(fēng)力發(fā)電在這個(gè)背景下應(yīng)運(yùn)而生，并且得到國(guó)家大力支持。1.1項(xiàng)目背景全球各國(guó)都在關(guān)注氣候問(wèn)題。隨著全球氣溫上升、環(huán)境污染和能源消耗需求增加，各國(guó)政府面臨著尋找新的、能夠負(fù)擔(dān)得起的清潔能源的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。風(fēng)力發(fā)電是一種可能的解決方案，因其環(huán)境友好性和可重復(fù)性的優(yōu)勢(shì)以及快速發(fā)展的技術(shù)而成為全球增長(zhǎng)最快的可再生能源之一。雖然風(fēng)力發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的貢獻(xiàn)不斷增加，但由于風(fēng)力發(fā)電具有固有的隨機(jī)性和間歇性，因此其可用性存在可變性和不確定性。在這種情況下，為了使風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)更加穩(wěn)定地發(fā)展，需要采取措施來(lái)消納蓄能、減少資源浪費(fèi)、充分利用風(fēng)能，并根據(jù)實(shí)際情況合理調(diào)整電力供應(yīng)，從而提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性REF_Ref17279\r\h[1]。目前，越來(lái)越多的風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目采用分布式開(kāi)發(fā)模式，將大型集中式發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚⒃诓煌攸c(diǎn)的小型發(fā)電系統(tǒng)，從而提高了能源利用效率和可靠性。中國(guó)風(fēng)電技術(shù)相對(duì)落后于西方國(guó)家，這使得整體風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的維護(hù)與管理至關(guān)重要，以保障其穩(wěn)定運(yùn)行。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在全球范圍內(nèi)，風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的相關(guān)產(chǎn)品與服務(wù)占全球能源消耗的近50%，而中國(guó)風(fēng)力發(fā)電行業(yè)所占份額則相對(duì)較小。隨著中國(guó)風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，未來(lái)幾年里，風(fēng)電設(shè)備和服務(wù)將迎來(lái)一個(gè)新的增長(zhǎng)時(shí)期。作為一個(gè)新興的能源行業(yè)，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)作為綠色產(chǎn)業(yè)的一部分，在能源需求不斷增長(zhǎng)和環(huán)境保護(hù)日益重要的背景下，如何進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)維護(hù)管理等方面研究已成為重要課題。而這一課題也是我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中急需解決和進(jìn)一步研究的問(wèn)題。1.2研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀風(fēng)能產(chǎn)生電能對(duì)解決我國(guó)的能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題有著重要的意義。然而，由于風(fēng)力發(fā)電的運(yùn)行環(huán)境相對(duì)惡劣且體量較大REF_Ref17429\r\h[2]，容易出現(xiàn)各種類型的故障，一個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在故障時(shí)造成的損失是不可計(jì)量的，因此對(duì)發(fā)電設(shè)備的維修發(fā)展是有重大意義的，電力能源是我國(guó)在長(zhǎng)久發(fā)展經(jīng)濟(jì)背景下必不可少的重要能源資源，當(dāng)代電力能源處于相對(duì)比較緊缺的局面上，為了能夠?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，可以借助風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是我國(guó)重點(diǎn)扶持的建設(shè)項(xiàng)目，其能源開(kāi)發(fā)效果相對(duì)較好，但與此同時(shí)，也要注意到發(fā)電設(shè)備的故障維修重要意義。當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要是應(yīng)用到集中式的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)作為主要的開(kāi)發(fā)模式，難以借鑒國(guó)外的眾多成熟可靠性預(yù)防維護(hù)策略理論。需要我國(guó)積極自主研究探索適應(yīng)我國(guó)國(guó)情以及風(fēng)電系統(tǒng)的預(yù)防性維修策略模型，從而提升設(shè)備使用的可靠性，降低故障率，能夠在故障發(fā)生前加以預(yù)防維修REF_Ref17530\r\h[3]。其次是在對(duì)風(fēng)力發(fā)電得到廣泛運(yùn)用過(guò)程中，也有許多問(wèn)題暴露出來(lái)，因此，如何將智能化技術(shù)應(yīng)用到風(fēng)力發(fā)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)中也成為領(lǐng)域內(nèi)的主要研究方向REF_Ref17566\r\h[4]。1.2.2國(guó)外研究現(xiàn)狀人口的用電模式不同，因此在一天中會(huì)出現(xiàn)大量供電需求，也會(huì)出現(xiàn)不需要太多供電的情況，并且風(fēng)能存在著固有的隨機(jī)性和間歇性，由于風(fēng)力與氣候和氣象也存在很強(qiáng)的相關(guān)性，需要對(duì)風(fēng)能產(chǎn)生的電量進(jìn)行儲(chǔ)存和釋放來(lái)減輕風(fēng)力發(fā)電的可變性REF_Ref17615\r\h[10]。美國(guó)風(fēng)力發(fā)電的快速增長(zhǎng)可歸因于成本的急劇下降、可再生能源的財(cái)政激勵(lì)以及各州和當(dāng)局在環(huán)境政策中的作用。美國(guó)的年風(fēng)力發(fā)電量從2006年的6億千瓦時(shí)增加到2018年的800億千瓦時(shí)。由于環(huán)境效益被認(rèn)為是分配公共資金激勵(lì)可再生能源的主要原因，因此準(zhǔn)確衡量這些效益對(duì)于評(píng)估現(xiàn)有政策和確定未來(lái)政策方向至關(guān)重要。因此，近年來(lái)這一課題已成為經(jīng)濟(jì)和工程研究的熱點(diǎn)REF_Ref17670\r\h[11]。1.3解決辦法首先采用STM32單片機(jī)作為主控制器，同時(shí)，需要將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能，使其能供更多人使用，因此需要對(duì)風(fēng)力發(fā)電進(jìn)行控制，對(duì)風(fēng)力發(fā)電進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。而這些都可以通過(guò)無(wú)線通信來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的研究還很少，在此項(xiàng)目中主要利用LoRaWAN協(xié)議棧作為底層協(xié)議，而LoRaWAN是一個(gè)專門為低功耗應(yīng)用而設(shè)計(jì)的自組網(wǎng)協(xié)議棧，具有非常好的安全性和移動(dòng)性。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，為了滿足不同場(chǎng)合下的功率輸出需求，需要對(duì)輔助補(bǔ)償裝置進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。通過(guò)搭建一個(gè)基于云服務(wù)器的上位機(jī)系統(tǒng)，可以遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的輔助補(bǔ)償裝置。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到負(fù)載功率波動(dòng)時(shí)，上位機(jī)可以通過(guò)云平臺(tái)向控制器發(fā)送命令，動(dòng)態(tài)調(diào)整輔助補(bǔ)償裝置的工作狀態(tài)，使其能夠快速響應(yīng)并適應(yīng)負(fù)載變化，從而實(shí)現(xiàn)峰谷自動(dòng)補(bǔ)償。此外，通過(guò)使用云平臺(tái)，并使用SQL數(shù)據(jù)庫(kù)，還能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和存儲(chǔ)，方便后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和處理。為了保證風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，需要通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)對(duì)陸上的風(fēng)力電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)的故障檢測(cè)和問(wèn)題診斷。在此過(guò)程中，可以利用溫度傳感器、紅外光電傳感器等多種傳感器獲取電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，并通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_(tái)上進(jìn)行分析處理。特別地，通過(guò)采集電機(jī)的繞組溫度，我們能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)電機(jī)故障問(wèn)題并有效預(yù)防。同時(shí)，使用GPS定位技術(shù)也是很重要的一環(huán)。當(dāng)某個(gè)風(fēng)力電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，我們可以借助GPS快速定位出故障點(diǎn)，減少故障排除時(shí)間。為了使這些數(shù)據(jù)得到更好的傳輸和處理，我們采用Lora網(wǎng)絡(luò)將故障信息上報(bào)到控制臺(tái)。這樣，在監(jiān)測(cè)到故障后，控制臺(tái)可以盡快地接收并處理這些信息，實(shí)現(xiàn)及時(shí)響應(yīng)和迅速解決問(wèn)題。同時(shí)，通過(guò)持續(xù)地監(jiān)測(cè)電機(jī)狀態(tài)和故障記錄，我們還能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和挖掘，從而發(fā)現(xiàn)和預(yù)測(cè)潛在的故障點(diǎn)，降低系統(tǒng)運(yùn)維成本并提高可靠性。

第2章系統(tǒng)整體方案2.1系統(tǒng)功能需求分析實(shí)現(xiàn)Lora組網(wǎng)數(shù)據(jù)的傳輸。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電量。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)力電機(jī)的故障狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)上報(bào)。實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的定位，便于管理者維護(hù)。實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)電燒組的溫度，防止過(guò)溫?zé)龤?。?shí)現(xiàn)上位機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)管理，遠(yuǎn)程上位機(jī)可以方便對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。實(shí)現(xiàn)峰谷自動(dòng)補(bǔ)償，當(dāng)發(fā)電較多時(shí)，自動(dòng)將多余電量?jī)?chǔ)存到蓄電池組，當(dāng)發(fā)電量不足時(shí)，自動(dòng)控制蓄電池組放電。2.2方案結(jié)構(gòu)該系統(tǒng)由三個(gè)主要組成部分組成：上位機(jī)、下位機(jī)和網(wǎng)關(guān)。為實(shí)現(xiàn)對(duì)各種物理量的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)。下位機(jī)在Keil5開(kāi)發(fā)環(huán)境中使用C語(yǔ)言對(duì)單片機(jī)和傳感器進(jìn)行編程控制，與DS18B20溫度傳感器、紅外光電開(kāi)關(guān)傳感器、GPS模塊等協(xié)作工作，收集各種物理量并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以便上位機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理。同時(shí)，下位機(jī)還可以根據(jù)上位機(jī)發(fā)出的指令執(zhí)行一些特定的操作。上位機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)下位機(jī)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和處理，包括存儲(chǔ)和分析。整個(gè)上位機(jī)使用VSCode編輯器對(duì)上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行編碼編譯調(diào)試操作。業(yè)務(wù)邏輯處理方面，上位機(jī)通過(guò)PHP語(yǔ)言使用一些算法和模型對(duì)數(shù)據(jù)閾值判斷。此外，上位機(jī)還可以通過(guò)遠(yuǎn)程控制下位機(jī)的方式對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)度，以確保系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性。所測(cè)量的物理量可以通過(guò)HTML語(yǔ)言、CSS、JavaScript語(yǔ)言搭建的網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行直觀的顯示，接收到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中并通過(guò)后端進(jìn)行抓取。網(wǎng)關(guān)則起到了一個(gè)數(shù)據(jù)通信中繼的作用，通過(guò)ESP8266通過(guò)串口傳給上位機(jī)服務(wù)器，單片機(jī)建立串口通信來(lái)實(shí)現(xiàn)下位機(jī)與上位機(jī)之間的通信，同時(shí)也能夠轉(zhuǎn)發(fā)上位機(jī)發(fā)出的指令到下位機(jī)。中繼器與各個(gè)節(jié)點(diǎn)由于距離或近或遠(yuǎn)，通信則通過(guò)Lora通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)。在這個(gè)過(guò)程中，網(wǎng)關(guān)可以扮演一個(gè)數(shù)據(jù)安全的關(guān)鍵角色，防止數(shù)據(jù)的泄露或被非法篡改。該系統(tǒng)采用了分層設(shè)計(jì)的思想，使得不同的模塊之間能夠相對(duì)獨(dú)立地工作，并且充分利用了各種技術(shù)手段，以達(dá)到高效、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)和控制效果。子節(jié)點(diǎn)溫度傳感器子節(jié)點(diǎn)溫度傳感器DS18B20電池蜂鳴器GPS模塊WiFi模塊中繼器連接服務(wù)器端紅外光電開(kāi)關(guān)傳感器圖2.1系統(tǒng)的架構(gòu)圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體硬件圖如下圖所示：圖2.2系統(tǒng)硬件圖2.3元器件選型2.3.1主控選型：方案一：STM32是一種基于ARMCortex內(nèi)核的微控制器，具有強(qiáng)大的性能，豐富的外設(shè)，易于集成，低功耗，開(kāi)發(fā)工具豐富。方案二：STC89C52是一款由中國(guó)STC公司生產(chǎn)的單片機(jī)芯片，它基于Intel8051內(nèi)核，具有快速運(yùn)行速度，大容量存儲(chǔ)空間，豐富的外設(shè)接口，低功耗設(shè)計(jì)，易于編程和調(diào)試，同時(shí)還提供了豐富的仿真調(diào)試功能，使得開(kāi)發(fā)人員可以快速完成產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和調(diào)試方案選擇：STM32，STC89C52和STM32都是單片機(jī)芯片，但STM32相對(duì)于STC89C52有以下優(yōu)勢(shì)：1.更高的性能：STM32基于ARMCortex-M內(nèi)核，運(yùn)算速度更快、功耗更低，且具備更多的外設(shè)模塊，如USB接口、DMA控制器等。2.更大的存儲(chǔ)空間：STM32內(nèi)置的Flash存儲(chǔ)器和RAM容量比STC89C52更大，可以支持更復(fù)雜的應(yīng)用程序。3.更全面的軟硬件支持：STM32擁有眾多的開(kāi)發(fā)工具和開(kāi)發(fā)板，可以方便地完成開(kāi)發(fā)、調(diào)試和部署工作，同時(shí)還有龐大的用戶社區(qū)提供技術(shù)支持和資源共享。4.更廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景：STM32廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如工業(yè)自動(dòng)化、智能家居、智能終端、移動(dòng)設(shè)備等，適用于不同復(fù)雜度和規(guī)模的項(xiàng)目。風(fēng)電場(chǎng)需要更高的性能、更大的存儲(chǔ)空間、更全面的軟硬件支持和更廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，所以在選擇單片機(jī)芯片時(shí)，選擇STM32單片機(jī)。2.3.2溫度傳感器：方案一：DS18B20，DS18B20是一款數(shù)字溫度傳感器，具有單總線接口，精度高，數(shù)字輸出，多種包裝形式，可編程分辨率，低功耗，易于集成等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于溫度監(jiān)測(cè)、自動(dòng)化控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)、消費(fèi)電子等領(lǐng)域。方案二：LM35，LM35是一款模擬溫度傳感器，它可以直接輸出與溫度成線性關(guān)系的電壓信號(hào)，具有精度高，輸出線性，低功耗，寬工作電壓范圍，LM35體積小巧，無(wú)需校準(zhǔn)。廣泛應(yīng)用于溫度測(cè)量和控制系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療設(shè)備、氣象觀測(cè)等領(lǐng)域。方案選擇：DS18B20，DS18B20和LM35都是常用的溫度傳感器，但DS18B20相對(duì)于LM35有以下優(yōu)勢(shì)：相對(duì)精度更高：DS18B20具有±0.5°C（-10°C至+85°C）的精度，相對(duì)于LM35的±2°C來(lái)說(shuō)，精度更高。數(shù)字信號(hào)輸出：DS18B20采用數(shù)字信號(hào)輸出，不受外界干擾影響，抗干擾能力強(qiáng)。而LM35采用模擬信號(hào)輸出，受到噪聲和干擾的影響較大。單總線接口：DS18B20可以通過(guò)單總線接口進(jìn)行通信和供電，即可實(shí)現(xiàn)多個(gè)傳感器同時(shí)工作，且布線簡(jiǎn)單方便。而LM35需要額外的模擬輸入接口和運(yùn)算放大器等。應(yīng)用范圍廣泛：DS18B20廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)、消費(fèi)電子等領(lǐng)域，而LM35主要適用于中低溫度范圍內(nèi)的測(cè)量。在選擇溫度傳感器時(shí)，需要更高的精度、更穩(wěn)定的信號(hào)輸出、更方便的布線和更廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，所以選擇DS18B20。2.3.3通信模塊選型：方案一：Lora無(wú)線通信模塊，LoRa強(qiáng)大的穿透力，長(zhǎng)距離傳輸，低功耗，多節(jié)點(diǎn)連接，LoRa是一種開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)，具有良好的兼容性和可擴(kuò)展性，LoRa采用擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)，具有強(qiáng)大的抗干擾能力和良好的穿透性能。方案二：ZigBee無(wú)線通信模塊，ZigBee是一種低功耗、低速率、近距離無(wú)線傳輸協(xié)議，Zigbee可以支持大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，最多達(dá)到數(shù)百或數(shù)千個(gè)節(jié)點(diǎn)；自組網(wǎng)能力。安全性，兼容性，同時(shí)ZigBee還支持多種應(yīng)用層協(xié)議。方案選擇：Lora模塊，Lora模塊與ZigBee都是無(wú)線通信模塊，適用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，但它們?cè)诩夹g(shù)原理、應(yīng)用場(chǎng)景和技能特點(diǎn)等方面有較大的不同。相較于ZigBee，LoRa的傳輸距離更遠(yuǎn)，可達(dá)到數(shù)公里甚至更遠(yuǎn)，適合于廣域物聯(lián)網(wǎng)通信需求。LoRa在障礙物密集的室內(nèi)、城市等環(huán)境中也具有較好的通信能力，適用于復(fù)雜環(huán)境下的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。LoRa采用自適應(yīng)碼率和自適應(yīng)功率控制技術(shù)，在低功耗模式下依然能夠保持較高的通信質(zhì)量，適合于電池供電的設(shè)備和長(zhǎng)期運(yùn)行的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。LoRa是一種開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)，具有良好的兼容性和可擴(kuò)展性，可以與其他協(xié)議和技術(shù)進(jìn)行無(wú)縫連接，適合于多廠家設(shè)備集成和開(kāi)發(fā)。多節(jié)點(diǎn)連接：LoRa支持多節(jié)點(diǎn)連接，可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的星型、樹(shù)形以及網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提高了網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和可靠性。2.3.4GPS模塊選型：方案一：芯片級(jí)GPS模塊：芯片級(jí)GPS模塊具有更高的靈活性，在電路設(shè)計(jì)上更加靈活，可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)；由于不帶天線，因此可以通過(guò)外部天線接口進(jìn)行連接，可以選擇不同種類的天線，獲得更好的效果；可以在一些特定的應(yīng)用場(chǎng)景中使用，并且相對(duì)于帶天線的GPS模塊來(lái)說(shuō)，芯片級(jí)GPS模塊價(jià)格更低，成本更加可控。方案二：帶天線的GPS模塊：帶天線的GPS模塊內(nèi)置了天線，在電路板布局中，可以直接使用，并且天線與GPS芯片是一體化設(shè)計(jì)的，天線與芯片之間的匹配更加精確，能夠獲得更好的接受效果。方案選擇：帶天線的GPS模塊：本課題采用的是帶天線的GY-NEO有源陶瓷天線，GY-NEO有源陶瓷天線模塊是一種帶天線的GPS模塊，它內(nèi)置了GPS芯片和陶瓷天線，并通過(guò)串口輸出NMEA格式的GPS數(shù)據(jù)信息。該模塊基于NEO-6M芯片設(shè)計(jì)，具有高靈敏度、低功耗、快速定位等特點(diǎn)，適用于車載導(dǎo)航、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、氣象站等領(lǐng)域。因?yàn)樗鼛в刑炀€，所以相對(duì)于芯片級(jí)GPS模塊來(lái)說(shuō)，使用起來(lái)更加方便。2.4器件參數(shù)與特性2.4.1主控單片機(jī)STM32F103C8T6是一個(gè)基于ARMCortex-M3內(nèi)核，他的最高主頻為72MHz，具有64KB閃存和20KB的SRAM，還有2個(gè)12位ADC，16個(gè)通道，最大轉(zhuǎn)換速率為1Msps，3個(gè)16位定時(shí)器，1個(gè)基本定時(shí)器，1個(gè)高級(jí)定時(shí)器，1個(gè)通用定時(shí)器2個(gè)I2C接口，3個(gè)USART接口，2個(gè)SPI接口，1個(gè)USB接口，1個(gè)看門狗定時(shí)器，具有低功耗模式：停機(jī)模式，休眠模式，待機(jī)模式。在本設(shè)計(jì)中，將STM32作為主控制器，協(xié)調(diào)各傳感器與上位機(jī)工作。2.4.2WiFi模塊ESP8266是一種基于TensilicaL106Diamond架構(gòu)的32位處理器的Wi-Fi模塊。它支持802.11b/g/nWi-Fi標(biāo)準(zhǔn)，支持STA/AP/STA+AP工作模式，支持TCP/IP協(xié)議棧，支持WPA/WPA2安全加密，支持OTA（空中升級(jí)）功能，支持多種GPIO引腳，包括PWM、I2C、SPI、UART等，支持多種開(kāi)發(fā)環(huán)境。ESP8266在本系統(tǒng)中，主要負(fù)責(zé)中繼器與上位機(jī)端進(jìn)行通信。2.4.3溫度傳感器DS18B20是一種數(shù)字溫度傳感器，具有獨(dú)特的單總線接口方式，在與微處理器連接時(shí)僅需要一條數(shù)據(jù)總線即可實(shí)現(xiàn)通訊，抗干擾性強(qiáng)。并具有以下參數(shù)和特性：工作電壓范圍為3V至5.5，可以在-55℃至+125℃的范圍內(nèi)測(cè)量溫度，可以滿足惡劣天氣的溫度要求，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的環(huán)境能夠有很強(qiáng)的適應(yīng)性，可編程上限和下限警報(bào)功能，方便及時(shí)的對(duì)風(fēng)電機(jī)控制調(diào)節(jié)，具有非易失性EEPROM存儲(chǔ)器，可存儲(chǔ)用戶配置信息，對(duì)后期數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。2.4.4紅外光電開(kāi)關(guān)紅外光電開(kāi)關(guān)是一種常見(jiàn)的傳感器，用于檢測(cè)物體的存在或接近。它通常由紅外發(fā)射器和接收器組成，可以通過(guò)檢測(cè)紅外光線的反射或遮擋來(lái)確定物體的位置或狀態(tài)。工作電壓范圍通常為3V至24V具有多種輸出類型，包括數(shù)字輸出和模擬輸出等，具有多種檢測(cè)模式，包括單通道、雙通道和三通道等，具有多種安裝方式。根據(jù)他的特性作為小型發(fā)電機(jī)的頻率計(jì)數(shù)，上傳到云服務(wù)器端。2.4.5GPS模塊GPS-NEO-6M是一種常見(jiàn)的GPS模塊，用于獲取全球定位系統(tǒng)（GPS）的位置和時(shí)間信息。它通常由GPS接收器和天線組成，可以通過(guò)接收衛(wèi)星發(fā)射的GPS信號(hào)來(lái)確定設(shè)備的位置和時(shí)間。以下是一些常見(jiàn)的GPS-NEO-6M的參數(shù)和特性：工作電壓范圍通常為3.3V至5V，具有多種定位模式，包括熱啟動(dòng)、溫啟動(dòng)和冷啟動(dòng)等，具有多種定位精度，最高可達(dá)2.5米，具有多種天線類型，包括內(nèi)置天線和外置天線等。2.4.6OLED顯示器OLED代表有機(jī)發(fā)光二極管，是一種使用有機(jī)材料制成的發(fā)光二極管，可以在不需要背光的情況下發(fā)出光。OLED顯示器通常具有更高的對(duì)比度和更快的響應(yīng)時(shí)間，因?yàn)樗鼈儾恍枰彻猓⑶铱梢灾鹣袼氐乜刂屏炼群皖伾?。OLED顯示器可以在顯示黑色時(shí)關(guān)閉像素。對(duì)于本課題的設(shè)計(jì)，占有十分重要的地位。

第3章系統(tǒng)下位機(jī)設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)下位機(jī)總體設(shè)計(jì)STM32通信模塊STM32通信模塊電壓電流檢測(cè)蜂鳴器紅外光電開(kāi)關(guān)GPS模塊溫度傳感器WiFiLora組網(wǎng)圖3.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖3.2系統(tǒng)下位機(jī)設(shè)計(jì)3.2.1通信模塊設(shè)計(jì)該系統(tǒng)下位機(jī)設(shè)計(jì)采用STM32單片機(jī)作為主控。1.下位機(jī)設(shè)計(jì)中中繼器端，由于WiFi和Lora是通過(guò)串口連接到中繼器端，因此下位機(jī)程序中首先對(duì)WiFi串口和Lora串口進(jìn)行初始化，波特率分別設(shè)置為115200、9600。采用Lora自組網(wǎng)模塊進(jìn)行各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信和協(xié)同工作，在Lora模塊有VCC、GND、TXT和RXD等引腳，將Lora模塊VCC接到單片機(jī)的電源引腳，GND引腳連接到單片機(jī)的地線。將Lora的TXD引腳連接到單片機(jī)的RXD引腳，RXD引腳連接到單片機(jī)的TXD，初始化串口模塊并指定波特率后發(fā)送AT指令，實(shí)現(xiàn)Lora模塊的設(shè)置。程序端通過(guò)read_lora()函數(shù)讀取節(jié)點(diǎn)端發(fā)送的數(shù)據(jù)，通過(guò)lora()發(fā)送數(shù)據(jù)。再通過(guò)ESP8266與上位機(jī)端進(jìn)行通信，首先建立TCP連接，設(shè)置透?jìng)髂Ｊ?，最后開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)。使用wifi_tx()對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送，使用WiFi_rev()對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器之間通訊。對(duì)數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送會(huì)在main()函數(shù)下有一個(gè)while循環(huán)來(lái)循環(huán)運(yùn)行，保證數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)相對(duì)高速率地傳輸。具體的代碼如下圖所示：圖3.2循壞代碼圖2.下位機(jī)設(shè)計(jì)中子節(jié)點(diǎn)端，使用Lora自組網(wǎng)模塊每隔兩秒發(fā)送一次數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)與中繼端非阻塞式的數(shù)據(jù)傳輸。Lora模塊與ESP8266硬件圖如下圖所示：圖3.3Lora模塊圖3.4ESP82663.2.2紅外光電開(kāi)關(guān)對(duì)于風(fēng)力電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，通過(guò)紅外光電開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體的方法是將小電機(jī)作為風(fēng)力電機(jī)，利用紅外光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)到小電機(jī)的葉片遮擋了紅外開(kāi)關(guān)時(shí)，向單片機(jī)發(fā)送一個(gè)低電平信號(hào)。這個(gè)低電平信號(hào)通過(guò)外部中斷接收脈沖。在中斷中進(jìn)行風(fēng)力fun_nub變量的自加，再通過(guò)fan_test()函數(shù)將轉(zhuǎn)速顯示到屏幕上。利用STM32單片機(jī)對(duì)風(fēng)力電機(jī)進(jìn)行控制和協(xié)調(diào)。紅外光電開(kāi)關(guān)硬件圖如下圖所示：圖3.5紅外光電開(kāi)關(guān)3.2.3溫度傳感器設(shè)計(jì)在風(fēng)力電機(jī)故障檢測(cè)方面，系統(tǒng)采用溫度傳感器DS18B20監(jiān)測(cè)風(fēng)力電機(jī)繞組的溫度。將DS18B20的VCC引腳連接到主板的+3V電源引腳，將GND引腳連接到主板GND引腳，將DQ引腳連接到主板的數(shù)字IO引腳。單片機(jī)借助單總線通信協(xié)議驅(qū)動(dòng)溫度傳感器采集溫度，再將溫度數(shù)據(jù)讀出來(lái)，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到Lora模塊，Lora轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)端的Lora接收到數(shù)據(jù)后，通過(guò)WiFi上傳到服務(wù)器中。當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)報(bào)警模塊向STM32單片機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。若工作人員未及時(shí)處理故障，則STM32單片機(jī)通過(guò)中斷向系統(tǒng)發(fā)送復(fù)位命令，系統(tǒng)復(fù)位后溫度自動(dòng)恢復(fù)正常。另外，當(dāng)工作人員在特殊情況下（如停電、過(guò)熱）未及時(shí)處理故障時(shí)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)服務(wù)器端溫度預(yù)警值來(lái)防止因過(guò)熱導(dǎo)致設(shè)備損壞。DS18B20溫度傳感器如下圖所示：圖3.6溫度傳感器3.2.4電流電壓測(cè)量設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力電機(jī)發(fā)電量的采樣，系統(tǒng)通過(guò)ADC端口4接收電壓，ADC端口5接收電流，系統(tǒng)使用P_TEST()函數(shù)將端口號(hào)作為實(shí)參傳遞到adc.c文件中的get_ad()中，P_TEST()函數(shù)代碼如下圖3.7所示，完成將電流和電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的過(guò)程。在完成功率的計(jì)算后，將數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)進(jìn)行處理分析。由于在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于電壓基本不變，電流急速上升的情況下，電路可能會(huì)發(fā)生短路，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)損壞。在上位機(jī)上設(shè)置相應(yīng)的程序代碼，通過(guò)上位機(jī)與STM32單片機(jī)進(jìn)行通信。上位機(jī)程序在收到STM32單片機(jī)發(fā)出的報(bào)文后，向STM32單片機(jī)發(fā)送該電機(jī)電路故障提示。并且在中繼器上報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警。這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力電機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和保護(hù)。圖3.7P_TEST函數(shù)代碼圖3.2.5GPS模塊設(shè)計(jì)在定位風(fēng)力電機(jī)位置方面，系統(tǒng)采用帶天線的GY-NEO有源陶瓷天線模塊進(jìn)行定位，GPS-NEO-6M是一款常用的GPS模塊，它可以通過(guò)串口與單片機(jī)或者計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。在進(jìn)行硬件調(diào)試時(shí)，需要確保模塊正確連接到單片機(jī)，并且單片機(jī)的串口通信設(shè)置正確。1.確保模塊正確連接到單片機(jī)。GPS-NEO-6M模塊通常有6個(gè)引腳，包括VCC、GND、TX、RX等引腳。VCC和GND分別連接到單片機(jī)的電源和地，TX和RX分別連接到單片機(jī)的串口發(fā)送和接收引腳。PPS和ANT引腳不需要連接。2.確保單片機(jī)的串口通信設(shè)置正確。需要設(shè)置正確的波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和校驗(yàn)位。GPS-NEO-6M模塊的波特率設(shè)置為9600，數(shù)據(jù)位為8，停止位為1，校驗(yàn)位為無(wú)。3.GPS的信息是通過(guò)串口發(fā)送到單片機(jī)中，GPS發(fā)送$GPGGA報(bào)文在USART1_IRQHandler(void)中接收中斷，通過(guò)串口1接收后使用deal_gps()函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，再進(jìn)行轉(zhuǎn)存，在gps_com_decode()函數(shù)中對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，該函數(shù)如圖3.8所示，最終數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到gps_data_buf[200]中，從而準(zhǔn)確獲取風(fēng)力電機(jī)的位置信息。GPS的硬件圖如下圖所示：圖3.8GPS模塊圖3.9GPS解析代碼圖3.2.6OLED顯示屏在程序開(kāi)始的時(shí)候，我們對(duì)OLED進(jìn)行了初始化，使其進(jìn)入工作狀態(tài)。在連接成功之后，OLED顯示屏就會(huì)顯示出“12345”的數(shù)字。這個(gè)時(shí)候，電壓電流以及風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速也都將會(huì)被輸出顯示到OLED顯示屏上。OLED顯示屏硬件部分如下圖所示：圖3.10OLED顯示屏3.2.7電池電池使用的是鋰電池，供電穩(wěn)定，可循環(huán)充放電。當(dāng)發(fā)電機(jī)無(wú)法發(fā)電時(shí)，或發(fā)電不夠，電池將自動(dòng)補(bǔ)償電量，提供穩(wěn)定的電量供給，并且電池模塊上的燈光亮起。當(dāng)發(fā)電機(jī)供電充足，可以為鋰電池充電，存儲(chǔ)電量。3.2.8蜂鳴器蜂鳴器采用的是一個(gè)電磁式有源蜂鳴器作為系統(tǒng)報(bào)警使用，將蜂鳴器的正負(fù)極連接到中繼器端，當(dāng)溫度高于預(yù)警值時(shí)，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器工作。

第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1上位機(jī)設(shè)計(jì)流程4.1.1系統(tǒng)上位機(jī)總設(shè)計(jì)初始化數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)，上傳到服務(wù)器，存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)初始化數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)，上傳到服務(wù)器，存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)后端從數(shù)據(jù)庫(kù)抓取數(shù)據(jù)顯示到前端頁(yè)面開(kāi)始圖4.1上位機(jī)設(shè)計(jì)流程圖4.1.2監(jiān)測(cè)溫度程序機(jī)組出現(xiàn)溫度過(guò)高大概率是出現(xiàn)了故障，因此對(duì)溫度的監(jiān)測(cè)是設(shè)計(jì)該程序必不可少的環(huán)節(jié)，在對(duì)溫度監(jiān)測(cè)的程序設(shè)計(jì)中，對(duì)溫度的閾值進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)出現(xiàn)溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)出現(xiàn)報(bào)警和頁(yè)面提示。防止因溫度過(guò)高帶來(lái)的損失。監(jiān)測(cè)溫度程序的流程圖如圖下所示：圖讀取溫度確定溫度閾值蜂鳴器報(bào)警提示超限讀取溫度確定溫度閾值蜂鳴器報(bào)警提示超限溫度小于閾值正常溫度大于閾值4.1.3監(jiān)測(cè)電流電壓程序接收下位機(jī)端電流電壓電壓=0接收下位機(jī)端電流電壓電壓=0且電流！=0短路，該號(hào)機(jī)故障電路正常NY圖4.3監(jiān)測(cè)電流電壓流程圖4.2前端設(shè)計(jì)前端運(yùn)行在瀏覽器中展現(xiàn)給用戶瀏覽的網(wǎng)頁(yè)，可以更加直面的表現(xiàn)出數(shù)據(jù)的變化，是人機(jī)交互的基礎(chǔ)橋梁，主要由html語(yǔ)言與CSS與JavaScript搭建和優(yōu)化完成，html語(yǔ)言容易學(xué)習(xí)與開(kāi)發(fā)，編程語(yǔ)言格式也便于閱讀和維護(hù)，做到輕量化，易于搜索引擎抓取。CSS語(yǔ)言在HTML語(yǔ)言的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁(yè)的樣式與布局設(shè)計(jì)，使頁(yè)面美觀大方，并且升級(jí)輕松、維護(hù)方便，解決內(nèi)容與表現(xiàn)分離的問(wèn)題。JavaScript可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的效果，增加網(wǎng)頁(yè)的交互性和動(dòng)態(tài)性，并且可以通過(guò)Ajax技術(shù)，在無(wú)需重新加載整個(gè)頁(yè)面的情況下更新部分技術(shù)，實(shí)現(xiàn)頁(yè)面數(shù)據(jù)的異步加載。方便數(shù)據(jù)的更新，可以實(shí)時(shí)地檢測(cè)到風(fēng)電機(jī)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)參數(shù)。前端頁(yè)面的設(shè)計(jì)在index.html文件中，在loadXMLDoc()函數(shù)中對(duì)按鈕添加事件，通過(guò)xmlhttp.open()和xmlhttp.send()函數(shù)前端向后端發(fā)送調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)請(qǐng)求，后端從數(shù)據(jù)庫(kù)中抓取數(shù)據(jù)，交給前端，界面可以直觀動(dòng)態(tài)地顯示風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)力、電流、電壓、地理位置、機(jī)組、和故障情況完成上位機(jī)的設(shè)計(jì)。前端的整體界面如下圖所示：圖4.4前端整體界面4.3后端設(shè)計(jì)后端的系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是為了處理業(yè)務(wù)邏輯，處理用戶的請(qǐng)求、執(zhí)行業(yè)務(wù)規(guī)則和流程，以及生成相應(yīng)結(jié)果。主要采用的是PHP語(yǔ)言，PHP是開(kāi)源與免費(fèi)的，可以在后臺(tái)編寫前端的邏輯，可以很容易地加載基于PHP的應(yīng)用程序并連接到數(shù)據(jù)庫(kù)。在后端文件中，可以使用api.php與下位機(jī)端的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，也可以下發(fā)上位機(jī)的指令。使用read.php()函數(shù)負(fù)責(zé)前端向后端調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，下位機(jī)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，以便提供有用的信息和洞察力。并且提供安全和可靠的服務(wù)，確保系統(tǒng)不會(huì)受到攻擊或故障。及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份與恢復(fù)。圖4.5api.php代碼圖4.4數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的基礎(chǔ)，在涉及到任何數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢和維護(hù)都會(huì)使用到數(shù)據(jù)庫(kù)，在本課題設(shè)計(jì)中，下位機(jī)上傳的數(shù)據(jù)由后端進(jìn)行接收后將其存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，在后端的設(shè)計(jì)中會(huì)調(diào)用到數(shù)據(jù)庫(kù)的接口，首先需要建立與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的聯(lián)系，使用select_db()函數(shù)連接數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器如下圖4.6所示。連接到服務(wù)器后開(kāi)始創(chuàng)建數(shù)據(jù)表，數(shù)據(jù)表如圖4.7所示，而后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查找和調(diào)用。采用SQLServer2008作為數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，為數(shù)據(jù)提供一個(gè)安全、穩(wěn)定、可靠的存儲(chǔ)環(huán)境，保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。圖4.6連接服務(wù)器代碼圖圖4.7數(shù)據(jù)庫(kù)表

第5章系統(tǒng)測(cè)試在其它部分完成了對(duì)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，為保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行硬件和軟件部分測(cè)試，是確保系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的重要步驟。在硬件測(cè)試方面，需要檢查所有硬件組件是否正確連接，并且檢查元件是否有無(wú)損壞的情況。在軟件測(cè)試方面，需要使用測(cè)試方法來(lái)驗(yàn)證軟件的正確性和穩(wěn)定性。這些測(cè)試方法可以幫助發(fā)現(xiàn)和解決風(fēng)力發(fā)電峰谷自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)中的各種問(wèn)題，從而確保系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。在測(cè)試過(guò)程中，記錄測(cè)試結(jié)果，并及時(shí)修復(fù)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。只有經(jīng)過(guò)充分的測(cè)試和修復(fù)后，才可以對(duì)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行正常的運(yùn)轉(zhuǎn)。5.1系統(tǒng)硬件調(diào)試5.1.1Lora模塊調(diào)試LoRa模塊的硬件調(diào)試通常需要以下步驟：1.連接LoRa模塊：將LoRa模塊連接到硬件系統(tǒng)中。通常，LoRa模塊具有SPI接口，因此需要將其連接到微控制器的SPI總線上。還需要將模塊的其他引腳連接到微控制器上，例如模塊的復(fù)位引腳和中斷引腳。2.配置LoRa模塊：在開(kāi)始使用LoRa模塊之前，配置它以使用正確的頻率和帶寬。在此可以使用LoRa模塊的配置寄存器來(lái)完成此操作。將模塊的頻率設(shè)置為與LoRa網(wǎng)關(guān)相同，并將帶寬設(shè)置為與該的應(yīng)用程序相匹配。3.測(cè)試LoRa模塊：一旦已經(jīng)連接和配置了LoRa模塊，就可以開(kāi)始測(cè)試它是否正常工作。可以使用一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)試程序來(lái)發(fā)送和接收LoRa數(shù)據(jù)包。并且可以使用ArduinoLoRa庫(kù)來(lái)簡(jiǎn)化此過(guò)程。該庫(kù)提供了發(fā)送和接收LoRa數(shù)據(jù)包的函數(shù)。調(diào)試后OLED顯示屏上顯示Lora連接如下圖所示：圖5.1LoRa模塊調(diào)試圖5.1.2發(fā)電機(jī)的測(cè)試將發(fā)電機(jī)連接到PA4PA5引腳，當(dāng)發(fā)電機(jī)工作時(shí)，OLED顯示屏顯示電流、電壓和風(fēng)速，發(fā)電機(jī)連接正常。5.1.3鋰電池連接測(cè)試將鋰電池插入到節(jié)點(diǎn)端的引腳上，當(dāng)發(fā)電機(jī)工作時(shí)，鋰電池模塊上的LED燈熄滅，電池連接正常。5.2系統(tǒng)功能測(cè)試首先將STM32中繼器的接口聯(lián)電，將中繼器的USB接口連接到電源，在程序端使用延遲等待五秒鐘，檢查中繼器上的OLED顯示屏是否顯示“12345”，已確認(rèn)是否連接成功，并且此時(shí)網(wǎng)絡(luò)也能連接成功，同樣的步驟再將節(jié)點(diǎn)的STM32單片機(jī)連接，屏幕成功顯示。對(duì)上位機(jī)所連接網(wǎng)絡(luò)名進(jìn)行更改，開(kāi)始調(diào)試測(cè)試。在進(jìn)行紅外光電開(kāi)關(guān)組成的發(fā)電機(jī)測(cè)試時(shí)，先將其插入到節(jié)點(diǎn)端的PA5PA4引腳上，在這一步中，可以觀察上位機(jī)，上位機(jī)上所有數(shù)據(jù)都將進(jìn)行初始化0，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電機(jī)時(shí)，電壓、電流和風(fēng)力的值發(fā)生改變，這意味著完成了該設(shè)計(jì)的初始化?？梢赃M(jìn)行下一步的測(cè)試環(huán)節(jié)，初始化后頁(yè)面顯示如下圖所示：圖5.2數(shù)據(jù)初始化頁(yè)面顯示進(jìn)行功能測(cè)試：1.對(duì)溫度監(jiān)測(cè)功能進(jìn)行測(cè)試：在傳感器方面使用了DS18B20溫度傳感器。該傳感器對(duì)采用單總線通信協(xié)議，所有的通信都從一個(gè)初始化序列開(kāi)始，該序列來(lái)自主機(jī)的復(fù)位脈沖和DS18B20的存在脈沖組成，當(dāng)他發(fā)送脈沖以響應(yīng)復(fù)位時(shí)，他向單片機(jī)指示它已經(jīng)總線上并準(zhǔn)備好操作。對(duì)溫度的接收精準(zhǔn)。測(cè)試首先要對(duì)溫度值進(jìn)行閾值的設(shè)定，用戶通過(guò)手觸摸該傳感器模擬氣溫升高或設(shè)備出現(xiàn)故障升溫，可以看到上位機(jī)上的溫度數(shù)據(jù)升高，說(shuō)明溫度傳感器沒(méi)有故障，通信模塊收發(fā)信號(hào)也無(wú)故障。若溫度高于預(yù)設(shè)的溫度值，則中繼器上的蜂鳴器會(huì)發(fā)出警報(bào)，上位機(jī)網(wǎng)頁(yè)端會(huì)提示“超限”。用戶在前端可以對(duì)溫度閾值進(jìn)行更改，在后端的設(shè)計(jì)中有“+”“-”兩個(gè)按鈕的事件制作，將預(yù)設(shè)的溫度值降低，這時(shí)若當(dāng)前溫度小于設(shè)定值，則蜂鳴器也會(huì)發(fā)出警報(bào)。溫度測(cè)試頁(yè)面如下圖所示：圖5.3溫度測(cè)試頁(yè)面顯示2.短路故障監(jiān)測(cè)：電流電壓的變化和功率可以表現(xiàn)出電路中出現(xiàn)的問(wèn)題，當(dāng)電路中出現(xiàn)短路時(shí)，電流會(huì)增大，電壓會(huì)降低，同時(shí)功率也會(huì)發(fā)生變化。為了檢測(cè)短路故障，我們可以使用一條導(dǎo)線將發(fā)電機(jī)與節(jié)點(diǎn)的電路短路。此時(shí)，電壓為0，電流不為0。如果這種情況持續(xù)三秒鐘以上，中繼器將亮起紅燈，提示出現(xiàn)短路故障。此時(shí)，如果轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電機(jī)，會(huì)產(chǎn)生明顯的阻力。同時(shí)，在前端頁(yè)面中的短路預(yù)警位置也會(huì)提示該機(jī)組出現(xiàn)短路。這種方法可以幫助我們及時(shí)發(fā)現(xiàn)電路中的短路故障，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行修復(fù)，確保電路的正常運(yùn)行。數(shù)據(jù)如下圖所示：圖5.4短路故障檢測(cè)頁(yè)面顯示3.風(fēng)力發(fā)電補(bǔ)償功能測(cè)試：將電池插入節(jié)點(diǎn)引腳上，當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到有電流電壓產(chǎn)生，發(fā)電機(jī)工作，此時(shí)電池上燈光熄滅，停止自動(dòng)補(bǔ)償；當(dāng)未檢測(cè)到電流電壓時(shí)，電池上燈光亮起，開(kāi)始自動(dòng)補(bǔ)償。4.定位測(cè)試：通過(guò)GPS定位模塊，可以顯示發(fā)電機(jī)所在的具體地理位置，快速定位。定位測(cè)試信息如下圖所示：圖5.5GPS定位地理位置頁(yè)面展示

第6章總結(jié)在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們著重于對(duì)風(fēng)力電站的峰谷自動(dòng)補(bǔ)償進(jìn)行了設(shè)計(jì)，通過(guò)深入了解風(fēng)能的優(yōu)點(diǎn)劣勢(shì)和風(fēng)電場(chǎng)中普遍存在的問(wèn)題，以達(dá)到最大化利用風(fēng)能的目的，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)高效率的管理。在各個(gè)風(fēng)電機(jī)子節(jié)點(diǎn)中采用Lora技術(shù)，以便實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離低功耗的數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)保證了借助電池的穩(wěn)定供電，我們利用風(fēng)電機(jī)產(chǎn)生的電流電壓來(lái)判斷是否需要進(jìn)行電力補(bǔ)償，從而全面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償?shù)墓δ?。通過(guò)對(duì)風(fēng)電發(fā)電機(jī)組進(jìn)行監(jiān)控和控制，能夠及時(shí)了解機(jī)組狀況、故障信息以及發(fā)電量等數(shù)據(jù)，便于運(yùn)維人員進(jìn)行維護(hù)和管理。但是，我也意識(shí)到在本設(shè)計(jì)中也存在著不可避免的問(wèn)題，比如說(shuō)在定位方面，只能在室外才可以顯示定位的具體經(jīng)緯度，在室內(nèi)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，經(jīng)緯度無(wú)法顯示。在短路測(cè)試中，我們盡最大努力取得了較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，但仍不能完全避免數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的情況。其次在設(shè)計(jì)中使用電池供電是無(wú)法代替電網(wǎng)供電的，更無(wú)法實(shí)現(xiàn)為電網(wǎng)提供動(dòng)力支持。綜上所述，雖然在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在一些問(wèn)題和挑戰(zhàn)，由于風(fēng)能的不穩(wěn)定和不可預(yù)測(cè)性，風(fēng)電場(chǎng)的功率輸出存在波動(dòng)和不穩(wěn)定的問(wèn)題，這也使得風(fēng)電場(chǎng)的管理和運(yùn)營(yíng)變得更加復(fù)雜和困難。但我們希望能夠通過(guò)不斷的技術(shù)創(chuàng)新和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)能的更高效利用，本設(shè)計(jì)只是一種理想的模型，但可以為風(fēng)電場(chǎng)的管理和運(yùn)營(yíng)在設(shè)計(jì)中提供更加可靠和智能化的參考價(jià)值與解決辦法。參考文獻(xiàn)付丹丹.儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].電氣技術(shù)與經(jīng)濟(jì),2023(01):150-151+155.谷群遠(yuǎn),劉木森.對(duì)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的研究[J].科技風(fēng),2022(14)楊淼森,周文.風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)預(yù)防性維修決策技術(shù)分析[J].中國(guó)設(shè)備工程,2023(04):74-76.趙金鑫.風(fēng)力發(fā)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的智能化技術(shù)應(yīng)用研究[J].應(yīng)用能源技術(shù),2022(07):54-57.楊亞,王龍,徐杰.風(fēng)力發(fā)電機(jī)最大功率模型補(bǔ)償控制[J].蘭州工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2022,29(03):73-77+83.朱琪.LoRa無(wú)線傳感網(wǎng)信道質(zhì)量評(píng)估與組網(wǎng)方法研究[D].武漢理工大學(xué),2021.馬驍.基于LoRa的小規(guī)模組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].河北科技大學(xué),2020.陳文靜.新能源風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中自適應(yīng)控制技術(shù)的應(yīng)用及未來(lái)前景[J].電子測(cè)試,2022(16):104-106.李偉,井興洋.控制技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國(guó)高新科技,2022(16):144-146.SantosLeonardoL.S.,AmarisHortensia,AlonsoMonica,BelatiEdmarcioA.,?ngelosEduardoW.S.,MeloJoelD..Anovelmethodologytodeterminethereactivepowerrangerequirementsforwindgeneratorsconsideringthecorrelationofelectricitydemandandwindgeneration[J].ElectricPowerSystemsResearch,2022,209.UzDilek,ChimCallista.IntermittencyinWindEnergyandEmissionsfromtheElectricitySector:Evidencefrom13YearsofData[J].Sustainability,2022,14(4).DesalegnBelachew,GebeyehuDesta,TamiratBimrew.Windenergyconversiontechnologiesandengineeringapproachestoenhancingwindpowergeneration:Areview.[J].Heliyon,2022,8(11).ZsiborácsHenrik,PintérGábor,VinczeAndrás,BaranyaiNóraHeged?sné.WindPowerGenerationSchedulingAccuracyinEurope:AnOverviewofENTSO-ECountries[J].Sustainability,2022,14(24).MoradianSogol,OlbertAgnieszkaI.,GharbiaSalem,IglesiasGregorio.Copula-basedprojectionsofwindpower:Irelandasacasestudy[J].RenewableandSustainableEnergyReviews,2023,175.DemeslayClément,GautierRoland,RostaingPhilippe,BurelGilles,FicheAnthony.ANovelSchemeforDiscreteandSecureLoRaCommunications[J].Sensors,2022,22(20).

附錄附錄A：中繼器端部分代碼voidwifi_tx(){ u8tbuf[200]; staticu32my_time=0; if(my_time<Sys_Run_Time) { esp_err++; my_time=Sys_Run_Time+1000; if(esp_err<10) { clear(tbuf,200); str_str_int(tbuf,"tp=",tp/10); str_str_int(tbuf,".",tp%10); str_str_int(tbuf,"&eu=",eu); str_str_int(tbuf,"&ei=",ei); str_str_int(tbuf,"&fans=",fans); str_str(tbuf,"&N=");str_str(tbuf,GPS_N); str_str(tbuf,"&E=");str_str(tbuf,GPS_E); ESP8266_SEND(tbuf); } else { OLED_ShowString(0,0,"DisConnect",16,1); OLED_Refresh(); esp8266_init_inter(); esp_err=0; } }}voidread_lora(){ u16i; ei=lora_buf[0]; ei=ei*256+lora_buf[1]; eu=lora_buf[2]; eu=eu*256+lora_buf[3]; tp=lora_buf[4]; tp=tp*256+lora_buf[5]; fans=lora_buf[6]; fans=fans*256+lora_buf[7]; for(i=0;i<10;i++) { GPS_N[i]=lora_buf[i+8]; } for(i=0;i<11;i++) { GPS_E[i]=lora_buf[i+18]; }}voidread_data(){ u8bu[10]; if(uart1_st>0) { if(time_data==0) { esp_err=0; bu[0]=data_buf[0]&0x0f; bu[1]=data_buf[1]&0x0f; if(bu[0]>0) { bz=1; view_zt(1); } else { bz=0; OLED_ShowString(0,32,"",16,1); } if(bu[1]>0) { led=1; view_zt(0); } else { led=0; OLED_ShowString(0,48,"",16,1); } uart1_st=0; } }}voidlora(){ if(uart2_st>0) { if(uart_gps_time==0) { delay_ms(20); read_lora(); uart2_st=0; OLED_ShowString(0,16,"loraconnect",16,1); OLED_Refresh(); } }}voidWiFi_rev(){ if((uart1_st>0)) { if(time_data==0) { read_data(); uart1_st=0; esp_err=0; OLED_ShowString(0,0,"intenConnect",16,1); OLED_Refresh(); } }}intmain(){ RCC_Configuration(RCC_PLLMul_9); NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); USART1_Init(115200); Usart2_Init(9600); SysTick_Init(72); init_io(); OLED_Init(); TIM4_Init(100,720-1); OLED_ShowString(0,16,"12345",16,1); OLED_Refresh(); delay_ms(1000);delay_ms(1000);delay_ms(1000);delay_ms(1000);delay_ms(1000); while(1) { wifi_tx(); WiFi_rev(); lora(); OLED_Refresh(); }}附錄B：節(jié)點(diǎn)端部分代碼voidgps_com_decode(){ intst=0,x,y; u8bu[20]; clear(bu,20); if(find_ch_nub(gps_buf,',',50)>2) { copy_string(gps_buf,bu,0,find_ch_addr(gps_buf,',',1)); if(size_of(bu)) { if(bu[4]=='.') { clear(GPS_N,20); copy_string(gps_buf,GPS_N,0,find_ch_addr(gps_buf,',',1)); } st++; } clear(bu,20); copy_string(gps_buf,bu,find_ch_addr(gps_buf,',',2),find_ch_addr(gps_buf,',',3)); if(size_of(bu)) { if(bu[5]=='.') { clear(GPS_E,20); copy_string(gps_buf,GPS_E,find_ch_addr(gps_buf,',',2),find_ch_addr(gps_buf,',',3)); st++; } } if(st==2) { OLED_ShowString(0,48,GPS_E,16,1); OLED_ShowString(0,32,GPS_N,16,1); my_GPS_xy_OK=1; } else { my_GPS_xy_OK=0; } }}voidlora(){ staticu32my_time=0; u16i; if(my_time<Sy