基于SI4432无线模块与PIC单片机的光伏板无线监测主机设计

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摘要：文章所述系统基于si4432无线通信模块的433MHz频率无线数据传输实现主机与从机的无线通信，从机安装于太阳能光伏板接线盒直接从光伏板取电并测量电压，主机由pic单片机控制通过485总线与上位机通信，以此来监测太阳能光伏板在正常日照情况下的电压值，由此判断太阳能电池板的完好或者故障情况，便于维护人员及时发现光伏板损毁情况并及时替换，保证光伏发电效率。系统具有使用灵活、性价比高、监测范围广、实时性强、扩展性好、便于维护等特点。

关键词：SI4432无线模块；PIC单片机；太阳能光伏板无线监测

中图分类号：TN929 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）30-0027-02

随着现代光伏发电场规模的日益扩展，现今的光伏发电阵列动辄便是成千上万的太阳能光伏板，安装地点包括郊野地带、山岭地区和建筑屋顶等区域。由于户外环境复杂、天气情况恶劣及制造工艺等因素造成太阳能光伏板故障或损毁的现象十分普遍，影响发电性能，即使增加了旁路二极管，也只能减少热斑效应影响，无法解决功率下降的问题，影响发电量。因此对于出现故障的太阳电池组件，必须及时发现、及时维护。但是，定期以人力方式来测试成千上万的太阳能光伏板正常工作与否的办法不仅繁琐，耗费人力巨大，而且不能及时发现故障板块。由此，研发了一个在线无线监测系统。监测从机安装在光伏板接线盒内，以无线通信的方式，避免二次接线，节约成本。监测主机安装于智能光伏汇流箱内，接收从机无线数据，并与光伏电站监测中心通信。本文着重介绍无线监测主机的设计思路与工作原理。

1 系统概要

1.1 设计要点

本系统选取的SI4432无线模块的通信信道为半双工，适合点对点、点对多点的通信方式。一主机对多从机的通信方式要求所有从机都设定唯一地址编码，并与相应主机对应，无线通信主机起到中继查询与数据传输的作用。

本系统设计要点如下：

1.1.1 一点对多点的组网控制，即一个主机与多个从机之间进行通信，多个主机又与同一个中心上位机通信。

1.1.2 无线通信主机与各从机之间有主动查询与自动发送两种通信方式。主动查询模式为定时轮询，即在一定时间内将所有从机轮询，查询从机状态，以了解太阳能光伏板当前状态。自动发送模式为在轮询时间以外，当太阳能光伏板出现故障或者问题时，从机自动向主机发送故障

数据。

1.1.3 主动查询模式下，当某一个从机回复故障数据或者没有响应时，则显示该从机所在的光伏板出现故障；自动发送模式下，主机收到某一个从机所发送的故障数据，则表明该从机所在光伏板出现问题。PC监控端加入时间与条件判断，合理光照时间以外及无日照情况下，故障数据不予处理。

1.1.4 无线通信主机控制无线模块进行无线通信，并控制与中心上位机的485总线通信。

1.1.5 一个主机最多可对应255个从机。可靠通信距离200米，可覆盖一大片区域的太阳能光伏板阵列。

1.1.6 无线主机从光伏汇流箱内取电，无需外接

电源。

1.2 系统结构

系统总体结构框图如图1所示。

本系统设计的无线监测主机在整个系统中所起到的作用便是综合查询，汇总所对应从机状态，并向监控中心发送实时数据。无线主机具有参数修改功能，以适应不同数量和不同时间需求的监测目的。

2 硬件系统

2.1 SI4432无线模块

SI4432无线收发芯片是一款高度集成的无线ISM频段收发芯片，可工作在240～960MHZ频段范围内，具有极高的接收灵敏度（-121dBm）且最大输出功率可以达到+20dBm，开阔通信距离可达上千米，素有“穿墙王”之称。

本系统所使用的XL4432-SMD无线模块是一块完整的、体积小巧的、低功耗无线收发模块。模块集成了所有射频的相关功能和器件，与控制板主控单片机采用SPI接口连接，超低功耗，有掉电模式、待机模式和睡眠模式等模式，带定时唤醒和无线唤醒功能。

该模块适用于在线无线监测主机与从机所要求的模块体积、通信距离以及通信环境。

2.2 主控单片机

PIC单片机由美国Microchip公司推出，具有硬件系统设计便捷、指令系统设计精练、用精简指令集和哈佛总线结构，拥有速度高、功率低、驱动电流大及控制能力强等优点。在功耗、驱动能力、保密性、片内器件模块、模块设计等方面，PIC单片机也拥有一些独到之处，使PIC成为一款方便实用的高性价比的单片机。

本设计选择的PIC单片机型号为dsPIC33FJ64MC506，是一款高性能16位数字信号控制器。dsPIC33F架构最高可支持40MHz的工作速度，可满足本设计中的无线监测主机因对单片机的高频率工作速度要求。

3 无线主机软件设计

无线主机的软件开发平台为Microchip公司的集成开发环境MPLAB IDE，开发语言为C语言，开发工具为Microchip ICD3。

无线主机软件主要读取、设置无线主机运行的各项参数，同时接收下位机无线数据，并定时轮询下位机状态，与上位机监控端实时通信。主程序流程图如图2所示。

经调试，无线主机与上位机的485通信和下位机的433MHz无线通信正常。

4 结语

本设计基于PIC单片机UART及SPI通信模块，利用SI4432无线模块进行无线数据采集，实际应用于光伏电站太阳能电池板故障情况的监测，实现了所有功能。针对性强，安装灵活，成本低，易于维护。创新点：实现太阳能电池板状态的实时监控，就地取电，安装便捷。

参考文献

[1] SiliconLabs.Si4432 ISM TRANSCEIVER.http：//

.2009.

[2] Microchip.dsPIC33FJXXXMCX06/X08/X10电机控制

系列数据手册·高性能16位数字信号控制器.http：//

.2007.