西门子CPU模块6ES7511-1UK01-0AB0

  对于优化太阳能系统的效率和可靠性而言，一种较新的手段是采用连接到每个太阳能板上的微型逆变器(micro-inverter)。为每块太阳能面板配备单独的微型逆变器使得系统可以适应不断变化的负荷和天气条件，从而能够为单块面板和整个系统提供佳转换效率。

    微型逆变器架构还可简化布线，这也就意味着更低的安装成本。通过使消费者的太阳能发电系统更有效率，系统“收回”采用太阳能技术的初投资所需的时间会缩短。

    电源逆变器是太阳能发电系统的关键电子组件。在商业应用中，这些组件连接光伏(PV)面板、储存电能的电池以及本地电力分配系统或公用事业电网。图1显示的是一个典型的太阳能逆变器，它把来自光伏阵列输出的极低的直流电压转换成电池直流电压、交流线路电压和配电网电压等若干种电压。

    在一个典型的太阳能采集系统中，多个太阳能板并联到一个逆变器，该逆变器将来自多个光伏电池的可变直流输出转换成干净的50Hz或60Hz正弦波逆变电源。

    此外，还应该指出的是，图1中的微控制器(MCU)模块TMS320C2000或MSP430通常包含诸如脉宽调制(PWM)模块和A/D转换器等关键的片上外设。

    图1：传统电源转换架构包含一个太阳能逆变器，它从PV阵列接收低DC输出电压并产生AC线路电压。

    设计的主要目标是尽可能提高转换效率。这是一个复杂且需反复的过程，它涉及大功率点跟踪算法(MPPT)以及执行相关算法的实时控制器。    大化电源转换效率

    未采用MPPT算法的逆变器简单地将光伏模块与电池直接连接起来，迫使光伏模块工作在电池电压。几乎无一例外的是，电池电压不是采集多可用太阳能的理想值。

    图2说明了典型的75W光伏模块在25℃电池温度下的传统电流/电压特性。虚线表示的是电压(PVVOLTS)与功率(PVWATTS)之比。实线表示的是电压与电流(PVAMPS)之比。如图2所示，在12V时，输出功率大约为53W。换句话说，通过将光伏模块强制工作在12V，输出功率被限制在约53W。

    但采用MPPT算法后，情况发生了根本变化。在本例中，模块能实现大输出功率的电压是17V。因此，MPPT算法的职责是使模块工作在17V，这样一来，无论电池电压是多少，都能从模块获取全部75W的功率。

    高效DC/DC电源转换器将控制器输入端的17V电压转换为输出端的电池电压。由于DC/DC转换器将电压从17V降至12V，本例中，支持MPPT功能的系统内电池充电电流是：(VMODULE/VBATTERY)×IMODULE，或(17V/12V)×4.45A=6.30A。

    假设DC/DC转换器的转换效率是100％，则充电电流将增加1.85A(或42％)。

    虽然本例假设逆变器处理的是来自单个太阳能面板的能量，但传统系统通常是一个逆变器连接多个面板。取决于应用的不同，这种拓扑既有优点又有缺点。

LED照明设备远距离智能控制为调光和改变照明色彩提供了更大的设计灵活性，非常适合建筑照明、室内照明及调光、高能效路灯和室外照明等应用，这类应用中可以远程控制照明。这些应用能够带给用户极大的增值空间，但是，为了在市场上取得成功，把照明设施升级为LED技术的成本必须控制在低水平。毫无疑问，能够重复利用现有基础设施的方案也必然是受市场欢迎的方案。

远程控制照明系统

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    在远程控制应用中，产品升级成本高的基础架构是控制LED照明布线。幸运的是，可以利用两种技术省去这笔昂贵的升级费用：PLC技术能够支持远距离通信，但当交流线路的断路器或变压器不允许数据流自由传输时，可能带来一些问题。虽然无线通信不存在这一问题，但通信频率限制在免授权波段，无线通信距离也受到一定限制。有些情况下，可以将这两种技术相结合得到佳的解决方案：在没有变压器阻隔的情况下采用电力线通信，而利用无线连接支持跨变压器设计。

    远程控制LED照明的主要设计要求包括：通信范围。这取决于具体应用，对于住宅的室内应用，30m左右的通信范围即可满足要求，路灯则需要数千米的通信范围。低功耗。LED的一个重要卖点是高能效。关闭照明、只有通信线路保持有效状态时，需要保证LED灯的功耗低，这一点对于设计非常关键。通信速率。有些照明应用只需较低的通信速率(几kbps)即可满足调光控制和故障状态读取的要求。但是，建筑照明有时会需要非常高的数据速率，甚至达到100kbps。洗墙灯就属于这类应用的一个典型例子，通过一条总线控制多个照明灯，并需要不断改变灯光色彩。低成本。绝大多数照明应用都有类似要求。

典型的无线控制照明系统框图

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典型的PLC控制照明系统框图

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    远程控制照明系统通常包括一个微控制器，它可以是一个分立单元，或者集成在另一内部。多数情况下，一个基本的微控制器即足以满足要求，除非系统采用的是复杂的通信协议和复杂堆栈(例如ZigBee)。该控制器负责处理通信协议解码、LED驱动器调光信号、读取故障状态等功能，并用于控制灯的照明效果(例如剧场调光)。

    照明应用采用无线通信时，可以选择Maxim提供的MAX1473接收器和MAX1472发送器。这些产品工作在300MHz至450MHz免授权波段，室内环境下通信距离可以达到30m至50m。控制器以极低成本提供上述所有必备功能。

    对于PLC应用，Maxim的解决方案包括MAX2991模拟前端(AFE)和MAX2990基带处理器。这些器件构成一套完整的电力线发送/接收芯片组，能够以高达100kbps的数据率，在长达10km的电力线上传输数据。这一传输距离使其非常适合路灯照明系统。MAX2990集成了一个带有输出的微控制器，用于控制LED驱动器的PWM调光输入。这一功能省去了产生调光信号的其它电路

棉结主要是棉纤维纠缠而成的纤维结，其形成原因分三大类：机械生产产生的棉结、棉籽造成的棉结、白星或者有色棉结。由于其体积微小极易被纱布所抱合和沾附，在整个纺织印染过程中成为难以除掉的疵点，较高含量的棉结将导致纱线中较高的棉结含量，并终影响织物外观[1]，因此在棉花被纺成纱线或织成布前进行棉结检测是非常重要的。
目前，检测棉结所采用的方法主要有以下三种：一是靠人工筛选和统计不同类型棉结和异纤杂质点的数量，劳动强度高；二是使用机械或者离线仪器进行检测，即将棉条或纱线等取样到装置上进行检测，劳动强度高、实时性差、**度低；三是配备在梳棉机上的在线检测棉结装置，该装置采用装有摄像机鉴别梳棉机上棉网中的棉结，**地检测并在显示终端上及时反映出瞬间棉结杂质变化情况，并报告每单位（例如克）生条或纱线中棉结杂质颗粒数，降低了劳动强度、提高了实时性、安装位置灵活。
但是现有的在线棉结检测装置，尤其采用图像采集卡和计算机构成的图像测定装置 [2-5]，不仅结构上不够灵活，而且处理能力也受到计算机和计算机软件环境的限制，使用这种图像测定装置的在线棉结装置，整体上具有结构复杂、售价高、普及率低等缺点，不利于棉纺厂的成本控制。
1 棉结检测原理
中的波长。棉纤维的吸收系数很小，用光照射棉纤维（棉网）时，入射光将部分被纤维表面反射，部分折射透过纤维，部分被纤维吸收，被纤维吸收的那部分又有部分转换为纤维内能，另一部分以散射的形式散发出来，但是比例很小，这样，可以得出如下结论：
1 在棉网检测中，棉纤维在光源照射下主要以反射光为主；
2 对于机械生产产生的棉结，棉结纠缠的程度愈大反射光愈强；
3 如果是非棉纤维杂质，例如棉籽造成的棉结，反射光强很低；
4 白星或者有色棉结，都属于高绝缘、纸吸收系数物质，以反射为主。

，并结合棉结的反射特性，可知光强和面积构成了进行棉结识别的主要特征，本文即结合该特征来设计棉结检测算法程序。
2 检测装置结构设计
结合棉纤维的光电性质，为了突出棉纤维的图像质量，并保证能够很好地被摄像机采集，需要设计合理的光源系统和曝光控制电路。同时根据棉网中棉结或杂质特征（构成模式识别的主要特征）设计的检测算法实现选用了 DSP+FPGA的图像处理硬件架构 [7-9]。为了和现场的控制系统相兼容，添置与常用 PLC进行数据通讯的连接模块。整个系统的组成如下图1。

2.1 光源部分设计光源部分包括曝光控制器和面阵 LED灯板，曝光控制器接收到中央处理单元发出的指令后，控制面阵 LED灯板闪光(或面阵LED灯常亮而不用曝光控制器)。面阵 LED灯板采用漫射均匀照射（根据前面提出的几类棉结中的光反射和投射性质选择使用反射光或投射光）。

1引言
　　在现有的工业监控系统中，常用的信息传输方式有：数字微波、数传电台、有线光纤、有线电缆等，数字微波和数传电台将受到传输距离及频率许可的限制，而有线光纤和有线电缆的网络成本较高，不适合监控点非常分散及传输距离较远的情况下使用。
　　针对监控对象分散、各监控节点间缺乏有机联系、监控信息量相对较少，实时性要求较低等特点，CDMA 1X提供了一种很好的信息传输方式。
　　CDMA 1X愿意是指CDMA 2000的阶段（速率高于IS-95，低于2MB/s），可支持308kb/s的数据传输，网络部分引入分组交换，可支持移动IP业务，是在现有CDMA IS-95系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为CDMA用户提供分组形式的数据业务。
　　由于CDMA 1X采用了反向相干解调，快速前向功控、发送分集、Turbo编码等新技术，其容量比IS-95大为提高，从理论分析结果来看，如果用于传送语音业务，CDMA 1X系统的总容量是IS-95系统的2倍，如果用于传送数据业务，CDMA 1X系统的总容量是IS-95系统的3.2倍，CDMA 1X理论带宽可达300kb/s，目前的实际应用带宽大约在100kb/s左右（双向对称传输），在此信道上提供TCP/IP连接，可以用于Internet连接、数据传输等应用。
2 基于CDMA 1X的无线通信
2.1 组网方案
　　无线数据传输系统一般由数据业务中心、通信网络和数据终端组成，综合考虑业务数据量、安全性、可靠性、网络状况与成本等因素，采用下述组网方式：通信服务器以公网固定IP或固定的域名接入Internet，CDMA数据终端单元（DTU）上电后，主动与通信服务器建立连接，如果通信服务器没有固定IP，可以通过安装花生壳软件获得固定的域名，此方案具有成本低、通信质量稳定、安全性适中、运行可靠等特点。

2.2 无线数据传输原理
　　根据上述组网方案，数据的上行传输原理如下：
　　（1）下位机通过RS232串口将数据传给DTU；
　　（2）DTU将数据打成TCP/IP包，发送到无线网络；
　　（3）TCP/IP数据包经系统分组数据服务节点，传输至Internet上并且去寻找在Internet上的一个指定的数据服务中心（通信服务器）；
　　（4）通信服务器将数据传给上位机并存储到历史数据库。

数据的下行传输与上述过程相反，不再赘述，系统通信结构图如图1所示。

3 系统设计
3.1 上位机设计
　　上位机包括实时监控系统和历史数据库两部分。
　　实时监控系统选用Wonderware公司的InTouch系统，主要实现以下功能：系统管理功能；数据处理功能：包括数据查询功能、数据存储功能、数据定时上报功能；告警功能：包括实时响应功能、告警联动处理功能、告警设置功能、告警确认功能、告警存储功能，操作控制功能，历史数据库选用Wonderware公司的Industrial SQL Server，主要实现以下功能：数据统计、报表功能、历史数据查询功能、历史数据曲线图、打印功能。
3.2 下位机设计
　　下位机选用ABB AC31系列PLC，包括CPU模块和I/O模块，CPU接收一个或多个指定监控中心对设备的操作控制命令，通过I/O模块对有关设备执行相应的操作控制动作，并向监控中心返回操作结果,下位机主要实现以下功能：数据采集功能，数据查询功能，定时上报功能，操作控制功能。

3.3 CDMA数据传输中断
　　CDMA数据传输中断选用深圳宏电技术开发有限公司的CDMA H7710 DTU该终端具有如下特点：
　　（1）H7710 DTU直接提供RS232/422/485接口，为用户的数据设备提供透明、全双工、对等的数据传输通道。
　　（2）普通GPRS/CDMA Modem通常需要附着在PC机上虚拟拨号上网，利用PC机的资源进行数据收发和协议转换，H7710 DTU内置自动网络连接和协议处理模块，无需后台计算机支持。
　　（3）H7710 DTU可以实现点-点、点-多点、中心-多点的对等数据传输，传输时延一般小于1s。
　　（4）H7710 DTU一开始就能自动附着到GPRS或CDMA网络上，并与您的数据中心建立通信链路，随时收发用户数据设备的数据。
　　（5）H7000移动数据通信可以不依赖于运营商交换中心的数据接口设备，通过Internet网络随时随地的构建覆盖全中国的虚拟移动数据通信专用网络。
　　CDMA H7710 DTU在使用前必须设定出事参数：CDMA 1X网络登陆用户名和密码，通信接口参数、通信服务器的固定IP地址和端口或者通信服务器的域名、DTU的在线工作方式等等。
3.4 通信服务器的设计与实现
　　通讯服务器是整个系统的枢纽，主要实现不同协议之间的数据传输，通信服务器的设计基于OPC标准，OPC可理解为过程控制的对象连接和嵌入（OLC for Process Control）是在微软操作系统下开发的用于应用程序接口的一种技术，基于Client/Server模式，为了实现整个系统的通讯，在通讯服务器上需要装3个软件；Wonderware公司的OPCbbbb，IOServer公司的IOServer，CDMA Server。通讯服务器的工作过程及各软件之间的管理如图2所示。

下面分别讲述通讯服务器上的3个通讯软件的功能及应用。

3.4.1 OPCbbbb
　　OPCbbbb是工作在bbbbbbs平台下的应用软件，主要作用是通过协议转换来实现OPC服务器和InTouch吴志剑的数据传输。OPCbbbb可以与现地或者远程的OPC服务器端软件（如IOServer，RSLinx）进行连接，他将InTouch的命令转换成OPC协议然后发送到OPC服务器端软件，并从OPC服务器端软件读取数据，返回到InTouch。同样，OPCbbbb也可以连接到现地或者远程的InTouch。
3.4.2 IOServer
　　IOServer的作用是实现不同协议间的数据传输，IOServer支持以下14种协议：Modbus协议，AB协议、ASCII协议、Courier协议、DNP协议、GE协议、HR6000协议、IEC103协议、KingFisher协议、LoopBack协议、Melsec协议、Omron协议、TI505协议、UCA2协议。在本系统中，ABB
PLC采用的是Modbus协议、因此，IOServer从CDMA Server上读取ABB PLC的数据，并转换成TCP/IP协议，传送给OPCbbbb。
　　IOServer的配置主要包含以下3部分：
　　（1 ）Board（接口配置）：IOServer支持多种接口，其中常用的是TCP/IP和串口，在配置接口的时候，需要定义所连接设备的协议；
（2 ）OPC Explorer：提供内部测试的平台，也可进行数据观察和监视。
（3 ）OPC Gateway：允许基于不同协议的各OPC服务器之间的数据传输，以及IOServer和某个控制单元之间的数据传输。
3.4.3 CDMA Server
　　在本系统中，使用VisualC++6.0编写CDMA Server软件，CDMA Server作为整个系统的通讯枢纽，包括两部分功能：与IOServer进行通讯，与DTU进行通讯。
　　CDMA Server与IOServer的通讯基于SOCKET编程，采用TCP/IP协议进行传输，需要设置端口和IP地址，IOServer通过此端口和IP地址与CDMA Server建立通讯。
　　CDMA Server和DTU之间的通讯使用开发包中动态库wcomm_dll.dll，该文件包括和DTU通讯所需要的全部API函数，包括服务的启动、数据发送、数据接收、关闭服务等。
　　OPC Server与DTU的通信设计是基于开发工具包的用户程序接口,即动态链接库cdmagprs.dll，该库包括了与DTU通信所需要的全部API函数，例如：
　　start_gprs_server：该函数用于启动底层服务，服务启动后和DTU通讯，启动该服务后，主窗口中要有响应消息的函数，以便和底层服务通讯。
stop_gprs_server：停止服务；
do_read_proc：读数据。底层服务接收到DTU发送的数据后，会向启动服务函数中指定的DSC的窗口发送消息，该窗口中的消息响应函数应立即调用读数据函数将DBU发送过来的数据读出；
do_send_user_data：向DTU发送数据；
da_close_one_user：关闭一个DTU终端，令其下线；
do_close_all_user：关闭所有的在线DTU终端，一般停止服务前执行该API。
　　由于bbbbbbs基于消息驱动的，底层服务接收到远端DTU的数据后，会向启动函数的窗口发送一个消息，因此，我们可以在程序中定义一个消息响应函数来处理中心与DTU的数据传输，消息响应函数中，通过调用动态链接库中的数据接收函数和数据发送函数来传输数据，当数据传输结束后，调用关闭服务函数来结束通讯。

4 实验及结果分析
　　实验步骤如下：
　　（1）设置DTU主要参数：
　　DTU身份识别码：
在线报告时间间隔：40s
本地通讯端口：5001
大传输包长：1000B
主DSC IP地址：2

　　（2）在CDMA Server上添加用户，如图3所示，其中终端端口与DTU上设置一致，为5001。网关出口端口，即CDMA Server与IOServer连接端口设置为5002。

　　（3）在IOServer上添加端口与设备，如图4所示，在本系统中，由于IOServer和CDMA Server装在同一台机子上，因此IP地址设为127.0.0.1，端口号与CDMA Server提供的端口对应，即5002。

　　经过上述步骤，已建立起IOServer和DTU之间的通讯，接下去只需要IOServer和OPCbbbb上配置具体的Group和Item即可，在此不再赘述。
　　本系统已应用到实际项目，与有线数据采集系统相比，本系统具有以下优点：
　　（1）降低了通讯线路的建设成本和维护成本；
（2）提高了系统的灵活性，监控范围不受地域限制，节点控制目标可以任意扩充。
（3）通讯线路比较稳定，不易发生通讯故障，就算出现问题，也能迅速发现和排除。
5 结论
　　相信随着CDMA无线通信的高速发展和3G牌照的发布，必将引领无线通讯的潮流，而基于CDMA无线通信的远程监控系统，将会有更加广泛的应用。