由于風電場中各個風機分布比較分散，工作人員奔波到現場查看每個風機運行狀況及現場啟停設備很不方便，因此有必要設計一款遠程監控系統。為了滿足風力發電實際遠程監控需求，本文設計了一款綜合嵌入式、數據采集和網絡等技術為一體的基于樹莓派的風力發電場遠程監控系統。該系統主要包括 3 個部分：一是用于采集數據并向服務器發送數據及控制各個設備的下位機;二是提供接收下位機采集到的數據、將數據存儲到數據庫、響應客戶端請求及向下位機發出控制指令等功能的服務器;三是為工作人員提供瀏覽數據、數據統計、數據分析及控制設備等功能的客戶端程序設計 [1]。

　　1　系統概述

　　該系統綜合應用了嵌入式、數據采集、服務器架構、 Web 編程、智能移動終端編程和網絡通信等技術，擁有數據采集、采集設備與服務通信、控制設備與服務器通信、服務器與客戶端交互等功能，如圖 1 所示。

　　該系統采用樹莓派作為采集和控制處理器，具有以下幾方面功能。第一，處理器采集數據功能。樹莓派處理器可以讀取眾多傳感器采集的數據并進行處理轉換。第二，處理器傳輸數據功能。處理器將加工后的采集數據通過網絡協議發送到服務器。第三，服務器服務功能。一方面，接收樹莓派通過網絡傳送過來的采集數據信息，并將所有接收到的信息存儲在數據庫服務器中;另一方面，響應客戶端的請求。第四，Web 客戶端功能。(1)Web 客戶端通過瀏覽器可以向服務器發送讀取采集數據、讀取文件、控制設備等請求。(2)Web 客戶端接收服務器發送過來的數據，一方面，將實時數據直接顯示在瀏覽器中;另一方面將歷史數據進行分析、統計及查詢等操作，并把結果以圖表的形式顯示在瀏覽器上。(3)Web 客戶端控制部分設備的啟停工作。首先，客戶端向服務器發送控制設備請求;其次，服務器接收請求并發向樹莓派處理器;再次，處理器接收到命令后控制設備啟停，并把處理結果反饋給服務器;最后，服務器把處理結果轉發給客戶端，客戶端將操作結果顯示在瀏覽器上。第五，智能終端客戶端功能，這個部分完成的功能與 Web 客戶端一致。

　　2　系統采集控制端硬件設計

　　該系統采用 rasperry3B+(樹莓派)開發板為采集控制端處理器，通過該處理器，可以讀取并發送采集數據：首先，讀取溫度傳感器、轉速傳感器及角度傳感器等眾多傳感器信息;其次，并將這些信息轉換為人們通識的數據;最后將數據通過網絡協議傳送到服務器。同時，該系統能夠接收服務器轉發過來的控制命令，控制 PLC 控制器、接觸器及繼電器等設備的啟停，并把操作結果返回給服務器，最終在客戶端顯示。

　　2.1　采集控制系統硬件結構設計該系統中的數據采集是指從溫度傳感器、轉速傳感器及角度傳感器等眾多傳感器及其他待測設備中自動采集模擬或數字信息，并進行處理的過程。數據采集系統是結合基于計算機的測量軟硬件產品實現靈活的、用戶自定義的測量系統。該系統中的控制是指對 PLC 控制器、接觸器及繼電器等設備的啟停操作。控制系統是指由控制主體、控制客體和控制媒體組成的具有自身目標和功能的管理系統。該系統的數據采集監控系統則是由數據采集系統和設備監控系統共同組成，其硬件結構如圖 2 所示 [2]。

　　2.2　傳感器的選擇用于風力發電機信息采集的傳感器數目較多，這里僅列出幾個較為典型傳感器

　　2.2.1　溫度傳感器本系統選用模擬溫度傳感器模塊作為溫度檢測及報警模塊，該模塊使用 NTC 熱敏電阻，當環境溫度升高時，熱敏電阻的電阻降低，當環境溫度降低時，熱敏電阻的電阻會增加，它隨著周圍環境溫度變化而變化，從而實現對機組上的設備溫度進行敏感測量。該系統使用模數轉換器將模擬信號轉換為數字信號。

　　2.2.2　轉速傳感器本系統選用由磁敏電阻作感應元件的轉速傳感器，該傳感器采用磁敏電阻作為檢測的元件，再經過全新的信號處理電路令噪聲降低，功能更完善。當被測體上帶有凸起(或凹陷)的磁性或導磁材料，隨著被測物體轉動時，傳感器輸出與旋轉頻率相關的脈沖信號，達到測速或位移檢測的發訊目的 [3]。

　　2.2.3　煙霧傳感器本系統選用煙霧測量模塊可以監測風力發電廠環境是否有過量的煙霧或易燃氣體，可有效地起到預防火警的作用。

　　3　系統的軟件設計

　　3.1　驅動程序為了使各個硬件設備能夠達到既定的工作效率，為該系統中用到的多個設備編寫了驅動程序。

　　3.2　服務器程序該系統需要在服務器端編寫程序，該程序實現如下功能：第一，接收樹莓派發送過來的數據，對數據類型進行判斷，并將數據存放到數據服務器響應的數據庫中;第二，接收 Web 和 Android 客戶端發送過來的請求，對請求進行處理，并將結果反饋給客戶端;第三，向樹莓派發送控制設備命令。

　　3.3 Android 客戶端程序將該程序安裝在用戶手機上，可以通過手機進行監控設備、查詢數據和分析數據等操作。

　　4　結　語

　　該系統的應用極大地提高了風場員工的工作效率，有效降低了企業的成本，但該系統的可高性及通用性還需要進一步改善。本文的研究成果希望能夠為相關研究提供借鑒。

　　參考文獻

　　[1] 寇興魁 . 風電場管理信息系統的設計與實現 [D]. 成都 : 電子科技大學 ,2013:17.

　　[2] 郭鑫 , 張繼勇 , 李金杰 , 等 . 基于 LabVIEW 的風力發電機組遠程在線監控系統研究 [J]. 電子測量技術 ,2012,35(10):110-114.

　　[3] 樊尚春 . 傳感器技術及應用 [M]. 北京 : 北京航空航天大學出版社 ,2010:295.

　　《基于樹莓派的風力發電場遠程監控查詢系統設計》來源：《信息與電腦》，作者：李文靜　高　飛　師浩田　李學東　王永鵬。