2020-05-11 00:00:00 来源：《新晋商》2020年1期作者：李文静，郑旭东，师浩田，王永鹏，李学东

基于树莓派的风力发电远程数据采集系统的设计

李文静，郑旭东，师浩田，王永鹏，李学东

内蒙古工业大学信息工程学院，内蒙古 ·呼和浩特 010049

_【_摘要_】_{为了实现风力发电场的远程数据采集功能，论文设计了一款基于树莓派的远程数据采集系统。该系统通过树莓派对各个传感器进行实时数据采集，并将采集到的数据发向服务器。}

_{Design of Remote Data Acquisition System for Wind Power Generation Based on Raspberry Pi}

_{LI Wen-jing, ZHENG Xu-dong, SHI Hao-tian, WANG Yong-peng, LI Xue-dong}

Abstract: In order to realize the remote data acquisition function of wind farm, this paper designs a remote data acquisition system based on Raspberry Pi. The system collects the data of each sensor in real time through Raspberry Pi, and sends the collected data to the server.

_【_关键词_】_{树莓派；数据采集；}_web_客户端

Raspberry Pi; data acquisition; web client

【基金项目】内蒙古工业大学大学生创新实验计划项目：基于arm处理器的风力发电远程监控查询系统的设计与开发（2018030）。

₁_引言

_{随着计算机技术的普及和测量技术的飞速发展，数据采集技术得到广泛应用。数据采集是一个系统集成技术，数据采集系统是由传感器、信号检测、数据处理模块共同组成的嵌入式系统。数据采集是指对温度、压力、流量、位移等模拟量进行采样，转换成数字量后由计算机进行存储、处理、显示的过程。国内外数据采集与监控的研究都已取得了一定的成果，例如美国}_AstroNova_{公司开发的}_AstroViewX_、英国_GarradHassan_公司的_GHSCADA_{系统，国内有北京振欧智能科技有限公司开发的振华}_CZ8800_{数据采集终端，南瑞电控所的}_NS2000W_{华锐风电等。传统风力发电厂数据采集与监控靠远距离布线，由于各个风力发电机之间距离较远，一方面成本高昂，维修不便；另一方面频繁的往返各个风力发电机费时费力，效率低下。随着计算机技术的发展，和系统集成技术的广泛应用，数据采集系统采用单片机或微处理器、大规模集成电路和计算机构成独立的采集系统。采用该系统可以通过}_web_和手机_app_{实时监测整个采集系统，减小系统的体积、降低系统的成本、大大提高系统的采集效率。}

₂_{基于树莓派的风力发电远程采集系统的总体架构}

论文将嵌入式、数据采集、服务器架构和网络通信等技术结合在一起，设计出一款基于树莓派的风力发电远程数据采集系统，如图1所示。该系统先通过树莓派控制各个传感器采集数据，然后树莓派再将数据发送到服务器，最后服务器将接收到的数据存储到数据库中。

画布 38

3 数据采集实现

该系统数据采集的实现，首先将转速、发电机温度、烟雾、叶片角度、风速等传感器采集到的数据传输到树莓派；其次，树莓派将接收到的这些数据进行适当的转换；最后，树莓派将转换完的数据通过网络协议传输到服务器的数据库进行存储。下面就部分传感器模块的选择及用途进行说明：

3.1 温度测量模块

温度传感器是检测温度并将其转换为输出信号的组件。该系统采用基于NTC热敏电阻的模拟温度传感器,该传感器原理是根据NTC热敏电阻的电阻随温度的变化而发生改变，对温度可以进行敏感测量。该传感器利用其模数转换器可以将检测到的风机发动机温度的模拟信号转化为数字信号。该信号被树莓派接收，并发送到服务器。

3.2 烟雾测量模块

烟雾测量模块可以监测风力发电机周围环境是否有过量的烟雾或易燃气体，可有效地起到预防火警的作用。

本系统采用的是MQ-2烟雾传感器来获得烟雾存在的信息，MQ-2具有探测范围广泛、高灵敏度、寿命长等优点。其工作原理是烟雾浓度越高,材料的导电性越高,因此输出电阻越低。当风力发电设备周围环境的烟雾浓度达到一定值时，系统预警功能就会立即启动，及时向服务器端发送“dangerous gas”报警信息。

3.3 转速测量模块

风力发电机组特定元件的转速也是一个十分重要的数据，通过对其的实时监测可以获得转速的数据并且可以反应出机组当前的运行状态是否正常。

霍尔传感器是响应于磁场而改变其输出电压的传感器。霍尔传感器用于检测力矩,压力,应力,位置,位移,速度,加速度,角度,角速度,转数等物理量.。霍尔传感器可以分为模拟霍尔传感器和开关霍尔传感器。开关霍尔传感器由电压调节器,霍尔元件,差分放大器,施密特触发器和输出端子组成,输出布尔值(0/1)。模拟霍尔传感器由霍尔元件,线性放大器和射极跟随器组成,输出模拟值。如果在模拟霍尔传感器上增加比较器就可以组成数字开关霍尔传感器和模拟霍尔传感器一体,它可以输出模拟值和数字信号。

3.4 数模转换模块

PCF8591是一个单片集成、单独供电、低功耗、8-bit CMOS数据获取器件。PCF8591具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行I²C总线接口。PCF8591的3个地址引脚A0, A1和A2可用于硬件地址编程，允许在同个I2C总线上接入8个PCF8591器件，而无需额外的硬件。在PCF8591器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向I2C总线以串行的方式进行传输。

4 结论

本系统可以有效地解决风力发电场各个风机中设备及周围环境的实施检测，使得工作人员无需在风机现场即可知晓风机的运行情况及周围环境情况。该系统的应用极大的提高了员工的劳动效率，为风场节约了大量的成本。该系统特别适用于风机分布范围广,数量庞大,人工监控困难的风力发电场，在风力发电监控领域拥有广阔的发展前景。