遠程多參量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計-外文翻譯

PAGEPAGE24浙江師范大學本科畢業(yè)設(shè)計(論文)外文翻譯譯文：基于無線的氣象數(shù)據(jù)測量系統(tǒng) M．Benghanema aTaibah大學科學學院物理系，郵政信箱：沙特阿拉伯麥地那344號修改于2009年3月14日摘要：對一個區(qū)域進行詳細的太陽能潛力估計，必須去收集該區(qū)域中所有地區(qū)的高精度輻射數(shù)據(jù)。在這一點上考慮到偏遠地區(qū)的能源需求，無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（WDAS）將有助于估計太陽能潛力。本文闡述了系統(tǒng)的設(shè)計和太陽能能源的WDAS評價。該系統(tǒng)由一組傳感器用來測量氣象參數(shù)，收集的數(shù)據(jù)通過使用RS232無線裝置發(fā)送到電腦。采用LabVIEW的程式用來進一步處理，顯示和存儲所收集到得數(shù)據(jù)。所提出的這種設(shè)計具有靈活性的優(yōu)勢，它可以很容易地控制如光伏發(fā)電系統(tǒng)可再生能源系統(tǒng)擴展。WDASThThe有執(zhí)行信息系統(tǒng)和報告工具有助于挖掘巨大的數(shù)據(jù)資源和傳遞信息。關(guān)鍵詞：無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；遠程氣象站；LabVIEW監(jiān)測；微控制器；可再生能源1.簡介可再生能源在過去二十年的迅速發(fā)展導致了許多可再生能源發(fā)電系統(tǒng)安裝在世界各地。但安裝成本仍然很高，所以他們的設(shè)計優(yōu)化是可取的。然而，這種努力需要對網(wǎng)站的氣象系統(tǒng)將在安裝的數(shù)據(jù)詳細的了解，因為相應(yīng)的能源生產(chǎn)是高度受氣候條件的影響。在許多情況下，從多個不同地點的氣象數(shù)據(jù)是必需的，以評估模型描述了一個可再生能源的空間變異性。因此，自動化數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的發(fā)展是必不可少的。這種系統(tǒng)通常由微控制器為基礎(chǔ)的單位記錄感興趣的信號，而所收集的數(shù)據(jù)通常存儲和傳輸?shù)絇C進一步處理。另一個應(yīng)用是在遠程部署收集可再生能源系統(tǒng)的氣象資料和模塊性能數(shù)據(jù)，特別是光伏（PV）的安裝。氣象資料正在收集包括風速，風向，降水，環(huán)境溫度，大氣壓力，相對濕度，光照和太陽。一個光伏系統(tǒng)性能監(jiān)測，因此，需要適當?shù)臍夂騾?shù)進行記錄。數(shù)據(jù)采集??系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于可再生能源的應(yīng)用，以便收集有關(guān)數(shù)據(jù)已安裝的系統(tǒng)性能為評估目的。一個真正的風能和太陽能的潛力測量用于確定一個孤立的可再生能源的規(guī)格。許多數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已經(jīng)開發(fā)，以收集和處理這些數(shù)據(jù)，以及監(jiān)測系統(tǒng)的可再生能源在經(jīng)營績效，以評估其性能。一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計和監(jiān)測這兩個光伏充電電池和抽水系統(tǒng)的性能。一個A/D轉(zhuǎn)換器接口與微控制器為基礎(chǔ)的單位記錄了傳感器的信號盤，而所收集的數(shù)據(jù)是在本地EPROM中。由微控制器收集到的數(shù)據(jù)傳送到電腦，帶有RS-232本科畢業(yè)設(shè)計（論文）外文翻譯串行連接，他們在那里作進一步處理中。同樣的架構(gòu)已太陽能輻射和環(huán)境溫度的測量實現(xiàn)。一種不同的辦法已經(jīng)制定并提出。商業(yè)數(shù)據(jù)記錄裝置已被用來衡量一個光伏發(fā)電的混合柴油系統(tǒng)的氣象和業(yè)務(wù)參數(shù)。所收集的數(shù)據(jù)傳送到PC機通過RS-232串行接口，在那里被加工使用LabVIEW數(shù)據(jù)采集軟件。然而，數(shù)據(jù)記錄裝置缺乏靈活性相比，具有數(shù)據(jù)采集卡的方法，同時，此外，它不能被用于可再生能源系統(tǒng)的控制。一個設(shè)計方法的共同特點是，上面所述微控制器為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)記錄裝置是用來測量感興趣的信號接口，通過一個RS-232串行接口所收集的數(shù)據(jù)到PC。然而，串行數(shù)據(jù)傳輸限制了系統(tǒng)性能，如果先進的控制能力是需要的。綜合數(shù)據(jù)可再生能源系統(tǒng)監(jiān)控采集系統(tǒng)已經(jīng)研制成功。設(shè)置的傳感器用于測量大氣和土壤條件，數(shù)量以及關(guān)于由混合產(chǎn)生的能量光伏/風力發(fā)電機發(fā)電系統(tǒng)，如光伏陣列電壓和電流，風力發(fā)電機的速度。所收集的資料進一步處理，并顯示在監(jiān)視器和磁盤存儲。所有這些數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有非常廣泛的應(yīng)用，由于用戶的需求。為此我們設(shè)計的無線測量系統(tǒng)會受到歡迎，也受到共同感興趣的用戶。另一個氣象數(shù)據(jù)的應(yīng)用，是產(chǎn)生典型氣象年（TMY）數(shù)據(jù)。事實上，三種方法已被用于發(fā)電TMY數(shù)據(jù)集熱帶環(huán)境中使用的10年期間的氣象數(shù)據(jù)（1995-2004年）由四站[13]。因此，為了驗證這些方法中，作者比較了全球平均每月輻射TMY方法和10年每小時獲得的數(shù)據(jù)。此外，作者比較了月平均氣溫，相對濕度和TMY方法和10年風速每小時獲得的數(shù)據(jù)變化。由于空氣溫度和風速的3小時內(nèi)的數(shù)據(jù)，這些都是數(shù)學插值獲得每小時雨量數(shù)據(jù)。10分鐘平均太陽輻射再次平均，給予每小時平均太陽輻射。然而，在我們的例子，以避免數(shù)學插值，我們設(shè)計了一個無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（WDAS）每小時給我們的實驗數(shù)據(jù)。這提高了測量數(shù)據(jù)的精度，然后測量數(shù)據(jù)之間的比較和那些由模型模擬將更加顯著。在測量系統(tǒng)的設(shè)計中，我們必須選擇一個合適的精密電子電路以及天氣傳感構(gòu)成不同部位，以減少測量誤差。事實上，風在一個網(wǎng)站的速度可以通過安裝在頂部的氣象風速儀測量（蛋氨酸）塔[14]。筆者認為，一頂部安裝風速儀應(yīng)在其位于會見了塔迎風面，上文提到的前5個直徑。這將減少增速誤差小于1％。其他來源的誤差，加速氣流，或增速周圍會見塔頂部，可導致不正確的風速測量。在這方面，首先，我們選擇的無線測量系統(tǒng)，以盡量減少由于對傳統(tǒng)采集系統(tǒng)，其中傳感器采集系統(tǒng)，距離超過200米的連接電纜的錯誤。其次，我們把這里定為傳感器之間的接口和一個合適的測站精密電子電路。這項工作的主要目的是設(shè)計一個從遠程站點接收到的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，大大方便了數(shù)據(jù)的接收和最大限度地減少這些車站的維修費用。在本文中，我們開發(fā)了一種低成本，自治區(qū)遠程氣象數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（WDAS），利用現(xiàn)有的設(shè)備容易和方便地收集和本地數(shù)據(jù)傳輸與互聯(lián)網(wǎng)連接的電腦配備。該WDAS用于收集和傳輸數(shù)據(jù)到一個遠程服務(wù)器存儲和處理，使用無線接口。移動數(shù)據(jù)從遠程站到一個服務(wù)器，存儲和分析這些數(shù)據(jù)。設(shè)置的一個傳感器用于測量（太陽輻射，氣溫，相對濕度，氣壓，風速和風向）氣象數(shù)據(jù)。該傳感器的信號濾波和放大首次采用精密電子電路，然后被接口到PC，通過PCI總線，使用無線裝置。所收集的資料進一步處理，并顯示在監(jiān)視器和使用LabVIEW軟件磁盤存儲。該方法具有快速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開始的優(yōu)勢，并提高了一個易使用的圖形環(huán)境，它允許系統(tǒng)操作員來處理容易收集的數(shù)據(jù)。建議的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)沒有限制，其使用功率大容量可再生能源系統(tǒng)，這是這種監(jiān)測和控制系統(tǒng)的主要目標。本文組織如下：一WDAS，一個傳感器和開發(fā)的第2節(jié)的電子電路的分析說明。遠程和基站，天氣監(jiān)測中的應(yīng)用程序中介紹了第3節(jié)的實驗結(jié)果在第4節(jié)給出。2．說明無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)氣象站是一種野外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，旨在收集和傳送氣象數(shù)據(jù)，包括降雨量，風速，方向，室外溫度，濕度和大氣壓力。該系統(tǒng)要求是：?測量與天氣相關(guān)的數(shù)據(jù)；?可無線傳送的數(shù)據(jù)；?耐候性；?太陽能供電。該系統(tǒng)實現(xiàn)是一個便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，使收集，存儲和傳輸在任何位置的數(shù)據(jù)。無線氣象站是由一個遠程站和基站。遠程站是太陽能供電，醒來后一分鐘，收集和傳輸數(shù)據(jù)?；窘邮蘸途彌_傳入的數(shù)據(jù)，然后傳輸通過RS232連接到電腦上進行處理。站內(nèi)的每一個專用電路卡以及一個獨立的射頻電路板。2.1．遠程站設(shè)計遠程站由四個功能區(qū)：傳感器，微控制器石化（并行接口控制器）16F877，射頻電路，電源。原理圖如圖所示1，顯示了不同的傳感器和單片機PIC16F877的框圖。圖1在偏遠的傳感器和電子電路站接口傳感器和接口電路的電路如圖2所示：圖2傳感器和微控制器領(lǐng)域。2.1.1太陽輻射檢測太陽照射的措施是致力于太陽能電池與日射強度計基普和Zonen預(yù)校準。由一個硅PN結(jié)產(chǎn)生的光電流是用來作為太陽能輻射傳感器。我們已經(jīng)使用了單結(jié)晶硅太陽能電池來測量太陽輻射。使用太陽能電池光譜響應(yīng)提出了一個大也比平常日射強度計重要。太陽輻射計，作為太陽能電池的使用減少了所有的系統(tǒng)成本。太陽能電池設(shè)備的空調(diào)是假設(shè)兩個運算放大器。該測量方法包括收購短路電流是成正比的入射太陽輻射。該太陽能電池校準功能允許獲得短路電流經(jīng)太陽照射的事件：ISC=K·Hi(1)其中，K為校正因子及Hi是入射太陽輻射。太陽能電池在我們的情況下使用提供了80mA/kW/m2校準因子。該措施是實現(xiàn)通過測量分流電阻RSH的電壓。適應(yīng)，我們使用第一次作為追隨者，為了運算放大器來獲得大尺寸測量，我們通過放大電阻R1，R2和第二個運算放大器的信號。我們已經(jīng)使用了LM324系列包括四個獨立的高增益，內(nèi)部頻率補償，其中特別設(shè)計工作在較廣泛的電壓單電源運算放大器。2.1.2濕度傳感濕度敏感，我們選擇了HumirelHS1101電容式傳感器。這種裝置，當采用CMOS作為非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器555定時器的工作相結(jié)合，產(chǎn)生一個具有濕度變頻率信號。為了盡量減少溫度的影響，重要的是要在本設(shè)計中使用德州儀器TLC555設(shè)備。還要注意，必須注意在HS1101節(jié)點和555定時器采取的。雜散電容值將導致錯誤的和不可預(yù)測的測量。555定時器的輸出頻率和相對濕度的關(guān)系圖3中可以看到。圖3相對濕度與頻率。Hu=565.1-0.0767*f(2)一類二階方程可用于提高準確度，所以：Hu=6.4790.10-6*f2+1.0047×10-2*f+2.7567*102(3)2.1.3溫度傳感溫度感應(yīng)是非常直接的與LM335。該設(shè)備的輸出等于絕對溫度凱爾文度數(shù)除以100，所以：要確定在OC的溫度，我們使用的公式:OC=100*Vout-273(4)為了確定華氏度，我們使用公式溫：\o"ClicktoviewtheMathMLsource"°F=1.8*°C+32.2=1.8*(100*Vout-273)+32.2\o"ClicktoviewtheMathMLsource"°F=180*Vout-459.2(5)2.1.4壓力傳感壓力傳感是由摩托羅拉MPX5100A，經(jīng)營從0到16磅。不過，我們感興趣的只是這個范圍非常小的一部分。氣壓讀數(shù)介于28和三十二英寸的汞。這13.75-15.72PSI的轉(zhuǎn)換。為了提高輸出動態(tài)范圍，我們增加了一個放大電路（U4的），該傳感器的輸出減去約3.7伏特，然后乘以4的區(qū)別。由于MPX5100可能需要多達10毫安，第一季度增加了提供微控制器控制開關(guān)。2.1.5風的速度和方向感應(yīng)風速和風向的測量儀器A100R與向量式風速表和風向標的W200P類型分別。風速測量使用光耦合器和計數(shù)器的電路。在兩個階段的風傳感器正弦電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號TTL電平與頻率成正比的風速。我們選擇了MicrochipPIC16F877的，因為它有程序和數(shù)據(jù)存儲器的正確組合。該PIC16F877的微控制器包括一個大型的RAM區(qū)和內(nèi)部EEPROM和三個定時器（一個16位兩個8位定時器定時器）8KB的內(nèi)部閃存程序存儲器在一起。一個8通道10位A/D轉(zhuǎn)換器也包含在微控制器，非常適用于實時系統(tǒng)和監(jiān)視應(yīng)用程序。所有的端口連接器是帶出了標準的頭，便于連接和斷開。定時器2用于測量濕度信號周期。的A/D是用來測量溫度和壓力傳感器以及監(jiān)控電池電壓。為了最大限度地提高準確性，我們使用了外部4.096伏國家半導體公司0.1％的基準。與10位A/D轉(zhuǎn)換，這提供了一個4毫伏每計數(shù)。到射頻鏈路接口包括一個使能線和數(shù)據(jù)輸出。由于發(fā)射器電路在3.3V的工作，我們使用模擬開關(guān)來轉(zhuǎn)換從微控制器的五伏輸出。在遠程站供電如圖4所示。當太陽照耀在太陽能電池板，產(chǎn)生足夠的電力來驅(qū)動50mA的電流源組成第一季度，??U1和R1。作為三節(jié)AA鎳鎘電池的涓流充電器此電流行為。U2樂隊的電池電源-開關(guān)模式穩(wěn)壓器，可為微控制器和傳感器的5V。其次是U3的，這是一個線性穩(wěn)壓器，提供了射頻電路的3.3伏。L2和C5的減少增加了從U3的開關(guān)噪聲。D2是用于隔離從電路的其余部分太陽能電池板。圖4遠程站的電源電路在這個設(shè)計圖5所示，射頻部分是圍繞射頻單片的TX5002和RX5002芯片。由于這些設(shè)備的足跡，有必要設(shè)計一個小的印刷電路板。幸運的是，芯片的引腳輸出，允許一個單一的委員會，負責發(fā)射器和接收器使用。圖5RF部分采用單片射頻的TX5002和RX5002芯片該天線是通過一個連接在左側(cè)BNC插座。然而，同軸電纜長度可以連接到該端口，以便使用面板安裝連接器。為了最大限度地提高了λ/2地平面范圍，λ/4存根天線同時用于發(fā)射器和接收器。同樣的電路板是用于發(fā)射和接收器，表1為每個組件板使用總結(jié)。表1ReferenceTransmittervalueReceivervalueC1,C4100

pF100

pFC210

μF10

μFC3Notused.015

μFJP1UsedNotusedJP2NotusedUsedJP3NotusedUsedJP4NotusedUsedJ1BNCBNCJ26-pinheader6-pinheaderL156

nH56

nHL2220

nH220

nHL3BEADBEADR1Notused270

KR2Notused330

KR3Notused27

K1%R4Notused100

K1%R5NotUsed30

KR647

K47

KR78.2

KNotused2.2基站設(shè)計該基站（圖6）也是圍繞PIC16F877的微控制器。對于這種應(yīng)用，我們已經(jīng)使用上振蕩器產(chǎn)生的第二個實時時鐘和配置的主同步串行端口為通用異步收發(fā)器（UART），與主機PC的異步通信商（MSSP）。圖6微控制器PIC16F877使用的電子電路緩沖和電平轉(zhuǎn)換的RS232是通過MAX232來完成。一個連接器標準DB25的是用于連接到PC。J3的提供連接到RF接收板是用適當?shù)牧悴考M裝而成。沒有電壓轉(zhuǎn)換需要的引腳的RF接收器和微控制器以來的最低輸入電壓的PIC高級為2.0V之間的數(shù)據(jù)。通過提供電源9VDC壁掛電源驅(qū)動一個5伏78L05穩(wěn)壓器和一個LT1121五3.3V。一個單一的綠色指示燈是用來提供一個電源指示燈。當單片機檢測到一個有效的數(shù)據(jù)包接收，附加電流進入LED。3應(yīng)用程序要利用遠程監(jiān)控充分利用天氣，我們寫了一個在LabVIEW中，收集基站的數(shù)據(jù)，執(zhí)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和校驗改正，并顯示在屏幕上簡單的程序。提供啟動按鈕，顯示基本數(shù)據(jù)和繪制實時的數(shù)據(jù)。圖7顯示了在顯示器屏幕截圖的窗口。監(jiān)測系統(tǒng)和微控制器代碼列于附錄A。圖7天氣監(jiān)視器窗口這一項目的主要目標是設(shè)計并實施氣象數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，監(jiān)控并收集來自遠程氣象站和上傳到服務(wù)器的數(shù)據(jù)自動氣象數(shù)據(jù)。其他所需的設(shè)計目標是持久數(shù)據(jù)存儲能力，最終到終端的數(shù)據(jù)的可靠性，靈活，易于擴展的框架，以及一個強大的架構(gòu)。符合本實施這些功能和設(shè)計的所有目標。數(shù)據(jù)采集卡是由一個適當?shù)拈_發(fā)接口，利用LabVIEW軟件，在電腦上運行。它包括兩個部分：（一）如顯示一個組件的圖形環(huán)境，按鈕和圖表，以便為系統(tǒng)提供操作方便，使用的環(huán)境；（二）程序代碼，這是塊圖格式和包括內(nèi)置的虛擬儀器（相），執(zhí)行功能，如模擬通道采樣，數(shù)學運算，檔案管理等。LabVIEW軟件運行在操作系統(tǒng)Windows95/98/NT/2000/XP作業(yè)系統(tǒng)，它需要一個奔騰處理器，32MB和60MB的磁盤存儲空間最低RAM。所開發(fā)的LabVIEW程序框圖如圖8所示最初，所有的模擬信號連續(xù)采樣和數(shù)據(jù)的輸入電壓校準，以對應(yīng)于物理單位。校準方程的一般形式有：Yi=aixi+bi(6)其中yi是第i個傳感器輸出的物理單位，xi是第i個樣本和AI，雙向的校準常數(shù)。圖8LabVIEW的測量程序流程圖該數(shù)字風速儀輸出信號的頻率用于風速計算，形成了相應(yīng)的LabVIEW的內(nèi)置六。為變頻風速度的關(guān)系如下：(7)這里距VSP是計算速度（米/秒），Na是每分鐘風速計轉(zhuǎn)數(shù)（RPM），D是一個轉(zhuǎn)換常數(shù)賦予的風速計制造商，等于47.7轉(zhuǎn)/米/秒，測量頻率為調(diào)頻（赫茲）。4實驗結(jié)果所有的傳感器測量，收集在一個特定的日子，是圖9和圖10所示。該數(shù)據(jù)庫獲得，直到2009年1月從2007年1月一分鐘一步的時間，使我們能夠得到一個在麥地那的網(wǎng)站太陽能潛力更好的視野。因此，我們推斷出日照時數(shù)SS0這是持續(xù)時間水平面上時，收到的能源是超過120W/m2。圖11A條說明了每天照射到2008年的演變。它也顯示了零假設(shè)，這代表著外星輻射值。圖11B條顯示每天日照時間為2008年的演變。這個數(shù)字清楚地表明，有超規(guī)定每天波動的太陽輻射數(shù)據(jù)，指標相應(yīng)的曲線清晰（觀塘=HG/H0）值和日照時數(shù)比例（?=S/S0）每天值天的季節(jié)性趨勢圖11介紹。作者：晴空指數(shù)千噸分布各地的年均晴空指數(shù)0.73。這表明，在麥地那的網(wǎng)站是全球太陽能輻射能量高，許多應(yīng)用將具有良好的效果完成。圖9某一天的大氣狀況的測量圖10某一天風速，風向，溫度，露點的測量圖11每日演化（一）全球太陽輻射（二）日照時數(shù)，（三）晴空指數(shù)和分數(shù)陽光（網(wǎng)址：麥地那，年份：2008）我們的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的目的不僅是為了收集氣象數(shù)據(jù)，但也應(yīng)控制系統(tǒng)中使用可再生能源。為此，我們成立了一個在偏遠地區(qū)的太陽能發(fā)電系統(tǒng)的試驗。然后，我們已經(jīng)測量的電壓和電流從使用WDAS光伏系統(tǒng)的建議系統(tǒng)（圖12）發(fā)行。對光伏安裝系統(tǒng)是實時控制，使我們能夠評估其性能。圖12特定的一天的光伏和電池電壓和電流測量5結(jié)論本文的原意是要發(fā)展成為一個技術(shù)演示和在遠程數(shù)據(jù)采集，如光伏產(chǎn)業(yè)的系統(tǒng)應(yīng)用部署的概念證明中的應(yīng)用。無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的使用，以便不僅要測量氣象參數(shù)，而且還收集有關(guān)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)性能評估的目的在可再生能源的來源系統(tǒng)。在本論文中，我們把重點放在了一個無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（WDAS）開發(fā)利用單片機石化16F877。擬議WDAS是基于精密電子電路和圖形環(huán)境中使用LabVIEW軟件進行處理，顯示和存儲所收集的數(shù)據(jù)。此架構(gòu)具有快速發(fā)展，靈活，快速安裝，模塊化，擴展性和數(shù)據(jù)處理量減少的優(yōu)點。該WDAS建議可用于其他遠程傳輸測量傳感器應(yīng)用信息和配置命令。原文：MeasurementofmeteorologicaldatabasedonwirelessdataacquisitionsystemmonitoringM.BenghanemaaDepartmentofPhysics,FacultyofSciences,TaibahUniversity,P.O.Box.344Madinah,SaudiArabia.Received15January2009;

revised14March2009;

accepted29March2009.

Availableonline17May2009.Abstract:Estimationofsolarenergypotentialofaregionrequiresdetailedsolarradiationclimatology,anditisnecessarytocollectextensiveradiationdataofhighaccuracycoveringallclimaticzonesoftheregion.Inthisregard,awirelessdataacquisitionsystem(WDAS)wouldhelptoestimatesolarenergypotentialconsideringtheremoteregion’senergyrequirement.ThisarticleexplainsthedesignandimplementationofWDASforassessmentofsolarenergy.Theproposedsystemconsistsofasetofsensorsformeasuringmeteorologicalparameters.ThecollecteddataarefirstconditionedusingprecisionelectroniccircuitsandtheninterfacedtoaPCusingRS232connectionviawirelessunit.TheLabVIEWprogramisusedtofurtherprocess,displayandstorethecollecteddatainthePCdisk.Theproposedarchitecturepermitstherapidsystemdevelopmentandhastheadvantageofflexibilityanditcanbeeasilyextendedforcontrollingtherenewableenergysystemslikephotovoltaicsystem.TheWDASwithexecutiveinformationsystemsandreportingtoolshelpstotapvastdataresourcesanddeliverinformation.Keywords:Wirelessdataacquisitionsystem;Remoteweatherstation;LabVIEWmonitoring;Micro-controller;Renewableenergysources1.IntroductionTherapidevolutionofrenewableenergysourcesduringthelasttwodecadesresultedintheinstallationofmanyrenewableenergypowersystemsallovertheworld.Buttheinstallationcostisstillhigh,sotheirdesignoptimizationisdesirable.However,suchaneffortrequiresdetailedknowledgeofmeteorologicaldataofthesitewherethesystemwillbeinstalled,becausethecorrespondingenergyproductionishighlyinfluencedbytheclimaticconditions.Inmanycases,meteorologicaldatafrommanydifferentlocationsisrequiredinordertoevaluatemodelsdescribingthespatialvariabilityofarenewableenergysources.Thus,thedevelopmentofautomatedatabasemanagementsystemsisindispensable.Suchsystemstypicallyconsistofmicrocontroller-basedunitforrecordingthesignalsofinterest,whilethecollecteddataareusuallytransmittedtoPCforstorageandfurtherprocessing.Anotherapplicationiscollectingweatherdataandmoduleperformancedataatremotelydeployedrenewableenergysystems,inparticularlyphotovoltaic(PV)installation.Weatherdatabeingcollectedconsistsofwindspeed,winddirection,rainfall,ambienttemperature,atmosphericpressure,relativehumidity,andirradianceofthesun.TheperformancemonitoringofaPVsystem,thus,requiresthattheappropriateweatherparametersberecorded.Dataacquisitionsystemsarewidelyusedinrenewableenergysourceapplicationsinordertocollectdataregardingtheinstalledsystemperformance,forevaluationpurposes[1].Arealwindandsolarpotentialmeasurementsareusedtodeterminethespecificationsofanisolatedrenewableenergysources[2].Manydataacquisitionsystemshavebeendevelopedinordertocollectandprocesssuchdata,aswellasmonitortheperformanceofrenewableenergysystemsunderoperationinordertoevaluatetheirperformance[3],[4]and[5].Adataacquisitionsystemhasbeendesignedandusedformonitoringtheperformanceofbothphotovoltaicbatterychargingandwater-pumpingsystems[6]and[7].AnA/Dconverterinterfacedtoamicrocontroller-basedunitrecordsasetofsensors’signals,whilethecollecteddataarestoredinalocalEPROM.ThedatacollectedbythemicrocontrolleraretransmittedtoaPC,withanRS-232serialconnection,wheretheyarestoredforfurtherprocessing.Thesamearchitecturehasbeenimplementedforsolarirradiationandambienttemperaturemeasurements[8],[9]and[10].Adifferentapproachhasbeendevelopedandproposed[11].Acommercialdata-loggingunithasbeenusedtomeasureasetofmeteorologicalandoperationalparametersofahybridphotovoltaic–dieselsystem.ThecollecteddataaretransmittedtoaPCthroughanRS-232serialinterface,wheretheyareprocessedusingtheLabVIEWdataacquisitionsoftware.However,adata-loggingunitlacksflexibilitycomparedwithadataacquisitioncardapproach,while,inaddition,itcannotbeusedforrenewableenergysystemcontrol.Acommoncharacteristicofthedesignmethodsdescribedaboveisthatamicrocontroller-baseddata-loggingunitisusedtomeasurethesignalsofinterestandinterfacethecollecteddatatoaPCthroughanRS-232serialinterface.However,serialdatatransmissionlimitsthesystemperformanceifanadvancedcontrolcapabilityisdesired.Anintegrateddataacquisitionsystemforrenewableenergysourcessystemsmonitoringhasbeendeveloped[12].Asetofsensorsareusedtomeasureatmosphericandsoilconditions,aswellasquantitiesregardingtheenergyproducedbythehybridphotovoltaic/windgeneratorpowersystem,suchasthephotovoltaicarrayvoltageandcurrent,thewindgeneratorspeed.Thecollecteddataarefurtherprocessed,displayedonthemonitorandstoredinthedisk.Allthesedataacquisitionsystemshaveverywideapplications,duetotheneedsofuser.Forthisourdesignedwirelessmeasurementsystemwillbewelcomedwithinterestalsobycommonusers.Anotherapplicationofmeteorologicaldata,istogeneratetypicalmeteorologicalyear(TMY)data.Infact,threemethodshavebeenusedforgeneratingTMYdatasetusinga10-yearperiod(1995–2004)ofmeteorologicaldatafromfourstationsinatropicalenvironment[13].So,tovalidatethesemethods,theauthorscomparethemonthlyaverageglobalradiationobtainedfromTMYmethodsand10-yearhourlydata.Also,theauthorscomparethevariationofmonthlyaveragetemperature,relativehumidityandwindspeedobtainedfromTMYmethodsand10-yearhourlydata.Asairtemperatureandwindspeedare3-hperioddata,theseweremathematicallyinterpolatedtoobtainthehourlydata.The10-minaveragesolarradiationwasagainaveragedtogivehourlymeanofsolarirradiance.However,inourcasetoavoidthemathematicalinterpolation,wehavedesignedawirelessdataacquisitionsystem(WDAS)togiveusexperimentalhourlydata.Thisimprovetheprecisionofthemeasureddataandthenthecomparisonbetweenmeasureddataandthosesimulatedbythemodelswillbemoresignificant.Inthedesignofameasurementsystem,wemustchooseanappropriateprecisionelectroniccircuitaswellasthedifferentpartsconstitutingtheweathersensing,inordertoreducethemeasurementerrors.Infact,thewind-speedatasitecanbemeasuredbyinstallinganemometersontopofmeteorological(met)towers[14].Theauthorsconsiderthatatop-mountedanemometershouldbelocatedatthewindwardsideofitsmettower,raised5diametersabovethetop.Thiswillreducespeed-uperrortolessthan1%.Othersourcesoferror,acceleratedairflow,orspeed-up,aroundthetopofmettowerscancauseincorrectanemometermeasurements.Inthiscontext,firstly,wehaveoptedtothewirelesssystemtominimizetheerrorsofmeasurementduetotheconnectioncablesforaclassicalacquisitionsystems,wherethesensorsaresituatedmorethan200

mfromtheacquisitionsystems.Secondly,wehavechosenanappropriateelectronicprecisioncircuitsastheinterfacebetweenthesensorsandthemeasurementstation.Theprincipalpurposeofthisworkistodesignasystemofdatatransmissionreceivedfromtheremotestations,tofacilitatesignificantlythereceptionofdataandtominimizethecostofmaintenanceofthesestations.Inthispaper,wedevelopalowcost,autonomousremoteweatherdataacquisitionsystem(WDAS),usingreadilyandeasilyavailableequipmenttocollectandtransferlocaldatatoanyPCequippedwithanInternetconnection.TheWDASisusedtocollectandtransferdatatoaremoteserverforstorageandprocessing,usingawirelessinterface.Thedataismovedfromtheremotestationtoaserverthatstoresandanalyzesthisdata.Asetofsensorsareusedtomeasuremeteorologicaldata(solarradiation,airtemperature,relativehumidity,pressure,windspeed,anddirection).ThesensorsignalsarefirstfilteredandamplifiedusingprecisionelectroniccircuitsandthenareinterfacedtoaPC,throughthePCIbus,usingawirelessunit.Thecollecteddataarefurtherprocessed,displayedonthemonitorandstoredinthediskusingtheLabVIEWsoftware.Thismethodhastheadvantagesofrapiddataacquisitionsystemdevelopmentandprovidesaneasy-to-usegraphicalenvironmentthatpermitsthesystemoperatorstoprocesseasilythecollecteddata.Theproposedwirelessdataacquisitionsystemhasnolimit,itsuseonlargepowercapacityrenewableenergysystems,whichisthemainobjectiveofsuchmonitoringandcontrolsystems.Thispaperisorganizedasfollows:adescriptionofWDAS,ananalysisofthesensorsandtheelectroniccircuitsdevelopedarepresentedinSection2.Theremoteandbasestations,theweathermonitoringapplicationprogramaredescribedinSection3andtheexperimentalresultsaregiveninSection4.2.DescriptionofwirelessdataacquisitionsystemTheweatherstationisafielddataacquisitionsystemdesignedtocollectandtransmitweatherdata,includingrainfall,windspeed,anddirection,outdoortemperature,andhumidity,andbarometricpressure.Requirementsforthesystemare:?Measureweather-relateddata.?Capableofwirelesstransmittalofdata.?Weatherresistant.?Solarpowered.Thesystemrealizedisaportabledataacquisitionsystemwhichallowscollecting,store,andtransmittingdataatanylocation.Thewirelessweatherstationiscomposedofaremotestationandabasestation.Theremotestationissolar-poweredandwakesuponceaminutetocollectandtransferdata.ThebasestationreceivesandbufferstheincomingdataandthentransfersitviaanRS232connectiontoaPCforprocessing.Withineachofthestationsisadedicatedcircuitcardaswellasaseparate,RFcircuitcard.2.1.RemotestationdesignTheRemotestationconsistsoffourfunctionalsections:thesensors,themicrocontrollerPIC(ParallelInterfaceController)16F877,theRFcircuit,andthepowersupply.Theschematic,showninFig.1,showstheblockdiagramofdifferentsensorsusedandthemicrocontrollerPIC16F877.Fig.1.

Thesensorsandinterfaceelectroniccircuitsinremotestation.TheelectroniccircuitsofthesensorsandtheinterfacecircuitsareshowninFig.2Fig.2.

Sensorsandmicrocontrollerareas.2.1.1.SolarradiationsensingThemeasureofsolarirradiationisdedicatedtoasolarcellprecalibratedwithapyranometerKippandZonen.ThephotocurrentproducedbyasiliconPNjunctionisusedasasolarradiationtransducer.Wehaveusedamonocrystallinesiliconsolarcelltomeasureasolarirradiation.Thesolarcellusedpresentsalargespectralresponsealsoimportantthanausualpyranometer.Theuseofsolarcellassolarradiometerreducesthecostofallsystem.Thesolarcelldeviceconditioningisassumedbytwooperationalamplifiers.ThemethodofmeasureconsistsinacquiringtheshortcircuitcurrentISCwhichisproportionaltotheincidentsolarirradiation.Thecalibrationofthesolarcellallowsgettingtheshortcircuitcurrentaccordingtotheincidentsolarirradiation:

(1)\o"ClicktoviewtheMathMLsource"ISC=K·Hiw