基于GPRS的太阳能热水系统数据采集器研制

【摘要】：随着国家政策的鼓励与支持，太阳能热水系统得到大力发展与广泛普及，起到重要的节能减排作用，与太阳能热水系统相关的企业发展迅速。目前，行业标准与产业发展的严重脱节，造成各类太阳能热水系统在设计上缺乏标准。随着太阳能热水产业的发展，太阳能热水系统暴露出诸多问题，制约着行业发展。因此，尽快解决或改善这些问题变得很有必要。 研究旨在设计一种数据采集器，使太阳能热水系统能够符合最新标准的数据监测要求，更为工程管理、系统优化控制、性能评价提供科学的数据支撑。数据采集器基于STM32F103微处理器开发。完成电源模块、最小系统模块、SD卡存储模块、RS485通信模块以及GPRS通信模块的硬件电路设计、可靠性设计；完成各模块软件功能开发，并采取软件技术优化措施，提高系统监测实时性、控制准确性。 数据采集器采用GPRS通信方式实现数据远程共享，提供监测数据本地SD卡存储，依托底层两路RS485通信网络，实现实时数据过滤、Modbus协议处理、系统控制、仪表数据采集。数据采集器采用C/S体系结构与远程服务器建立TCP连接，并进行MD5身份验证，保证远程服务器数据安全。远程通信数据采用XML格式存储、满足特定的数据协议，并经AES加密，有效保证数据传输安全。基于MFC开发的上位机配置软件，实现数据采集器参数修改，提高数据采集器使用灵活性。 最后，通过对数据采集器进行EMC测试、连接可靠性测试以及丢包率测试，验证系统软硬件可靠性。结果表明，数据采集器满足硬件抗干扰能力；在连接可靠性以及数据丢包率方面尚有改进空间。 【关键词】：太阳能热水系统 数据监测 GPRS 身份认证 AES
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK515
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-7
• 目录7-10
• 第1章 引言10-18
• 1.1 课题背景与研究意义10-12
• 1.2 太阳能热水系统发展概述12
• 1.3 监控系统研究应用现状12-16
• 1.3.1 国外研究应用现状12-14
• 1.3.2 国内研究应用现状14-16
• 1.4 主要研究内容16-18
• 第2章 数据采集器总体设计18-28
• 2.1 太阳能热水系统结构概况18-23
• 2.1.1 工程安装结构18-19
• 2.1.2 太阳能热水系统监测方案19-20
• 2.1.3 数据监测要求20-21
• 2.1.4 本地控制器特性21-23
• 2.2 数据采集器总体结构设计23-28
• 2.2.1 功能结构设计23-24
• 2.2.2 底层 RS485 通信24-25
• 2.2.3 远程通信25-28
• 第3章 数据采集器硬件电路设计28-41
• 3.1 硬件总体设计28
• 3.2 单片机特性及基本外围电路28-29
• 3.2.1 STM32F103VE 特性28-29
• 3.2.2 STM32F103VE 基本外围电路29
• 3.3 SD 卡存储电路设计29-30
• 3.4 RS485 通信模块电路设计30-33
• 3.4.1 收发器电路30-32
• 3.4.2 信号隔离电路32-33
• 3.5 GPRS 模块电路设计33-36
• 3.5.1 GPRS 模块选型33-34
• 3.5.2 MG323 电路设计34-36
• 3.6 电源模块电路设计36-41
• 3.6.1 供电结构分析36-37
• 3.6.2 5V 供电电路设计37-39
• 3.6.3 GPRS 供电电路设计39-41
• 第4章 数据采集器软件设计41-58
• 4.1 软件总体设计41-43
• 4.1.1 软件总体结构41-42
• 4.1.2 主流程设计42-43
• 4.2 RS485 接口的通信软件设计43-45
• 4.2.1 通信协议43-44
• 4.2.2 从站通信软件设计44-45
• 4.2.3 主站通信软件设计45
• 4.3 SD 卡存储模块软件设计45-47
• 4.3.1 FatFs 文件系统45-46
• 4.3.2 数据存储软件设计46-47
• 4.4 GPRS 模块软件设计47-52
• 4.4.1 AT 指令47-48
• 4.4.2 模块工作流程48-49
• 4.4.3 模块初始化49
• 4.4.4 连接服务器49-51
• 4.4.5 数据读写51-52
• 4.5 远程通信数据协议与数据解析52-55
• 4.5.1 远程通信数据协议52-53
• 4.5.2 XML 数据53-54
• 4.5.3 网络数据解析54-55
• 4.6 数据安全性问题55-57
• 4.6.1 数据安全性概述55-56
• 4.6.2 AES 加密及其数据填充机制56
• 4.6.3 MD5 身份认证56-57
• 4.7 基于 MFC 的配置软件设计57-58
• 第5章 数据采集器可靠性研究58-70
• 5.1 硬件可靠性设计58-61
• 5.1.1 原理图可靠性设计58-60
• 5.1.2 PCB 可靠性设计60-61
• 5.2 研究重难点61-66
• 5.2.1 合理的缓存处理机制61-63
• 5.2.2 远程控制可靠性63-65
• 5.2.3 单线程下系统实时性65-66
• 5.3 性能测试66-70
• 5.3.1 EMC 测试66-68
• 5.3.2 服务器连接测试68-69
• 5.3.3 丢包率测试69-70
• 第6章 总结与展望70-72
• 6.1 工作总结70
• 6.2 课题展望70-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-77
• 附录77

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