本文是一篇电气自动化论文，本文选用ZigBee作为风电场无线传输系统的网络节点，与4G通信结合实现远程的无线传输，完成相关的网关设计，并对无线传输的算法进行分析、仿真研究，通过相关通信模块的软件设计，进一步了解无线传输系统的内部流程，最终完成相关的系统功能和相关测试。
第1章绪论
1.1选题背景及研究意义
伴随着全球产业链延伸和人们对美好生活更高的追求，人类对能源的需求也是与日俱增，无论是生活还是工业生产都离不开能源的消耗，其中最便捷的方式就是对化石能源的利用[1]。但随之而来的人类生存环境的恶化，反过来降低了人们的生活质量。清洁能源的开发利用成为优化能源消费结构和保护环境的主要方式，也激发了各国发展清洁能源发电的热情[2]。2020年投入新能源开发的投资额是2010年的1.8倍，其中风能投资最高。与此同时，在“碳交易”框架下各国对清洁能源的需求也在增加，如图1.1为到2050年清洁能源增长曲线预测[3]。科学技术的进步也为清洁能源的开发利用扫除了障碍，据统计太阳能发电2019年的成本相较于2010年下降了八成，风力发电下降了四分之一，地热发电成本下降了四分之一[4]。
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2019年CO2排放量中国占全球排放量的近三成，相比于十年前增长了近三倍，其中能源结构依旧以化石为主[5]。同时，作为“世界工厂”中国对能源的需求旺盛。因此，如何减少对化石能源的依赖，在经济发展的同时也保护环境成为重中之重[6]。中国在发展中重视能源结构，成为世界上最大的风能、太阳能发电国，并通过自己的实际行动去保护环境。2016年中国签署了《巴黎协定》，2020年又提出“2030年前CO2排放达到峰值，2060年前实现碳中和”目标，吹响了终结化石能源的号角，也预示着清洁能源的崛起[7]。
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1.2国内外研究现状
1.2.1无线传输研究现状
无线传输技术，又称无线网络技术，依托于通信技术和网络技术融合，发展十分迅速，广泛应用于各个行业。无线传输依托无线传感器，实现端与端网络连接，通过网络节点实现双向或者单向的数据传递[13]。在现有的通信网络中，无线网络是其中一个重要的部分，作为现有网络的补充、扩展以及应急通道等。虽然远距离的基站到用户端是通过无线方式，但是基站与后台之间的网络依赖于有线方式，因此无线传输的发展需求不仅是对无线接入设备的需求，还对无线传感器进行一定的研究[14]。
在20世纪初，美国的佛罗伦萨大学为了实现火星探测，对无线传输系统进行研究[15]。2012年雷恩大学通过ZigBee对无线通信进行检测分析，来实现船舶状态监测[16]。同时，瓦伦西亚理工大学针对边界的动态移动者进行跟踪，通过无线电传回信息。该信息是移动的节点，而本文研究的无线汇聚节点是静止的。2012年赛格德大学的学者们将无线传输系统引入到温室中，都取得了较好的效果[17]。2010年美国政府通过无线监控系统进行环境监测。针对采矿业安全问题，科研人员通过无线装置采集空气信息来判断煤矿的安全性，矿井的环境类似于风电厂的复杂环境。布拉德福德大学利用传感器检测来下水管道的信息，通过无线传输系统将信息传送到后台进行分析。
无线传输也吸引了国内很多高校进行研究，最早研究无线传输的是中科院，几乎与国外同时开始[18]。随后在时钟调试、信息采集等领域引入了无线通信。国家也加大无线传输的投入，将其列为攻关项目。清华、中科院、北航等高校将无线传输网络研究作为重要自然科学基金申报项目，并和其他一些大学合作对无线传输网络进行研究并推广应用[19]。
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第2章无线传输系统相关技术研究
2.1无线通信技术
按照无线传输距离进行可以将无线通信技术分为两类，一类是以蓝牙、WiFi、ZigBee、红外技术等为主的近距离传播，一类是以移动通信技术为主的如GSM、4G、集群等远距离传播，能达到2千米以上，在速率、稳定性、成本、功耗等方面，两种各有千秋，都有自己的优点和缺点[48]，在实际应用中有的技术更偏向于功能的扩展性，有的技术符合某些单一应用和特别的无线通信需求，人们可根据应用的具体要求选择适合的无线通信技术。
2.1.1远程无线通信技术
（1）无线电台
最早普及的远距离传播就是无线电台，如收音机、电视，对硬件的要求较低，但是抗干扰能力差，工作频率较低，覆盖面积小，不适合本文风电场环境。
（2）800MHz无线集群
高频率的无线集群一般作为局域网在使用在公共领域，如电力、铁路，依赖原有的网络，但是传输速率低、信号不稳定，难以实现系统的实时性要求。
（3）GSM
GSM作为移动通信的标准，具有高容量、稳定性、抗干扰等优点，但是GSM传递的数据有限，仅支持文字传递，作用十分有限，不适合本文丰富的数据信息。
（4）4G4
G作为GSM技术的改进，能够提供高速数据传输，通过融入互联网技术，可以实现终端网络，进一步拓宽信号接受范围、传输速率同时高性价比，满足本文系统设计的远距离、高速度的信息传递[49]。
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2.2物联网平台
（1）阿里云平台
阿里云是国内较早从事云计算和数据存储、处理的平台，广泛应用于物联网、人工智能等领域，并致力于提供人类智能生活技术支撑。该平台依托于强大服务器储存能力，将优秀的计算服务能力提供给云平台客户，实现云处理。在阿里云平台上用户只需要搭建自己的硬件所需的云服务，阿里云可以帮助开发者提供安全、可靠、快速的数据通道，实现物联网与云平台之间的互联[51]。
（2）QQ物联云平台
腾讯利用自己庞大的用户群体，在2014年推出了QQ物联设备云平台，整合QQ软件账号、好友关系以及通信功能，将其应用智能终端上，将每一个终端设备成为一个QQ账号。通过云平台与物联网的QQ成功绑定，能够清晰浏览出物联列表。这种模式用户较为熟悉，不需要借助其他的APP，直接在QQ软件中集成，可以减少移动终端的内存并且操作简单。云平台与设备之间的通讯用到QQ消息功能，同时还可以利用QQ的音频传输功能。目前，在智能电视、IP摄像头等领域有应用。
QQ物联将接入云平台的智能设备变成一个QQ好友，利用QQ、微信等大众社交平台用户众多的优势，把QQ客户端当做物联网控制端，这样开发者就省去了app的开发。不过QQ物联云平台也有明显弊端，由于物联云平台开放度不高，导致用户使用有局限性。“超级APP”对于厂家和开发者来说本身就是对自身产品用户体验的牺牲[52]。
（3）OneNET云平台
OneNET云平台是目前主流的物联网开放平台，由中国移动专门针对物联网技术打造的平台。该平台拥有多种设备接入端口，可以满足用户不同需求的选择，提供开发者自主开发所需的API。相较于其他云平台，用户可发挥的创造空间较大，创建多种物联设备的管理，进行自由编辑，提供了数据展示的各个模块，多种界面设计模板，更加直观的观察数据。OneNET拥有与阿里云、QQ物联云等平台一样的强大处理能力和存储能力，同时能够实现其他平台所不具备的直接在云端设计监控界面[53]。
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第3章无线传输系统方案设计与分析..........................18
3.1风力发电场的分布特点..................................18
3.2系统需求分析..........................................19
第4章无线传输系统硬件设计与开发.........................24
4.1 ZigBee通信硬件电路设计........................................24
4.1.1 ZigBee通信设备介绍......................................24
4.1.2核心处理单元的选择与设计................................24
第5章无线传输系统软件设计................................32
5.1数据采集节点软件设计....................................32
5.1.1采集程序设计与流程....................................32
5.1.2数据发送功能的实现..............................33
第6章系统集成与测试
6.1系统搭建
本文基于ZigBee无线传输系统，如图6.1所示搭建了风电场无线传输系统模块，主要分为数据采集和数据传输两个部分，分别对应着传感器+ZigBee端和4G与云平台数据交流，本文以CC2530模块为核心，对风电场的ZigBee无线传输通信进行优化与测试以及采集数据进行云端展示。
电气自动化论文参考
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第7章总结与展望
7.1总结
本文分析了风电场无线传输系统的研究背景及意义，分析了国内外有关无线传输技术的研究现状以及该技术在风电场中运用的现状，通过分析得出ZigBee是比较理想的无线传输手段，并且对ZigBee路由算法进行分析。根据风电场发电机分布特点，本文选用ZigBee作为风电场无线传输系统的网络节点，与4G通信结合实现远程的无线传输，完成相关的网关设计，并对无线传输的算法进行分析、仿真研究，通过相关通信模块的软件设计，进一步了解无线传输系统的内部流程，最终完成相关的系统功能和相关测试。本文主要研究有以下三点：
（1）对风电场无线传输系统的软硬件进行设计。采用ZigBee和4G技术结合构建无线传输网络，实现对风电场风机状态和环境信息采集、传送及显示。首先通过对无线传输系统的分布特点与需求进行分析，完成风电场无线传输系统整体设计和功能设计。其次，重点针对系统的硬件部分和软件部分进行设计。其中系统硬件设计包含了ZigBee通信模块、数据采集模块、4G通信模块以及协调器节点模块，在此基础上针对系统采集节点、路由节点、汇聚节点、ZigBee与4G组网传输以及监控平台的组成和软件系统进行设计，详细描述工作流程。
（2）针对现有的风电场ZigBee无限传输存在有限的计算复杂度和存储空间内跳点多的问题，本文采用了一种基于ZigBee的自剪枝和前向节点选择融合优化路由算法。该算法利用自剪枝算法判断邻近节点是否覆盖，减少重复接收的次数，再通过前向节点选择算法，对其选择策略进行改进，来寻找跳点数最少的节点。仿真实验表明，该融合优化路由算法能够覆盖整个网络的节点，并对比不同路由算法，具有较高传播效率和可靠性。
参考文献（略）