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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 高效太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了基于太陽(yáng)能電池板自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)的高效太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。包括:太陽(yáng)能電池板跟蹤裝置、夜晚電池板自動(dòng)復(fù)位裝置、鋰電池充電裝置、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸、TFT彩屏顯示、VC上位機(jī)界面顯示、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)訪問(wèn)。系統(tǒng)根據(jù)光電傳感器確定陽(yáng)光最強(qiáng)的位置，實(shí)現(xiàn)電池板跟蹤太陽(yáng)。無(wú)線模塊把采集數(shù)據(jù)發(fā)送到基站進(jìn)行處理。基站實(shí)現(xiàn)密碼保護(hù)、紅外熱釋電檢測(cè)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、紅外抄表、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸和訪問(wèn)以及VC上位機(jī)顯示等功能。
- 詳細(xì)介紹：
- 1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 1.1 系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的功能 1、能夠通過(guò)光電傳感器實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板正對(duì)太陽(yáng)。 2、能夠?qū)崿F(xiàn)太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)盡可能低的功耗。 3、能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的各個(gè)狀態(tài)值并顯示在段碼液晶上。 4、能夠通過(guò)鍵盤調(diào)節(jié)太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)采集跟蹤時(shí)間間隔。 5、能夠通過(guò)無(wú)線模塊NRF24L01實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)與基站無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。 6、能夠通過(guò)鍵盤和TFT彩屏建立起良好的人機(jī)界面且系統(tǒng)應(yīng)易于操作。 7、能夠通過(guò)鍵盤實(shí)現(xiàn)開機(jī)密碼保護(hù)以及修改系統(tǒng)密碼。 8、能夠?qū)崿F(xiàn)多種通信方式進(jìn)行通信交互數(shù)據(jù)。 9、能夠通過(guò)紅外熱釋電模塊檢測(cè)人體的功能。 10、能夠通過(guò)紅外實(shí)現(xiàn)手持式抄表功能。 11、能夠通過(guò)VC界面實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各個(gè)狀態(tài)的數(shù)值曲線的顯示功能。 12、能夠通過(guò)以太網(wǎng)訪問(wèn)本系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。 1.2 系統(tǒng)的思路 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的中心思想是采用低功耗單片機(jī)MSP430F1611實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)光系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在0~180度范圍內(nèi)，根據(jù)光電傳感器確定陽(yáng)光最強(qiáng)的角度，然后通過(guò)低功耗單片機(jī)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池實(shí)時(shí)跟蹤太陽(yáng)。在此基礎(chǔ)上，加入無(wú)線模塊把采集數(shù)據(jù)發(fā)送到基站進(jìn)行數(shù)據(jù)處理?；緦?shí)現(xiàn)系統(tǒng)密碼保護(hù)、紅外熱釋電人體檢測(cè)、Flash實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、紅外數(shù)據(jù)抄表、遠(yuǎn)程以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸和訪問(wèn)以及串口VC上位機(jī)數(shù)據(jù)曲線顯示等功能。 1.3 系統(tǒng)的構(gòu)成 1.3.1 整體系統(tǒng)組成框圖 系統(tǒng)的各部分框圖如下： 圖1.1 太陽(yáng)能跟蹤從機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 圖1.2基站數(shù)據(jù)處理設(shè)計(jì)方案 圖1.3系統(tǒng)的整體構(gòu)成 1.3.2 太陽(yáng)能跟蹤從機(jī)系統(tǒng)方案選擇 1.3.2.1 微控制器的選擇 因?yàn)樘?yáng)能跟蹤系統(tǒng)要求低功耗，所以本系統(tǒng)采用了TI公司的MSP430單片機(jī)作為控制模塊。此型號(hào)單片機(jī)電源電壓采用的是1.8～3.6V，電壓要求低。根據(jù)實(shí)際情況，選擇MSP430F1611，該單片機(jī)中斷源比較多，并且可以任意嵌套，使用起來(lái)非常方便；其有內(nèi)置的12位A/D轉(zhuǎn)換，可以在不外加A/D芯片的前提下采集數(shù)據(jù)，減少了功耗。由于系統(tǒng)采用的工作模式不同，芯片的功耗有顯著的不同，在系統(tǒng)中總共有一種工作模式和四種低功耗模式，可根據(jù)實(shí)際情況選擇，從而使系統(tǒng)既能正常穩(wěn)定的工作，又能降低功耗。 1.3.2.2 光電信號(hào)采集方案 采光系統(tǒng)采用兩個(gè)光敏電阻分壓，用單片機(jī)的ADC實(shí)時(shí)檢測(cè)其中心電壓值并判斷此時(shí)的太陽(yáng)能電池是否正對(duì)太陽(yáng)光，從而通過(guò)電機(jī)調(diào)整太陽(yáng)能電池的位置。利用AD檢測(cè)光敏電阻中心電壓可以轉(zhuǎn)換到對(duì)太陽(yáng)的檢測(cè)。當(dāng)太陽(yáng)光正對(duì)太陽(yáng)能電池板時(shí)，理論上測(cè)得的兩個(gè)光敏電阻中心電壓值為1.25V。實(shí)際測(cè)量中，中心電壓值為1.24V~1.26V時(shí)，電機(jī)保持穩(wěn)定狀態(tài)。在此范圍之外，控制電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。 1.3.2.3 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)控制方案 電機(jī)選擇3V直流電機(jī)，為實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正向和反向轉(zhuǎn)動(dòng)，采用H橋驅(qū)動(dòng)電路，如圖1.4所示。H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括4個(gè)三極管和一個(gè)電機(jī)。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對(duì)角線上的一對(duì)三極管。當(dāng)Q1和Q4導(dǎo)通時(shí)，電流將從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過(guò)電機(jī)，然后再經(jīng) Q4回到電源負(fù)極；當(dāng)Q2和Q3導(dǎo)通時(shí)，電流將從右至左流過(guò)電機(jī)。因此，根據(jù)不同三極管對(duì)的導(dǎo)通情況，電流可能會(huì)從左至右或從右至左流過(guò)電機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。通過(guò)單片機(jī)對(duì)光敏電路檢測(cè)判斷以及對(duì)Ｈ橋進(jìn)行控制，即可實(shí)現(xiàn)跟蹤太陽(yáng)光的目的。 圖1.4 電機(jī)控制 1.3.2.4 顯示模塊控制方案 由于設(shè)計(jì)要求不需要太多內(nèi)容的顯示，考慮到功耗及性價(jià)比問(wèn)題，利用液晶驅(qū)動(dòng)IC（HT1621）以及配套的液晶LCD玻璃片，自制16位段碼液晶。另外驅(qū)動(dòng)IC上裝有兩種頻率的蜂鳴驅(qū)動(dòng)電路，可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。自制段碼LCD顯示狀態(tài)時(shí)電流為60uA，省電模式時(shí)小于5uA，工作電壓3.0V時(shí)即可正常顯示，其顯示清晰，穩(wěn)定可靠，使用編程簡(jiǎn)單，很適合低功耗的要求。 1.3.2.5 無(wú)線收發(fā)模塊 nRF24L01是一款新型單片射頻收發(fā)器件,工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM頻段。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊,并融合了增強(qiáng)Shock Burst技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過(guò)程序進(jìn)行配置。nRF24L01功耗低,在以-6dBm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流也只有9mA;接收時(shí)，工作電流只有12.3mA，多種低功率工作模式(掉電模式和空閑模式)使節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。nRF24L01適用于多種無(wú)線通信的場(chǎng)合，如無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、無(wú)線鼠標(biāo)、遙控開鎖、遙控玩具等。 1.3.2.6 鋰電池充電模塊 選用美國(guó)TI公司生產(chǎn)的先進(jìn)鋰電池充電管理芯片BQ2057對(duì)鋰子電池充電。其特點(diǎn)是高效率、低功耗、顯示鋰子電池充電狀態(tài)以及外圍電路簡(jiǎn)單。BQ2057可以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償鋰電池組的內(nèi)阻以減少充電時(shí)間，帶有可選的電池溫度監(jiān)測(cè)，利用電池組溫度傳感器連續(xù)檢測(cè)電池溫度，當(dāng)電池溫度超出設(shè)定范圍時(shí)BQ2057關(guān)閉對(duì)電池充電。內(nèi)部集成的恒壓恒流器帶有高/低邊電流感測(cè)和可編程充電電流，充電狀態(tài)識(shí)別可由輸出的LED指示燈，具有自動(dòng)重新充電、最小電流終止充電、低功耗睡眠等特性。充電分為三個(gè)階段：預(yù)充狀態(tài)、恒流充電和恒壓充電階段。具有智能充電功能，當(dāng)鋰子電池的電壓低于2V以下，BQ2057會(huì)啟動(dòng)充電。電路如圖1.5所示。 圖1.5鋰電池充電電路 1.3.3 基站總臺(tái)控制系統(tǒng)方案選擇 1.3.3.1 TFT彩屏顯示控制 選用MzTH24V10彩屏顯示，MzTH24V10是MzTH系列彩色多功能顯示模塊中的一款2.4英寸（對(duì)角線）彩色TFT顯示模塊，MzTH24V10自帶四種字號(hào)的ASCII碼西文字庫(kù)，并且自帶基本繪圖GUI功能，包括畫點(diǎn)、畫直線、矩形、圓形等；而如其它型號(hào)的MzTH系列模塊一樣，模塊內(nèi)部有4M bytes大小的資源存儲(chǔ)器，支持GBK2312的二級(jí)（包含一級(jí)和二級(jí)）漢字庫(kù)、BMP位圖、ASCII碼西文字庫(kù)的資源。模塊為串行UART接口，接口簡(jiǎn)單、操作方便；與各種MCU均可進(jìn)行方便簡(jiǎn)單的接口操作。 1.3.3.2 紅外熱釋電模塊 紅外熱釋電模塊的核心為雙元熱釋電紅外傳感器RE200B該傳感器采用熱釋電材料極化隨溫度變化的特性探測(cè)紅外輻射，采用雙靈敏元互補(bǔ)方法抑制溫度變化產(chǎn)生的干擾，提高了傳感器的工作穩(wěn)定性。紅外熱釋電感應(yīng)模塊通電后有一分鐘左右的初始化時(shí)間，在此期間模塊會(huì)間隔地輸出0-3次，一分鐘后進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。感應(yīng)模塊采用雙元探頭，探頭的窗口為長(zhǎng)方形，雙元（A元B元）位于較長(zhǎng)方向的兩端，當(dāng)人體從左到右或從右到左走過(guò)時(shí),紅外光譜到達(dá)雙元的時(shí)間、距離有差值，差值越大，感應(yīng)越靈敏，當(dāng)人體從正面走向探頭或從上到下或從下到上方向走過(guò)時(shí)，雙元檢測(cè)不到紅外光譜距離的變化，無(wú)差值，因此感應(yīng)不靈敏或不工作；所以安裝感應(yīng)器時(shí)應(yīng)使探頭雙元的方向與人體活動(dòng)最多的方向盡量相平行，保證人體經(jīng)過(guò)時(shí)先后被探頭雙元所感應(yīng)。為了增加感應(yīng)角度范圍，本模塊采用圓形透鏡，也使得探頭四面都感應(yīng)，但左右兩側(cè)仍然比上下兩個(gè)方向感應(yīng)范圍大、靈敏度強(qiáng)。 1.3.3.3 溫濕度檢測(cè)模塊 溫濕度傳感器采用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器，此傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的處理過(guò)程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上。 1.3.3.4 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸模塊 在這使用了RTL8019AS 10M ISA網(wǎng)卡芯片接入以太網(wǎng)。選它的好處是：NE2000兼容，軟件移植性好；接口簡(jiǎn)單不用轉(zhuǎn)換芯片如PCI-ISA橋。8019有3種配置模式：跳線方式、即插即用P&P方式、串行Flash配置方式。與這部分硬件相對(duì)應(yīng)的軟件是網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)。所謂驅(qū)動(dòng)程序是指一組子程序，它們屏蔽了底層硬件處理細(xì)節(jié)，同時(shí)向上層軟件提供硬件無(wú)關(guān)接口。驅(qū)動(dòng)程序可以寫成子程序嵌入到應(yīng)用程序里(如DOS下的I/O端口操作和ISR)，也可以放在動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)里，用到的時(shí)候再動(dòng)態(tài)調(diào)入以便節(jié)省內(nèi)存。在WIN98中，為了使V86、WIN16、WIN32三種模式的應(yīng)用程序共存，提出了虛擬機(jī)的概念，在CPU的配合下，系統(tǒng)工作在保護(hù)模式，OS接管了I/O、中斷、內(nèi)存訪問(wèn)，應(yīng)用程序不能直接訪問(wèn)硬件。這樣提高了系統(tǒng)可靠性和兼容性，也帶來(lái)了軟件編程復(fù)雜的問(wèn)題。任何網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)都要按VXD或WDM模式編寫，對(duì)于硬件一側(cè)要處理虛擬機(jī)操作、總線協(xié)議(如ISA、PCI)、即插即用、電源管理；上層軟件一側(cè)要實(shí)現(xiàn)NDIS規(guī)范。因此在WIN98下實(shí)現(xiàn)網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)是一件相當(dāng)復(fù)雜的事情。 1.3.3.5 紅外數(shù)據(jù)傳輸模塊 發(fā)送部分，當(dāng)數(shù)據(jù)為0時(shí)，S9012-1導(dǎo)通，38K載波波形經(jīng)S9012-2發(fā)送；當(dāng)數(shù)據(jù)為1時(shí)，S9012-1不導(dǎo)通，沒(méi)有波形被發(fā)送。接收部分，當(dāng)有波形檢測(cè)到時(shí)判斷發(fā)送數(shù)據(jù)為0，否則判為1；在沒(méi)有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，接收始終為1，經(jīng)串口通信協(xié)議判斷為沒(méi)有數(shù)據(jù)發(fā)送，所以實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的通信。其電路圖如圖1.6，圖1.7所示。 圖1.6：紅外發(fā)射部分 圖1.7：紅外接收部分 1.3.3.6 RS232和RS485數(shù)據(jù)傳輸模塊 RS232采用MAX3232芯片由單片機(jī)的串口發(fā)送數(shù)據(jù)和電腦進(jìn)行通信。采用RS485總線實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與上位機(jī)或終端之間的通信，相對(duì)RS232,RS485采用平衡發(fā)送和差分接收，具有抑制共模干擾的能力，使用屏蔽雙絞線傳輸，具有傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾性強(qiáng)、與外部通信接口容易對(duì)接的優(yōu)點(diǎn)。在本系統(tǒng)中，波特率可預(yù)置，在這采用2400 baud，可以滿足通信距離超過(guò)100米。 2 硬件設(shè)計(jì) 2.1 太陽(yáng)能跟蹤從機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)總電路圖如下 圖2.1 太陽(yáng)能跟蹤從機(jī)系統(tǒng)原理圖 2.1.1 采光系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì) 通過(guò)MSP430F1611自帶12位AD，利用AD檢測(cè)光敏電阻中心電壓可以轉(zhuǎn)換到對(duì)太陽(yáng)光的檢測(cè)。應(yīng)用電路為： 圖2.2 光電傳感器檢測(cè)原理圖 當(dāng)太陽(yáng)光正對(duì)太陽(yáng)能電池板時(shí)，此時(shí)測(cè)得的光敏電阻中心電壓值為VCC/2。實(shí)際測(cè)量在一定的范圍內(nèi)，其誤差為0.01V。通過(guò)軟硬件濾波算法可以做到數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確很好的實(shí)現(xiàn)了跟蹤太陽(yáng)。 2.1.2 無(wú)線收發(fā)木塊nRF24L01芯片 2.1.2.1 nRF24L01芯片簡(jiǎn)介 nRF24L01 是NORDIC 公司最近生產(chǎn)的一款無(wú)線通信通信芯片，采用FSK 調(diào)制，內(nèi)部集成NORDIC 自己的Enhanced Short Burst 協(xié)議。可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或是1 對(duì)6 的無(wú)線通信。無(wú)線通信速度可以達(dá)到2M（bps）。NORDIC 公司提供通信模塊的GERBER 文件，可以直接加工生產(chǎn)。嵌入式工程師或是單片機(jī)愛(ài)好者只需要為單片機(jī)系統(tǒng)預(yù)留5 個(gè)GPIO，1 個(gè)中斷輸入引腳，就可以很容易實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信的功能，非常適合用來(lái)為MCU 系統(tǒng)構(gòu)建無(wú)線通信功能。 2.1.2.2 nRF24L01應(yīng)用電路 nRF24L01的應(yīng)用電路如下圖： 圖2.3 nRF24L01 應(yīng)用電路 2.2 基站總臺(tái)控制系統(tǒng)方案選擇總控制電路圖如下 圖2.4 基站總臺(tái)控制系統(tǒng)原理圖 2.2.1 系統(tǒng)按鍵模塊選擇 系統(tǒng)按鍵選擇4*4矩陣鍵盤作為輸入，主要考慮系統(tǒng)按鍵密碼需要0到9數(shù)字選擇。 圖2.5 系統(tǒng)按鍵模塊原理圖 硬件部分設(shè)計(jì)了相應(yīng)的鍵盤界面，16個(gè)鍵的功能如圖所示。 圖2.6 鍵盤功能定義圖 其中數(shù)字鍵“0~9” 用來(lái)輸入相應(yīng)按鍵控制命令以及系統(tǒng)密碼進(jìn)入，C為系統(tǒng)界面返回鍵控制返回和退出。 3 軟件設(shè)計(jì) 3.1 太陽(yáng)能跟蹤從機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 3.1.1 跟蹤流程圖 圖3.1 主程序軟件流程 圖3.2 中斷函數(shù)流程 3.1.2 無(wú)線模塊子程序以及上位機(jī)程序流程圖 圖3.3 無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)送模塊流程圖 圖3.4上位機(jī)主程序流程圖 3.2 上位機(jī)系統(tǒng)流程圖以及PC機(jī)軟件設(shè)計(jì) 圖3.5上位機(jī)主程序流程圖 3.3.1 PC機(jī)功能介紹 通過(guò)編寫VC界面可以通過(guò)PC機(jī)軟件實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前中心電壓、太陽(yáng)能電池電壓、鋰電池電壓、鋰電池充電電流等各個(gè)狀態(tài)的變化，分為數(shù)字、曲線及狀態(tài)顯示等，整個(gè)界面美觀大方，可操作性強(qiáng)，互動(dòng)性好。串口協(xié)議滿足以下格式： 第一路中心電壓上傳：AXXXB，其中A表示中心電壓值上傳開始，B表示中心電壓值上傳結(jié)束，中間三位數(shù)值分別為所采集中心電壓的個(gè)位、小數(shù)點(diǎn)后第一位、小數(shù)點(diǎn)后第二位。其他各路依次類推：CXXXD ,EXXXF分別代表著太陽(yáng)能電池電壓和鋰電池電壓上傳等。 3.3.2 PC機(jī)界面設(shè)計(jì)圖 下圖為PC機(jī)顯示界面： 圖3.6 VC上位機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè) 圖3.7 Flash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)顯示 4 系統(tǒng)調(diào)試 4.1 太陽(yáng)能跟蹤從機(jī)系統(tǒng)調(diào)試 4.1.1 光電傳感器對(duì)陽(yáng)光調(diào)整 將編寫的程序下載到單片機(jī)中，連接好硬件電路，單片機(jī)開始采集數(shù)據(jù)這時(shí)要調(diào)整光電傳感器的位置使得太陽(yáng)能電池板正對(duì)太陽(yáng)。觀察LCD上的中心電壓值此時(shí)應(yīng)該在1.24-1.26之間為正常值，通過(guò)LCD還可以看到當(dāng)前鋰電池的電壓和充電電流以及太陽(yáng)能電池板的電壓。 系統(tǒng)測(cè)試LCD顯示的中心電壓值與實(shí)際的中心電壓值的對(duì)比： 表4.1 LCD顯示的中心電壓值與實(shí)際中心電壓值的對(duì)比表 測(cè)試次數(shù) 項(xiàng)目 1 2 3 4 5 6 LCD上中心電壓/V 1.24 1.25 1.24 1.26 1.25 1.26 實(shí)際中心電壓/V 1.25 1.25 1.25 1.25 1.25 1.25 誤差/V 0.01 0 0.01 0.01 0 0.01 經(jīng)過(guò)測(cè)試，中心電壓的誤差在允許范圍內(nèi)，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)跟蹤太陽(yáng)失敗后系統(tǒng)會(huì)把信息發(fā)送到基站中心，基站會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警提醒檢修人員及時(shí)的到設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)檢修設(shè)備。 LCD顯示圖片如下 圖4.1 系統(tǒng)狀態(tài)信息顯示（中心電壓、充電電流、鋰電池電壓、光電池電壓） 4.1.2 無(wú)線模塊的調(diào)試 將無(wú)線模塊連接好，打開基站總臺(tái)系統(tǒng)。先讓太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)發(fā)送一組數(shù)據(jù)?；究偱_(tái)進(jìn)行接收。通過(guò)自動(dòng)應(yīng)答模式可以看到系統(tǒng)指示燈閃爍2次說(shuō)明基站已經(jīng)接收到數(shù)據(jù)，經(jīng)測(cè)試數(shù)據(jù)可用無(wú)誤的傳送到基站。此時(shí)把跟蹤系統(tǒng)的各個(gè)狀態(tài)值如中心電壓、太陽(yáng)能電池電壓值等發(fā)送給基站總臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。經(jīng)過(guò)測(cè)試，太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)和基站總控制系統(tǒng)都能正常工作，且誤碼率低，工作穩(wěn)定。 4.1.3 系統(tǒng)采集時(shí)間調(diào)整 通過(guò)按鍵可以設(shè)定系統(tǒng)的采集時(shí)間最小為1S最大為9999S系統(tǒng)默認(rèn)值為3S方便演示，在系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中可以加大采集時(shí)間間隔，并且系統(tǒng)在設(shè)定采集時(shí)間后會(huì)把采集的時(shí)間存儲(chǔ)到Flash中這樣系統(tǒng)掉電后還是上一次設(shè)定的采集時(shí)間，而不是恢復(fù)系統(tǒng)默認(rèn)采集時(shí)間。經(jīng)測(cè)試系統(tǒng)的整體低功耗為8MA活躍狀態(tài)為16MA在一次采集時(shí)間中活躍狀態(tài)在整個(gè)周期中占比重很小為ms級(jí)從而保證系統(tǒng)整體低功耗最大限度的利用太陽(yáng)能。 太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)的整體實(shí)物圖如下 圖4.2 太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)整體實(shí)物圖 4.2 基站總臺(tái)控制系統(tǒng)調(diào)試 4.2.1 基站彩屏主菜單顯示調(diào)試 首先進(jìn)行基站硬件連接，上電初始化。然后輸入系統(tǒng)默認(rèn)密碼，進(jìn)入系統(tǒng)主界面顯示 圖4.3.1 系統(tǒng)進(jìn)入顯示圖 圖4.3.2 系統(tǒng)主界面顯示 第二層菜單鏈接顯示，在這測(cè)試監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)顯示和通信方式選擇這兩項(xiàng) 圖4.3.3 監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)顯示 圖4.3.4 通信方式顯示 4.2.2 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)訪問(wèn)調(diào)試 以太網(wǎng)數(shù)數(shù)據(jù)訪問(wèn)界面顯示如下 圖4.4以太網(wǎng)數(shù)據(jù)訪問(wèn) 4.2.3 紅外數(shù)據(jù)讀取調(diào)試 通過(guò)紅外讀取系統(tǒng)數(shù)據(jù)，方便分析系統(tǒng)狀態(tài)值的變化，使得抄表更為方便快捷。紅外抄表實(shí)物圖片如下 圖4.5紅外抄表實(shí)物圖 基站總臺(tái)控制系統(tǒng)的整體實(shí)物圖如下 圖4.6 基站總臺(tái)控制系統(tǒng)整體實(shí)物圖 4.3 上位機(jī)及PC機(jī)調(diào)試 首先進(jìn)行上位機(jī)的硬件連接，連接完成后進(jìn)行上電初始化和打開PC機(jī)的VC界面，當(dāng)VC界面正常打開時(shí)，會(huì)出現(xiàn)“串口已打開”的提示；當(dāng)VC界面無(wú)法正常打開時(shí)，會(huì)出現(xiàn)“串口無(wú)法打開”的提示，出現(xiàn)此情況時(shí)首先檢測(cè)硬件連接，再檢查選定串口通道是否正確。經(jīng)過(guò)測(cè)試系統(tǒng)各部分協(xié)調(diào)穩(wěn)定工作。
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設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計(jì)目的 為了充分、高效地利用太陽(yáng)能, 除了提高太陽(yáng)能電池板對(duì)光能的轉(zhuǎn)換效率外, 跟蹤太陽(yáng)是提高太陽(yáng)能利用率的有效手段。據(jù)實(shí)驗(yàn), 采用太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤發(fā)電設(shè)備要比固定發(fā)電設(shè)備的發(fā)電量提高35%。在這設(shè)計(jì)了基于太陽(yáng)能電池板自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)的高效太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。 基本思路 微處理器根據(jù)光電傳感器確定陽(yáng)光最強(qiáng)的角度，然后通過(guò)閉環(huán)控制算法控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板正對(duì)太陽(yáng)，在此基礎(chǔ)上，加入無(wú)線模塊把采集數(shù)據(jù)發(fā)送到基站總臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理?；究偱_(tái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)密碼保護(hù)、紅外熱釋電人體檢測(cè)、Flash實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、紅外數(shù)據(jù)抄表、遠(yuǎn)程以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸和訪問(wèn)以及串口VC上位機(jī)數(shù)據(jù)曲線顯示等功能。 創(chuàng)新點(diǎn) ①設(shè)計(jì)了太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的太陽(yáng)能電池板始終正對(duì)太陽(yáng)模型； ②設(shè)計(jì)了從太陽(yáng)能發(fā)電到無(wú)線數(shù)據(jù)處理以及遠(yuǎn)程抄表整個(gè)系統(tǒng)模型； ③實(shí)現(xiàn)多種通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及遠(yuǎn)程以太網(wǎng)數(shù)據(jù)訪問(wèn)； 技術(shù)關(guān)鍵 電機(jī)控制算法應(yīng)用技術(shù) 光電檢測(cè)控制技術(shù)、單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)和多方式數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。 技術(shù)指標(biāo) ①太陽(yáng)能跟蹤從機(jī)低功耗模式為8mA，數(shù)據(jù)采集模式為15mA，電機(jī)控制轉(zhuǎn)動(dòng)為29mA； ②無(wú)線傳輸距離20米，傳輸速率最高可達(dá)2Mbps； ③紅外數(shù)據(jù)傳輸為5米； ④RS485傳輸為大于100米；
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 科學(xué)性先進(jìn)性 ①與傳統(tǒng)的固定太陽(yáng)能電池板發(fā)電系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)采用微處理器對(duì)光電傳感器實(shí)時(shí)采樣確定太陽(yáng)光最強(qiáng)位置使得太陽(yáng)能電池板正對(duì)太陽(yáng)。 ②與傳統(tǒng)的跟蹤裝置相比，本作品控制裝置簡(jiǎn)單實(shí)用靈活性大大增加，避免了安裝投資，成本低。 ③與傳統(tǒng)單一數(shù)據(jù)傳輸相比，本作品實(shí)現(xiàn)了無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸、紅外數(shù)據(jù)傳輸、RS232和RS485傳輸、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)訪問(wèn)。 ④與傳統(tǒng)的人工抄表相比，本作品實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)實(shí)時(shí)采集太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的狀態(tài)信息，并通過(guò)LCD在線顯示，具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、準(zhǔn)確性高等特點(diǎn)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品 模型 現(xiàn)場(chǎng)演示 圖片 錄像 樣品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 由于本系統(tǒng)采用了先進(jìn)的光電檢測(cè)控制技術(shù)以及高效控制算法讓太陽(yáng)能電池板在發(fā)電過(guò)程中時(shí)刻與太陽(yáng)光線保持垂直已獲得最佳光照。在這個(gè)過(guò)程中通過(guò)無(wú)線模塊與基站總臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，利用紅外抄表可以實(shí)時(shí)的讀取基站總臺(tái)數(shù)據(jù)方便數(shù)據(jù)分析處理。本系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)： ①本系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)單操作靈活而且投資少、成本低； ②本系統(tǒng)具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性、可靠性、實(shí)時(shí)性； ③通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸節(jié)約了大量的人力、物力、財(cái)力； ④多種通信方式的選擇提高了系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性靈活性。 因此，本系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用推廣價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)前景。
同類課題研究水平概述
- 太陽(yáng)能追光技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 據(jù)實(shí)驗(yàn)得知，在太陽(yáng)能光發(fā)電中，相同條件下，采用自動(dòng)追蹤發(fā)電設(shè)備要比固定發(fā)電設(shè)備的發(fā)電量提高35%，因此在太陽(yáng)能發(fā)電利用中，有必要進(jìn)行太陽(yáng)追蹤。 視日運(yùn)動(dòng)軌跡系統(tǒng)根據(jù)追蹤系統(tǒng)的軸數(shù)，可分為單軸和雙軸兩種。 一、單軸追蹤 單軸追蹤一般采用:①傾斜布置東西追蹤;②焦線南北水平布置，東西追蹤;③焦線東西水平布置，南北追蹤。這三種方式都是單軸轉(zhuǎn)動(dòng)的南北向或東西向追蹤，工作原理基本相似。采用這種追蹤方式，一天之中只有正午時(shí)刻太陽(yáng)光與柱形拋物面的母線相垂直，此時(shí)熱流最大;而在上午或下午太陽(yáng)光線都是斜射。單軸追蹤的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是由于入射光線不能始終與主光軸平行，收集太陽(yáng)能的效果并不理想。 二、雙軸追蹤 如果能夠在太陽(yáng)高度和赤緯角的變化上都能夠追蹤太陽(yáng)就可以獲得最多的太陽(yáng)能，全追蹤即雙軸就是根據(jù)這樣的要求而設(shè)計(jì)的。雙軸追蹤又可以分為兩種方式:極軸式全追蹤和高度角方位角式全追蹤。 (l)極軸式全追蹤 極軸式全追蹤原理:聚光鏡的一軸指向地球北極，即與地球自轉(zhuǎn)軸相平行，故稱為極軸;另一軸與極軸垂直，稱為赤緯軸。工作時(shí)反射鏡面繞極軸運(yùn)轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速的設(shè)定與地球自轉(zhuǎn)角速度大小相同方向相反用以追蹤太陽(yáng)的視日運(yùn)動(dòng);反射鏡圍繞赤緯軸作俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)是為了適應(yīng)赤緯角的變化，通常根據(jù)季節(jié)的變化定期調(diào)整。 (2)高度角一方位角式太陽(yáng)追蹤 高度角和方位角式太陽(yáng)追蹤方法又稱為地平坐標(biāo)系雙軸追蹤。集熱器的方位軸垂直于地平面，另一根軸與方位軸垂直，稱為俯仰軸。工作時(shí)集熱器根據(jù)太陽(yáng)的視日運(yùn)動(dòng)繞方位軸轉(zhuǎn)動(dòng)改變方位角，繞俯仰軸作俯仰運(yùn)動(dòng)改變集熱器的傾斜角，從而使反射鏡面的主光軸始終與太陽(yáng)光線平行。這種追蹤系統(tǒng)的特點(diǎn)是追蹤精度高，而且集熱器裝置的重量保持在垂直軸所在的平面內(nèi)，支承結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)比較容易。由上文得知， 我國(guó)國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤器主要有:壓差式太陽(yáng)能跟蹤器，控放式太陽(yáng)跟蹤器，時(shí)鐘式太陽(yáng)跟蹤器，比較控制式太陽(yáng)跟蹤器。由于純機(jī)械式的跟蹤器和時(shí)鐘式的機(jī)電跟蹤器精度偏低，因此，本系統(tǒng)采用了精度相對(duì)較高的光敏電阻控制的太陽(yáng)跟蹤器的控制方式使光伏電池始終朝向太陽(yáng)。
