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基于IAP15F2K61S2在太阳能发电中的智能应用

高工
2014-03-20 16:21:47    评分

作者:华南理工大学 杨忠银 龚巧文 叶国凯

指导老师:叶成彬 陈崇辉

 

作品简介:

  4、降温除尘设计,通过DALLAS公司生产的1-Wire的18B20作为传感探头,将探测出的太阳能电板的温度信号传输到单片机IAP15F2K61S2进行处理,能显示当前温度,当温度高于设定值时,启动循环水进行降温,可以减少温度对半导体结温效应对太阳能发电效率的影响,同时循环水能除去附在太阳板上的灰尘。

  5、通过无线传输数据,将太阳能电板的实时位置、系统的电压电流、温度等信息传输到上位机,通过上位机显示、控制整个系统。

 

 

平台选型说明:

  本作品的设计平台选型,是基于IAP15F2K61S2单片机为核心的控制。IAP15F2K61S单片机,增强型8051CPU,1T型,运行速度为传统8051的7到12倍;内部有集成10位ADC,速度可达30万次/秒,ADC转换简单方便,无需外加ADC芯片;38个I/O口方便使用,且I/O口的功能可以切换,简化设计外围电路的设计;低功耗设计、空闲模式、掉电模式等,内部高可靠复位,ISP编程,无需外部晶振等强大功能。

 

设计说明:

  上图1.1,为太阳能发电系统设计的结构框图,是基于IAP15F2K61S2控制的总核心,总核心单片机控制其他的IAP15F2K61S2子集系统,起到控制和信息传递、交换的作用,总核心单片机能通过串口进行和上位机PC进行通讯,进行数据无线传输和控制。总核心单片机将太阳能电板的实时位置信息,东西南北偏各转角度,系统的电流电压值,太阳板的实时温度等信息传输给上位机显示,反馈为用户。

  原理框图如上图2.1.1所示,太阳能自动跟踪系统中,要对太阳位置做出判断并且自动跟踪,必须对地面上的太阳能电池板的采光面姿态进行调整,这需要采用机械执行机构实现,机械的动作由控制系统来控制,整个控制部分由信号采集、信号处理、运算、发送控制指令等几部分构成。

 

  如上图2.1.2所示,以IAP15F2K61S单片机控制,设计光敏二极管作为传感器,通过将光的信号转换为电信号,输入单片机的ADC输入I/O口,通过单片机的处理,判断,驱动步进机进行实时自动追踪。同时,通过位移函数记录步进机旋转的角度,然后反馈到单片机,单片机又将太阳能电板的实时位置传送到控制的总核心,最后无线传输到上位机显示。在意外事故的情况下,AT24C02芯片可以将数据保存。

  2.2能量监控管理系统设计

  本太阳能发电系统有两种输出,直流12V输出和交流220V输出,整个控制过程由IAP15F2K61S2单片机负责监控管理,并根据反馈采样得到的信息判断蓄电池和光伏电池的工作状态,以此作为依据,发送各种控制指令,保证系统按设计需要正常工作。

  图2.2.2中继电器1为常闭,正常情况下负载接在太阳能发电系统中,使用太阳能发出的电能,当电压低于设定值11.82V时,说明蓄电池的电量不足。通过R1、RH1采样电阻采样到的电流、电压信号传到IAP15F2K61S2单片机芯片10位ADC转换处理,单片机传送信号闭合常开继电器2,延时一定时间后断开继电器1。当太阳能发电系统的电压高于设定值11.82V时,延时一段时间,继电器1闭合,延时一定时间,断开继电器2。整个切换过程由单片机监控,同时蓄电池的电流、电压值通过数码管显示,更加直观、一目了然,而且电流电压值数据传回总核心,然后无线传输给上位机显示。

  负载为直流12V负载时,直接接在负载接线端,如果接交流220V负载时,在220V的负载端。

  太阳能系统的蓄电池为12V的直流电,而市电为220V的交流电,要实现太阳能系统和市电的不断电切换,先要对市电进行转换。利用电力电子技术的变换,将220V的市电高效率地装换为12V的直流电源,然后再将直流通过逆变环节变回220V的交流电。

  上图2.2.3所示是以PWM芯片3844为核心的离线式开关稳压电源,输入范围宽190V~260V交流,即使电网电压上下波动也能达到稳定输出。考虑到本系统控制需要+5V和+12V两个不同等级的直流电压,因此设计有两路直流输出,分别是+5V/1A和+12V/3A输出。

  2.3水循环降温除尘设计子系统

  降温除尘设计,通过DALLAS公司生产的1-Wire的18B20作为传感探头,将探测出的太阳能电板的温度信号传输到单片机IAP15F2K61S2进行处理,能显示当前温度,当温度高于设定值时,启动循环水进行降温,可以减少温度对半导体结温效应对太阳能发电效率的影响,同时循环水能除去附在太阳板上的灰尘。

  2.4无线传输上位机显示设计

  在单片机应用系统中,与单片机的数据通讯主要采用异步串行通讯。在设计通讯接口时,必须根据需要选择标准接口,并考虑传输媒介、电平转换等问题。在本系统IAP15F2K61S2单片机与上位机PC通讯,采用RS-232接口进行电平转换,电路图如下图4.2所示

  通过VB语言编写上位机显示界面,显示太阳能电板的实时位置,包括东西、南北偏转的角度和太阳能发电系统的电流、电压值、温度值等。上位机界面显示图下图2.4.3所示

 

 

  如上图2.5.1所示为太阳能发电系统机械设计的结构示意图:最底端为控制电路箱,电路控制部分集中置于该控制箱中,同时该箱也作为

 

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关键词: IAP15F2K61S2     智能     太阳能     单片机    

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