太陽能發(fā)電監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳文東，趙明冬

（鄭州科技學(xué)院，河南 鄭州 450064）

太陽能發(fā)電監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳文東，趙明冬

（鄭州科技學(xué)院，河南 鄭州 450064）

本設(shè)計(jì)針對太陽能發(fā)電領(lǐng)域的監(jiān)測系統(tǒng)，讓監(jiān)測人員及時(shí)了解太陽能發(fā)電系統(tǒng)的工作情況，方便數(shù)據(jù)的分析和管理。

太陽能發(fā)電；STC89C51；監(jiān)控系統(tǒng)

太陽能發(fā)電量主要取決光照強(qiáng)度，為了更好地監(jiān)測發(fā)電設(shè)備運(yùn)行的情況，研制了太陽能發(fā)電監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)有硬件電路和軟件兩大部分組成，通過測試表明，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確測量充放電電壓、電流和功率。

1 硬件電路設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)電路主要由太陽能電池板、鋰電池、負(fù)載LED燈、單片機(jī)系統(tǒng)等部分構(gòu)成。太陽能發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理圖如圖1所示：①太陽能電池板，該器件將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，為系統(tǒng)供電能；②鋰電池，該器件為整個(gè)系統(tǒng)的存儲電能，為各個(gè)模塊進(jìn)行供電；③負(fù)載LED燈，模擬系統(tǒng)負(fù)載，消耗整個(gè)系統(tǒng)的電能；④單片機(jī)系統(tǒng)，采用STC89C51單片機(jī)作為控制核心，配以時(shí)鐘電路和按鍵復(fù)位電路，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行；⑤充電電壓和電流檢測電路、放電電壓和電流檢測電路，兩部分電路結(jié)構(gòu)相同，待測電流通過采樣電阻轉(zhuǎn)換成電壓，與待測電壓分別調(diào)理后送入A/D轉(zhuǎn)換電路；⑥A/D轉(zhuǎn)換電路，使用PCF8591作為芯片，將充電電壓、充電電流、放電電壓、放電電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)；⑦充放電控制電路采用PWM調(diào)制方式控制充放電的電流和電壓，單片機(jī)的P1.1作為充電控制端，P1.2作為放電控制端，鋰電池在低于3.3V時(shí)，停止對外放電，達(dá)到4.2V時(shí)禁止對鋰電池充電；⑧顯示電路，本系統(tǒng)使用1602液晶屏顯示太陽能電池板的充放電電壓、電流以及功率情況；⑨按鍵輸入電路，系統(tǒng)采用獨(dú)立式按鍵對充放電的電壓、電流進(jìn)行調(diào)整，并且可以控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)和顯示內(nèi)容。

圖1 太陽能發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)原理圖

2 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件是采用C語言作為編程語言，主要含主程序、電壓電流檢測子程序，顯示子程序和中斷程序等，主程序流程圖如上圖2所示。單片機(jī)首先對顯示屏、單片機(jī)的端口等各個(gè)模塊進(jìn)行初始化，保證單片機(jī)工作在預(yù)定的工作狀態(tài)；電壓、電流檢測子程序要循環(huán)對太陽能電池板的充電電壓、電流和鋰電池的放電電壓、電流數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并計(jì)算出相應(yīng)功率；顯示子程序是將所需顯示的信息送往1602液晶顯示屏進(jìn)行顯示。

圖2 主程序流程圖

3 數(shù)據(jù)分析

表1 太陽能發(fā)電數(shù)據(jù)表

將太陽能電池板朝南與水平面夾角為38°放置，記錄某天測試數(shù)據(jù)表1中，由此看出早上太陽剛升起，光照強(qiáng)度較弱，發(fā)電功率較小，隨時(shí)間推移，太陽升高，陽光逐漸接近直射太陽能電池板，發(fā)電功率逐漸升高，當(dāng)正午12：00左右，發(fā)電功率最高到0.5W。隨太陽偏西，光照強(qiáng)度逐漸減弱，發(fā)電功率逐漸下降。

[1]張海峰，司楊，袁俊福.基于單片機(jī)的太陽能電池板監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].煤炭技術(shù)，2012，（9）.

[2]魏永.太陽能無線監(jiān)測終端[J].黑龍江科技信息，2017，（4）.

[3]賴江軼.太陽能發(fā)電監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京：北京郵電大學(xué)，2010.

陳文東（1986-），男，大學(xué)本科，助理實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向：電子與通信技術(shù)。