基本信息
- 項目名稱：
- 高效太陽能發(fā)電系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本系統(tǒng)設(shè)計了基于太陽能電池板自動跟蹤太陽的高效太陽能發(fā)電系統(tǒng)。包括:太陽能電池板跟蹤裝置、夜晚電池板自動復(fù)位裝置、鋰電池充電裝置、無線數(shù)據(jù)傳輸、TFT彩屏顯示、VC上位機界面顯示、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)訪問。系統(tǒng)根據(jù)光電傳感器確定陽光最強的位置，實現(xiàn)電池板跟蹤太陽。無線模塊把采集數(shù)據(jù)發(fā)送到基站進行處理。基站實現(xiàn)密碼保護、紅外熱釋電檢測、數(shù)據(jù)存儲、紅外抄表、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸和訪問以及VC上位機顯示等功能。
- 詳細介紹：
- 1 系統(tǒng)整體設(shè)計 1.1 系統(tǒng)可以實現(xiàn)的功能 1、能夠通過光電傳感器實現(xiàn)太陽能電池板正對太陽。 2、能夠?qū)崿F(xiàn)太陽能跟蹤系統(tǒng)盡可能低的功耗。 3、能夠?qū)崟r檢測系統(tǒng)的各個狀態(tài)值并顯示在段碼液晶上。 4、能夠通過鍵盤調(diào)節(jié)太陽能跟蹤系統(tǒng)采集跟蹤時間間隔。 5、能夠通過無線模塊NRF24L01實現(xiàn)太陽能跟蹤系統(tǒng)與基站無線數(shù)據(jù)傳輸。 6、能夠通過鍵盤和TFT彩屏建立起良好的人機界面且系統(tǒng)應(yīng)易于操作。 7、能夠通過鍵盤實現(xiàn)開機密碼保護以及修改系統(tǒng)密碼。 8、能夠?qū)崿F(xiàn)多種通信方式進行通信交互數(shù)據(jù)。 9、能夠通過紅外熱釋電模塊檢測人體的功能。 10、能夠通過紅外實現(xiàn)手持式抄表功能。 11、能夠通過VC界面實現(xiàn)系統(tǒng)各個狀態(tài)的數(shù)值曲線的顯示功能。 12、能夠通過以太網(wǎng)訪問本系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)。 1.2 系統(tǒng)的思路 系統(tǒng)設(shè)計的中心思想是采用低功耗單片機MSP430F1611實現(xiàn)太陽能電池板自動跟蹤太陽光系統(tǒng)，實現(xiàn)在0~180度范圍內(nèi)，根據(jù)光電傳感器確定陽光最強的角度，然后通過低功耗單片機控制電機轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)太陽能電池實時跟蹤太陽。在此基礎(chǔ)上，加入無線模塊把采集數(shù)據(jù)發(fā)送到基站進行數(shù)據(jù)處理?；緦崿F(xiàn)系統(tǒng)密碼保護、紅外熱釋電人體檢測、Flash實時數(shù)據(jù)存儲、紅外數(shù)據(jù)抄表、遠程以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸和訪問以及串口VC上位機數(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 太陽能跟蹤從機系統(tǒng)設(shè)計方案 圖1.2基站數(shù)據(jù)處理設(shè)計方案 圖1.3系統(tǒng)的整體構(gòu)成 1.3.2 太陽能跟蹤從機系統(tǒng)方案選擇 1.3.2.1 微控制器的選擇 因為太陽能跟蹤系統(tǒng)要求低功耗，所以本系統(tǒng)采用了TI公司的MSP430單片機作為控制模塊。此型號單片機電源電壓采用的是1.8～3.6V，電壓要求低。根據(jù)實際情況，選擇MSP430F1611，該單片機中斷源比較多，并且可以任意嵌套，使用起來非常方便；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 光電信號采集方案 采光系統(tǒng)采用兩個光敏電阻分壓，用單片機的ADC實時檢測其中心電壓值并判斷此時的太陽能電池是否正對太陽光，從而通過電機調(diào)整太陽能電池的位置。利用AD檢測光敏電阻中心電壓可以轉(zhuǎn)換到對太陽的檢測。當太陽光正對太陽能電池板時，理論上測得的兩個光敏電阻中心電壓值為1.25V。實際測量中，中心電壓值為1.24V~1.26V時，電機保持穩(wěn)定狀態(tài)。在此范圍之外，控制電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。 1.3.2.3 電機轉(zhuǎn)動控制方案 電機選擇3V直流電機，為實現(xiàn)電機的正向和反向轉(zhuǎn)動，采用H橋驅(qū)動電路，如圖1.4所示。H橋式電機驅(qū)動電路包括4個三極管和一個電機。要使電機運轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對角線上的一對三極管。當Q1和Q4導(dǎo)通時，電流將從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過電機，然后再經(jīng) Q4回到電源負極；當Q2和Q3導(dǎo)通時，電流將從右至左流過電機。因此，根據(jù)不同三極管對的導(dǎo)通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過電機，從而控制電機的轉(zhuǎn)向。通過單片機對光敏電路檢測判斷以及對Ｈ橋進行控制，即可實現(xiàn)跟蹤太陽光的目的。 圖1.4 電機控制 1.3.2.4 顯示模塊控制方案 由于設(shè)計要求不需要太多內(nèi)容的顯示，考慮到功耗及性價比問題，利用液晶驅(qū)動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IC上裝有兩種頻率的蜂鳴驅(qū)動電路，可以實現(xiàn)報警功能。自制段碼LCD顯示狀態(tài)時電流為60uA，省電模式時小于5uA，工作電壓3.0V時即可正常顯示，其顯示清晰，穩(wěn)定可靠，使用編程簡單，很適合低功耗的要求。 1.3.2.5 無線收發(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Shock Burst技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。nRF24L01功耗低,在以-6dBm的功率發(fā)射時，工作電流也只有9mA;接收時，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)計更方便。nRF24L01適用于多種無線通信的場合，如無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、無線鼠標、遙控開鎖、遙控玩具等。 1.3.2.6 鋰電池充電模塊 選用美國TI公司生產(chǎn)的先進鋰電池充電管理芯片BQ2057對鋰子電池充電。其特點是高效率、低功耗、顯示鋰子電池充電狀態(tài)以及外圍電路簡單。BQ2057可以動態(tài)補償鋰電池組的內(nèi)阻以減少充電時間，帶有可選的電池溫度監(jiān)測，利用電池組溫度傳感器連續(xù)檢測電池溫度，當電池溫度超出設(shè)定范圍時BQ2057關(guān)閉對電池充電。內(nèi)部集成的恒壓恒流器帶有高/低邊電流感測和可編程充電電流，充電狀態(tài)識別可由輸出的LED指示燈，具有自動重新充電、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，當鋰子電池的電壓低于2V以下，BQ2057會啟動充電。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（對角線）彩色TFT顯示模塊，MzTH24V10自帶四種字號的ASCII碼西文字庫，并且自帶基本繪圖GUI功能，包括畫點、畫直線、矩形、圓形等；而如其它型號的MzTH系列模塊一樣，模塊內(nèi)部有4M bytes大小的資源存儲器，支持GBK2312的二級（包含一級和二級）漢字庫、BMP位圖、ASCII碼西文字庫的資源。模塊為串行UART接口，接口簡單、操作方便；與各種MCU均可進行方便簡單的接口操作。 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紅外輻射，采用雙靈敏元互補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間，在此期間模塊會間隔地輸出0-3次，一分鐘后進入待機狀態(tài)。感應(yīng)模塊采用雙元探頭，探頭的窗口為長方形，雙元（A元B元）位于較長方向的兩端，當人體從左到右或從右到左走過時,紅外光譜到達雙元的時間、距離有差值，差值越大，感應(yīng)越靈敏，當人體從正面走向探頭或從上到下或從下到上方向走過時，雙元檢測不到紅外光譜距離的變化，無差值，因此感應(yīng)不靈敏或不工作；所以安裝感應(yīng)器時應(yīng)使探頭雙元的方向與人體活動最多的方向盡量相平行，保證人體經(jīng)過時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)仍然比上下兩個方向感應(yīng)范圍大、靈敏度強。 1.3.3.3 溫濕度檢測模塊 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數(shù)信號輸出的溫濕度復(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期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每個DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數(shù)以程序的形式儲存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達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。與這部分硬件相對應(yīng)的軟件是網(wǎng)卡驅(qū)動。所謂驅(qū)動程序是指一組子程序，它們屏蔽了底層硬件處理細節(jié)，同時向上層軟件提供硬件無關(guān)接口。驅(qū)動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)，也可以放在動態(tài)鏈接庫里，用到的時候再動態(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，提出了虛擬機的概念，在CPU的配合下，系統(tǒng)工作在保護模式，OS接管了I/O、中斷、內(nèi)存訪問，應(yīng)用程序不能直接訪問硬件。這樣提高了系統(tǒng)可靠性和兼容性，也帶來了軟件編程復(fù)雜的問題。任何網(wǎng)卡驅(qū)動都要按VXD或WDM模式編寫，對于硬件一側(cè)要處理虛擬機操作、總線協(xié)議(如ISA、PCI)、即插即用、電源管理；上層軟件一側(cè)要實現(xiàn)NDIS規(guī)范。因此在WIN98下實現(xiàn)網(wǎng)卡驅(qū)動是一件相當復(fù)雜的事情。 1.3.3.5 紅外數(shù)據(jù)傳輸模塊 發(fā)送部分，當數(shù)據(jù)為0時，S9012-1導(dǎo)通，38K載波波形經(jīng)S9012-2發(fā)送；當數(shù)據(jù)為1時，S9012-1不導(dǎo)通，沒有波形被發(fā)送。接收部分，當有波形檢測到時判斷發(fā)送數(shù)據(jù)為0，否則判為1；在沒有數(shù)據(jù)發(fā)送時，接收始終為1，經(jīng)串口通信協(xié)議判斷為沒有數(shù)據(jù)發(fā)送，所以實現(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芯片由單片機的串口發(fā)送數(shù)據(jù)和電腦進行通信。采用RS485總線實現(xiàn)系統(tǒng)與上位機或終端之間的通信，相對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、抗干擾性強、與外部通信接口容易對接的優(yōu)點。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100米。 2 硬件設(shè)計 2.1 太陽能跟蹤從機系統(tǒng)硬件設(shè)計總電路圖如下 圖2.1 太陽能跟蹤從機系統(tǒng)原理圖 2.1.1 采光系統(tǒng)模塊設(shè)計 通過MSP430F1611自帶12位AD，利用AD檢測光敏電阻中心電壓可以轉(zhuǎn)換到對太陽光的檢測。應(yīng)用電路為： 圖2.2 光電傳感器檢測原理圖 當太陽光正對太陽能電池板時，此時測得的光敏電阻中心電壓值為VCC/2。實際測量在一定的范圍內(nèi)，其誤差為0.01V。通過軟硬件濾波算法可以做到數(shù)據(jù)采集準確很好的實現(xiàn)了跟蹤太陽。 2.1.2 無線收發(fā)木塊nRF24L01芯片 2.1.2.1 nRF24L01芯片簡介 nRF24L01 是NORDIC 公司最近生產(chǎn)的一款無線通信通信芯片，采用FSK 調(diào)制，內(nèi)部集成NORDIC 自己的Enhanced Short Burst 協(xié)議?？梢詫崿F(xiàn)點對點或是1 對6 的無線通信。無線通信速度可以達到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愛好者只需要為單片機系統(tǒng)預(yù)留5 個GPIO，1 個中斷輸入引腳，就可以很容易實現(xiàn)無線通信的功能，非常適合用來為MCU 系統(tǒng)構(gòu)建無線通信功能。 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 基站總臺控制系統(tǒng)方案選擇總控制電路圖如下 圖2.4 基站總臺控制系統(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)計了相應(yīng)的鍵盤界面，16個鍵的功能如圖所示。 圖2.6 鍵盤功能定義圖 其中數(shù)字鍵“0~9” 用來輸入相應(yīng)按鍵控制命令以及系統(tǒng)密碼進入，C為系統(tǒng)界面返回鍵控制返回和退出。 3 軟件設(shè)計 3.1 太陽能跟蹤從機系統(tǒng)軟件設(shè)計 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 無線模塊子程序以及上位機程序流程圖 圖3.3 無線數(shù)據(jù)發(fā)送模塊流程圖 圖3.4上位機主程序流程圖 3.2 上位機系統(tǒng)流程圖以及PC機軟件設(shè)計 圖3.5上位機主程序流程圖 3.3.1 PC機功能介紹 通過編寫VC界面可以通過PC機軟件實時顯示當前中心電壓、太陽能電池電壓、鋰電池電壓、鋰電池充電電流等各個狀態(tài)的變化，分為數(shù)字、曲線及狀態(tài)顯示等，整個界面美觀大方，可操作性強，互動性好。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位、小數(shù)點后第一位、小數(shù)點后第二位。其他各路依次類推：CXXXD ,EXXXF分別代表著太陽能電池電壓和鋰電池電壓上傳等。 3.3.2 PC機界面設(shè)計圖 下圖為PC機顯示界面： 圖3.6 VC上位機實時數(shù)據(jù)監(jiān)測 圖3.7 Flash數(shù)據(jù)存儲顯示 4 系統(tǒng)調(diào)試 4.1 太陽能跟蹤從機系統(tǒng)調(diào)試 4.1.1 光電傳感器對陽光調(diào)整 將編寫的程序下載到單片機中，連接好硬件電路，單片機開始采集數(shù)據(jù)這時要調(diào)整光電傳感器的位置使得太陽能電池板正對太陽。觀察LCD上的中心電壓值此時應(yīng)該在1.24-1.26之間為正常值，通過LCD還可以看到當前鋰電池的電壓和充電電流以及太陽能電池板的電壓。 系統(tǒng)測試LCD顯示的中心電壓值與實際的中心電壓值的對比： 表4.1 LCD顯示的中心電壓值與實際中心電壓值的對比表 測試次數(shù) 項目 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)過測試，中心電壓的誤差在允許范圍內(nèi)，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的運行。當系統(tǒng)跟蹤太陽失敗后系統(tǒng)會把信息發(fā)送到基站中心，基站會發(fā)出聲光報警提醒檢修人員及時的到設(shè)備現(xiàn)場檢修設(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 無線模塊的調(diào)試 將無線模塊連接好，打開基站總臺系統(tǒng)。先讓太陽能跟蹤系統(tǒng)發(fā)送一組數(shù)據(jù)。基站總臺進行接收。通過自動應(yīng)答模式可以看到系統(tǒng)指示燈閃爍2次說明基站已經(jīng)接收到數(shù)據(jù)，經(jīng)測試數(shù)據(jù)可用無誤的傳送到基站。此時把跟蹤系統(tǒng)的各個狀態(tài)值如中心電壓、太陽能電池電壓值等發(fā)送給基站總臺進行數(shù)據(jù)的處理。經(jīng)過測試，太陽能跟蹤系統(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)采集時間調(diào)整 通過按鍵可以設(shè)定系統(tǒng)的采集時間最小為1S最大為9999S系統(tǒng)默認值為3S方便演示，在系統(tǒng)的實際應(yīng)用中可以加大采集時間間隔，并且系統(tǒng)在設(shè)定采集時間后會把采集的時間存儲到Flash中這樣系統(tǒng)掉電后還是上一次設(shè)定的采集時間，而不是恢復(fù)系統(tǒng)默認采集時間。經(jīng)測試系統(tǒng)的整體低功耗為8MA活躍狀態(tài)為16MA在一次采集時間中活躍狀態(tài)在整個周期中占比重很小為ms級從而保證系統(tǒng)整體低功耗最大限度的利用太陽能。 太陽能跟蹤系統(tǒng)的整體實物圖如下 圖4.2 太陽能跟蹤系統(tǒng)整體實物圖 4.2 基站總臺控制系統(tǒng)調(diào)試 4.2.1 基站彩屏主菜單顯示調(diào)試 首先進行基站硬件連接，上電初始化。然后輸入系統(tǒng)默認密碼，進入系統(tǒng)主界面顯示 圖4.3.1 系統(tǒng)進入顯示圖 圖4.3.2 系統(tǒng)主界面顯示 第二層菜單鏈接顯示，在這測試監(jiān)控數(shù)據(jù)顯示和通信方式選擇這兩項 圖4.3.3 監(jiān)控數(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)訪問調(diào)試 以太網(wǎng)數(shù)數(shù)據(jù)訪問界面顯示如下 圖4.4以太網(wǎng)數(shù)據(jù)訪問 4.2.3 紅外數(shù)據(jù)讀取調(diào)試 通過紅外讀取系統(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。紅外抄表實物圖片如下 圖4.5紅外抄表實物圖 基站總臺控制系統(tǒng)的整體實物圖如下 圖4.6 基站總臺控制系統(tǒng)整體實物圖 4.3 上位機及PC機調(diào)試 首先進行上位機的硬件連接，連接完成后進行上電初始化和打開PC機的VC界面，當VC界面正常打開時，會出現(xiàn)“串口已打開”的提示；當VC界面無法正常打開時，會出現(xiàn)“串口無法打開”的提示，出現(xiàn)此情況時首先檢測硬件連接，再檢查選定串口通道是否正確。經(jīng)過測試系統(tǒng)各部分協(xié)調(diào)穩(wěn)定工作。
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作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 設(shè)計目的 為了充分、高效地利用太陽能, 除了提高太陽能電池板對光能的轉(zhuǎn)換效率外, 跟蹤太陽是提高太陽能利用率的有效手段。據(jù)實驗, 采用太陽自動跟蹤發(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)計了基于太陽能電池板自動跟蹤太陽的高效太陽能發(fā)電系統(tǒng)。 基本思路 微處理器根據(jù)光電傳感器確定陽光最強的角度，然后通過閉環(huán)控制算法控制電機轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)太陽能電池板正對太陽，在此基礎(chǔ)上，加入無線模塊把采集數(shù)據(jù)發(fā)送到基站總臺進行數(shù)據(jù)分析處理。基站總臺實現(xiàn)系統(tǒng)密碼保護、紅外熱釋電人體檢測、Flash實時數(shù)據(jù)存儲、紅外數(shù)據(jù)抄表、遠程以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸和訪問以及串口VC上位機數(shù)據(jù)曲線顯示等功能。 創(chuàng)新點 ①設(shè)計了太陽能發(fā)電系統(tǒng)的太陽能電池板始終正對太陽模型； ②設(shè)計了從太陽能發(fā)電到無線數(shù)據(jù)處理以及遠程抄表整個系統(tǒng)模型； ③實現(xiàn)多種通信方式進行數(shù)據(jù)傳輸以及遠程以太網(wǎng)數(shù)據(jù)訪問； 技術(shù)關(guān)鍵 電機控制算法應(yīng)用技術(shù) 光電檢測控制技術(shù)、單片機應(yīng)用技術(shù)和多方式數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。 技術(shù)指標 ①太陽能跟蹤從機低功耗模式為8mA，數(shù)據(jù)采集模式為15mA，電機控制轉(zhuǎn)動為29mA； ②無線傳輸距離20米，傳輸速率最高可達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、先進性
- 科學(xué)性先進性 ①與傳統(tǒng)的固定太陽能電池板發(fā)電系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)采用微處理器對光電傳感器實時采樣確定太陽光最強位置使得太陽能電池板正對太陽。 ②與傳統(tǒng)的跟蹤裝置相比，本作品控制裝置簡單實用靈活性大大增加，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，本作品實現(xiàn)了無線數(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。 ④與傳統(tǒng)的人工抄表相比，本作品實現(xiàn)了自動實時采集太陽能發(fā)電系統(tǒng)的狀態(tài)信息，并通過LCD在線顯示，具有實時性強、準確性高等特點。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品 模型 現(xiàn)場演示 圖片 錄像 樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 由于本系統(tǒng)采用了先進的光電檢測控制技術(shù)以及高效控制算法讓太陽能電池板在發(fā)電過程中時刻與太陽光線保持垂直已獲得最佳光照。在這個過程中通過無線模塊與基站總臺進行數(shù)據(jù)交互，利用紅外抄表可以實時的讀取基站總臺數(shù)據(jù)方便數(shù)據(jù)分析處理。本系統(tǒng)具有以下優(yōu)點： ①本系統(tǒng)安裝簡單操作靈活而且投資少、成本低； ②本系統(tǒng)具有很強的穩(wěn)定性、可靠性、實時性； ③通過無線數(shù)據(jù)傳輸節(jié)約了大量的人力、物力、財力； ④多種通信方式的選擇提高了系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性靈活性。 因此，本系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用推廣價值和廣闊的市場前景。
同類課題研究水平概述
- 太陽能追光技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 據(jù)實驗得知，在太陽能光發(fā)電中，相同條件下，采用自動追蹤發(fā)電設(shè)備要比固定發(fā)電設(shè)備的發(fā)電量提高35%，因此在太陽能發(fā)電利用中，有必要進行太陽追蹤。 視日運動軌跡系統(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刻太陽光與柱形拋物面的母線相垂直，此時熱流最大;而在上午或下午太陽光線都是斜射。單軸追蹤的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，但是由于入射光線不能始終與主光軸平行，收集太陽能的效果并不理想。 二、雙軸追蹤 如果能夠在太陽高度和赤緯角的變化上都能夠追蹤太陽就可以獲得最多的太陽能，全追蹤即雙軸就是根據(jù)這樣的要求而設(shè)計的。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。工作時反射鏡面繞極軸運轉(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的視日運動;反射鏡圍繞赤緯軸作俯仰轉(zhuǎn)動是為了適應(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追蹤 高度角和方位角式太陽追蹤方法又稱為地平坐標系雙軸追蹤。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。工作時集熱器根據(jù)太陽的視日運動繞方位軸轉(zhuǎn)動改變方位角，繞俯仰軸作俯仰運動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光線平行。這種追蹤系統(tǒng)的特點是追蹤精度高，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)計比較容易。由上文得知， 我國國內(nèi)太陽能自動跟蹤器主要有:壓差式太陽能跟蹤器，控放式太陽跟蹤器，時鐘式太陽跟蹤器，比較控制式太陽跟蹤器。由于純機械式的跟蹤器和時鐘式的機電跟蹤器精度偏低，因此，本系統(tǒng)采用了精度相對較高的光敏電阻控制的太陽跟蹤器的控制方式使光伏電池始終朝向太陽。
