太阳能发电数据采集系统的protues仿真
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太阳能发电系统数据采集与传输的硬件设计
太阳能发电系统数据采集与传输的硬件设计
引言 ARM(Advanced RISC Machines)是对一类微处理器的通称。ARM是微处理器行业的一家知名企业，它设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。ARM微处理器是一种高性能、低功耗的32位微处理器，该处理器广泛应用于嵌入式系统中。ARM 9代表了ARM公司主流的处理器，已经在手持电话、机顶盒、数码像机、GPS、个人数字助理以及因特网设备等方面有了广泛的应用
Machines)是对一类微处理器的通称。ARM是微处理器行业的一家知名企业，它设计了大量高性能、廉价、耗能低的处理器、相关技术及软件。ARM微处理器是一种高性能、低功耗的32位微处理器，该处理器广泛应用于嵌入式系统中。ARM 9代表了ARM公司主流的处理器，已经在手持电话、、数码像机、、个人数字助理以及因特网设备等方面有了广泛的应用。在此，以ST公司生产的ARM 9系列中典型的芯片作为硬件开发平台的MCU，完成了基于ARM的太阳能发电系统中数据采集与的硬件设计，并提出了一种利用RS 485串口代替RS 232串121来进行通信的新方法。 l 硬件总体设计框架 硬件总体设计框架如图1所示。 2 硬件介绍 现以芯片作为硬件开发平台的MCU，外扩张了点阵、输入按键、接口、、CAN、USB、ETM接口、音频／话筒和以太网接口。其中，本文使用的有接口和以太网接口。接口分为一个RS 232串口和两个RS 485串口。RS 232串口用来与GSM模块的RS 232串口相连，以实现的无线传输；两个RS 485串口，一个用来作MODBUS通信接口，另一个用来接电度表计，以采集统计并显示太阳能发电系统的发电量。以太网通过网线连接到网络，以实现数据的无线传输。 3 硬件电路设计和功能实现 3．1 RS 232串口的电路设计和功能实现 RS 232是一种串行数据接口标准，是目前最常用的串行接口标准，用于计算机与计算机之间、计算机与外设之间的数据传输。RS 232串行接口总线适用于设备之间通信距离不大于15 m，传输速率最大为20 KB／s。 RS 232串口是通过ST公司生产的EAR来实现的。EAR是一种把电脑的串行口RS 232信号电平(-lO V，+10 V)转换为所用到的TTL信号电平(O V，+3．3 V)的芯片。它的内部结构由三部分组成：第一部分是电荷泵电路，由1～6脚和4只电容构成。其功能是产生+12 V和-12 V两个电源，为RS 232串口提供电平的需要。第二部分是数据转换通道，由7～14脚构成2个数据通道。其中，13脚()、12脚(R1OUT)、11脚(TlIN)、14脚(T1OUT)为第一数据通道；8脚(R2IN)、9脚(R2OUT)、10脚(T2IN)、7脚(T2OUT)为第二数据通道。TTL／数据从TlIN，T2IN输入转换成RS 232数据，从T1OUT，T20UT送到电脑DP9插头；DP9插头的RS 232数据从，R2IN输入转换成TTL／数据后，从R1OUT，R2OUT输出。第三部分是供电，由15脚GND、16脚VCC(+5 V)构成。 通过将MCU中GPIO的RXD和TXD分别与的12脚(R1OUT)和11脚(T1IN)相连，使14脚(T10UT)和13脚(R1IN)输出RS 232电平，然后连接GSM模块RS 232串口和MCU板上的RS 232串口，可以通过向RS 232接口写AT指令来达到控制GSM模块功能的目的，以通过实现数据的传输。 3．2 RS 485串口的电路设计和功能实现 RS 485是用来采集太阳能发电系统数据的，这里之所以采用RS 485而不采用RS 232，是因为RS 485比RS 232具有很多优势。RS 232采取不平衡传输方式，即单端通信，其收发端的数据信号都是相对于地信号的。所以它的共模抑制能力差，再加上双绞线的分布电容，其传输距离最大约为15 m，最高速率为20 KB／s，且其只能支持点对点通信。而RS 485采用平衡发送和差分接受方式实现通信，由于传输线通常使用双绞线，有时差分传输，所以有极强的抗共模干扰能力，总线收发器的灵敏度很高，可以检测到低至200 mV的电压，故其传输信号在千米以上是可以恢复的。RS 485的最大通信距离约为1 219 m，最大传输速率为10 MB／s，它采用双半工工作方式，可支持多点数据通信，其总线一般最大支持32个节点。 RS 485接口芯片采用的是。采用单一电源+3．3 V工作，半双工通信方式，可完成将TTL电平转换为RS 485电平的功能。 ADM34185芯片的结构和引脚都非常简单，内部含有一个驱动器和一个接收器，RO和DI端分别为接收器的输出端和驱动器的输入端，与连接时只需分别与的RXD和TXD相连即可。RE和DE端分别为接收和发送的使能端，当RE为逻辑0时，器件处于接收状态；当DE为逻辑1时，器件处于发送状态，因为工作在半双工状态，所以只需用单片机的一个管脚控制这两个引脚即可。A端和B端分别为接收和发送的差分信号端，当A引脚的电平高于B时，代表发送的数据为1；当A的电平低于B端时。代表发送的数据为O。在与单片机连接时接线非常简单，只需要一个信号控制ADM3485的接收和发送即可。同时将A和B端之间加匹配电阻，一般可选100 &;的电阻。该设计有两个RS 485，其中一个用来作MODBUS通信接口，另一个用来接电度表，以采集统计并显示太阳能发电系统的发电量。 3．3 以太网的电路设计和功能实现 以太网网口采用的是T-01，以太网物理层接口芯片采用的是ST公司的STElOOP快速以太网物理层芯片。STEl00P以太网接口芯片提供了一组媒体独立接口(MII)。媒体独立指的是在不对MAC硬件重新设计或的情况下，任何类型的PHY设备都可以正常工作。MII接口是快速以太网MAC层与PHY层之间的标准接口，是 802．3定义的以太网行业的标准。它包括一个数据接口，以及一个MAC和PHY之间的管理接口。数据接口包括分别用于发送器和接收器的两条独立信道。每条信道都有自己的数据、时钟和控制信号。MII数据接口总共需要16个信号。管理接口是个双信号接口：一个是时钟信号，另一个是数据信号。 通过管理接口，上层监视和控制PHY。基于以太网的TCP／IP通信，使ARM可以通过网线进行联网，并可以实时地与计算机进行通信，用来传输太阳能发电系统的实时数据。 4 结语 提出一种利用RS 485串口代替RS 232串口进行通信的新方法。这种方法解决了RS 232串口在传输距离和节点数量的限制，大大提高了数据传输的能力。
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泛联科技有限公司
泛联科技有限公司基于单片机的太阳能电池数据采集系统设计 性曲线和性能参数，与之比较可知，本文设计的测试系统得到的大部分性能参数误差在5.96以内，而部分参数（如串联电阻、工作电压等）误差偏大，误差的来源主要是由于本文试验电路的AD转换器的分辨率较低，对v=0附近的值采样精度较差。 结束语
本设计根据目前太阳能电池研究和工程应用的实际需要，以半导体物理学和太阳能电池的相关理论为基础，根据电子电路和单片机原理的相关知识，设计的基于单片机的太阳能电池数据采集系统，系统主要分为数据采集和数据处理及结果显示两大部分。
在数据采集部分的硬件电路中，选用步进电机和多圈电位器来实现太阳能电池外接负载的自动变化，避免了电子负载的使用。采集到的电压、电流、光强和温度信号通过作为中介的单片机传输到PC机中，在PC机中进行数据的后处理。在硬件电路设计完成后，还用C语言编写了与硬件电路相配合的软件程序。 在原理介绍完成后，还搭建了相关的试验电路，并利用试验电路对三块串联的太阳能电池进行测试。测试得到的结果表明，被测太阳能电池的I-V特性曲线可以以图形形式直观的显示出来，而电池的九个性能参数也能够以数值形式清楚的展现给测试人员，并且测试得到的I-V特性曲线的变化趋势符合太阳能电池的固有性质。整个界面直观明了，较为完整的表述了被测太阳能电池的相关信息，测试人员能够据测试得到的结果对太阳能电进行一些分析评判，系统的整体性能基本满足了太阳能电池的测试要求。
基于单片机的太阳能电池数据采集系统设计 参考文献 [1] 任致程等.实用电路500例与实现[M].北京，机械工业出版社，2 [2] 彭伟 编著.单片机C语言程序设计实训100例――基于8051+Proteus仿真.北京：电子工业出版社，0-200 [3] 周国运等.单片机原理及其应用（C语言版）(M).中国水利水电出版社. [4] 薛定宇著.控制系统计算机辅导设计――MATLAB语言及应用[M]. 清华大学出版社， [5] 楼顺天.基于MATLAB的系统分析与设计―控制系统[M]. 西安电子科技大学出版社， [6] 孙增忻.智能控制理论与技术[M]. 清华大学出版社， [7] 朱清慧，张凤蕊，翟天嵩，王志奎. Proteus教程―电子线路设计、制版与仿真[M].北京：清华大学出版社，-50 [8] 崔荣强，王晨《太阳能电池检测系统基本原理》 [J]。阳光能源，2008（3）：36-40
[9] Wang L X,Stable adaptive fuzzy control of nonlinear system. IEEE Transaction on fuzzy systems,):33-79 [10] CHANG Guang.ping.Ordinary Differential Equation:Approach Application.Journal of Beijing Union University.-47 [11] 张皆喜.单片机c语言编程与应用实例[M]. 北京：电子工业出版社出版， [12] 朱善军.单片机接口技术及应用[M]. 北京：北京航天航空大学出版社出版， [13] 《硅太阳能电池串联电阻的一种估算新方法》廖志凌，阮新波。电工技术学报，）：88-92 [14] 潘新民.微型计算机控制技术[M].
北京：人民邮电出版社出版
[15] 盖勒.D．A．GellerDavidA．著．可编程序控制器原理与设计[M]．北京清华大学出版社.2006：126-222
基于单片机的太阳能电池数据采集系统设计 附录 附录一
温度采集DS18B20参考函数如下: # define DQ
//定义DS18B20数据端口
# define DQ_DIR
//定义DS18B20D口方向寄存器
# define DQ_HIGH()
//设置数据口为输入 # define DQ_LOW()
DQ = 0; DQ_DIR=0
//设置数据口为输出 uchar
//采集到的温度高8位 uchar
//采集到的温度低8位 uchar
//转换后的温度值整数部分 uchar
//转换后的温度值小数部分 //复位DS18B20函数 void reset(void) {
presence=1;
while(presence)
DQ_LOW() ;
//主机拉至低电平
delayus(503);
//延时503us
DQ_HIGH();
//释放总线等电阻拉高总线,并保持15.60us delayus(70);
//延时70us if(DQ)
presence=1;
//没有接收到应答信号，继续复位
else presence=0;
//接收到应答信号
delayus(430);
//延时430us
//写DS18B20写字节函数 void write_byte(uchar val) {
for(i=8;i>0;i--)
temp=val & 0x01;
//最低位移出
ASM(“NOP”); ASM(“NOP”); ASM(“NOP”); 18
基于单片机的太阳能电池数据采集系统设计
ASM(“NOP”);
ASM(“NOP”);
//从高拉至低电平,产生写时间隙
if(temp==1)
DQ_HIGH();
//如果写1,拉高电平
delayus(63);
//延时63us
DQ_HIGH();
ASM(“NOP”);
ASM(“NOP”);
val=val>>1;
//DS18B20读字节函数 uchar read_byte(void) {
uchar value=0;
for(i=8;i>0;i--)
value>>=1;
delayus(6);
DQ_HIGH();
delayus(4);
if(DQ) value|=0x80; delayus(63);
return(value); } //启动温度转换函数 void wendu() { reset(); PORTA=0X02;
write_byte(0XCC);
write_byte(0X44);
write_byte(0XCC);
write_byte(0XBE);
PORTA=0X02;
//右移一位
//读出温度
//拉至高电平
//复位等待从机应答
//忽略ROM匹配
//发送温度转化命令 //再次复位，等待从机应答 //忽略ROM匹配
//发送读温度命令
//读出温度低8
//读出温度高8位
//释放总线
基于单片机的太阳能电池数据采集系统设计 TZ=(TLV>>4)|(THV<<4)&0X3f;
//温度整数部分 TX=TLV<<4;
//温度小数部分 temp=TZ+TX; } 附录二
//步进电机控制函数 Const uchar table1[]=\Const uchar table2[]=%uint i=0; void zheng(uint c)
PORTC=table1[i%4]; }
void fan(uint c)
//反转 {for(i=0;i<c;i++)
PORTC=table2[i%4]; { viod bujin() {uint
PORTC=table1[i%4];
PORTC=table2[i%4];
//正转 //反转 20基于单片机的太阳能电池数据采集系统设计
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【科普】分布式光伏--数据采集器
数据采集器是将光伏电站中的光伏并网逆变器、汇流箱、气象站和电表等设备的数据通过下接RS485、RS232和RS422等通讯协议收集起来，并用GPRS、以太网、WIFI、3G等上接方式传送到数据库的设备。
　　1.数据采集器是什么？　　数据采集器是将电站中的、汇流箱、气象站和电表等设备的数据通过下接RS485、RS232和RS422等通讯协议收集起来，并用GPRS、以太网、WIFI、3G等上接方式传送到数据库的设备。　　通常，可分为内置型/外置型：　　内置：嵌入逆变器中，用于采集逆变器数据信息，通常也称数据采集模块。外观如图1所示。　　（图1：内置数据采集器）　　外置：除了逆变器，还能连接并采集汇流箱、气象站、电表等设备的数据。外观如图2所示。　　（图2：外置数据采集器）　　2.为什么要用数据采集器？　　尽管目前在国内，还不是每个电站都安装了监控设备，但随着技术的不断成熟与普及，发电正逐步由特殊应用转向更普遍的民用、由辅助能源向基础能源过渡。同时，随着光伏装机量不断上升，市场不断饱和，人们开始对发电量越来越关心，粗放式电站运维管理必然会逐步向精细化电站运维管理转型，事实证明发达国家的光伏行业也经历了这个转变。　　（图3：住宅屋顶监控方案）　　1)提高产量　　&如何让电站达到最佳运行状态，获取更大发电量？&　　首先，我们要知道在光伏电站运转中，质量通常取决于以下两个因素：　　a)某特定电站的能量获得值和潜在能量可得值之比；　　b)随着时间推移的电站利用率。　　所以，想不断优化电站的产量，就必须能够准确监测到该电站的实际能量获得值，以及精准预估到可获的值。要如何准确监测电站的实际电量？&&这就不得不提到数据采集器了。
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