自動氣象站用太陽能高效控制系統(tǒng)的設(shè)計

【摘要】：自動氣象站是提供氣象觀測的設(shè)備,而數(shù)據(jù)采集是自動氣象站的核心功能,需要有充足的電源保證數(shù)據(jù)采集器的正常工作,自動氣象站一般使用12V可充電電池作直流電源,太陽能通過控制器給電池充電。針對目前自動氣象站電源系統(tǒng)充電效率、安全可靠性低的狀況,論文設(shè)計了一款針對大容量鋰聚合物電池使用光伏電池板安全、快速、高效充電,同時能實行監(jiān)控的智能控制系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由太陽能光伏電池板,大容量鋰聚合物電池,智能控制器,上位機軟件部分等組成。首先,介紹了太陽能電池的工作原理,通過MATLAB對太陽能電池的建模和仿真,結(jié)合控制電路,研究比較太陽能最大功率點跟蹤(MPPT)算法,并且對鋰聚合物電池提出高效的充電策略。接著提出控制系統(tǒng)的整體設(shè)計方法,硬件方面由DC-DC電路、主控電路、充電保護電路、數(shù)據(jù)采集電路、ZigBee數(shù)據(jù)通信電路等模塊組成,軟件方面包括控制器軟件設(shè)計和上位機軟件設(shè)計?？刂破鬈浖O(shè)計包括單片機主程序、充電控制程序、數(shù)字電位器控制程序、通信程序設(shè)計等；上位機軟件用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、電源的故障檢測與分析。最后通過仿真驗證和對照性試驗數(shù)據(jù)測試,對實驗結(jié)果進行分析。實驗表明,該系統(tǒng)能夠及時調(diào)整電池的充電策略,充分利用太陽能,縮短電池充電時間。同時具有信息存儲、實時監(jiān)測和顯示、報警等特點,能夠保證惡劣氣候環(huán)境下自動氣象站的正常工作。 【關(guān)鍵詞】：太陽能 最大功率點跟蹤 鋰聚合物電池 充電控制器
【學位授予單位】：南京信息工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP273;P415.12
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-8
• 第一章 緒論8-12
• 1.1 研究背景及意義8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-10
• 1.3 本文研究內(nèi)容10-12
• 第二章 光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤12-22
• 2.1 光伏發(fā)電的基本原理12-13
• 2.2 光伏電池的輸出特性及影響因素13-14
• 2.3 最大功率點跟蹤算法14-20
• 2.3.1 間接控制法15-17
• 2.3.2 直接控制法17-18
• 2.3.3 人工智能控制法18-20
• 2.4 主要MPPT算法的比較20-21
• 2.5 本設(shè)計中采用的MPPT算法21
• 2.6 本章小結(jié)21-22
• 第三章 電池充電策略設(shè)計22-26
• 3.1 鋰離子電池充電原理22
• 3.2 常見的充電方法22-24
• 3.2.1 恒流恒壓充電法23
• 3.2.2 大電流快速充電法23
• 3.2.3 分級定電流充電法23-24
• 3.2.4 脈沖充電法24
• 3.3 充電電池及充電策略的選擇24-25
• 3.4 本章小結(jié)25-26
• 第四章 控制器的硬件設(shè)計26-42
• 4.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計要求26
• 4.2 系統(tǒng)組成設(shè)計26-27
• 4.3 DC-DC變換電路27-31
• 4.3.1 Buck電路工作原理27-28
• 4.3.2 Buck電路設(shè)計28-31
• 4.3.2.1 輸出電壓的設(shè)定29-30
• 4.3.2.2 電感的選取30
• 4.3.2.3 肖特基二極管的選取30
• 4.2.3.4 電容的選取30-31
• 4.4 主控電路31-34
• 4.4.1 MCU模塊31-32
• 4.4.2 電源模塊32-33
• 4.4.3 時鐘模塊33
• 4.4.4 復位模塊設(shè)計33-34
• 4.4.5 JTAG接口電路設(shè)計34
• 4.5 帶MPPT的比較充電控制電路34-36
• 4.5.1 恒流恒壓充電設(shè)置35
• 4.5.2 MPPT的實現(xiàn)35-36
• 4.5.3 電池溫度檢測及充電禁止36
• 4.6 電池保護電路36-37
• 4.7 監(jiān)測電路37-39
• 4.7.1 電壓采樣電路37-38
• 4.7.2 電流檢測電路38-39
• 4.7.3 溫度檢測和警示電路設(shè)計39
• 4.8 數(shù)據(jù)通信模塊39-41
• 4.8.1 ZigBee收發(fā)電路39-40
• 4.8.2 電平轉(zhuǎn)換電路40-41
• 4.9 本章小結(jié)41-42
• 第五章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計42-60
• 5.1 系統(tǒng)的軟件設(shè)計方案42-43
• 5.2 控制器程序設(shè)計43-52
• 5.2.1 控制器軟件開發(fā)43
• 5.2.2 單片機主程序43-44
• 5.2.3 充電控制程序44-45
• 5.2.4 最大功率點跟蹤程序45-46
• 5.2.5 數(shù)字電位器AD5280控制算法46-48
• 5.2.6 ADC程序48-49
• 5.2.7 CC2530的軟件設(shè)計49-51
• 5.2.7.1 協(xié)調(diào)器接收數(shù)據(jù)50
• 5.2.7.2 終端節(jié)點的連接和數(shù)據(jù)傳輸50-51
• 5.2.8 16位PWM程序51-52
• 5.3 上位機軟件設(shè)計52-56
• 5.3.1 系統(tǒng)登錄界面設(shè)計54
• 5.3.2 應用程序界面設(shè)計54-56
• 5.4 最大功率點跟蹤數(shù)據(jù)處理56-59
• 5.4.1 溫度補償56
• 5.4.2 異常數(shù)據(jù)剔除56-59
• 5.5 本章小結(jié)59-60
• 第六章 實驗結(jié)果分析60-70
• 6.1 MATLAB仿真60-66
• 6.1.1 光伏電池的仿真60-64
• 6.1.2 最大功率點跟蹤仿真64-66
• 6.2 實驗測試66-70
• 6.2.1 控制器實物66-67
• 6.2.2 充電效果67-69
• 6.2.3 上位機運行效果69-70
• 第七章 總結(jié)與展望70-72
• 7.1 總結(jié)70
• 7.2 展望70-72
• 致謝72-73
• 參考文獻73-76
• 碩士期間發(fā)表論文76

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