【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 太陽(yáng)能既是 一次能源 ，又是 可再生能源 。它 資源 豐富，既可 免費(fèi) 使用，又無(wú)需運(yùn)輸，對(duì)環(huán)境無(wú)任何污染。為人類(lèi)創(chuàng)造了一種新的生活形態(tài)，使社 會(huì)及人類(lèi)進(jìn)入一個(gè)節(jié)約能源減少污染的時(shí)代。 中國(guó) 蘊(yùn)藏著豐富的太陽(yáng)能資源，太陽(yáng)能利用前景廣闊。目 前，中國(guó)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)規(guī)模已位居世界第一，是全球太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)量和使用量最大的國(guó)家和重要的 太陽(yáng)能光伏 電池生產(chǎn)國(guó)。中國(guó)比較成熟太陽(yáng)能產(chǎn)品有兩項(xiàng)： 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng) 和太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池組、太陽(yáng)能控制器、蓄電池（組）組成。太陽(yáng)能發(fā)電四川理工學(xué)院畢業(yè)論文 7 系統(tǒng)分為離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)與并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)： 離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。主要由太陽(yáng)能電池組件、控制器、蓄電池組成，若要為交流負(fù)載供電，還需要配置交流逆變器 。 并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)就是太陽(yáng)能組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過(guò)并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電這后直接接入公共電網(wǎng)。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)有集中式大型并網(wǎng)電站一般都是國(guó)家級(jí)電站，主要特點(diǎn)是將所發(fā)電能直接輸送到電網(wǎng)，由電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配向用戶供電。但這種電站投資大、建設(shè)周期長(zhǎng)、占地面積大，還沒(méi)有太大發(fā)展。而分散式小型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，特別是光伏建筑一體化發(fā)電系統(tǒng)，由于投資小、建設(shè)快、占地面積小、政策支持力度大等優(yōu)點(diǎn)，是目 前并網(wǎng)發(fā)電的主流。 太陽(yáng)能電池板是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，太陽(yáng)能電池板的作用是將太陽(yáng)的光能轉(zhuǎn)化為電能后，輸出 直流電存入蓄電池中。太陽(yáng)能電池板是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中最重要的部件之一，其轉(zhuǎn)換率和使用壽命是決定太陽(yáng)電池是否具有使用價(jià)值的重要因素。 組件設(shè)計(jì)：按國(guó)際電工委員會(huì) IEC： 1215： 1993 標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用 36 片或 72 片多晶硅太陽(yáng)能電池進(jìn)行串聯(lián)以形成 12V 和 24V 各種類(lèi)型的組件。該組件可用于各種戶用光伏系統(tǒng)、獨(dú)立光伏電站和并網(wǎng)光伏電站等。 太陽(yáng)能電池板選型 利用太陽(yáng)能發(fā)電的方式有多種。已實(shí)用的主要有以下兩種。 光 — 熱 — 電轉(zhuǎn)換。即利用太陽(yáng)輻射所產(chǎn)生的熱能發(fā)電。一般是用 太陽(yáng)能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換為工質(zhì)的 蒸汽 ，然后由蒸汽驅(qū)動(dòng)氣輪機(jī)帶動(dòng) 發(fā)電機(jī) 發(fā)電。前一過(guò)程為光 — 熱轉(zhuǎn)換，后一過(guò)程為熱 — 電轉(zhuǎn)換。這種方式簡(jiǎn)單易行，成本低廉回報(bào)大，適合在中國(guó)大面積推廣。 光 — 電轉(zhuǎn)換該方式是利用光電效應(yīng)，將太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，光 — 電轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能電池是一種由于 光生伏特效應(yīng) 而將太陽(yáng)光 能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，是一個(gè)半導(dǎo)體光電二極管，當(dāng)太陽(yáng)光照到光電二極管上時(shí)， 光電二極管 就會(huì)把太陽(yáng)的光能變成電能，產(chǎn)生 電流 。當(dāng)許多個(gè)電池 串聯(lián)或并聯(lián)起來(lái)就可以成為有比較大的輸出功率的 太陽(yáng)能電池方陣 了。 太陽(yáng)能電池 ： 材料要求 ： 耐紫外光線的 輻射 ，透光率不下降。鋼化玻璃作成的組件可 以承受直徑 25 毫米的冰球以 23 米 /秒的速度撞擊。 裝用的 EVA 膠膜固化后的性能要求 ： 透光率 大于 90%；交聯(lián)度大于 6585%；剝離強(qiáng)度（ N/cm），玻璃 /膠膜大于 30； TPT/膠膜大于 15；耐溫性：高溫 85℃ 、低溫基于太陽(yáng)能的滴灌控制系統(tǒng)總體硬件設(shè)計(jì) 8 － 40℃ ；太陽(yáng)電池的背面，耐老化、耐腐蝕、耐紫外線輻射、不透氣等。 用途 ： 太陽(yáng)能發(fā)電廣泛用于太陽(yáng)能路燈、太陽(yáng)能殺蟲(chóng)燈、太陽(yáng)能便攜式 系統(tǒng) ，太陽(yáng)能 移動(dòng)電源 ，太陽(yáng)能應(yīng)用產(chǎn)品，通訊電源，太陽(yáng)能燈具，太陽(yáng)能建筑等領(lǐng)域。 太陽(yáng)能在 2050 年前可能將成為電力的主要來(lái)源，受助于發(fā)電設(shè)備成本大跌。 IEA報(bào)告表示， 2050 年前太陽(yáng)能光伏 (PV)系統(tǒng)將最多為全球貢獻(xiàn) 16%的電力，來(lái)自太陽(yáng)能發(fā)電廠的太陽(yáng)能熱力發(fā)電 (STE)將提供 11%的電力。 光伏 板組件是一種暴露在 陽(yáng)光 下便會(huì)產(chǎn)生 直流電 的發(fā)電裝置，由幾乎全部以 半導(dǎo)體物料（例如 硅 ）制成的固體 光伏電池 組成。簡(jiǎn)單的光伏電池 可為手表以及 計(jì)算機(jī) 提供能源，較復(fù)雜的 光伏系統(tǒng) 可為房屋提供 照明 以及交通信號(hào)燈和監(jiān)控系統(tǒng)，并入 電網(wǎng) 供電。光伏板組件可以制成不同形狀，而組件又可連接，以產(chǎn)生更多 電能 。 天臺(tái) 及建筑物表面均可使用光伏板組件，甚至被用作 窗戶 、 天窗 或遮蔽裝置的一部分，這些光伏設(shè)施通常被稱(chēng)為附設(shè)于建筑物的光伏系統(tǒng) 電池片原材料特點(diǎn)：采用高效率（ %以上）的單晶硅太陽(yáng)能片封裝，保證太陽(yáng)能電池板發(fā)電功率充足。 玻璃： 采用低鐵鋼化絨面玻璃 (又稱(chēng)為白玻璃 )， 厚度 ,在太陽(yáng)電池光譜響應(yīng)的波長(zhǎng)范圍內(nèi) (3201100nm)透光率達(dá) 91%以上，對(duì)于大于 1200 nm的紅外光有較高的反射率。此玻璃同時(shí)能耐太陽(yáng)紫外光線的輻 射，透光率不下降。 EVA：采用加有抗紫外劑、抗氧化劑和固化劑的厚度為 的優(yōu)質(zhì) EVA 膜層作為太陽(yáng)電池的密封劑和與玻璃、 TPT 之間的連接劑。具有較高的透光率和抗老化能力。 TPT：太陽(yáng)電池的背面覆蓋物 — 氟塑料膜為白色，對(duì)陽(yáng)光起反射作用，因此對(duì)組件的效率略有提高，并因其具有較高的紅外發(fā)射率，還可降低組件的工作溫度，也有利于提高組件的效率。當(dāng)然，此氟塑料膜首先具有太陽(yáng)電池封裝材料所要求的耐老化、耐腐蝕、不透氣等基本要求。邊框：所采用的鋁合金邊框具有高強(qiáng)度，抗機(jī)械沖擊能力強(qiáng)。也是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分 。組成如圖 22. 圖 22 太陽(yáng)能電池板組成結(jié)構(gòu) 四川理工學(xué)院畢業(yè)論文 9 經(jīng)過(guò)分析考慮，該系統(tǒng)環(huán)境要求較低，選用平板型單晶硅太陽(yáng)能電池板。具體需要可根據(jù)實(shí)際情況將電池板進(jìn)行并聯(lián)和串聯(lián)，便可達(dá)到要求。 太陽(yáng)能控制器選型 太陽(yáng)能控制器全稱(chēng)為太陽(yáng)能充放電控制器，是用于太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中，控制多路太陽(yáng)能電池方陣對(duì)蓄電池充電以及蓄電池給太陽(yáng)能逆變器負(fù)載供電的 自動(dòng)控制設(shè)備。太陽(yáng)能控制器采用高速 CPU 微處理器和高精度 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，是一個(gè)微機(jī)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。既可快速實(shí)時(shí)采集光伏系統(tǒng)當(dāng)前的工作狀態(tài)，隨時(shí)獲得 PV站的工作信息，又可詳細(xì)積累 PV 站的歷史數(shù)據(jù)，為評(píng)估 PV 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性及檢驗(yàn)系統(tǒng)部件質(zhì)量的可靠性提供了準(zhǔn)確而充分的依據(jù)。此外，太陽(yáng)能控制器還具有串行通信數(shù)據(jù)傳輸功能，可將多個(gè)光伏系統(tǒng)子站進(jìn)行集中 管理和遠(yuǎn)距離控制。太陽(yáng)能控制器通常有 6 個(gè)標(biāo)稱(chēng)電壓等級(jí)： 12V、 24V、 48V、 110V、 220V、 600V ，如圖 23。 圖 23 太陽(yáng)能控制器 太陽(yáng)能控制器是由專(zhuān)用處理器 CPU、電子元器件、顯示器、開(kāi)關(guān)功率管等組成。其主要特點(diǎn)： 使用了單片機(jī)和專(zhuān)用軟件，實(shí)現(xiàn)了智能控制； 利用蓄電池放電率特性修正的準(zhǔn)確放電控制。放電終了電壓是由放電率曲線修正的控制點(diǎn)，消除了單純的電壓控制過(guò)放的不準(zhǔn)確性，符合蓄電池固有的特性，即不同的放電率具有不同的終了電壓。 具有過(guò)充、過(guò)放、電子短路、過(guò)載保護(hù)、獨(dú)特的防反接保護(hù)等全自動(dòng)控制；以上保護(hù)均不損壞任何部件，不燒保險(xiǎn)； 采用了串聯(lián)式 PWM 充電主電路，使充電回路的電壓損失較使用二極管的充電電路降低近一半，充電效 率較非 PWM 高 3%6%，增加了用電時(shí)間；過(guò)放恢復(fù)的提升充電，正常的直充，浮充自動(dòng)控制方式使系統(tǒng)由更長(zhǎng)的使用壽命；同時(shí)具有高精度溫度補(bǔ)償； 直觀的 LED 發(fā)光管指示當(dāng)前蓄電池狀態(tài)，讓用戶了解使用狀況； 所有控制全部采用工業(yè)級(jí)芯片（僅對(duì)帶 I 工業(yè)級(jí)控制器），能在寒冷、高溫、基于太陽(yáng)能的滴灌控制系統(tǒng)總體硬件設(shè)計(jì) 10 潮濕環(huán)境運(yùn)行自如。同時(shí)使用了晶振定時(shí)控制，定時(shí)控制精確。 取消了電位器調(diào)整控制設(shè)定點(diǎn)，而利用了 E 方存儲(chǔ)器記錄各工作控制點(diǎn)，使設(shè)置數(shù)字化，消除了因電位器震動(dòng)偏位、溫漂等使控制點(diǎn)出現(xiàn)誤差降低準(zhǔn)確性、可靠性的因素； 使用了數(shù)字 LED 顯 示及設(shè)置，一鍵式操作即可完成所有設(shè)置，使用極其方便直觀的作用是控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對(duì)蓄電池起到過(guò)充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償?shù)墓δ?。其他附加功能如光控開(kāi)關(guān)、時(shí)控開(kāi)關(guān)都應(yīng)當(dāng)是控制器的可選項(xiàng)。 根據(jù)工作情況要求，該設(shè)計(jì)選用 12VDC 的太陽(yáng)能控制器滿足系統(tǒng)運(yùn)行條件。 單片機(jī)選型 在現(xiàn)今市場(chǎng)上 ， 單片機(jī)的生產(chǎn)廠商很多 、 單片機(jī)的類(lèi)型也很多 。 作為通用智能終端的控制器 ， 在這眾多的單片機(jī)類(lèi)型中選擇一款合適的型號(hào)至關(guān)重要 。 對(duì)于本終端 ， 進(jìn)行單片機(jī)選型應(yīng)該遵循的原則或要求 主要是 : (1)選擇的單片機(jī)必須有較好的穩(wěn)定性 ， 這是因?yàn)樵跍厥一蚱渌h(huán)境中存在有很多的干擾 ， 為了使單片機(jī)能夠正常的工作 ， 單片機(jī)內(nèi)部必須有較好的內(nèi)部復(fù)位和內(nèi)部延時(shí)等功能 ， 如在單片機(jī)內(nèi)部的程序運(yùn)行時(shí) ， 若程序 /跑飛 0(指程序不按照指定的順序運(yùn)行 )，可進(jìn)行復(fù)位操作 。 (2)選擇的單片機(jī)必須具有豐富的片上外圍設(shè)備 ， 因?yàn)檫@樣可以簡(jiǎn)化電路的設(shè)計(jì) ， 也可以讓電路的調(diào)試更加容易 。 (3)選擇的單片機(jī)要有方便的調(diào)試功能 ， 單片機(jī)生產(chǎn)廠商要提供免費(fèi)的調(diào)試軟件 ， 使單片機(jī)程序大部分能夠在 PC 機(jī)上仿真出來(lái)而且無(wú)誤 。而且 ， 單片機(jī)程序語(yǔ)言要多 樣化 ，要既可以用單片機(jī)匯編語(yǔ)言也可以用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)程序 。 (4)選擇的單片機(jī)功耗要低 ， 由于設(shè)計(jì)的通用智能終端長(zhǎng)期在環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)工作 ， 為了節(jié)能 ， 應(yīng)選擇功耗低的單片機(jī) 。 本設(shè)計(jì)采用宏晶科技公司出產(chǎn)的 STC89C516RD+單片機(jī)。 STC89C516RD+單片機(jī)介紹 STC89C516RD+單片機(jī)是 STC 推出的新一代高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)。指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)， 12 時(shí)鐘 /機(jī)器周期和 6 時(shí)鐘 /機(jī)器周期可以在任意選擇，內(nèi)部集成 MAX810 專(zhuān)用復(fù)位電路。該單片機(jī)的主要特性如下： 增強(qiáng)型 8051 單片機(jī)， 12 時(shí)鐘 /機(jī)器周期和 6 時(shí)鐘 /機(jī)器周期可以在任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051； 四川理工學(xué)院畢業(yè)論文 11 工作電壓： ； 工作頻率范圍： 040MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 080MHz，世紀(jì)工作頻率可達(dá)48MHz； 用戶應(yīng)用程序空間 64K； 片上集成 1280 字節(jié) RAM； 通用 I/O 接口 39 個(gè)，復(fù)位后為 P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向口 /弱向上拉（普通 8051傳統(tǒng) I/O 口）， P0 口是開(kāi)漏輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻； ISP（在系統(tǒng)可 編程） /IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專(zhuān)用編輯器，無(wú)需專(zhuān)用仿真器，可通過(guò)串口（ RxD/,TxD/）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成； 具有 EEPROM 功能； 內(nèi)部自帶看門(mén)狗程序； 內(nèi)部集成 MAX810 專(zhuān)用復(fù)位電路，外部晶體 20M 以下時(shí)，可省略外部復(fù)位電路； 1共 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，其中定時(shí)器 0 還可以當(dāng)成 2 個(gè) 8 位定時(shí)器使用； 1外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷， Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒； 1通用異步串行口（ UART），還可用 定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART； 1工作溫度范圍： 075 攝氏度。 STC89C516RD+單片機(jī)結(jié)構(gòu) 該款單片機(jī)中包括中央處理器（ CPU）、程序存儲(chǔ)器（ Flash）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ SRAM）、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、 UART 串口、 I/O 接口、 EEPROM、看門(mén)狗等模塊，幾乎包括了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱(chēng)得上一個(gè)片上系統(tǒng)。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 24，管腳分布如圖 25。 基于太陽(yáng)能的滴灌控制系統(tǒng)總體硬件設(shè)計(jì) 12 圖 24 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖 25 單片機(jī)管腳圖 溫度傳感器選型 溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是工農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)過(guò)程中一個(gè)很重要而普遍的測(cè)量四川理工學(xué)院畢業(yè)論文 13 參數(shù)。溫度的測(cè)量及控制對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、生產(chǎn)安全、促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到非常重要的作用。由于溫度測(cè)量的普遍性，溫度傳感器的數(shù)量在各種傳感器中居首位，約占 50%。 溫度傳感器是通過(guò)物體隨溫度變化而改變某種特性來(lái)間接測(cè)量的。不少材料、元件的特性都隨溫度的變化而變化，所以能作溫度傳感器的材料相當(dāng)多。溫度傳感器隨溫度而引起物理參數(shù)變化的有：膨脹、電阻、電容、而電動(dòng)勢(shì)、磁性能、頻率、光學(xué)特性及熱噪聲等等。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，新型溫度傳感器還會(huì)不斷涌現(xiàn)。 溫度傳感器與被 測(cè)介質(zhì)的接觸方式分為兩大類(lèi)：接觸式和非接觸式。接觸式溫度傳感器需要與被測(cè)介質(zhì)保持熱接觸，使兩者進(jìn)行充分的熱交換而達(dá)到同一溫度。這一類(lèi)傳感器主要有電阻式、熱電偶、 PN 結(jié)溫度傳感器等。非接觸式溫度傳感器無(wú)需與被測(cè)介質(zhì)接觸，而是通過(guò)被測(cè)介質(zhì)的熱輻射或?qū)α鱾鞯綔囟葌鞲衅?，以達(dá)到測(cè)溫的目的。這一類(lèi)傳感器主要有紅外測(cè)溫傳感器。 本次設(shè)計(jì)采用 DS18B20 常用溫度傳感器，具有體積小，硬件開(kāi)銷(xiāo)低，抗干擾能力強(qiáng)，精度高的特點(diǎn)。 DS18B20 的主要特性 ： 適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由 數(shù)據(jù)線供電； 獨(dú)特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊； DS18B20 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)