基于AD574的太阳能电池监测系统.doc
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1、基于AD574的太阳能电池监测系统太阳能电池太阳能电池又称为太阳能芯片或光电池,是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。它只要被满足一定照度条件的光照到,瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流。在物理学上称为太阳能光伏(Photovoltaic,缩写为PV),简称光伏。太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。以光电效应工作的晶硅太阳能电池为主流,而以光化学效应工作的薄膜电池实施太阳能电池则还处于萌芽阶段。AD574AD574是美国核拟器件公司Analog Devices) 生产的12 位逐次逼近型快速A/D 转换器。其转换35us,转换误差为土0.05%,是前我
2、国应用广泛,价格适中的A/D转换器。其内部含三态电路,可直接与各种微处理器连接,且无须附加逻辑接口电路,便能与CMOS 及TTL 电平兼容。内部配置的高精度参考电压源和时钟电路,使它不需要任何外部电路和时钟信号,就能实现A/D转换功能,应用非常方便。基于 AD574 的太阳能电池监测系统1设计方案监测系统主要由信号采集、信号处理和单片机处理 3 部分组成( 如图 1) 。太阳能电池监测系统需要监测的信号通过信号采集部分的电压传感器、电流传感器和温度传感器进行采集,得到的各类信号经过信号调理和 AD 转换后送入单片机进行处理,在单片机中完成数据的收集、传输和数据处理工作,并在接收到 PC 机发送
3、来的查询指令后将监测数据发送至 PC 机进行存储、分析和显示。2 监测系统构成2. 1 信号采集 太阳能电池需要监测的信号主要有各电池阵列的电压值、电流值和温度值,信号的采集主要由各种传感器实现。2. 1. 1 电流检测 电流检测主要用于检测太阳能电池阵列的输出电流。设计时选用北京 SENSOR 公司的闭环霍尔电流变送器,线性度可达 0. 1% ,原边电流与副边输出信号高度隔离,基于闭环霍尔磁补偿原理2,如图 2 所示,被测电流 Ip 流过导体产生的磁场,由霍尔元件输出信号控制的补偿电流 Is 流过次级线圈产生的磁场补偿,当原边与副边的磁场达到平衡时,其补偿电流 Is 即可精确反映原边电流值。
4、 Is 通过采样电阻 R 后即可将电流转换成电压信号,送至后级信号调理电路,从而完成电流的采集。2. 1. 2 电压检测 电压检测主要用于检测太阳能电池阵列的输出电压。选用北京 SENSOR 公司的磁补偿式霍尔电压变送器实现对电压的采集。变送器采用大功率的采样电阻将大电压信号转化为电流信号,再利用磁补偿原理将信号转化为成比例标准电流信号输出。霍尔传感器具有精度高、线性度好、响应快、功耗低等优点,能很好的满足检测要求。2. 1. 3 温度检测 选用 MAXIM 公司生产的数字式温度传感器 DS18B20 测量环境温度,DS18B20 采用独特的一线接口,只需要一条口线通信就可完成多点通信,可以简
5、化分布式温度检测的需要,测量温度范围为 55C 至 + 125,精度为 0. 5C3。可选用 9 12 的分辨率,程序中选用 10 位分辨率,对应的可分辨温度为 0. 25C,即可达到设计要求,此时最大转换时间小于 187. 5 ms,可快速实现温度的测量。其中温度分辨率的设置是通过写入 4EH 命令,随后写入的第 3 个字节的数据的第 6 位和第 5 位配置为 01 来实现的。通过发送 44H 命令可启动温度转换,从而让 DS18B20 进行温度的检测,转换完成后的温度会存放在寄存器中,发送 BEH 命令,可读取转换后的温度数据,温度数据不能直接使用,需要进行计算,读取到的温度数据的格式如下
6、:S 为符号位,0 时表示正,1 时表示负,符号位、高8 位数据的低3 位和低8 位数据的高5 位合在一起组成所需的 10 位温度数据,在程序中通过计算得到所需的温度值。2. 2 信号处理 信号处理主要由信号调理电路和 AD 转换器组成,信号调理电路用于将霍尔电压/电流变送器的信号转换成适合于 AD 转换器的输入信号,AD 转换器用于将电压信号和电流信号转换成数字量以供单片机使用。2. 2. 1 信号调理 信号调理电路的主要功能是把经变送器输出的信号转换成 0 5V 的电压信号输出,供 AD 转换模块使用。由于电压变送器输出的电压已经满足要求,电压信号 U1经过 RC 滤波和跟随电路调理即可得
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