太阳能电池物联网监测系统的设计

太阳能电池物联网监测系统的设计

【摘要】针对目前太阳能电池发电效率低下的情况，利用无线传感网、Zigbee、GPRS/3G、数据库等相关技术开发功能完善的太阳能电池远程监控系统，实现太阳能电池光照度、温度、电压等参数的实时监控，为建立太阳能电池板发电规律打下坚实的基础，从而为提高太阳能电池发电效率提供保证。

【关键词】太阳能电池；物联网；远程监测

0 引言

太阳能光伏发电技术对改变我国的能源消费结构，解决由于能源消费而引起的环境问题，实现我国的可持续发展都可以起到积极的作用，对我国建设资源节约型、环境友好型社会，实现社会主义现代化都具有重大意义。

在太阳能光伏发电技术中太阳能电池起着关键和核心的作用，太阳能电池的开路电压、短路电流、最大功率、转换效率等性能参数对其产业化应用有重要影响。同时，随着计算机、通信技术的飞速发展和Internet在全球的不断推广使用，人们对太阳能电池的状态监控提出了高的要求，希望能通过网络远程监控太阳能电池的状态，包括输出电流、输出电压、板上温度，板上光照度等数据。因此，如何构建太阳能电池无线动态监测物联网系统，免去铺设、维护有线线路的麻烦，且各节点可自由移动，不受连接线路的限制，所有的节点汇聚成一个网，只需要一个监管中心就可以实现对太阳能电池的动态监管，将成为未来一个重要研究方向。本文就是在这种背景下，利用无线传感网、Zigbee、GPRS/3G、数据库等技术，开发一套太阳能电池无线动态监测物联网系统。

1 总体方案设计

系统总体方案如图1所示。

图1 太阳能电池远程监控系统总体方案

图2 硬件工艺设计流程

首先，太阳能电池光照度、温度、电压等相关参数，通过Zigbee技术传输到智能网关控制系统，然后进行相关数据处理后，由智能网关控制系统通过GPRS/3G技术将相关数据传输到智能控制中心系统，最后对电池光照度、温度、电压等相关参数数据进行关联分析，同时根据分析结果将相关指令发送到太阳能电池调整中心，实现对太阳能电池角度的调整，并完成相关数据统计及报表打印等功能。

2 数据采集部分设计

2.1 设计工艺流程

数据采集部分设计工艺流程如图2所示。

2.2 数据采集部分总体结构设计

根据太阳能电池测试原理，本文数据采集部分的总体结构如图3所示。

图3 数据采集部分结构图

本文设计的数据采集系统主要采集太阳能电池的电压、电流、测试光强、电池温度四种数据。其中电压、电流、测试光强需要经过A/D转换单元，实现由模拟信号到数字信号的转换，而温度信号的采集采用数字温度传感器，可以直接输出二进制数据；转换成二进制的电压、电流、光强和温度数据通过串口与PC 机进行通信，在PC机中进行数据的处理和处理后结果的显示；整个数据采集部分以智能网关为控制核心，通过网关系统实现数据采集单元、A/D转换单元和串口通信单元之间的协调工作。

在测试系统的工作过程中，调节太阳能电池的负载电阻从零变化到无穷大，并在负载电阻每增加一个固定阻值时采集此时负载电阻两端的电压和通过负载电阻的电流，负载电阻为零时采集到的电流即为短路电流，负载电阻为无穷大时采集到的电压即为开路电压；根据太阳能电池的短路电流与光照强度成正比关系的原理来间接测得太阳能电池的光照强度；温度数据的采集可以直接把现场采集到的温度信号转换成二进制数据，无需外加A/D转换器。

3 系统软件设计

图5 软件系统设计流程

3.1 软件功能设计

智能控制中心功能结构如图4所示，具体功能要求如下：

用户管理模块：主要完成用户注册、删除、登录等功能；

参数显示模块：主要完成太阳能光照度、温度等相关数据的实时显示；

数据分析模块：主要完成光照度、温度、电压等采集数据相关度分析；

通信控制模块：根据分析结果，主要完成通信方式的选择以及通信控制指令的下发。

3.2 系统软件设计流程

系统软件设计流程如图5所示。

系统电源正常启动以后，开始初始化，初始化包括单片机、传感器、无线模块等的初始化。初始化完毕，进行传感器相关数据采集，并将其分析处理存储好，判断有无控制主机发来的控制命令，如果有则优先处理该命令，然后通过无线网络发送至物联网控制主机，发送完毕再检测传感器测得的环境数据再次发送，如此往复，将太阳能电池状态动态的报告给控制主机。

【参考文献】

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