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基于ARM的太阳能电池组件多参量测量系统

信息来源:nooeoo.com  时间:2011-06-28  浏览次数:178

  太阳能电池组件发电时并不是将其接收到的所有光能转化为电能,而是只有一小部分转化为电能,大部分能量以热能的形式在太阳能电池组件的背板上挥发掉了,同时热能的挥发也会增加太阳能电池组件背板的温度,从而降低了能量的转换效率。对于这一现象,研究者提出了对常规太阳能电池组件,散热太阳电池组件,蓄冷太阳电池组件进行对比研究,通过蓄冷设备降低太阳能电池组件背板的温度,提高能量的转换效率。这就要求系统对电池组件温度的检测具有足够的精度和实时性。鉴于此,本系统采用精度为0.1℃的铂电阻温度传感器Pt100为测温元件,以Philips公司的ARM7芯片LPC2124为控制器,使用继电器对温度传感器进行切换,从而满足了系统的精度与实时性要求。
  2、系统的总体设计
  系统主要由前端测量电路,LPC2124控制器和数据传输单元组成,系统结构如图1所示。前端测量电路包括温度测量、辐照度测量、电压测量和电流测量:温度测量主要是通过恒流源获取温度信号,将电阻量转化为电压量,并经放大电路送入控制器;辐照度测量是将辐照度传感器微弱的电压信号放大后传入ARM控制器;电压测量和电流测量是为了获取太阳能电池组件的功率,以便对各组件在相同条件下的发电效率进行对比。数据传输单元通过RS485总线将采集到的数据发给上位机,供上位机处理、存储和绘图。
  3、系统功能的设计与实现
  3.1 LPC2124简介
  本系统主控制器选用Philips公司的LPC2124芯片,LPC2124是基于一个支持实时仿真和跟踪的16/32 位ARM7TDMI-S内核,并内置256 KB的高速Flash存储器。4路10 位A/D转换器,转换时间低至2.44μs,46 个GPIO为系统提供了的丰富的I/O口,不需要扩展即可满足系统的要求[1]。由于内置了宽范围的串行通信接口,它们也非常适合于通信网关、协议转换器、嵌入式软件调制解调器等应用。128 位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32 位代码能够在最大时钟速率下运行,极大地满足了系统的实时性要求。
  3.2 铂电阻温度传感器Pt100测温原理
  Pt100 是电阻式温度传感器,Pt100作为常用的测温传感器,其电阻值反映了它所处位置的温度。铂电阻具有较高的精度、较好的长期稳定性,是高精度测温用标准传感器。它的温度范围是:铂电阻阻值与温度的关系可以近似用下式表示,在范围内:
  表达式中t的一次幂以上项的系数非常小,可以看出电阻与温度的关系具有较好的线性度。由于该表达式比较复杂,用ARM控制器处理这样的计算过程,将会占用大量的资源和CPU时间,影响系统的实时性,所以本设计采用数字非线性补偿的方法先查表(以5度为单位建表),再插值换算出温度,从而大大提高了系统的响应速度。
  Pt100作为电阻式温度传感器,测温的本质其实是测量传感器的电阻,通常是将电阻的变化转换成电压或电流等模拟信号,再将模拟信号转换成数字信号,再由处理器换算出相应温度。鉴于此,测温的方法有电桥法,恒压源法和恒流源法。
  
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