基于GSM的太陽能路燈聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)研究

摘 要：通過對(duì)太陽能光伏電池板特性及光伏電源最大功率點(diǎn)跟蹤原理的分析，提出了基于CUK 電路的光伏電源最大功率點(diǎn)跟蹤方法，通過對(duì)太陽能路燈工作機(jī)理的分析，引進(jìn)了一種新的太陽能路燈聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，介紹了太陽能路燈控制器的整體設(shè)計(jì)思路，并重點(diǎn)闡述了從機(jī)與主機(jī)間的通信連接以及主機(jī)與監(jiān)控中心之間的無線通信連接等。該系統(tǒng)具有控制能力強(qiáng)、可靠性高和應(yīng)用靈活等特點(diǎn)，具有很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

　　0 引言

　　為了促進(jìn)可再生能源的利用，加快建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)，太陽能利用正逐步獲得人們的重視，太陽能路燈作為高科技節(jié)能產(chǎn)品正逐漸替代傳統(tǒng)路燈。

　　針對(duì)太陽能路燈的特點(diǎn)，介紹了一種太陽能路燈聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，即，從機(jī)和主機(jī)之間通過RS485 接口進(jìn)行連接，主機(jī)對(duì)各個(gè)從機(jī)的太陽能板、蓄電池和LED 燈頭的工作狀況和各種運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，然后，主機(jī)通過MC39i 模塊將檢測(cè)結(jié)果以短信或語音的形式傳送給監(jiān)控中心或相關(guān)技術(shù)工作人員，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽能路燈的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。

　　1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　目前的太陽能路燈控制系統(tǒng)都是獨(dú)立光伏控制系統(tǒng)，主要由六個(gè)部分組成：太陽能電池、蓄電池、LED 路燈、控制器、充電電路、放電/負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路[1]。主機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。太陽能電池板輸出經(jīng)CUK 電路調(diào)節(jié)后直接與蓄電池連接，系統(tǒng)主控芯片采用DSPIC30F3011 單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)太陽能板電壓采集、蓄電池電壓采集、控制CUK 電路、控制LED 燈頭、主從機(jī)間485 通信、主機(jī)與監(jiān)控中心或工作人員間的連接等功能。

圖1 主機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　1.1 光伏電源最大功率點(diǎn)設(shè)置

　　光伏電源系統(tǒng)由于受日照強(qiáng)度及環(huán)境溫度變化的影響，其電壓（電流）變化很大。為了在負(fù)載電阻變化較大時(shí)系統(tǒng)有較大的靈活性和較高的轉(zhuǎn)換效率，該系統(tǒng)的主電路選用CUK電路，原理為Boost-Buck 電路，一級(jí)電路實(shí)現(xiàn)兩級(jí)調(diào)壓。

　　該系統(tǒng)采用CCM 工作模式，該工作模式的特性非常接近于一個(gè)匝數(shù)比可調(diào)的DC-DC 變壓器。能量的儲(chǔ)存和傳遞同時(shí)在兩次開關(guān)動(dòng)作期間和兩個(gè)回路中進(jìn)行，變換器效率很高。CUK電路中開關(guān)管導(dǎo)通的占空比的改變，對(duì)光伏陣列而言表現(xiàn)為其輸出阻抗發(fā)生了變化，輸出阻抗的變化將影響光伏陣列的輸出特性。從而一定的輸出阻抗對(duì)應(yīng)一個(gè)輸出電壓值和輸出電流值。而MPPT 技術(shù)即是通過調(diào)節(jié)CUK 電路的占空比而改變光伏陣列的輸出阻抗，從而尋求輸出電流與輸出電壓的乘積即輸出功率的最大值。

　　1.2 控制電路硬件設(shè)計(jì)

　　控制電路的主控芯片采用DSPIC30F3011 單片機(jī)，主要控制功能包括：太陽能板電壓采集；CUK 電路選通控制；蓄電池電壓采集；卸荷電路控制；LED 燈頭控制；RS485 通信；GSM模塊發(fā)送短信控制；路燈開關(guān)控制；工作模式控制等。主機(jī)原理圖如圖2、圖3 和圖4 所示，其中圖2 為主控芯片DSPIC30F3011 的原理圖。圖3 所示為電壓采樣電路和CUK 電路，由于太陽能板電壓和電池電壓都在0～35 V 變化，而單片機(jī)的A/D 輸入電壓范圍為0～5 V，所以對(duì)采樣電壓進(jìn)行分壓處理后傳送給單片機(jī)的A/D 轉(zhuǎn)換通道，CUK 電路用于調(diào)節(jié)太陽能板的最大輸出功率點(diǎn)，其選通開關(guān)通過單片機(jī)PWM3 輸出控制。

圖2 DSPIC30F3011 原理