基于太阳能的滴灌控制系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)

基于太阳能的滴灌控制系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

太阳能既是 一次能源 ，又是 可再生能源。 它 资源 丰富，既可 免费 使用，又无需运输，对环境无任何污染。 为人类创造了一种新的生活形态，使社 会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。 中国 蕴藏着丰富的太阳能资源，太阳能利用前景广阔。 目 前，中国太阳能产业规模已位居世界第一，是全球太阳能热水器生产量和使用量最大的国家和重要的 太阳能光伏 电池生产国。 中国比较成熟太阳能产品有两项： 太阳能光伏发电系统 和太阳能热水系统。 太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。 太阳能发电四川理工学院毕业论文 7 系统分为离网发电系统与并网发电系统： 离网发电系统。 主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成，若要为交流负载供电，还需要配置交流逆变器。 并网发电系统就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电这后直接接入公共电网。 并网发电系统有集中式大型并网电站一般都是国家级电站，主要特点是将所发电能直接输送到电网，由电网统一调配向用户供电。 但这种电站投资大、建设周期长、占地面积大，还没有太大发展。 而分散式小型并网发电系统，特别是光伏建筑一体化发电系统，由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点，是目 前并网发电的主流。 太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，太阳能电池板的作用是将太阳的光能转化为电能后，输出 直流电存入蓄电池中。 太阳能电池板是太阳能发电系统中最重要的部件之一，其转换率和使用寿命是决定太阳电池是否具有使用价值的重要因素。 组件设计：按国际电工委员会 IEC： 1215： 1993 标准要求进行设计，采用 36 片或 72 片多晶硅太阳能电池进行串联以形成 12V 和 24V 各种类型的组件。 该组件可用于各种户用光伏系统、独立光伏电站和并网光伏电站等。 太阳能电池板选型 利用太阳能发电的方式有多种。 已实用的主要有以下两种。 光 — 热 — 电转换。 即利用太阳辐射所产生的热能发电。 一般是用 太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的 蒸汽 ，然后由蒸汽驱动气轮机带动 发电机 发电。 前一过程为光 — 热转换，后一过程为热 — 电转换。 这种方式简单易行，成本低廉回报大，适合在中国大面积推广。 光 — 电转换该方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光 — 电转换的基本装置就是太阳能电池。 太阳能电池是一种由于 光生伏特效应 而将太阳光 能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时， 光电二极管 就会把太阳的光能变成电能，产生 电流。 当许多个电池 串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的 太阳能电池方阵 了。 太阳能电池 ： 材料要求 ： 耐紫外光线的 辐射 ，透光率不下降。 钢化玻璃作成的组件可 以承受直径 25 毫米的冰球以 23 米 /秒的速度撞击。 装用的 EVA 胶膜固化后的性能要求 ： 透光率 大于 90%；交联度大于 6585%；剥离强度（ N/cm），玻璃 /胶膜大于 30； TPT/胶膜大于 15；耐温性：高温 85℃ 、低温基于太阳能的滴灌控制系统总体硬件设计 8 － 40℃ ；太阳电池的背面，耐老化、耐腐蚀、耐紫外线辐射、不透气等。 用途 ： 太阳能发电广泛用于太阳能路灯、太阳能杀虫灯、太阳能便携式 系统 ，太阳能 移动电源 ，太阳能应用产品，通讯电源，太阳能灯具，太阳能建筑等领域。 太阳能在 2050 年前可能将成为电力的主要来源，受助于发电设备成本大跌。 IEA报告表示， 2050 年前太阳能光伏 (PV)系统将最多为全球贡献 16%的电力，来自太阳能发电厂的太阳能热力发电 (STE)将提供 11%的电力。 光伏 板组件是一种暴露在 阳光 下便会产生 直流电 的发电装置，由几乎全部以 半导体物料（例如 硅 ）制成的固体 光伏电池 组成。 简单的光伏电池 可为手表以及 计算机 提供能源，较复杂的 光伏系统 可为房屋提供 照明 以及交通信号灯和监控系统，并入 电网 供电。 光伏板组件可以制成不同形状，而组件又可连接，以产生更多 电能。 天台 及建筑物表面均可使用光伏板组件，甚至被用作 窗户 、 天窗 或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统 电池片原材料特点：采用高效率（ %以上）的单晶硅太阳能片封装，保证太阳能电池板发电功率充足。 玻璃： 采用低铁钢化绒面玻璃 (又称为白玻璃 )， 厚度 ,在太阳电池光谱响应的波长范围内 (3201100nm)透光率达 91%以上，对于大于 1200 nm的红外光有较高的反射率。 此玻璃同时能耐太阳紫外光线的辐 射，透光率不下降。 EVA：采用加有抗紫外剂、抗氧化剂和固化剂的厚度为 的优质 EVA 膜层作为太阳电池的密封剂和与玻璃、 TPT 之间的连接剂。 具有较高的透光率和抗老化能力。 TPT：太阳电池的背面覆盖物 — 氟塑料膜为白色，对阳光起反射作用，因此对组件的效率略有提高，并因其具有较高的红外发射率，还可降低组件的工作温度，也有利于提高组件的效率。 当然，此氟塑料膜首先具有太阳电池封装材料所要求的耐老化、耐腐蚀、不透气等基本要求。 边框：所采用的铝合金边框具有高强度，抗机械冲击能力强。 也是太阳能发电系统中价值最高的部分。 组成如图 22. 图 22 太阳能电池板组成结构 四川理工学院毕业论文 9 经过分析考虑，该系统环境要求较低，选用平板型单晶硅太阳能电池板。 具体需要可根据实际情况将电池板进行并联和串联，便可达到要求。 太阳能控制器选型 太阳能控制器全称为太阳能充放电控制器，是用于太阳能发电系统中，控制多路太阳能电池方阵对蓄电池充电以及蓄电池给太阳能逆变器负载供电的 自动控制设备。 太阳能控制器采用高速 CPU 微处理器和高精度 A/D 模数转换器，是一个微机数据采集和监测控制系统。 既可快速实时采集光伏系统当前的工作状态，随时获得 PV站的工作信息，又可详细积累 PV 站的历史数据，为评估 PV 系统设计的合理性及检验系统部件质量的可靠性提供了准确而充分的依据。 此外，太阳能控制器还具有串行通信数据传输功能，可将多个光伏系统子站进行集中 管理和远距离控制。 太阳能控制器通常有 6 个标称电压等级： 12V、 24V、 48V、 110V、 220V、 600V ，如图 23。 图 23 太阳能控制器 太阳能控制器是由专用处理器 CPU、电子元器件、显示器、开关功率管等组成。 其主要特点： 使用了单片机和专用软件，实现了智能控制； 利用蓄电池放电率特性修正的准确放电控制。 放电终了电压是由放电率曲线修正的控制点，消除了单纯的电压控制过放的不准确性，符合蓄电池固有的特性，即不同的放电率具有不同的终了电压。 具有过充、过放、电子短路、过载保护、独特的防反接保护等全自动控制；以上保护均不损坏任何部件，不烧保险； 采用了串联式 PWM 充电主电路，使充电回路的电压损失较使用二极管的充电电路降低近一半，充电效 率较非 PWM 高 3%6%，增加了用电时间；过放恢复的提升充电，正常的直充，浮充自动控制方式使系统由更长的使用寿命；同时具有高精度温度补偿； 直观的 LED 发光管指示当前蓄电池状态，让用户了解使用状况； 所有控制全部采用工业级芯片（仅对带 I 工业级控制器），能在寒冷、高温、基于太阳能的滴灌控制系统总体硬件设计 10 潮湿环境运行自如。 同时使用了晶振定时控制，定时控制精确。 取消了电位器调整控制设定点，而利用了 E 方存储器记录各工作控制点，使设置数字化，消除了因电位器震动偏位、温漂等使控制点出现误差降低准确性、可靠性的因素； 使用了数字 LED 显 示及设置，一键式操作即可完成所有设置，使用极其方便直观的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。 在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。 其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。 根据工作情况要求，该设计选用 12VDC 的太阳能控制器满足系统运行条件。 单片机选型 在现今市场上 ， 单片机的生产厂商很多 、 单片机的类型也很多。 作为通用智能终端的控制器 ， 在这众多的单片机类型中选择一款合适的型号至关重要。 对于本终端 ， 进行单片机选型应该遵循的原则或要求 主要是 : (1)选择的单片机必须有较好的稳定性 ， 这是因为在温室或其它环境中存在有很多的干扰 ， 为了使单片机能够正常的工作 ， 单片机内部必须有较好的内部复位和内部延时等功能 ， 如在单片机内部的程序运行时 ， 若程序 /跑飞 0(指程序不按照指定的顺序运行 )，可进行复位操作。 (2)选择的单片机必须具有丰富的片上外围设备 ， 因为这样可以简化电路的设计 ， 也可以让电路的调试更加容易。 (3)选择的单片机要有方便的调试功能 ， 单片机生产厂商要提供免费的调试软件 ， 使单片机程序大部分能够在 PC 机上仿真出来而且无误。 而且 ， 单片机程序语言要多 样化 ，要既可以用单片机汇编语言也可以用 C 语言编写程序。 (4)选择的单片机功耗要低 ， 由于设计的通用智能终端长期在环境现场工作 ， 为了节能 ， 应选择功耗低的单片机。 本设计采用宏晶科技公司出产的 STC89C516RD+单片机。 STC89C516RD+单片机介绍 STC89C516RD+单片机是 STC 推出的新一代高速、低功耗、超强抗干扰的单片机。 指令代码完全兼容传统 8051 单片机， 12 时钟 /机器周期和 6 时钟 /机器周期可以在任意选择，内部集成 MAX810 专用复位电路。 该单片机的主要特性如下： 增强型 8051 单片机， 12 时钟 /机器周期和 6 时钟 /机器周期可以在任意选择，指令代码完全兼容传统 8051； 四川理工学院毕业论文 11 工作电压： ； 工作频率范围： 040MHz，相当于普通 8051 的 080MHz，世纪工作频率可达48MHz； 用户应用程序空间 64K； 片上集成 1280 字节 RAM； 通用 I/O 接口 39 个，复位后为 P1/P2/P3/P4 是准双向口 /弱向上拉（普通 8051传统 I/O 口）， P0 口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻； ISP（在系统可 编程） /IAP（在应用可编程），无需专用编辑器，无需专用仿真器，可通过串口（ RxD/,TxD/）直接下载用户程序，数秒即可完成； 具有 EEPROM 功能； 内部自带看门狗程序； 内部集成 MAX810 专用复位电路，外部晶体 20M 以下时，可省略外部复位电路； 1共 3 个 16 位定时器 /计数器，其中定时器 0 还可以当成 2 个 8 位定时器使用； 1外部中断 4 路，下降沿中断或低电平触发中断， Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒； 1通用异步串行口（ UART），还可用 定时器软件实现多个 UART； 1工作温度范围： 075 摄氏度。 STC89C516RD+单片机结构 该款单片机中包括中央处理器（ CPU）、程序存储器（ Flash）、数据存储器（ SRAM）、定时 /计数器、 UART 串口、 I/O 接口、 EEPROM、看门狗等模块，几乎包括了数据采集和控制中所需的所有单元模块，可称得上一个片上系统。 内部结构如图 24，管脚分布如图 25。 基于太阳能的滴灌控制系统总体硬件设计 12 图 24 内部结构图 图 25 单片机管脚图 温度传感器选型 温度是表征物体冷热程度的物理量，是工农业 生产过程中一个很重要而普遍的测量四川理工学院毕业论文 13 参数。 温度的测量及控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、生产安全、促进国民经济的发展起到非常重要的作用。 由于温度测量的普遍性，温度传感器的数量在各种传感器中居首位，约占 50%。 温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的。 不少材料、元件的特性都随温度的变化而变化，所以能作温度传感器的材料相当多。 温度传感器随温度而引起物理参数变化的有：膨胀、电阻、电容、而电动势、磁性能、频率、光学特性及热噪声等等。 随着生产的发展，新型温度传感器还会不断涌现。 温度传感器与被 测介质的接触方式分为两大类：接触式和非接触式。 接触式温度传感器需要与被测介质保持热接触，使两者进行充分的热交换而达到同一温度。 这一类传感器主要有电阻式、热电偶、 PN 结温度传感器等。 非接触式温度传感器无需与被测介质接触，而是通过被测介质的热辐射或对流传到温度传感器，以达到测温的目的。 这一类传感器主要有红外测温传感器。 本次设计采用 DS18B20 常用温度传感器，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。 DS18B20 的主要特性 ： 适应电压范围更宽，电压范围： ～ ，在寄生电源方式下可由 数据线供电； 独特的单线接口方式， DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯； DS18B20 支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实。