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

摘 要：通過對太陽能光伏電池板特性及光伏電源最大功率點跟蹤原理的分析，提出了基于CUK 電路的光伏電源最大功率點跟蹤方法，通過對太陽能路燈工作機(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)計思路，并重點闡述了從機(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，具有很高的實際應(yīng)用價值。

　　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，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。

　　針對太陽能路燈的特點，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)對各個從機(jī)的太陽能板、蓄電池和LED 燈頭的工作狀況和各種運行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，然后，主機(jī)通過MC39i 模塊將檢測結(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，實現(xiàn)對太陽能路燈的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。

　　1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　目前的太陽能路燈控制系統(tǒng)都是獨立光伏控制系統(tǒng)，主要由六個部分組成：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，一級電路實現(xiàn)兩級調(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匝數(shù)比可調(diào)的DC-DC 變壓器。能量的儲存和傳遞同時在兩次開關(guān)動作期間和兩個回路中進(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應(yīng)一個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

　　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，其選通開關(guān)通過單片機(jī)PWM3 輸出控制。

圖2 DSPIC30F3011 原理