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1 引 言 為了確保太陽(yáng)能發(fā)電系統能夠正常的工作，需要對太陽(yáng)能發(fā)電系統的各項環(huán)境參數進(jìn)行測量，從而有效地控制其運行。本文介紹了一種基于單片機的太陽(yáng)能參數測試儀，提供了3種參數的測量功能和通信接口，以及2種供電方式，既可作為手持設備使用，又能安裝在發(fā)電系統中，具有較高的實(shí)用價(jià)值。 2 硬件電路設計 2．1 總體結構 該測試儀以AT89S52單片機為核心，外接溫濕度傳感器SHTll、照度傳感器TSL2561、四位共陰數碼管、RS485總線(xiàn)通信接口以及顯示切換按鍵。單片機上電工作后，對當前溫度、濕度、光強度進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，通過(guò)按鍵切換將測得的3種參數通過(guò)LED數碼管進(jìn)行輪流顯示；此外，還可以通過(guò)RS485總線(xiàn)與PC機進(jìn)行通信，將參數值傳送到上位機，以達到遠程監測的目的。該測試儀的結構框圖如圖1所示。 2．2 測量模塊 溫度和濕度測量采用的是瑞士Sensirion公司生產(chǎn)的SHTll傳感器。該傳感器采用獨特的CMOsens TM技術(shù)，將溫濕度傳感器、信號放大處理、A／D轉換、I2C總線(xiàn)全部集成在一塊芯片上，可直接與單片機接口。該芯片采用數字式輸出，為編程提供了方便。 光照度測量選用的是TAOS公司生產(chǎn)的TSL2561光強度傳感器。它具有數字式輸出端口和標準I2C總線(xiàn)接口，涵蓋1～70 000 lx的寬照度范圍，非常適合戶(hù)外環(huán)境下光照強度的測量，適用于太陽(yáng)能發(fā)電系統。圖2為傳感器與AT89S52單片機的接口電路設計。 2．3 電源模塊 電源模塊提供了2種供電方式： ①當測試儀作為手持設備使用時(shí)，可直接使用3．6V鋰電池，經(jīng)過(guò)DC—DC電壓轉換芯片MAX756將電壓升至5 V后為單片機和外設供電。 ②當測試儀作為固定設備安裝在太陽(yáng)能發(fā)電現場(chǎng)時(shí)，可以采用太陽(yáng)能供電。太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的12 V電壓通過(guò)穩壓芯片LM7805后，得到穩定的5 V電壓輸出，輸出電壓既可以為測試模塊供電還可以通過(guò)充電電路為鋰電池充電。圖3是電源模塊的硬件原理圖。 2．4 充電電路 充電電路的核心器件采用的是上海如韻公司生產(chǎn)的專(zhuān)用充電芯片CN3058，它可以對單節磷酸鐵鋰可充電電池進(jìn)行恒流／恒壓充電。該器件內部集成有功率晶體管，使用時(shí)不需要設計外圍電流檢測和保護電路，適用于便攜式的應用領(lǐng)域。 圖4為鋰電池充電電路。其中LEDl和LED2分別作為充電中和充電飽和兩種狀態(tài)的指示燈，R1在充電時(shí)起限流保護的作用；電容C1和C2采用的是多層陶瓷電容器(MLCC)，能保證充電電路穩定工作。 2．5 通信模塊 測試儀通過(guò)RS485工業(yè)總線(xiàn)與PC機進(jìn)行通信，其硬件接口電路如圖5所示。 3 軟件設計 3．1 總體設計 測試儀的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境采用的是Keil C，所有代碼采用C語(yǔ)言編寫(xiě)。為了方便程序調試和提高可靠性，軟件采用模塊化結構設計，主要由初始化程序、主程序、子程序、中斷服務(wù)程序等組成。單片機上電后即開(kāi)始循環(huán)執行溫濕度、照度測量程序，并以設定的時(shí)間間隔在數碼管上輪流動(dòng)態(tài)顯示；按鍵切換和通信功能部分由于使用頻率相對較低，為降低設備功耗，其程序以中斷響應的方式執行。在此要注意中斷優(yōu)先級的設置：按鍵中斷優(yōu)先級應高于串口中斷，否則將無(wú)法進(jìn)行顯示切換。主程序流程如圖6所示。 3．2 傳感器驅動(dòng)程序 本系統采用的傳感器均為集成數字芯片且都具有I2C總線(xiàn)接口，故其驅動(dòng)程序的編寫(xiě)要嚴格遵循I2C總線(xiàn)的時(shí)序。主程序為每一個(gè)參數開(kāi)辟了一個(gè)8位的存儲空間，傳感器將采集到的數據經(jīng)SDA引腳串行輸出，驅動(dòng)程序將SDA線(xiàn)上輸出的數據進(jìn)行串并轉換，并存儲到相應空間中，以方便其他功能程序調用。以下是照度傳感器數據采集程序的部分代碼。 (1)TSL2561初始化 3．3 RS485通信程序 測試儀與上位機的通信采用RS485協(xié)議。串口參數為：波特率9600，數據位8位，1個(gè)校驗位，1個(gè)停止位。其數據格式如圖7所示。 由于RS485總線(xiàn)協(xié)議與RS232串口協(xié)議只是接口電平上有區別，其軟件編程完全按照串口通信協(xié)議進(jìn)行，此處不再詳述。 4 結 語(yǔ) 經(jīng)實(shí)驗測試，該環(huán)境參數測試儀溫度測量顯示精度可以達到0．1℃，濕度精確到O．1％，照度可以精確到11x。由于主要器件均為I2C數字接口，故本測試儀還有結構簡(jiǎn)單、易維護、可擴展性強等特點(diǎn)，具有很高的實(shí)用價(jià)值；另外，獨特的雙電源供電方式更擴展了它的適用范圍。 |
