太阳能电池板温度控制器的总体控制方案

1、重庆理工大学 电气工程及自动化 太阳能电池板温度控制器设计方案姓 名：周昌申 龚见 吴开香学 号：0636、0604、05指导教师：蒋东荣2021年12月25日太阳能电池板温度控制器的总体控制方案摘要 随着太阳能光伏发电技术的兴起，世界各国也在不断的进行改进和创新以便获得更稳定、更经济、效率更高的光伏发电技术。导致光伏太阳能电池板效率降低因素之一就是太阳能电池板的温度。本文就简单介绍一种太阳能电池板在白天工作时的温度控制技术，为准确控制温度，使太阳能电池板在正常环境工作，用单片机的温度控制系统以AT89C2051单片机为核心，结合DS18B20以及光敏元件对太阳能电池板温度进行在线控制，并采用

2、软件控制算法对工作时温度进行智能控制，实现对高温环境电机工作，低温环境电阻加热。 结果表明，系统温度控制精度达到了预期的设计目标，温度±01，具有较高的控制精度，提高了太阳能电池板的经济运行。关键词: 单片机; 温度传感器; 控制系统;1 引言 太阳能的开发与利用时世界各大国大力提倡的一项重要能源工程，虽然太阳能的利用有多种形式，但光伏发电作为其中一个十分重要的分支，正备受关注。但光伏发电的成本还是居高不下，各种效率正在不断地研究与提高之中。单片机具有其体积小可靠性高功能强成本低和开发周期短等优点，成为测控领域中必不可少且应用广泛的器件器1，2。本文就针对太阳能电池板的工作环境，通过

3、单片机以及温度传感器和光敏元件设计了一套自动检测太阳能电池板在白天工作时的温度，从而实现对太阳能电池板工作时的温度的自动控制方案，并进行了仿真成功实现其控制，提高了其控制精度，及发电效率，使光伏发电工作在一个可靠的运行环境之中。2 太阳能电池板的温度控制电路图2.1系统硬件电路构成本系统以单片机为核心，组成一个集温度采集处理显示自动控制为的闭环控制系统，系统硬件电路原理如图1所示。单片机控制电路驱动电路温度传感器电机工作光敏元件电阻工作图1 温度测控系统硬件电路原理简图图1中，利用光敏元件对光强进行检查分析，根据光强程度判断是白天还是黑夜，从而控制单片机工作，如果是白天再采用温度传感器对太阳能

4、电池板的温度进行实时采集，然后对其温度高低进行判断和比较。智能温度传感器DS18B20可检测温度为55+125，精度为0.5，因此不仅能够对太阳能电池板温度进行有效地测量，且可以对所需要控制的温度进行准确设置，因此温度测控系统选用DS18B20作为太阳能电池板温度传感器，DS18B20集成了传感器和数字转换电路，且每个DS18B20都具有唯一的位序列号，单片机主要是用于对DS18B20进行编程，并读取其温度值，并实行控制。单片机选用AT89C51。2.1.2 DS18B20温度传感器DS18B20温度传感器只有3个引脚，不需要外部元件，一条数据线可以进行通信 当使用一根I/O线通信时，其电源电

5、压是以寄生方式供电的，因此，只需要将其电源( VDD)和地线( GND) 端接地即可3。DS18B20采用9bit 数字量来表示温度; 每次将温度转换成数字量需200ms，因此，利用DS18B20作为孵化箱的温度传感器，完全可以满足的设计要求4DS18B20由只读存储器随机存储器温度传感器温度数字转换电路和串行I/O口等几部分组成，其结构如图2所示通过读取DS18B20内部温度数字计数器并进行有关计数换算，可获得0 050 1的精度，在DS18B20内部有一个64bit的标识码固化在ROM中，每个DS18B20标识码都是唯一的，使用其标识码，可以对指定的DS18B20进行相关的操作。 图2 D

6、S18B20内部结构图2.1.2 AT89C51单片机控制部件选择ATMEL公司生产的AT89C5l型单片机。AT89C5l是一种低功耗、高性能的8位单片机5，片内带有4KB的Flash可编程可擦除只读存贮器，它采用CMOS工艺和高密度非易失性存贮器技术，而且引脚和指令系统都与MCS-51兼容。片内的Flash存贮器允许在系统内可改编程序或用常规的非易失性存贮器编程器来编程。AT89C5l是一种功能强、灵活性高且价格合理的单片机，可方便地应用在各种控制领域。AT89C5l的结构框图如图3所示。它具有如下的主要特征6:4KB可改编程序的Flash存贮器(可擦写1000次)；全静态工作频率: 24

7、MHz；三级程序存贮器保密；128字节内部RMA；32条可编程I/O线；2个16位定时器/计数器；6个中断源；可编程全双工串行通道；片内时钟震荡器 。图3 单片机结构框图AT89C51是用静态逻辑来设计的，其工作频率可下降到OHz，并提供两种可用软件选择的省电方式，即空闲方式和掉电方式。在空闲方式中，CPU停止工作，而RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统都继续工作。在掉电方式中，片内振荡器停止工作，由于时钟被“冻结”，使一切功能都暂停，只保持内部RAM的内容，直到下一次硬件复位为止。22 硬件电路设计通过以上的分析设计，得到了太阳能光伏电池板温度控制的整体硬件电路设计，完成了对太阳能光伏电

8、池板温度的收集、反馈及控制，具体电路如图4所示。图4 太阳能电池板的温度控制硬件设计图3 太阳能电池板的温度控制软件流程图太阳能电池板的温度控制结构主要是通过温度传感器对外界温度进行实时监测给控制电路一个控制信号，通过和预设温度进行比较输出，如果输入温度控制信号高于80时，散热电机开始工作，当输入温度控制信号低于于70时，散热电机停止工作；如果输入温度控制信号低于-50时，发热电阻开始工作，当输入温度控制信号高于于-40时，发热电阻停止工作；这样就实现了对太阳能电池板温度的实时控制，具体结构框图如图5所示。第 10 页开始系统初始化日出？N 温度传感器将温度信息送入单片机 Y >70度跟

9、单片机预设温度-4085度进行比较<-40度 电热丝加热电路启动电机启动 太阳能发电正常工作电机 不启动电热丝电路不工作4 结论通过对太阳能电池板控制电路的硬件仿真，我们得出了精确的控制结果，达到对其温度的良好控制。微型计算机在智能化发展中起着至关重要的作用，这种利用单片机和新型测温器件设计控制的系统不但节约成本，还提高了光伏发电系统的可靠性，相应的提高了其运行效率，是一种比较好的太阳能电池板温度控制系统。参考文献：1朱定华，戴汝平 单片微机原理与应用M 北京: 北方交通大学出版社，20032徐仁贵，廖哲智 单片机微型计算机应用技术M 北京: 机械工业出版社，20013刘亚利，敬岚，乔卫民. 基于MSP430F149型单片机的智能温度控制系统J 计算机工程与设计，2006，27( 6) : 106210654马江涛 单片机温度控制系统的设计及实现J