基于LabWindows/CVI的太阳能监测系统

王在英等

摘要：太阳能电池板的工作效能需要实时的监测与控制。本系统以LabWindows/CVI软件作为输出设备，以MSP430单片机作为采集的节点与微处理单元，将LabWindows/CVI、430单片机、太阳能电池板、光敏电阻有机结合在一起，能够以图形及仪表的形式实时监测太阳能电池板的工作效能。

关键词：LabWindows/CVI；MSP430单片机；数据采集；太阳能

中图分类号：TP21 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）04-0213-04

太阳能作为一种绿色能源，随着科技的飞速发展，已经广泛的应用于工作、生活中的方方面面。太阳能电池板的工作效能是否满足用户设备的需求，需要进行跟踪监测、分析处理。太阳能监测系统的应用与推广不是技术问题，而是成本问题。要在降低成本的基础上，提高系统的稳定性及发挥最大的效能，就要准确监测太阳能电池板的输出功率。为此，仅从理论计算是不够的。因为太阳光光强瞬息万变，充电电流和放电电流都在不断变化，理论计算会带来较大误差[1]。只有采取自动跟踪监测输出的电压、电流才能准确确定光电池在不同季节和不同方位的最大功率输出，以此确定蓄电池和负载才是可靠的。

本文基于LabWindows/CVI软件平台，结合MSP430单片机采集数据并处理，利用虚拟仪器技术可实现自动监测及数据分析任务。该文对自行研制开发的监测系统作一阐述。

1 整体方案设计

整体设计思想是在监测太阳能电池板的输出电压与电流的同时监测环境中的光照强度，实时的以图形化的方式显示给使用人员并记录，使用人员通过分析比较，即可判断太阳能电池板的工作效能是否满足要求。

1.1 系统组成

本系统的设计思想是通过MSP430F149的两个A/D采集口，分别监测太阳能电池板的输出和环境的光强。其中，对太阳能电池板的输出监测的是输出电压并计算电流；环境的光强通过监测光敏电阻的电阻值（分得的电压）并解算出当前的光强。

1.1.1 LabWindows/CVI系统

为简化使用人员的操作，提高系统的监测、记录与分析的效能，需要将数据结果显示到计算机。虚拟仪器通过软件开发平台将计算机硬件资源与仪器硬件有机地融合为一体，把计算机强大的数据处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起，通过软件实现对数据的显示、存储及分析处理[2]。LabWindows/CVI软件可以通过编程，接收并处理计算机串口实时发送的数据，并且可灵活的使用虚拟仪表、图形进行显示。因此，本系统采用LabWindows/CVI软件作为监测的输出设备。

1.1.2 MSP430F149单片机[3][4]

为了满足监测系统长时间、高可靠性工作的要求，综合比较51系列和MSP430系列单片机。首先，MSP430F149单片机本身资源较多，片内有12个A/D转换通道，转换速度大于200ksps，能实现12位无失码转换。其次，MSP430F149具有超低功耗特性，活动模式：220uA、1MHz、2.2V，待机模式：0.8uA，掉电模式：0.1uA。因此，综合考虑本系统模数转换的需要和单片机的性能，选择MSP430F149作为本系统的微处理单元。

1.1.3 太阳能电池板

1.3 单片机A/D采集

由于需要采集太阳能板与光敏电阻的电压，因此，MSP430F149单片机的模数转换方式采用多通道多次转换模式，分别以P6.0口和P6.1口采集。低功耗MSP430F149单片的工作电压为3.3V，为简化电路设计，A/D转换的基准电压采用内部基准电压2.5V，因此需要运用电阻分压式电路，再通过内部算法修正，计算出相应的电压值。最后，将结果转化为相应的字符串的形式，设置串口输出口为P3.4，传输的波特率为9600bps，将信息发送给上位机进行处理。

1.4 LabWindows/CVI显示

串口接收到无线传输模块发来的太阳能板与光敏电阻的相关信息，将接收到的数据存放在数组，并根据每一帧数据中不同位代表的意义，分别转化成太阳能电池板的输出电压、太阳能电池板的输出电流和光敏电阻感受到的光强。并在对应的窗口显示出波形，在对应的表盘显示对应的数值。

1.5 实际问题与解决措施

1.5.1 消除干扰

该面板可以分为左、中、右三部分，左侧部分的功能是设置上位机与单片机的通信协议，包括串口选择、传输波特率、校验方式等。中间部分的功能是以图形的形式显示一定时间内，太阳能电池板的输出电压、电流及环境中的光强，主要应用于观察分析太阳能电池板的工作效能是否正常；下方窗口用于观察上位机接收的串口数据是否正常。右侧部分的功能是以仪表和数字的双重方式显示实时的电压、电流、流明值。

2.3 结束语

利用LabWindows/CVI软件和MSP430F149单片机结合所开发的虚拟仪器监测系统，较好地完成对太阳能电池板的工作效能的全程监测。具有操作简单、界面友好，测量精度高的特点，可提高测量效率、节约仪器设备的开支。依此测量的数据可以合理配置太阳能电池板的输出功率和负载的大小，发挥最大的效益。对于保证太阳能电池板的工作性能、使用寿命，保证使用太阳能电池板供电的设备的可靠性具有实际意义。

参考文献：

[1] 苗洪利.基于LabVIEW太阳能路灯充放电监测系统[J].微计算机信息，2007，23（5-1）：88-90.

[2] 孙晓云，郭立炜，孙会琴.Labwindows/CVI的虚拟仪器设计与应用[M].北京：电子工业出版社，2005.

[3] 谢兴红，林凡强，吴雄英. MSP430单片机基础与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

[4] 曹磊. MSP430单片机C程序设计与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.

[5] 张俊.匠人手记：一个单片机工作者的实践与思考[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.