智能光伏除尘信号采集系统设计

2018-01-15张守峰刘晓艳

智能计算机与应用 2017年6期

张守峰+刘晓艳

摘要：关键词：中图分类号：文献标志码： A文章编号： 2095-2163（2017）06-0160-02

Abstract： It is an important factor that the dust covers the solar panels， which could affect the efficiency of solar photovoltaic power generation. Many mechanical dust cleaning equipment are restricted by the aspects such as intelligence and security now. The intelligent solar cleaning equipment has a MSP430. The proposed design could detect the dust on the solar panel by photoelectric switch detection system. It sends the alarm signal with GPRS.

0引言

太阳能光伏发电产品具有安全、清洁、故障率低、维护方便和建设周期短等许多优点，而且不受地形和建筑局限，因此得到了强势推广和普及应用。光伏发电的核心器件是太阳能光伏组件，由于气候和环境等因素影响，组件表面容易积灰，这是影响太阳能光伏发电系统效率的一个重要的因素。

1设计方案

太阳能光伏组件表面灰尘的及时清除是提高发电效率的重要手段。目前，通用的除尘方法有自动清洁技术、人工清洗、水枪清洗、喷淋系统和自动化清洁装置，但是这些方法存在着许多问题：如需要大量清水，智能化程度低，功耗较大，限制了外置机械清洁装置的进一步拓展应用。

智能光伏组件除尘装置，由动力装置、检测与信号处理和清洁装置三个子系统构成。其中的动力装置系统使用无人机运送除尘设施，吸收组件表面的灰尘，清洁装置系统的主要配件则是采用正负压吸附技术的吸尘设备，而检测与信号处理系统以MSP430单片机为核心，采用无线发送模块F05P和无线接收模块J04V通过GPRS无线网络实现操作处理。

2系統硬件设计

信号采集系统采用模块化设计思路，由光电传感器检测电路、MSP430单片机控制系统、信号处理模块和无线通信模块组成，硬件系统如图1所示。下面，将针对系统设计中各组成部分展开如下分析论述。

2.1光电传感器

PC控制平台对除尘装置的控制包括组件表面灰尘自动检测，对所检测的数据进行对比和处理，判断是否需要除尘。考虑到野外作业的环境因素、光照和风力影响，传感器在选择上要满足灵敏度较高、能耗较低和易维护等条件。本系统传感器选择E3F-DS30C4 可调漫反射光电开关。该款传感器采用三线制结构，有效检测距离为30 cm，工作电压DC 6～36 V，最大负载电流300 mA，适合环境温度-25 ℃～+70 ℃。在检测系统中采用对射模式，传感器为NPN型常开结构，当光伏组件上的灰尘较多时，光线被吸收不能发生反射，开关转变为闭合状态，发出请求作业信息。为了检测结果的准确性，可以采用通过多组光电开关，并对检测信号求取结果平均值的方法。

2.2信号处理电路

信号处理电路由触发器和放大电路构成，基本结构如图2所示。触发器采用74LS279芯片，含有4路RS触发器，输入端接传感器检测信号和基准电平，输出端接三极管放大电路。根据光伏发电运行成本，不同地区对灰尘覆盖度容忍不一，基准电平的设计是用于调整太阳能组件的清扫触发信号。

2.3单片机电路

MSP430系列单片机是美国德州仪器成功研发、并推向市场的一种16 bit超低功耗的芯片处理器，具有处理能力强、运算速度快、低电压和小电流等特点。相对于CS51系列单片机，MSP430采用了精简指令集结构，均为单周期指令，运行速度极快；低至0.1 μA节电运行模式更适合应用于借助电池供电的仪器或仪表类产品中；16 bit和8 bit混合开放型结构，可提供更多功能；开发工具简洁，能够实现在线编程。

无线发送模块F05P采用SMT工艺，小体积、低功耗、声表稳频，适合短距离无线遥控报警及单片机无线数据传输。支持较宽的工作电压范围，ASK方式调制，单片机的数据可直接通过串口送至数据输入端。

MSP430单片机硬件工作原理如图3所示。

3系统软件设计

智能光伏除尘信号无线采集系统由系统主程序、中断服务子程序和报警子程序等构成，在进行初始化设置后，程序系统进入中断服务，正常运行于低功耗模式，程序设计流程如图4所示。当MSP430单片机检测到除尘清扫信息，可以通过UART中断进入运行模式，调用无线信号发射子程序，并生成报警信号通过UART中断来启动运行F05P无线发送模块。

MSP430串行通信接口是处理器与外界进行数据传输频繁选用的方式之一，占用更少的I/O口就可以在系统间交换信息，尤其适用于单片机与外设之间的远距离通信。MSP430 系列单片机有2种串行通信接口：较早的 UART 模块和较新的 USCI 模块。通信模块在每个采样周期内把数据发给上位机，在UART中断模式下，I/O口定义为第2功能、即串口发送接收，时钟信号选择为ACLK，8 bit数据传输格式，波特率采用9 600 bps。

4结束语

本文研究提出了基于MSP430的光电开关智能光伏除尘无线信号采集系统设计。项目整体调试完成，各项指标达到设计要求。设计具有很高的集成化和智能化，符合当前工业生产和工程设计的发展方向。硬件质量轻、可靠性高，并且容易维护、性价比很高，为未来产品升级留有可观拓展空间。

参考文献：

[1] 王瑜，王斌. 基于STC系列微控制器的电机数字测速系统设计[J]. 电气技术，2012（3）：69-71.

[2] 张海洪，谈士力，龚振邦，等. 壁面自动清洗机器人清洗工艺分析[J]. 机电一体化，2001（1）：10-14.

[3] 高九岗，吴神丽，李宏穆. 一种新型高楼清洗爬壁机器人的设计[J]. 机电工程技术，2010，39（6）：66-67，142.

[4] 李东炜，杨晓钧，李兵. 壁面自动清洗机构的设计[J]. 机电工程技术，2010，39（6）：80-82.

[5] 邹新，王新，邓霞. 光伏电站组件清洗效果及方法初探[C]//第十一届中国光伏大会暨展会会议论文集. 南京：中国可再生能源学会，江苏省光伏产业协会，2010： 1285-1289.

[6] 重庆理工大学. 一种太阳能电池除尘装置的清洁机构：中国，ZL201320193341.6[P].2013- 07-26.

[7] 姜进，王鑫，杨慧中. 基于MSP430单片机的无线环境监测系统的设计[J]. 江南大学学报（自然科学版），2011，10（1）：45-48.

[8] 周莉，陈杰，蔡加星. 基于 MSP430单片机的智能照明控制系统的设计[J]. 安徽理工大学学报（自然科学版），2014，34（2）：46-48，65.

[9] 米继耀，施云波，修德斌，等. 基于MSP430的高压开关柜火灾预警系统的研制[J]. 电子测量技术，2010，33（9）：81-84.