CN108061835A - 一种太阳能光伏板电压采样方法、系统及电路 - Google Patents

一种太阳能光伏板电压采样方法、系统及电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能光伏板电压采样电路、方法及系统和计算机可读存储介质，该方法包括太阳能光伏板、太阳能充电控制器和蓄电池，所述太阳能光伏板通过所述太阳能充电控制器与所述蓄电池相连，还包括电气隔离元件、AD转换芯片和处理器；所述太阳能光伏板和所述太阳能充电控制器通过所述AD转换芯片连接所述电气隔离元件；所述电气隔离元件与所述处理器相连。本发明公开的太阳能光伏板电压采样电路，在采样电路隔离前端完成采样及AD转换并以数字信号输出；在采样电路隔离后端通过处理器读取采样值，杜绝前后级电路的影响。使得太阳能光伏板负极和采样电路前端的参考地构成等电位点，提升电压采样的准确性与稳定性。

Description

一种太阳能光伏板电压采样方法、系统及电路
技术领域
本发明涉及电压采集技术领域，更具体地说，涉及一种太阳能光伏板电压采样方法、系统及电路和一种计算机可读存储介质。
背景技术
现有技术中的远程遥测系统主要由远程遥测终端、太阳能充电控制器、太阳能光伏板、蓄电池，以及水位计、雨量计、温湿度仪等传感器组成。配备有太阳能充电控制器的远程遥测系统可以支持太阳能光伏板与蓄电池共同组成光电互补的供电方式，为了监测太阳能光伏板状态，一般通过简单的电阻分压的方式，直接进行ADC(英文全称：AnalogtoDigital Converter，中文全称：模数变换器)采样获取太阳能光伏板当前的电压值。
太阳能充电控制器如图1所示，绝大多数是采用低端驱动结构，共阳极的连接方式，即太阳能电池正极(SR+)、蓄电池正极(Bat+)与负载输出正极(Ro+)是同一电气连接点，然而太阳能电池负极(SR-)与蓄电池负极(Bat-)之间通过MOS管进行充电控制，蓄电池负极(Bat-)与负载输出负极(RO-)之间也通过MOS进行开关控制，以保护蓄电池过放。所以远程遥测终端对太阳能光伏板的电压采集，多以浮地的形式单线采集，只对太阳能电池板的正极(Bat+)进行采样。
现有技术中的采集方式存在如下缺陷，如图2所示，太阳能光伏板的负极通过太阳能控制器的负极与蓄电池的负极相连，且与远程遥控终端的负极相连。由于太阳能充电控制器以PWM方式进行充电控制，不停的进行开关状态切换，当太阳能光伏板负极(SR-)与蓄电池负极(Bat-)之间的MOS管截止时，远程遥测终端系统地(GND)与蓄电池负极(Bat-)通过太阳能控制器相连为等电位点，而与太阳能电池负极(SR-)的电位则不相等，即图1中P点与Q点不构成等电位，所以这种方式的电压采集准确度和精度都不高。另外，如果太阳能光伏板负极(SR-)与远程遥测终端系统地(GND)连接，那么由于太阳能光伏板正极的峰值电压比电源电压高许多，电流会通过ADC检测的IO端口灌入MCU，导致遥测终端MCU工作不稳定，其等效内阻将加快蓄电池的电能消耗，无法达到光电互补免维护的效果。
因此，如何提高太阳能光伏板电压采集的准确度和精度是本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能光伏板电压采样方法、系统及电路和一种计算机可读存储介质，提高了太阳能光伏板电压采集的准确度和精度。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种太阳能光伏板电压采样电路，包括太阳能光伏板、太阳能充电控制器和蓄电池，所述太阳能光伏板通过所述太阳能充电控制器与所述蓄电池相连，还包括电气隔离元件、AD转换芯片和处理器；
所述太阳能光伏板和所述太阳能充电控制器通过所述AD转换芯片连接所述电气隔离元件；
所述电气隔离元件与所述处理器相连。
其中，所述电气隔离元件包括光耦元件和磁隔离元件；
所述太阳能光伏板和所述太阳能充电控制器通过光耦元件与所述处理器相连；
所述太阳能光伏板和所述太阳能充电控制器通过所述AD转换芯片连接所述磁隔离元件。
其中，所述太阳能光伏板通过电压调节器与所述光耦元件相连。
其中，所述电压调节器通过开关二极管与所述光耦元件相连。
其中，还包括：
采用控制电路，用于通过所述太阳能充电控制器控制所述太阳能光伏板向所述AD转换芯片供电；
输出电路，用于读取所述AD转换芯片的输出值。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种太阳能光伏板电压采样方法，应用于如上述采样电路，所述采样方法包括：
与处理器相连的采样控制电路向所述太阳能充电控制器发送使能信号，以便所述太阳能光伏板向所述采样电路中的AD转换芯片供电；
与所述处理器相连的输出电路读取所述AD转换芯片的输出值。
其中，所述处理器的输出电路读取所述AD转换芯片的输出值之后，还包括：
根据所述输出值通过计算公式得到所述太阳能光伏板的输出电压；
其中，所述计算公式为：
其中，V为所述输出电压，ADC为所述输出值，Vref为所述AD转换芯片的基准参考源，R1、R2为分压电阻值。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种太阳能光伏板电压采样系统，包括：
使能控制模块，用于与处理器相连的采样控制电路向所述太阳能充电控制器发送使能信号，以便所述太阳能光伏板向所述采样电路中的AD转换芯片供电；
读取模块，用于与所述处理器相连的输出电路读取所述AD转换芯片的输出值。
其中，还包括：
计算模块，用于根据所述输出值通过计算公式得到所述太阳能光伏板的输出电压；
其中，所述计算公式为：
其中，V为所述输出电压，ADC为所述输出值，Vref为所述AD转换芯片的基准参考源，R1、R2为分压电阻值。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述太阳能光伏板电压采样方法。
通过以上方案可知，本发明实施例提供的一种太阳能光伏板电压采样电路，包括太阳能光伏板、太阳能充电控制器和蓄电池，所述太阳能光伏板通过所述太阳能充电控制器与所述蓄电池相连，还包括电气隔离元件、AD转换芯片和处理器；所述太阳能光伏板和所述太阳能充电控制器通过所述AD转换芯片连接所述电气隔离元件；所述电气隔离元件与所述处理器相连。
本发明提供的太阳能光伏板电压采样电路，采用电气隔离元件隔离的采样方法，在采样电路隔离前端完成采样及AD转换，并以数字信号输出；在采样电路隔离后端通过处理器以I2C通信方式读取采样值，杜绝前后级电路的影响。使得太阳能光伏板负极和采样电路前端的参考地构成等电位点，提升电压采样的准确性与稳定性，增强抗干扰能力。同时，处理器可以通过使能信号的控制，关断工作电路电源，降低功耗，这对依赖于太阳能光伏板提供持续能源的设备，增长了使用寿命，减少了电池更换维护时间，具有较大的经济价值。本发明还公开了一种太阳能光伏板电压采样方法及系统和一种计算机可读存储介质，同样能实现上述技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术的一种太阳能光伏板电压采样电路的结构图；
图2为现有技术的一种太阳能光伏板电压采样方法各硬件连接的结构图；
图3为本发明实施例公开的一种太阳能光伏板电压采样电路的结构图；
图4为本发明实施例公开的一种太阳能光伏板电压采样电路的具体连接结构图；
图5为本发明实施例公开的一种太阳能光伏板电压采样方法的流程图；
图6为本发明实施例公开的一种太阳能光伏板电压采样系统的结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种太阳能光伏板电压采样电路，提高了太阳能光伏板电压采集的准确度和精度。
参见图3，本发明实施例公开的一种太阳能光伏板电压采样电路的结构图，如图3所示，包括太阳能光伏板301、太阳能充电控制器302和蓄电池303，所述太阳能光伏板301通过所述太阳能充电控制器302与所述蓄电池303相连；
还包括电气隔离元件304、AD转换芯片305和处理器306；
所述太阳能光伏板301和所述太阳能充电控制器302通过所述AD转换芯片305连接所述电气隔离元件304；
所述电气隔离元件304与所述处理器相连306。
在具体实施中，所述电气隔离元件304包括光耦元件和磁隔离元件；
所述太阳能光伏板301和所述太阳能充电控制器302通过光耦元件与所述处理器306相连；
所述太阳能光伏板301和所述太阳能充电控制器302通过所述AD转换芯片305连接所述磁隔离元件。
在具体实施中，处理器306位于远程遥控终端内部，与处理器306相连的采样控制电路发出使能信号，通过光耦元件控制采样电路前级的电源，这样采样电路前级由太阳能光伏板供电，后级由远程遥测终端供电，实现前后级电路电源(VCC)与地(GND)的隔离。另外，前后级之间的通信，即太阳能光伏板电压与输出电路通过磁隔离元件进行通信隔离，采样由前级AD转换芯片305独立完成，精度得到保证，后级通过I2C读取数值，这样前后级之间互不影响，增加抗干扰能力。
需要说明的是，此处的AD转换芯片305可以具体为12位ADC芯片，当然也可以为其他具有相似功能的转换芯片，在此不作具体限定。
本发明实施例提供的太阳能光伏板电压采样电路，采用电气隔离元件隔离的采样方法，在采样电路隔离前端完成采样及AD转换，并以数字信号输出；在采样电路隔离后端通过处理器以I2C通信方式读取采样值，杜绝前后级电路的影响。使得太阳能光伏板负极和采样电路前端的参考地构成等电位点，提升电压采样的准确性与稳定性，增强抗干扰能力。同时，处理器可以通过使能信号的控制，关断工作电路电源，降低功耗，这对依赖于太阳能光伏板提供持续能源的设备，增长了使用寿命，减少了电池更换维护时间，具有较大的经济价值。
本发明实施例公开了一种太阳能光伏板电压采样电路，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的：
如图4所示，图4为本发明实施例公开的一种太阳能光伏板电压采样电路的具体连接结构图。D1为开关二极管，利用其正向导电性，实现反接保护；U4为光耦元件，进行电源使能控制及隔离，达到功耗控制的目的；U2为磁隔离元件，前后侧需单独供电；U3为高压低静态电流线性电压调整器，支持120V直流电压输入；U1为12位高精度共模/差模输入数模转换器件，内置基准参考源，功耗为0.21mW。
在具体实施中，由远程遥测终端内的采样控制电路发出使能信号，为U2的VDD2电源正常供电，同时使能信号通过光耦隔离后，联动打开太阳能光伏板的电路电源，使ADC转换芯片开始工作。太阳能光伏板电压经过R1、R2分压后输入ADC转换芯片，12位ADC转换芯片内置基准参考源，转换后将数值存储在寄存器中。ADC转换芯片与输出电路之间采用磁隔离元件U2，处理器通过I2C总线进行数值的读取，实现精确的隔离电压采样。
下面对本发明实施例提供的一种太阳能光伏板电压采样方法进行介绍，参见图5，本发明实施例公开的一种太阳能光伏板电压采样方法的流程图，如图5所示，包括：
S501：与处理器相连的采样控制电路向所述太阳能充电控制器发送使能信号，以便所述太阳能光伏板向所述采样电路中的AD转换芯片供电；
S502：与所述处理器相连的输出电路读取所述AD转换芯片的输出值。
本发明实施例提供的太阳能光伏板电压采样方法，采用电气隔离元件隔离的采样方法，在采样电路隔离前端完成采样及AD转换，并以数字信号输出；在采样电路隔离后端通过处理器以I2C通信方式读取采样值，杜绝前后级电路的影响。使得太阳能光伏板负极和采样电路前端的参考地构成等电位点，提升电压采样的准确性与稳定性，增强抗干扰能力。同时，处理器可以通过使能信号的控制，关断工作电路电源，降低功耗，这对依赖于太阳能光伏板提供持续能源的设备，增长了使用寿命，减少了电池更换维护时间，具有较大的经济价值。
另外，本实施例公开的采样方法还可以利用采集到的光伏板电压与电池电压，进行数值比对，智能调节远程遥测终端进入休眠模式的时间，适时调整采集频次，实现能量的均衡利用，判断太阳能控制器的功能是否正常，并及时将事件上报，提供检修依据。
在上述实施例的基础上，作为优选实施方式，所述处理器的输出电路读取所述AD转换芯片的输出值之后，还包括：
根据所述输出值通过计算公式得到所述太阳能光伏板的输出电压；
其中，所述计算公式为：
其中，V为所述输出电压，ADC为所述输出值，Vref为所述AD转换芯片的基准参考源，R1、R2为分压电阻值。
在具体实施中，处理器读取ADC转换芯片的输出之后，需要根据上述公式计算太阳能光伏板的输出电压。采用上述计算方法的电路体积小，具有功耗控制功能，隔离电压可达到1500V，抗干扰能力强。在使能信号关断前后级采样电路电源时，只有uA级的采样分压电阻消耗的电流，远远小于太阳能充电控制器本身的4mA静态电流。
下面对本发明实施例提供的一种太阳能光伏板电压采样系统进行介绍，下文描述的一种太阳能光伏板电压采样系统与上文描述的一种太阳能光伏板电压采样方法可以相互参照。
参见图6，本发明实施例提供的一种太阳能光伏板电压采样系统的结构图，如图6所示，包括：
使能控制模块601，用于与处理器相连的采样控制电路向所述太阳能充电控制器发送使能信号，以便所述太阳能光伏板向所述采样电路中的AD转换芯片供电；
读取模块602，用于与所述处理器相连的输出电路读取所述AD转换芯片的输出值。
本发明实施例提供的太阳能光伏板电压采样系统，采用电气隔离元件隔离的采样方法，在采样电路隔离前端完成采样及AD转换，并以数字信号输出；在采样电路隔离后端通过处理器以I2C通信方式读取采样值，杜绝前后级电路的影响。使得太阳能光伏板负极和采样电路前端的参考地构成等电位点，提升电压采样的准确性与稳定性，增强抗干扰能力。同时，处理器可以通过使能信号的控制，关断工作电路电源，降低功耗，这对依赖于太阳能光伏板提供持续能源的设备，增长了使用寿命，减少了电池更换维护时间，具有较大的经济价值。
在上述实施例的基础上，作为优选实施方式，还包括：
计算模块，用于根据所述输出值通过计算公式得到所述太阳能光伏板的输出电压；
其中，所述计算公式为：
其中，V为所述输出电压，ADC为所述输出值，Vref为所述ADC转换芯片的基准参考源，R1、R2为分压电阻值。
本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时可以实现上述实施例所提供的步骤。该存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种太阳能光伏板电压采样电路，包括太阳能光伏板、太阳能充电控制器和蓄电池，所述太阳能光伏板通过所述太阳能充电控制器与所述蓄电池相连，其特征在于，还包括电气隔离元件、AD转换芯片和处理器；
所述太阳能光伏板和所述太阳能充电控制器通过所述AD转换芯片连接所述电气隔离元件；
所述电气隔离元件与所述处理器相连。
2.根据权利要求1所述太阳能光伏板电压采样电路，其特征在于，所述电气隔离元件包括光耦元件和磁隔离元件；
所述太阳能光伏板和所述太阳能充电控制器通过光耦元件与所述处理器相连；
所述太阳能光伏板和所述太阳能充电控制器通过所述AD转换芯片连接所述磁隔离元件。
3.根据权利要求2所述太阳能光伏板电压采样电路，其特征在于，所述太阳能光伏板通过电压调节器与所述光耦元件相连。
4.根据权利要求2所述太阳能光伏板电压采样电路，其特征在于，所述电压调节器通过开关二极管与所述光耦元件相连。
5.根据权利要求2所述太阳能光伏板电压采样电路，其特征在于，还包括：
采用控制电路，用于通过所述太阳能充电控制器控制所述太阳能光伏板向所述AD转换芯片供电；
输出电路，用于读取所述AD转换芯片的输出值。
6.一种太阳能光伏板电压采样方法，其特征在于，应用于如权利要求1-5任一项所述采样电路，所述采样方法包括：
与处理器相连的采样控制电路向所述太阳能充电控制器发送使能信号，以便所述太阳能光伏板向所述采样电路中的AD转换芯片供电；
与所述处理器相连的输出电路读取所述AD转换芯片的输出值。
7.根据权利要求6所述太阳能光伏板电压采样方法，其特征在于，所述处理器的输出电路读取所述AD转换芯片的输出值之后，还包括：
根据所述输出值通过计算公式得到所述太阳能光伏板的输出电压；
其中，所述计算公式为：
<mrow> <mi>V</mi> <mo>=</mo> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mi>A</mi> <mi>D</mi> <mi>C</mi> <mo>&amp;times;</mo> <mi>V</mi> <mi>r</mi> <mi>e</mi> <mi>f</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mn>4096</mn> </mfrac> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>&amp;times;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mfrac> <msub> <mi>R</mi> <mn>2</mn> </msub> <msub> <mi>R</mi> <mn>1</mn> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow>
其中，V为所述输出电压，ADC为所述输出值，Vref为所述AD转换芯片的基准参考源，R1、R2为分压电阻值。
8.一种太阳能光伏板电压采样系统，其特征在于，包括：
使能控制模块，用于与处理器相连的采样控制电路向所述太阳能充电控制器发送使能信号，以便所述太阳能光伏板向所述采样电路中的AD转换芯片供电；
读取模块，用于与所述处理器相连的输出电路读取所述AD转换芯片的输出值。
9.根据权利要求8所述太阳能光伏板电压采样系统，其特征在于，还包括：
计算模块，用于根据所述输出值通过计算公式得到所述太阳能光伏板的输出电压；
其中，所述计算公式为：
<mrow> <mi>V</mi> <mo>=</mo> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mi>A</mi> <mi>D</mi> <mi>C</mi> <mo>&amp;times;</mo> <mi>V</mi> <mi>r</mi> <mi>e</mi> <mi>f</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mn>4096</mn> </mfrac> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>&amp;times;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mfrac> <msub> <mi>R</mi> <mn>2</mn> </msub> <msub> <mi>R</mi> <mn>1</mn> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow>
其中，V为所述输出电压，ADC为所述输出值，Vref为所述AD转换芯片的基准参考源，R1、R2为分压电阻值。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求6或7所述太阳能光伏板电压采样方法。
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