CN110816879A - 一种基于太阳能无人机综合能源检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于太阳能无人机综合能源检测系统，通过参数输入模块连接测量线路和检测系统，通过信号调理电路将采集数据送入数据综合采集模块，数据综合采集模块将收集的数据通过网络接口送入参数输出模块，具有图形化报表显示功能，完成采样速度设置、相关计算统计及数据存储进行计算统计功能；能够进行太阳能电池阵电压电流、MPPT电压电流、电机电压电流、蓄电池电压电流多参数实时监控统计，并得到太阳能电池阵效率、MPPT功率、蓄电池电量，实时显示各采集参数的变化情况；并将数据传输到计算机相应的监测软件中，为综合能源检测提供可视化图像和数据支撑。检测系统可高效率的自动完成参数采集，又可保证数据的精确度。

Description

一种基于太阳能无人机综合能源检测系统
技术领域
本发明涉及太阳能无人飞机能源检测技术，具体地说，涉及一种对太阳能飞机能源推进系统进行电流、电压、功率多参数进行综合采集的检测系统。
背景技术
无人机能源推进系统由太阳能电池阵、蓄电池组、MPPT控制器及电动机组成。在光照期，太阳能电池阵将太阳能转换为电能，通过MPPT控制器为电动机等负载提供电源并为蓄电池组充电。在夜间，由蓄电池组为负载提供电能；在光照不足的情况下，可由太阳能电池阵与蓄电池组联合为负载提供电能。太阳能飞机巡航时间长，飞行高度高，覆盖区域广，可执行多种任务，具有常规飞行器不可替代的优势。
在完成太阳能无人机的加工制造，并完成了基本的飞行性能试飞测试之后，需要进一步验证全系统的飞行性能和可靠性。为了缩短研制周期并减小风险，在正式飞行试验之前，需在地面进行能源推进系统全任务周期、全物理系统的能量平衡测试。能量平衡中关注的是每时刻总获取能量与每时刻总消耗能量的平衡，所以，在全面的能源推进系统能量平衡测试中需要收集总辐照度及多路太阳能电池组件、MPPT控制器、蓄电池组和电机等能源推进系统单机的电压、电流的参数。
因此，需要研制一种能够自动采集多路太阳能电池组件、MPPT控制器、蓄电池组和电机等的电压、电流和充放电效率等参数的检测系统，并能将数据传输到计算机相应的监测软件中，为综合能源检测提供可视化图像和数据支撑。
发明内容
为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种基于太阳能无人机综合能源检测系统；该太阳能无人机综合能源检测系统，可自动采集多路太阳能电池组件、MPPT控制器、蓄电池组和电机能源推进系统单机的电压、电流和充放电效率多参数的检测，且能将数据传输到计算机相应的监测软件中，为综合能源检测提供可视化图像和数据支撑。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括参数输入模块、数据综合采集模块和参数输出模块，所述参数输入模块通过信号调理电路与数据综合采集模块进行数据传输，所述数据综合采集模块通过网络接口与数据输出模块网络连接。
所述参数输入模块用于连接测量线路和检测系统，通过信号调理电路向数据综合采集模块输入需要采集的参数；参数输入模块包括光照计接线端口、太阳阵电压电流接线端口、MPPT电压电流接线端口、蓄电池电压电流接线端口、电机电压电流接线端口、太阳阵温度接线端口、环境温度接线端口和蓄电池温度接线端口，综合所有需要的参数；
所述数据综合采集模块包括模拟输入模块、基座、主机和电源，所述模拟输入模块与参数输入模块通过信号调理电路连接，所述基座采用DIN导轨安装，电源用于给检测系统供电，主机通过网络接口与数据输出模块连接，并可设置数据采集精度和周期；
所述信号调理电路包括AC/DC模块、分压电路和电流传感器，所述AC/DC模块用于将参数输入模块输入的交流信号转化为直流信号，所述分压电路用于将直流信号转换至数据综合采集模块采集信号允许的范围内；所述电流传感器用于将电流信号转换至电压信号以便数据综合采集模块采集；
所述数据输出模块为计算机上的监测软件，采用LabVIEW编写，具有图形化报表显示功能，完成采样速度设置、相关计算统计和数据存储，可直接采集到的参数为光强度、电压、电流、温度，在采集到的参数基础上，太阳阵转换效率的计算式如下:
Figure BDA0002249089690000021
式中，η1为太阳能电池片转换效率，UPV和IPV分别为电池片实时输出的电压和电流，Psun为光照强度，S为电池片参考面积；
MPPT功率计算如下:
Pmppt＝UmpptImppt
式中，Pmppt为MPPT功率，Umppt为MPPT电压，Imppt为MPPT电流；
蓄电池电量计算如下:
Figure BDA0002249089690000031
式中，Ebat为蓄电池电量，Ebat_0为蓄电池初始电量，Pmppt为MPPT功率，m为MPPT数量，Pmotor为电机功率，n为电机个数，T为时间，Umotor为电机电压，Imotor为电机电流。
有益效果
本发明提出的一种基于太阳能无人机综合能源检测系统，通过参数输入模块连接测量线路和检测系统，通过信号调理电路将采集数据送入数据综合采集模块，数据综合采集模块将收集的数据通过网络接口送入参数输出模块，具有图形化报表显示功能，完成采样速度设置、相关计算统计以及数据存储进行计算统计功能；能够进行太阳能电池阵电压电流、MPPT电压电流、电机电压电流、蓄电池电压电流诸多参数实时监控统计，并得到太阳能电池阵效率、MPPT功率、蓄电池电量，实时显示各采集参数的变化情况。并能将数据传输到计算机相应的监测软件中，为综合能源检测提供可视化图像和数据支撑。检测系统综合采集统计所需的参数，并可设计采集精度和周期，既可高效率的自动完成参数采集，又可保证数据的精确度。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明一种基于太阳能无人机综合能源检测系统作进一步详细说明。
图1为本发明太阳能无人机综合能源检测系统工作流程图。
图2为本发明综合能源检测系统中参数输入模块组成示意图。
图3为本发明综合能源检测系统中信号调理电路组成示意图。
图4为本发明综合能源检测系统中数据综合采集模块组成示意图。
图5为本发明综合能源检测系统中参数输出模块示意图。
图中
1.参数输入模块 2.正负极光照计接线端口 3.正负极太阳阵电压接线端口 4.正负极太阳阵电流接线端口 5.正负极MPPT电压接线端口 6.正负极MPPT电流接线端口 7.正负极蓄电池电压接线端口、8.正负极蓄电池电流接线端口 9.正负极电机电压接线端口、10.正负极电机电流接线端口 11.正负极太阳阵温度接线端口、12.负极环境温度接线端口13.正负极蓄电池温度接线端口 14.电源插口及开关 15.网络接口 16.信号调理电路17.AC/DC模块 18.分压电路 19.电流传感器 20.数据综合采集模块 21.模拟输入模块22.基座 23.主机 24.数据输出模块 25.操作与设置栏 26.实时参数表 27.参数图线界面
具体实施步骤
本实施例是一种基于太阳能无人机综合能源检测系统。
参阅图1，结合图2、图3、图4、图5，本实施例基于太阳能无人机综合能源检测系统，由参数输入模块1、数据综合采集模块20和数据输出模块24组成；参数输入模块用于连接测量线路和检测系统，通过信号调理电路16向数据综合采集模块20输入需要采集的参数。参数输入模块1中包括有光照计接线端口、太阳阵电压电流接线端口、MPPT电压电流接线端口、蓄电池电压电流接线端口、电机电压电流接线端口、太阳阵温度接线端口、环境温度接线端口和蓄电池温度接线端口，包括所有需要的参数。数据综合采集模块20包括模拟输入模块21、基座22、主机23和电源四部分。模拟输入模块21与参数输入模块1通过信号调理电路16连接；基座22采用DIN导轨安装；电源用于给检测系统供电。主机23通过网络接口15与数据输出模块24连接，主机23可设置数据采集精度和周期。信号调理电路16包括AC/DC模块17、分压电路18和电流传感器19；其中，AC/DC模块17用于将参数输入模块1输入的交流信号转化为直流信号，分压电路18用于将直流信号转换至数据综合采集模块20采集信号允许的范围内；电流传感器19用于将电流信号转换至电压信号以便数据综合采集模块20进行采集。数据输出模块24为计算机上的监测软件，采用LabVIEW编写，具有图形化报表显示功能，完成采样速度设置、相关计算统计以及数据存储。
本实施例综合能源检测系统工作流程:
首先，根据需要设置数据综合采集模块20中主机23的参数采集精度和周期；
表1采集的参数及要求
Figure BDA0002249089690000041
Figure BDA0002249089690000051
随后，连接被测线路与参数输入模块1上相应的接线端口，接线端口具体有一组正负极光照计接线端口2、三组正负极太阳阵电压接线端口3、三组正负极太阳阵电流接线端口4、三组正负极MPPT电压接线端口5、三组正负极MPPT电流接线端口6、四组正负极蓄电池电压接线端口7、四组正负极蓄电池电流接线端口8、四组正负极电机电压接线端口9、四组正负极电机电流接线端口10、一组正负极太阳阵温度接线端口11、一组正负极环境温度接线端口12、四组正负极蓄电池温度接线端口13。
然后，参数输入模块1将电压电流信号输入信号调理电路16，其中光照度0～20mv的低电压信号和-40～80℃的温度信号直接输入数据综合采集模块20，提高采集精度。信号调理电路16通过AC/DC模块17将输入的电压电流信号由交流转化为直流。分压电路18采用2:1分压，将0～60V信号转换至0～30V信号，以符合数据综合采集模块20输入电压的范围。电流传感器19将-40～40A信号转换至-5～5V信号便于数据综合采集模块20测量。
接着，数据综合采集模块20中的模拟输入模块21接收信号调理电路传来的信号，并传给主机23，主机23通过网络接口15将数据按设置的要求传给参数输出模块24。
最后，参数输出模块24将光强度、电压、电流、温度，效率、功率、电量各参数实时显示在实时参数表26中，并参数图线界面27绘出参数随时间动态变化的可视化曲线。其中，效率、功率、电量参数是在光强度、电压、电流参数的基础上进行相关计算得到；
太阳阵转换效率的计算式如下:
式中，η1为太阳能电池片转换效率，UPV和IPV分别为电池片实时输出的电压和电流，Psun为光照强度，S为电池片参考面积。
MPPT功率计算如下:
Pmppt＝UmpptImppt
式中，Pmppt为MPPT功率，Umppt为MPPT电压，Imppt为MPPT电流。
蓄电池电量计算如下:
Figure BDA0002249089690000062
式中，Ebat为蓄电池电量，Ebat_0为蓄电池初始电量，Pmppt为MPPT功率，m为MPPT个数，Pmotor为电机功率，n为电机个数，T为时间，Umotor为电机电压，Imotor为电机电流。

Claims (1)

1.一种基于太阳能无人机综合能源检测系统，其特征在于:包括参数输入模块、数据综合采集模块和参数输出模块，所述参数输入模块通过信号调理电路与数据综合采集模块进行数据传输，所述数据综合采集模块通过网络接口与数据输出模块网络连接。
所述参数输入模块用于连接测量线路和检测系统，通过信号调理电路向数据综合采集模块输入需要采集的参数；参数输入模块包括光照计接线端口、太阳阵电压电流接线端口、MPPT电压电流接线端口、蓄电池电压电流接线端口、电机电压电流接线端口、太阳阵温度接线端口、环境温度接线端口和蓄电池温度接线端口，综合所有需要的参数；
所述数据综合采集模块包括模拟输入模块、基座、主机和电源，所述模拟输入模块与参数输入模块通过信号调理电路连接，所述基座采用DIN导轨安装，电源用于给检测系统供电，主机通过网络接口与数据输出模块连接，并可设置数据采集精度和周期；
所述信号调理电路包括AC/DC模块、分压电路和电流传感器，所述AC/DC模块用于将参数输入模块输入的交流信号转化为直流信号，所述分压电路用于将直流信号转换至数据综合采集模块采集信号允许的范围内；所述电流传感器用于将电流信号转换至电压信号以便数据综合采集模块采集；
所述数据输出模块为计算机上的监测软件，采用LabVIEW编写，具有图形化报表显示功能，完成采样速度设置、相关计算统计和数据存储，可直接采集到的参数为光强度、电压、电流、温度，在采集到的参数基础上，太阳阵转换效率的计算式如下:
Figure FDA0002249089680000011
式中，η1为太阳能电池片转换效率，UPV和IPV分别为电池片实时输出的电压和电流，Psun为光照强度，S为电池片参考面积；
MPPT功率计算如下:
Pmppt＝UmpptImppt
式中，Pmppt为MPPT功率，Umppt为MPPT电压，Imppt为MPPT电流；
蓄电池电量计算如下:
Figure FDA0002249089680000021
式中，Ebat为蓄电池电量，Ebat_0为蓄电池初始电量，Pmppt为MPPT功率，
m为MPPT数量，Pmotor为电机功率，n为电机个数，T为时间，Umotor为电机电压，Imotor为电机电流。
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