CN112577405A - 一种水面太阳能电池板位移检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水面太阳能电池板位移检测系统，属于太阳能电池技术领域，包括位移测量装置、中心通信终端和中心服务器，位移测量装置包括MCU控制器、LORA无线模块、位移传感器、一级放大电路、二级可控放大电路、3.3V电源电路、DC‑DC稳压器和恒流源电路，解决了水面上安装的太阳能电池板支架的位移测量的技术问题，通过电阻式位移传感器对太阳能电池板支架之间的连接机构进行位移检测，测量精度高，本发明通过可控的放大电路对位移传感器的数据进行放大，可以在现场自行控制放大增益，极大的方便了现场安装调试，适合在水上太阳能农场大量应用太阳能电池板支架的场景中使用。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种水面太阳能电池板位移检测系统。
背景技术
水上太阳能农场是太阳能电池板的一种重要的应用场景，相对于陆地上的太阳能农场来说，水上太阳能农场具有不会占用大面积的耕地，遮挡物少，日照时间更长，发电效率更高的特点，而且在夏天等气温炎热的时段，水上的温度比陆地上的温度要低，更有利于保证输出电的效率，电池不会出现过热的情况。
由于在水面上安装，水上太阳能农场的太阳能支架很容易受到水面的影响而发生位移，当大量太阳能支架集中安装到一个水域时，很容易出现由于水面波动引起的位移，而使太阳能支架之间发送磨损或碰撞的情况。
发明内容
本发明的目的是提供一种水面太阳能电池板位移检测系统，解决了水面上安装的太阳能电池板支架的位移测量的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种水面太阳能电池板位移检测系统,包括位移测量装置、中心通信终端和中心服务器，位移测量装置通过LORA无线网络与中心通信终端通信，中心通信终端通过网线与中心服务器通信；
所述位移测量装置包括MCU控制器、LORA无线模块、位移传感器、一级放大电路、二级可控放大电路、3.3V电源电路、DC-DC稳压器和恒流源电路，LORA无线模块和二级可控放大电路均与MCU连接，位移传感器与一级放大电路连接，一级放大电路与二级可控放大电路连接，恒流源为一级放大电路和位移传感器供电；
DC-DC稳压器为3.3V电源电路和恒流源电路供电；
3.3V电源电路为MCU和LORA无线模块供电；
中心通信终端包括主控制器、LORA无线DUT模块和以太网芯片，以太网芯片与主控制器通过一个串口通信，LORA无线DUT模块通过另一个串口与主控制器通信；
以太网芯片通过网线与中心服务器通信；
LORA无线DUT模块与LORA无线模块通过LORA无线网络通信。
优选的，所述恒流源电路包括三端稳压器U1、电阻R2、电阻R3和电阻R1，电阻R1的一端连接24V电源、另一端连接。三端稳压器U1的负极、三端稳压器U1的正极连接地线、控制端通过电阻R3连接地线，三端稳压器U1的控制端还通过电阻R2连接三端稳压器U1的负极，三端稳压器U1的负极输出VCC电源，VCC电源为所述一级放大电路和位移传感器供电。
优选的，所述DC-DC稳压器的输入端连接外部电源、输出端输出所述24V电源，3.3V电源电路包括3.3V稳压器及其外围电路，3.3V稳压器的输入端连接所述24V电源、输出端输出3.3V电源，3.3V电源为所述MCU和所述LORA无线模块供电。
优选的，所述一级放大电路包括三极管Q1、三极管Q2、电阻R6、电阻R7、电阻R8、放大器U2、电阻R9、电位器R16、三极管Q3、电阻R15、电阻R17、电阻R5、电阻R4、接口J1、电容C2和电阻R14，接口J1连接所述位移传感器，接口J1的1脚和4脚为位移传感器分别提供地线和所述VCC电源，接口J1的4脚连接所述VCC电源、1脚连接地线；
接口J1的2脚和3脚分别连接所述位移传感器的负输出端和正输出端，接口J1的3脚通过串联连接的电阻R4和电阻R5连接三极Q1的基极，三极管Q1的集电极通过电阻R7连接所述VCC电源、发射极连接电位器R16的一端，电位器R16的另一端连接三极管Q2的发射极、调节端连接三极管Q3的集电极，三极管Q2的集电极通过电阻R8连接VCC电源；
三极管Q3的发射极通过电阻R17连接地线、基极通过电阻R6连接VCC电源，三极管Q3的基极还通过电阻R15连接地线；
电容C2的一端连接电阻R4和电阻R5的连接节点、另一端通过电阻R14连接地线；
三极管Q1的集电极连接放大器U2的正输入端，三极管Q2的集电极连接放大器U2的负输入端，三极管Q2的基极通过电阻R9连接接口J1的2脚；
三极管Q2的基极还通过电阻R10连接放大器U2的输出端，放大器U2的输出端还通过电阻R18连接地线；
放大器U2的输出端连接所述二级可控放大电路。
优选的，所述二级可控放大电路包括放大器U3、电容C1、电阻R11、电阻R12、电阻R19、三极管Q4和电阻R13，所述放大器U2的输出端分别通过电阻R11和电阻R12连接放大器U3的负输入端和正输入端，放大器U3的正输入端还通过电阻R13连接三极管Q4的集电极，三极管Q4的发射极通过电阻R19连接所述MCU的一个IO口，用于接收所述MCU通过该IO口发出的PWM信号；
放大器U3的输出端通过电容C1连接所述MCU的一个AD接口。
优选的，所述放大器U3为uA741，所述放大器U2为LM301；所述三端稳压器U1为TL431；所述MCU和所述主控制器均为ARM控制器。
本发明所述的一种水面太阳能电池板位移检测系统，解决了水面上安装的太阳能电池板支架的位移测量的技术问题，通过电阻式位移传感器对太阳能电池板支架之间的连接机构进行位移检测，测量精度高，本发明通过可控的放大电路对位移传感器的数据进行放大，可以在现场自行控制放大增益，极大的方便了现场安装调试，适合在水上太阳能农场大量应用太阳能电池板支架的场景中使用。
附图说明
图1是本发明的电路图方框图；
图2是本发明的电路图。
具体实施方式
如图1到图2所示，一种水面太阳能电池板位移检测系统,包括位移测量装置、中心通信终端和中心服务器，位移测量装置通过LORA无线网络与中心通信终端通信，中心通信终端通过网线与中心服务器通信；
所述位移测量装置包括MCU控制器、LORA无线模块、位移传感器、一级放大电路、二级可控放大电路、3.3V电源电路、DC-DC稳压器和恒流源电路，LORA无线模块和二级可控放大电路均与MCU连接，位移传感器与一级放大电路连接，一级放大电路与二级可控放大电路连接，恒流源为一级放大电路和位移传感器供电；
DC-DC稳压器为3.3V电源电路和恒流源电路供电；
3.3V电源电路为MCU和LORA无线模块供电；
中心通信终端包括主控制器、LORA无线DUT模块和以太网芯片，以太网芯片与主控制器通过一个串口通信，LORA无线DUT模块通过另一个串口与主控制器通信；
以太网芯片通过网线与中心服务器通信；
LORA无线DUT模块与LORA无线模块通过LORA无线网络通信。
优选的，所述恒流源电路包括三端稳压器U1、电阻R2、电阻R3和电阻R1，电阻R1的一端连接24V电源、另一端连接。三端稳压器U1的负极、三端稳压器U1的正极连接地线、控制端通过电阻R3连接地线，三端稳压器U1的控制端还通过电阻R2连接三端稳压器U1的负极，三端稳压器U1的负极输出VCC电源，VCC电源为所述一级放大电路和位移传感器供电。
优选的，所述DC-DC稳压器的输入端连接外部电源、输出端输出所述24V电源，3.3V电源电路包括3.3V稳压器及其外围电路，3.3V稳压器的输入端连接所述24V电源、输出端输出3.3V电源，3.3V电源为所述MCU和所述LORA无线模块供电。
优选的，所述一级放大电路包括三极管Q1、三极管Q2、电阻R6、电阻R7、电阻R8、放大器U2、电阻R9、电位器R16、三极管Q3、电阻R15、电阻R17、电阻R5、电阻R4、接口J1、电容C2和电阻R14，接口J1连接所述位移传感器，接口J1的1脚和4脚为位移传感器分别提供地线和所述VCC电源，接口J1的4脚连接所述VCC电源、1脚连接地线；
接口J1的2脚和3脚分别连接所述位移传感器的负输出端和正输出端，接口J1的3脚通过串联连接的电阻R4和电阻R5连接三极Q1的基极，三极管Q1的集电极通过电阻R7连接所述VCC电源、发射极连接电位器R16的一端，电位器R16的另一端连接三极管Q2的发射极、调节端连接三极管Q3的集电极，三极管Q2的集电极通过电阻R8连接VCC电源；
三极管Q3的发射极通过电阻R17连接地线、基极通过电阻R6连接VCC电源，三极管Q3的基极还通过电阻R15连接地线；
电容C2的一端连接电阻R4和电阻R5的连接节点、另一端通过电阻R14连接地线；
三极管Q1的集电极连接放大器U2的正输入端，三极管Q2的集电极连接放大器U2的负输入端，三极管Q2的基极通过电阻R9连接接口J1的2脚；
三极管Q2的基极还通过电阻R10连接放大器U2的输出端，放大器U2的输出端还通过电阻R18连接地线；
放大器U2的输出端连接所述二级可控放大电路。
优选的，所述二级可控放大电路包括放大器U3、电容C1、电阻R11、电阻R12、电阻R19、三极管Q4和电阻R13，所述放大器U2的输出端分别通过电阻R11和电阻R12连接放大器U3的负输入端和正输入端，放大器U3的正输入端还通过电阻R13连接三极管Q4的集电极，三极管Q4的发射极通过电阻R19连接所述MCU的一个IO口，用于接收所述MCU通过该IO口发出的PWM信号；
放大器U3的输出端通过电容C1连接所述MCU的一个AD接口。
优选的，所述放大器U3为uA741，所述放大器U2为LM301；所述三端稳压器U1为TL431；所述MCU和所述主控制器均为ARM控制器。
使用时，每两个太阳能电池板支架之间均设有一个用于连接的连接机构，目前的连接机构均为连接杆，在连接杆上设置位移传感器，本实施例中，位移传感器采用电阻式位移测量传感器。
当两个太阳能电池板支架之间发生相对位移时，位移传感器采集位移数据，并将位移数据通过接口J1传送给一级放大电路，本实施例中，一级放大电路为由三极管Q1和三极管Q2构成的高输入阻抗差分放大电路，其中三极管Q3为恒流源控制，用于稳定三极管Q1和三极管Q2的工作点，抑制共模噪声。
放大器U2输出位移信号，该位移信号再经过二级可控放大器进行放大，本发明采用数控可变增益放大器作为二级可控放大器，其主要由放大器U3和三极管Q4构成，MCU通过IO口发出数字信号来控制放大器U3的放大增益系数，从而控制放大增益，本发明中采用PWM信号控制。
本发明中，每一个连接杆均设置一个位移测量装置，一个位移测量装置中的位移传感器用于测量一个连接杆的位移，这样就需要安装大量的位移传感器，而由于元件之间的差异性，在现场调试时，不容易做到所有的位移测量装置均能输出理想的相同的位移信号，这样就需要在放大电路进行放大时，对放大电路进行调节，本发明采用数控的方式对放大电路进行调节，极大的方便了现场安装和调试工作，只需改变PWM信号即可实现调节。
MCU定时采集位移数据，并将位移数据通过LORA无线模块发送给中心通信终端进行中转后，再传送给中心服务器，中心服务器对位移数据进行评估，当位移数据过大时，发出报警，提醒维护人员进行现场维护。
本发明所述的一种水面太阳能电池板位移检测系统，解决了水面上安装的太阳能电池板支架的位移测量的技术问题，通过电阻式位移传感器对太阳能电池板支架之间的连接机构进行位移检测，测量精度高，本发明通过可控的放大电路对位移传感器的数据进行放大，可以在现场自行控制放大增益，极大的方便了现场安装调试，适合在水上太阳能农场大量应用太阳能电池板支架的场景中使用。
在本发明中，流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例非穷尽性列表包括以下：具有一个或多个布线的电连接部电子装置，便携式计算机盘盒磁装置，随机存取存储器RAM，只读存储器ROM，可擦除可编辑只读存储器EPROM或闪速存储器，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器CDROM。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列PGA，现场可编程门阵列FPGA等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种水面太阳能电池板位移检测系统,其特征在于：包括位移测量装置、中心通信终端和中心服务器，位移测量装置通过LORA无线网络与中心通信终端通信，中心通信终端通过网线与中心服务器通信；
所述位移测量装置包括MCU控制器、LORA无线模块、位移传感器、一级放大电路、二级可控放大电路、3.3V电源电路、DC-DC稳压器和恒流源电路，LORA无线模块和二级可控放大电路均与MCU连接，位移传感器与一级放大电路连接，一级放大电路与二级可控放大电路连接，恒流源为一级放大电路和位移传感器供电；
DC-DC稳压器为3.3V电源电路和恒流源电路供电；
3.3V电源电路为MCU和LORA无线模块供电；
中心通信终端包括主控制器、LORA无线DUT模块和以太网芯片，以太网芯片与主控制器通过一个串口通信，LORA无线DUT模块通过另一个串口与主控制器通信；
以太网芯片通过网线与中心服务器通信；
LORA无线DUT模块与LORA无线模块通过LORA无线网络通信。
2.如权利要求1所述的一种水面太阳能电池板位移检测系统，其特征在于：所述恒流源电路包括三端稳压器U1、电阻R2、电阻R3和电阻R1，电阻R1的一端连接24V电源、另一端连接。三端稳压器U1的负极、三端稳压器U1的正极连接地线、控制端通过电阻R3连接地线，三端稳压器U1的控制端还通过电阻R2连接三端稳压器U1的负极，三端稳压器U1的负极输出VCC电源，VCC电源为所述一级放大电路和位移传感器供电。
3.如权利要求2所述的一种水面太阳能电池板位移检测系统，其特征在于：所述DC-DC稳压器的输入端连接外部电源、输出端输出所述24V电源，3.3V电源电路包括3.3V稳压器及其外围电路，3.3V稳压器的输入端连接所述24V电源、输出端输出3.3V电源，3.3V电源为所述MCU和所述LORA无线模块供电。
4.如权利要求2所述的一种水面太阳能电池板位移检测系统，其特征在于：所述一级放大电路包括三极管Q1、三极管Q2、电阻R6、电阻R7、电阻R8、放大器U2、电阻R9、电位器R16、三极管Q3、电阻R15、电阻R17、电阻R5、电阻R4、接口J1、电容C2和电阻R14，接口J1连接所述位移传感器，接口J1的1脚和4脚为位移传感器分别提供地线和所述VCC电源，接口J1的4脚连接所述VCC电源、1脚连接地线；
接口J1的2脚和3脚分别连接所述位移传感器的负输出端和正输出端，接口J1的3脚通过串联连接的电阻R4和电阻R5连接三极Q1的基极，三极管Q1的集电极通过电阻R7连接所述VCC电源、发射极连接电位器R16的一端，电位器R16的另一端连接三极管Q2的发射极、调节端连接三极管Q3的集电极，三极管Q2的集电极通过电阻R8连接VCC电源；
三极管Q3的发射极通过电阻R17连接地线、基极通过电阻R6连接VCC电源，三极管Q3的基极还通过电阻R15连接地线；
电容C2的一端连接电阻R4和电阻R5的连接节点、另一端通过电阻R14连接地线；
三极管Q1的集电极连接放大器U2的正输入端，三极管Q2的集电极连接放大器U2的负输入端，三极管Q2的基极通过电阻R9连接接口J1的2脚；
三极管Q2的基极还通过电阻R10连接放大器U2的输出端，放大器U2的输出端还通过电阻R18连接地线；
放大器U2的输出端连接所述二级可控放大电路。
5.如权利要求4所述的一种水面太阳能电池板位移检测系统，其特征在于：所述二级可控放大电路包括放大器U3、电容C1、电阻R11、电阻R12、电阻R19、三极管Q4和电阻R13，所述放大器U2的输出端分别通过电阻R11和电阻R12连接放大器U3的负输入端和正输入端，放大器U3的正输入端还通过电阻R13连接三极管Q4的集电极，三极管Q4的发射极通过电阻R19连接所述MCU的一个IO口，用于接收所述MCU通过该IO口发出的PWM信号；
放大器U3的输出端通过电容C1连接所述MCU的一个AD接口。
6.如权利要求5所述的一种水面太阳能电池板位移检测系统，其特征在于：所述放大器U3为uA741，所述放大器U2为LM301；所述三端稳压器U1为TL431；所述MCU和所述主控制器均为ARM控制器。
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| CN112577405B (zh) | 2022-09-06 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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