基于LabWindows/CVI的太陽(yáng)能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

王在英等

摘要：太陽(yáng)能電池板的工作效能需要實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)與控制。本系統(tǒng)以LabWindows/CVI軟件作為輸出設(shè)備，以MSP430單片機(jī)作為采集的節(jié)點(diǎn)與微處理單元，將LabWindows/CVI、430單片機(jī)、太陽(yáng)能電池板、光敏電阻有機(jī)結(jié)合在一起，能夠以圖形及儀表的形式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)太陽(yáng)能電池板的工作效能。

關(guān)鍵詞：LabWindows/CVI；MSP430單片機(jī)；數(shù)據(jù)采集；太陽(yáng)能

中圖分類號(hào)：TP21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）04-0213-04

太陽(yáng)能作為一種綠色能源，隨著科技的飛速發(fā)展，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于工作、生活中的方方面面。太陽(yáng)能電池板的工作效能是否滿足用戶設(shè)備的需求，需要進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)、分析處理。太陽(yáng)能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用與推廣不是技術(shù)問(wèn)題，而是成本問(wèn)題。要在降低成本的基礎(chǔ)上，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性及發(fā)揮最大的效能，就要準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)太陽(yáng)能電池板的輸出功率。為此，僅從理論計(jì)算是不夠的。因?yàn)樘?yáng)光光強(qiáng)瞬息萬(wàn)變，充電電流和放電電流都在不斷變化，理論計(jì)算會(huì)帶來(lái)較大誤差[1]。只有采取自動(dòng)跟蹤監(jiān)測(cè)輸出的電壓、電流才能準(zhǔn)確確定光電池在不同季節(jié)和不同方位的最大功率輸出，以此確定蓄電池和負(fù)載才是可靠的。

本文基于LabWindows/CVI軟件平臺(tái)，結(jié)合MSP430單片機(jī)采集數(shù)據(jù)并處理，利用虛擬儀器技術(shù)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)分析任務(wù)。該文對(duì)自行研制開(kāi)發(fā)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作一闡述。

1 整體方案設(shè)計(jì)

整體設(shè)計(jì)思想是在監(jiān)測(cè)太陽(yáng)能電池板的輸出電壓與電流的同時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境中的光照強(qiáng)度，實(shí)時(shí)的以圖形化的方式顯示給使用人員并記錄，使用人員通過(guò)分析比較，即可判斷太陽(yáng)能電池板的工作效能是否滿足要求。

1.1 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是通過(guò)MSP430F149的兩個(gè)A/D采集口，分別監(jiān)測(cè)太陽(yáng)能電池板的輸出和環(huán)境的光強(qiáng)。其中，對(duì)太陽(yáng)能電池板的輸出監(jiān)測(cè)的是輸出電壓并計(jì)算電流；環(huán)境的光強(qiáng)通過(guò)監(jiān)測(cè)光敏電阻的電阻值（分得的電壓）并解算出當(dāng)前的光強(qiáng)。

1.1.1 LabWindows/CVI系統(tǒng)

為簡(jiǎn)化使用人員的操作，提高系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、記錄與分析的效能，需要將數(shù)據(jù)結(jié)果顯示到計(jì)算機(jī)。虛擬儀器通過(guò)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)將計(jì)算機(jī)硬件資源與儀器硬件有機(jī)地融合為一體，把計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和儀器硬件的測(cè)量、控制能力結(jié)合在一起，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)及分析處理[2]。LabWindows/CVI軟件可以通過(guò)編程，接收并處理計(jì)算機(jī)串口實(shí)時(shí)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并且可靈活的使用虛擬儀表、圖形進(jìn)行顯示。因此，本系統(tǒng)采用LabWindows/CVI軟件作為監(jiān)測(cè)的輸出設(shè)備。

1.1.2 MSP430F149單片機(jī)[3][4]

為了滿足監(jiān)測(cè)系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間、高可靠性工作的要求，綜合比較51系列和MSP430系列單片機(jī)。首先，MSP430F149單片機(jī)本身資源較多，片內(nèi)有12個(gè)A/D轉(zhuǎn)換通道，轉(zhuǎn)換速度大于200ksps，能實(shí)現(xiàn)12位無(wú)失碼轉(zhuǎn)換。其次，MSP430F149具有超低功耗特性，活動(dòng)模式：220uA、1MHz、2.2V，待機(jī)模式：0.8uA，掉電模式：0.1uA。因此，綜合考慮本系統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)換的需要和單片機(jī)的性能，選擇MSP430F149作為本系統(tǒng)的微處理單元。

1.1.3 太陽(yáng)能電池板

1.3 單片機(jī)A/D采集

由于需要采集太陽(yáng)能板與光敏電阻的電壓，因此，MSP430F149單片機(jī)的模數(shù)轉(zhuǎn)換方式采用多通道多次轉(zhuǎn)換模式，分別以P6.0口和P6.1口采集。低功耗MSP430F149單片的工作電壓為3.3V，為簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，A/D轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)電壓采用內(nèi)部基準(zhǔn)電壓2.5V，因此需要運(yùn)用電阻分壓式電路，再通過(guò)內(nèi)部算法修正，計(jì)算出相應(yīng)的電壓值。最后，將結(jié)果轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的字符串的形式，設(shè)置串口輸出口為P3.4，傳輸?shù)牟ㄌ芈蕿?600bps，將信息發(fā)送給上位機(jī)進(jìn)行處理。

1.4 LabWindows/CVI顯示

串口接收到無(wú)線傳輸模塊發(fā)來(lái)的太陽(yáng)能板與光敏電阻的相關(guān)信息，將接收到的數(shù)據(jù)存放在數(shù)組，并根據(jù)每一幀數(shù)據(jù)中不同位代表的意義，分別轉(zhuǎn)化成太陽(yáng)能電池板的輸出電壓、太陽(yáng)能電池板的輸出電流和光敏電阻感受到的光強(qiáng)。并在對(duì)應(yīng)的窗口顯示出波形，在對(duì)應(yīng)的表盤(pán)顯示對(duì)應(yīng)的數(shù)值。

1.5 實(shí)際問(wèn)題與解決措施

1.5.1 消除干擾

該面板可以分為左、中、右三部分，左側(cè)部分的功能是設(shè)置上位機(jī)與單片機(jī)的通信協(xié)議，包括串口選擇、傳輸波特率、校驗(yàn)方式等。中間部分的功能是以圖形的形式顯示一定時(shí)間內(nèi)，太陽(yáng)能電池板的輸出電壓、電流及環(huán)境中的光強(qiáng)，主要應(yīng)用于觀察分析太陽(yáng)能電池板的工作效能是否正常；下方窗口用于觀察上位機(jī)接收的串口數(shù)據(jù)是否正常。右側(cè)部分的功能是以儀表和數(shù)字的雙重方式顯示實(shí)時(shí)的電壓、電流、流明值。

2.3 結(jié)束語(yǔ)

利用LabWindows/CVI軟件和MSP430F149單片機(jī)結(jié)合所開(kāi)發(fā)的虛擬儀器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，較好地完成對(duì)太陽(yáng)能電池板的工作效能的全程監(jiān)測(cè)。具有操作簡(jiǎn)單、界面友好，測(cè)量精度高的特點(diǎn)，可提高測(cè)量效率、節(jié)約儀器設(shè)備的開(kāi)支。依此測(cè)量的數(shù)據(jù)可以合理配置太陽(yáng)能電池板的輸出功率和負(fù)載的大小，發(fā)揮最大的效益。對(duì)于保證太陽(yáng)能電池板的工作性能、使用壽命，保證使用太陽(yáng)能電池板供電的設(shè)備的可靠性具有實(shí)際意義。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 孫曉云，郭立煒，孫會(huì)琴.Labwindows/CVI的虛擬儀器設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.

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[5] 張俊.匠人手記：一個(gè)單片機(jī)工作者的實(shí)踐與思考[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.