“產(chǎn)品式”光伏太陽能監(jiān)測實(shí)訓(xùn)教學(xué)裝置的開發(fā)

張皓

摘要：鑒于當(dāng)前高職院校實(shí)訓(xùn)教學(xué)知識結(jié)構(gòu)不完整、系統(tǒng)化不足問題，設(shè)計(jì)了以市場產(chǎn)品為原型適用于電子課程教學(xué)的一種太陽能監(jiān)測控制實(shí)訓(xùn)裝置。重點(diǎn)介紹了該實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)與軟件設(shè)計(jì)過程，給出了實(shí)訓(xùn)操作板整體裝配圖，同時(shí)描述了該裝置在實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中了的實(shí)施方法。這種實(shí)訓(xùn)教學(xué)理念提高了教學(xué)質(zhì)量，增強(qiáng)了學(xué)生的產(chǎn)品意識，也為高職院校相關(guān)專業(yè)開發(fā)類似的教學(xué)裝置提供了有利的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：太陽能 控制系統(tǒng) 產(chǎn)品式 實(shí)訓(xùn)教學(xué)

中圖分類號：TM914.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）12-0188-02

本文從教學(xué)產(chǎn)品角度和學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律出發(fā)，模擬市場上的光伏太陽能監(jiān)測控制器，設(shè)計(jì)與開發(fā)了適用于教學(xué)的光伏太陽能監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)備。從理念上打破了傳實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)備的缺陷，提升學(xué)生的產(chǎn)品意識，擬補(bǔ)了目前課程、學(xué)科分離嚴(yán)重、實(shí)訓(xùn)課知識點(diǎn)分散化、系統(tǒng)性嚴(yán)重不足的缺陷。

1 整體設(shè)計(jì)思路與結(jié)構(gòu)

光伏太陽能監(jiān)測實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)備以太陽能電池板為控制對象，設(shè)計(jì)了基于廣大高校通用的單片機(jī)芯片STC12C605AS2為核心控制器的太陽能自動監(jiān)測控制實(shí)訓(xùn)教學(xué)裝置。

1.1 整體系統(tǒng)構(gòu)成

光伏太陽能監(jiān)測實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)備主要由光電監(jiān)測系統(tǒng)和時(shí)間監(jiān)測系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。裝置基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)由太陽能電池板、傳感器、控制器接線板、舵機(jī)橫軸、舵機(jī)縱軸、舵機(jī)底座等結(jié)構(gòu)組成。

1.2 控制測試裝置

根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，首先開發(fā)了太陽能監(jiān)測控制測試系統(tǒng)裝置，該裝置從早上7：00至下午18：00時(shí)間段內(nèi)，實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間，一旦超過7：00到18：00時(shí)間段，系統(tǒng)電源通過繼電器自動斷開，并保存記錄下當(dāng)前時(shí)間。學(xué)生實(shí)訓(xùn)完畢后可自行關(guān)閉實(shí)訓(xùn)裝置電源，單片機(jī)自帶EEPROM保存記錄當(dāng)前時(shí)間，利用備用電池實(shí)現(xiàn)時(shí)間數(shù)據(jù)掉電不丟失。調(diào)試通過后的控制測試系統(tǒng)如圖2所示。

2 教學(xué)設(shè)備的裝配

2.1 實(shí)訓(xùn)裝置控制接線板

裝置控制接線板主要包括STC12C5A60S2最小系統(tǒng)電路、AD數(shù)據(jù)采集電路、電源電路、按鍵電路、顯示電路、雨滴檢測電路、繼電器電路、舵機(jī)控制電路、LM358比較放大電路、DS1302時(shí)鐘電路。

系統(tǒng)控制板采用雙軸舵機(jī)控制，通過程序改變兩臺電機(jī)相序，能實(shí)現(xiàn)舵機(jī)的多種控制，靈活方便，通用性強(qiáng)，成本低。實(shí)訓(xùn)裝置控制接線板裝配圖如圖3所示。

2.2 太陽能監(jiān)測接線板

太陽能監(jiān)測板硬件電路主要為光電監(jiān)測電路。光電傳感器選為光敏電阻，4個(gè)光敏電阻分別以東西南北四個(gè)方向排列；硬件電路上運(yùn)算放大器采用LM358雙運(yùn)放集成電路，它的內(nèi)部包含兩組形式完全相同的運(yùn)算放大器，光電監(jiān)測接線板裝配圖如圖4所示。

3 系統(tǒng)的軟件功能

（1）開機(jī)后，1602液晶顯示歡迎界面：“Welcome System”，2秒后顯示功能選擇界面：“1.正常工作；2.系統(tǒng)設(shè)置”。

（2）選擇“正常工作”，工作指示燈亮，系統(tǒng)開始向太陽最強(qiáng)光方向運(yùn)動，隨著光線的運(yùn)動系統(tǒng)自動跟隨光線運(yùn)動，使太陽能電池板始終朝向最強(qiáng)光，光線平衡點(diǎn)可由電位器調(diào)節(jié)。當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí)，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前時(shí)間、兩個(gè)舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度和太陽能電池板當(dāng)前產(chǎn)生的電壓；選擇“系統(tǒng)設(shè)置”，可進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，其中包括時(shí)間設(shè)置、系統(tǒng)舵機(jī)每次調(diào)整運(yùn)動姿態(tài)的幅度與頻率，以及密碼設(shè)置。

（3）舵機(jī)不能360度連續(xù)旋轉(zhuǎn)，只有220度左右的自由度，系統(tǒng)存在死區(qū)。所以要先調(diào)整好裝置位置，以保證系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)測，一旦系統(tǒng)進(jìn)入死區(qū)，則系統(tǒng)停止工作，蜂鳴器報(bào)警。

（4）控制接線板上有一塊雨水檢測傳感器和一顆光敏傳感器。當(dāng)有水滴到雨水傳感上或者是光線變暗后，陰雨天指示燈亮，系統(tǒng)將調(diào)整到睡眠姿勢從而系統(tǒng)進(jìn)入掉電保護(hù)模式，除了外部中斷還在工作，其他的外設(shè)如液晶屏，太陽能電池板停止工作，以降低功耗。當(dāng)雨水干后并且光線亮到一定程度后，系統(tǒng)自動進(jìn)行喚醒，重新工作監(jiān)測光線。

（5）系統(tǒng)具有時(shí)間掉電記憶功能，電源斷開后，DS1302時(shí)鐘繼續(xù)運(yùn)行，利用EEPROM、備用紐扣電池實(shí)現(xiàn)時(shí)間數(shù)據(jù)掉電不丟失。

4 實(shí)訓(xùn)裝置的使用

本實(shí)訓(xùn)裝置使用時(shí)，可根據(jù)裝置上各個(gè)功能模塊的標(biāo)注進(jìn)行模塊化隨堂實(shí)訓(xùn)教學(xué)。各元器件引腳均利用單排母座引出，學(xué)生利用面包插接單排母座，從而自由連接各元器件，方便學(xué)生快速搭接、修改電路，這使得學(xué)生可以更加靈活進(jìn)行子電路的調(diào)試、實(shí)驗(yàn)，極大的提高了學(xué)習(xí)效率。在綜合實(shí)訓(xùn)周，可讓學(xué)生根據(jù)教師提供的電路原理圖，訓(xùn)練學(xué)生按照原理圖完成整個(gè)系統(tǒng)的PCB板繪制設(shè)計(jì)，利用熱轉(zhuǎn)印機(jī)加工PCB，并焊接裝配所有元器件，利用手機(jī)電筒模擬太陽光，正確調(diào)試運(yùn)行整個(gè)控制系統(tǒng)，最終可以個(gè)人作品形式展示成果。

5 結(jié)語

通過這種實(shí)訓(xùn)教學(xué)方式不但有利于學(xué)生對各個(gè)知識點(diǎn)實(shí)驗(yàn)?zāi)K的理解掌握，鍛煉了學(xué)生的焊接、調(diào)試能力，同時(shí)訓(xùn)練了學(xué)生運(yùn)用工程性思維解決實(shí)際問題的綜合實(shí)踐能力。這種實(shí)訓(xùn)裝置雖然它不是真正意義上可推向市場的產(chǎn)品，但這種“產(chǎn)品式”裝置的實(shí)訓(xùn)理念是具有一定的意義和價(jià)值的，不但增加了學(xué)生的產(chǎn)品意識，貼近適應(yīng)企業(yè)的工作崗位，而且更能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生能將所學(xué)知識點(diǎn)有效的統(tǒng)一聯(lián)系起來，形成完善的學(xué)習(xí)系統(tǒng)，最終達(dá)到學(xué)以致用的目的。

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