基于MSP430的光伏節(jié)水灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張歡鈺 陳慶勝

【摘 要】本文以光伏發(fā)電與節(jié)水灌溉系統(tǒng)為主要研究對(duì)象，設(shè)計(jì)一種基于MSP430的光伏節(jié)水灌溉系統(tǒng)。在光伏發(fā)電部分中采用以光敏傳感器組結(jié)合太陽(yáng)位置的雙軸跟蹤控制方法，以提高光伏發(fā)電的效率。在對(duì)農(nóng)田進(jìn)行灌溉的過(guò)程中，根據(jù)光照強(qiáng)度的變化，實(shí)施對(duì)灌水量進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到節(jié)水的目的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)跟蹤，很大程度上提高光伏轉(zhuǎn)化效率;并能節(jié)約用水量。擁有廣闊的應(yīng)用價(jià)值與前景。

【關(guān)鍵詞】MSP430;雙軸跟蹤;光伏發(fā)電;節(jié)水灌溉

0 引言

隨著節(jié)水灌溉和光伏發(fā)電技術(shù)的飛速發(fā)展，在西部等干旱地區(qū)利用光伏發(fā)電驅(qū)動(dòng)水泵對(duì)農(nóng)田進(jìn)行灌溉有著廣闊的應(yīng)用前景。

本文設(shè)計(jì)了一種基于MSP430的光伏節(jié)水灌溉系統(tǒng)，這種設(shè)計(jì)不但可以提高光伏發(fā)電效率，還可以提高系統(tǒng)供水量，擁有較高的應(yīng)用價(jià)值。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用MSP430作為主控制器，它可以在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作[1]。系統(tǒng)可以通過(guò)溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)周?chē)臏囟惹闆r，并且通過(guò)串口實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信，設(shè)定水泵的工作時(shí)間并改變及光照強(qiáng)度預(yù)設(shè)值，提高系統(tǒng)的自動(dòng)化程度[2]。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 光敏傳感電路設(shè)計(jì)

光照強(qiáng)度的檢測(cè)探頭由5個(gè)光敏傳感器BH1710FVC組成，它功耗低，能適應(yīng)從-40℃到85℃ 的溫度范圍，可在惡劣的工作環(huán)境下保持正常工作。MSP430可以通過(guò)I2C接口與BH1710FVC進(jìn)行連接。

2.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

將光敏傳感電路產(chǎn)生的電平信號(hào)輸入單片機(jī)I/O口，經(jīng)過(guò)MSP430進(jìn)行上下、左右對(duì)應(yīng)方向的電位比較，再通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制兩個(gè)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)雙軸跟蹤。本系統(tǒng)選用型號(hào)為GTJ2-5A的固態(tài)繼電器作為控制器件，并采用光電耦合器TLP521進(jìn)行信號(hào)隔離。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖3所示。

2.3 蓄電池充電電路

蓄電池充電選用充電管理芯片UC3906。UC3906芯片內(nèi)部包括放大器及電壓控制回路。可以根據(jù)輸入電壓源的電流輸出能力自發(fā)的改變充電電流，非常適合利用太陽(yáng)能電池供電的蓄電池充電使用[3]。

2.4? 逆變模塊電路

由于日常用電都是交流電，而在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏電池板和蓄電池組所提供的卻都是直流電，因此需要逆變電路將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，供給水泵使用。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的逆變電路主要采用了芯片CD4047。CD4047是用于生成50Hz的方波和放大電流，然后通過(guò)IRF540場(chǎng)效應(yīng)管放大驅(qū)動(dòng)變壓器輸出交流電壓。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)總體軟件結(jié)構(gòu)

上電后系統(tǒng)各模塊進(jìn)行初始化工作狀態(tài)。首先根據(jù)光照強(qiáng)度判斷是否進(jìn)行光伏跟蹤，若允許則調(diào)用雙軸跟蹤子程序，通過(guò)控制電機(jī)對(duì)太陽(yáng)能板的位置進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)系統(tǒng)判斷光照強(qiáng)度大于預(yù)設(shè)值時(shí)，繼電器閉合，水泵開(kāi)始工作。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種跟蹤式光伏節(jié)水灌溉系統(tǒng)。MSP430通過(guò)光敏傳感器檢測(cè)到的光照強(qiáng)度進(jìn)行太陽(yáng)位置的跟蹤，然后通過(guò)蓄電池專(zhuān)用充電管理芯片UC3906完成太陽(yáng)能板對(duì)蓄電池的充電，可以最大程度的進(jìn)行光電能量的轉(zhuǎn)換，再經(jīng)逆變電路將直流電轉(zhuǎn)換成交流電供給水泵工作。本系統(tǒng)可廣泛用于無(wú)電地區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉。

參考文獻(xiàn)

[1]張江林，丁正東，余磊，等.一種智能太陽(yáng)能充電樁設(shè)計(jì)[J].價(jià)值工程，2014，35：63-64

[2]高嵩，董婧，何寧.光伏系統(tǒng)充電與逆變控制研究[J].功能材料與器件學(xué)報(bào)，2014，01：63-68.

[3]張艷燕，許忠仁，穆克.基于IGBT光伏發(fā)電逆變電路的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，02：205-207.

作者簡(jiǎn)介：

張歡鈺（1992-），女，漢族，江蘇宜興人，江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院無(wú)錫機(jī)電分院，助理講師，碩士研究生。

陳慶勝（1977-），男，江蘇無(wú)錫人，江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院無(wú)錫機(jī)電分院，講師。