一种用于太阳能电池供电监测的无线数据采集系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种数据采集系统，尤其涉及一种用于太阳能电池供电监测的无线数据采集系统。
【背景技术】
[0002]随着近年来太阳能电池技术的不断发展，其应用领域日趋广泛。但是太阳能电池在工作中受环境影响较大。对于一些完全依赖于太阳能电池进行供电的系统，需在系统布设前对太阳能电池的具体供电能力进行评估。太阳能电池在实际工作中，云层等气象因素往往会造成日光辐照强度的快速变化。而太阳能电池板周围小环境中温湿度的变化情况与宏观气象数据之间也会存在一定偏差。不同的太阳能控制器由于在元件选用、功率算法等方面的不同，也会导致太阳能电池供电特性的个体差异。通过对太阳能电池在供电工作中的输出电压与电流进行监测，可以较为有效地衡量其从日光辐射能向电能的转化效果。而结合实时的日光辐照数据与温湿度数据，则可以为太阳能电池供电特性与实际环境因素之间的相关分析提供数据支持。太阳能电池产生的电能通常被存储在蓄电池中以便长期使用。对电池的工作情况进行监测也是太阳能电池供电系统监测必不可少的一个环节。
[0003]由于太阳能电池的具体布设形式多样，且很多情况下位于难以直接使用人工进行测量的位置上。所以在对太阳能电池个体进行供电过程的具体监测中，希望采集系统可以独立工作，并可利用无线方式将数据发出。另外系统还需兼备可靠性、高性价比与可扩展性。ZigBee技术基于IEEE802.15.4无线局域网传输协议，其具有组网简单、高可靠性、良好的网络扩展性、低能耗与低成本等优点，可以较好地满足太阳能电池供电监测数据的传输要求。而可编程片上系统(PSoC)在一个芯片中集成了丰富的系统资源，其具有高集成度、高性价比、高扩展性且稳定可靠的优点，非常适合构建无线数据采集设备。结合ZigBee与PSoC技术，可望在满足监测需求的前提下，形成便于布设、使用简单、成本低廉的解决方案。
【发明内容】
[0004]本实用新型要解决的技术问题是:在不大幅度改变原有的太阳能电池供电系统结构的前提下，对太阳能电池具体工作中的主要供电参数与环境参数进行较长时间的连续采集，提供了一种结构简单、扩展性好、成本低廉与可靠性高的用于太阳能电池供电监测的无线数据采集系统。
[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供了一种用于太阳能电池供电监测的无线数据采集系统，其特征在于，包括能依照固定的时间间隔周期性地获取各传感器的实时采样值和负责液晶显示控制及系统初始化工作的PSoC中央处理单元，PSoC中央处理单元分别与用于发出采样数据的ZigBee传输模块、用于采集太阳能电池的实时输出电流的电流传感器、用于PSoC中央处理单元的电路进行等比例采样的电压比例分压部分、日光辐照传感器部分、用于测量太阳能电池表面及蓄电池表面温度的接触式温度传感器、用于采集太阳能电池工作时的环境温湿度的环境温湿度传感器、用于提供采样时刻实时时间的实时时钟、供电部分、用于显示实时测量数据的液晶显示模块连接。
[0006]优选地，所述的ZigBee传输模块为支持串行接口的ZigBee透明传输模块。
[0007]优选地，所述的ZigBee传输模块上的模块射频天线部分为高增益玻璃钢天线或八木定向天线。
[0008]优选地，所述的电压比例分压部分包括比例分压电路和电压跟随器，比例分压电路的输入端可直接连接在对应的测量电压上。
[0009]优选地，所述的日光辐照传感器部分由用于将日光辐照强度转换为电压值的日光辐照传感器和用于提升PSoC中央处理单元采样效果的电压跟随器组成。
[0010]优选地，所述的接触式温度传感器直接设于被测表面上，接触式温度传感器为探头部分为不锈钢防水封装的接触式温度传感器。
[0011]优选地，所述的环境温度传感器为户外耐候型的温湿度传感器。
[0012]优选地，所述的供电部分采用结合DC-DC模块与LDO的方式。
[0013]优选地，所述的实时时钟为接口形式为UART或I2C、且可独立工作的实时时钟。
[0014]优选地，所述的液晶显示模块为1602或12864液晶模块。
[0015]本实用新型可以采集太阳能电池供电时的主要工作参数、电池板周围环境参数及后端蓄电池工作参数。其采集到的数据可为相关领域的科研工作者与工程技术人员分析在该环境下太阳能电池的具体工程应用提供参考依据。系统可无缝连接在现有太阳能电池供电系统中，这较大地增加了系统灵活性和使用简便性。另外该系统可独立工作，由此节省了相应的人力。系统采用高可靠性的ZigBee无线数据传输方式自主发送数据也使其具有较大程度的布设灵活性。本实用新型满足结构简单、扩展性好、成本低廉与可靠性高的要求。
【附图说明】
[0016]图1:一种用于太阳能电池供电监测的无线数据采集系统的原理框图；
[0017]图2:CY8C3866AX1-040及其外围电路原理图；
[0018]图3:MAX3232及其外围电路原理图；
[0019]图4:MAX4376FAUK及其外围电路原理图；
[0020]图5:太阳能电池比例分压电路的原理图；
[0021]图6:蓄电池比例分压电路的原理图；
[0022]图7:日光辐照传感部分的原理图；
[0023]图8:太阳能电池板表面温度接触式传感器电路原理图；
[0024]图9:蓄电池表面温度接触式传感器电路原理图；
[0025]图10:环境温湿度传感器AM2306电路原理图；
[0026]图11:实时时钟DS1337C对应的电路原理图
[0027]图12:供电部分对应的电路原理图；
[0028]图13: 1602液晶屏对应的电路原理图。
【具体实施方式】
[0029]为使本实用新型更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
[0030]由于在实际使用中太阳能电池的供电特性会受到环境因素与后端系统的较大影响，本实用新型拟通过结合ZigBee技术与PSoC技术，构建太阳能电池供电特性无线监测系统，从而实现对太阳能电池输出电压与电流、日光辐照、电池板温度、环境温湿度、蓄电池电压与蓄电池温度等太阳能电池供电特性主要监测参数的连续独立采集及发送。
[0031]本实用新型为一种用于太阳能电池供电监测的无线数据采集系统，如图I所示，该系统由PSoC中央处理单元、ZigBee传输模块、电流传感器、电压比例分压部分、日光辐照传感器部分、接触式温度传感器、环境温湿度传感器、实时时钟、供电部分与液晶显示模块组成。PSoC中央处理单元是系统的核心处理部分，其依照固定的时间间隔周期性地获取各传感器的实时采样值，并通过ZigBee传输模块依照固定的数据包格式将当次采样数据发出。PSoC还负责液晶显示控制及系统初始化工作。
[0032]PSoC中央处理单元通过调用ZigBee传输模块实现无线数据通信功能，推荐使用支持串行接口的ZigBee透明传输模块。如需要对模块的传输距离或强度分布进行优化，可考虑为模块射频天线部分选用高增益玻璃钢天线或八木定向天线。
[0033]电流传感器用于采集太阳能电池的实时输出电流，可以在太阳能电池的输出回路上串联一具有较低阻值的精密电阻，并采集该电阻上的电压降。通过利用电压降与阻值进行计算，就可以获得通过该电阻的具体电流值。
[0034]由于太阳能电池输出电压与蓄电池输出电压通常大于PSoC中央处理单元的A/D输入电压，所以都应设置对应的比例分压电路以便PSoC中央处理单元的电路进行等比例采样。比例分压电路的输入端可直接连接在对应的测量电压上。比例分压电路需选用1%精度的精密电阻。在设计比例分压电路时，应参照极端最大电压值设计分压。令极端最大电压值经过分压也能符合PSoC中央处理单元的A/D输入电压范围。即在设计中应令太阳能电池开路电压经过分压后的幅度符合