光伏智能灌溉控制装置的制作方法

本申请涉及农业灌溉领域，特别涉及一种光伏智能灌溉控制装置。

背景技术：

在现有的光伏灌溉装置中，应用于灌溉水泵的光伏逆变器不仅功能单一集成度较低，而且造价、运输和安装成本较高，在一定程度上降低了光伏灌溉装置的安全性和使用可靠性。同时，光伏逆变器与灌溉水泵都是一对一的对接方式，逆变器只有一路输出线端，在实际应用中光伏灌溉装置会面临各种工作环境，如果出现存在多个蓄水量有限的水井的情况下，一台灌溉水泵只能用于一个水井抽水，大大降低了灌溉效率增加了工程的成本，并且随着所需灌溉植物的种类改变，灌溉的方式也会改变，一对一的简单灌溉模式往往需要重新设计和更换，现有的光伏灌溉装置已经不能满足实际需求和用户的要求。

技术实现要素：

本申请的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种多路输出、综合保护、能源利用率高的光伏智能灌溉控制装置。

为实现上述目的，本申请采用了如下技术方案：

一种光伏智能灌溉控制装置，包括光伏阵列1、光伏逆变器3、控制单元4和多个用于驱动灌溉水泵的电机5，所述光伏逆变器3的输入端与光伏阵列1相连接，光伏逆变器3的输出端包括多个输出支路，每个输出支路分别与一个电机5相连接，所述控制单元4与光伏逆变器3相连接，控制单元4能够通过每个输出支路分别控制该输出支路所对应的电机5的运行参数。

可选的，所述光伏逆变器3包括直流/直流单元31和直流/交流单元32，所述直流/直流单元31的输入端与光伏阵列1相连接，直流/直流单元31能够将光伏阵列1产生的初始直流电压转变为有效输出的固定直流电压，直流/直流单元31的输出端与直流/交流单元32的输入端相连接，所述直流/交流单元32能够将固定直流电压转变为交流电压，直流/交流单元32的输出端形成多个所述输出支路，所述控制单元4与直流/交流单元32相连接。

可选的，所述直流/交流单元32的每个输出支路均包括一个逆变桥321，每个逆变桥321的输入端均与直流/直流转换器312的输出端相连接，每个逆变桥321的输出端分别与一个电机5相连接，所述逆变桥321能够将直流/直流转换器312输出的固定直流电压转换为交流电用于驱动电机5动作，所述控制单元4分别与每个逆变桥321的输入端和逆变桥321的输出端相连接用于检测直流/交流单元32的输出参数并控制电机5运转功率。

可选的，所述直流/直流单元31包括太阳能控制器311和直流/直流转换器312，所述直流/直流转换器312的输入端通过汇流箱2与光伏阵列1相连接用于获取光伏阵列1产生的初始直流电压并换为固定直流电压，直流/直流转换器312的输出端通过直流/交流单元32与电机5相连接，所述太阳能控制器311的输入端与光伏阵列1相连接用于检测光伏阵列1的初始直流电压的变化，太阳能控制器311的输出端与直流/直流转换器312相连接。

可选的，所述控制单元4包括一个微处理器U1和多个采样电路，每个采样电路的输入端分别与一个输出支路相连接用于采集该支路的电压模拟信号和电流模拟信号，采样电路通过内置的A/D转化器将电压模拟信号和电流模拟信号转化为对应的电流数字信号和电压数字信号，每个采样电路的输出端均与微处理器U1相连接用于将电流数字信号和电压数字信号输入至微处理器U1内。

可选的，所述采样电路包括驱动电路6、保护接口电路7、两个第一电压检测芯片U2和两个第一电流检测芯片U3，其中一个第一电压检测芯片U2的输入端与直流/交流单元32的输入端相连接，另一个第一电压检测芯片U2的输入端与直流/交流单元32的输出端相连接，两个第一电压检测芯片U2的输出端均与保护接口电路7的输入端和微处理器U1相连接，其中一个第一电流检测芯片U3的输入端与直流/交流单元32的输入端相连接，另一个第一电流检测芯片U3的输入端与直流/交流单元32的输出端相连接，两个第一电流检测芯片U3的输出端均与微处理器U1和保护接口电路7的输入端相连接，所述保护接口电路7的输出端与微处理器U1相连接，所述驱动电路6的输入端与微处理器U1相连接，驱动电路6的输出端与直流/交流单元32相连接。

可选的，所述直流/交流单元32还包括电阻R1，多个所述输出支路并联设置，并联后的一端与直流/直流单元31的正极相连接，并联后的另一端串联电阻R1后与直流/直流单元31的负极相连接。

可选的，所述控制单元4还包括第二电压检测芯片U4和第二电流检测芯片U5，所述第二电压检测芯片U4的输入端分别与直流/直流单元31的正极和负极相连接，第二电压检测芯片U4的输出端与微处理器U1相连接，所述第二电流检测芯片U5的输入端与电阻R1相连接，第二电流检测芯片U5的输出端与微处理器U1相连接。

可选的，每条输出支路均包括一个逆变桥321和一个电阻R2，所述逆变桥321的正向输入端与直流/直流单元31的正极相连接，逆变桥321的反向输入端与电阻R2的一端相连接，所述电阻R2的另一端串联电阻R1后与直流/直流单元31的负极相连接，逆变桥321的输出端为一个三相输出端子即U相输出端子、V相输出端子和W相输出端子，所述三相输出端子与一个电机5相连接。

可选的，所述驱动电路6的输入端与微处理器U1相连接，驱动电路6的输出端与逆变桥321相连接，两个第一电压检测芯片U2中一个第一电压检测芯片U2的输入端分别与逆变桥321的正向输入和逆变桥321的反向输入端相连接，另一个第一电压检测芯片U2的输入端分别与U相输出端子、V相输出端子和W相输出端子相连接，两个第一电流检测芯片U3中一个第一电流检测芯片U3的输入端与电阻R2相连接，另一个第一电流检测芯片U3的输入端与U相输出端子和W相输出端子相连接，两个第一电压检测芯片U2的输出端和两个第一电流检测芯片U3的输出端还分别与微处理器U1相连接。

本申请的光伏智能灌溉控制装置通过将光伏逆变器设计为多个输出支路，每个输出支路分别对应一台用于驱动水泵的电机，使得光伏逆变器与电机5由传统的一对一的对接方式转变为一对多的对接方式，实现了多路灌溉输出，提高了灌溉效率并降低了灌溉成本，能够适应多种复杂的工作环境和多种灌溉方式，同时，通过设置与多个输出支路相连接的控制单元，使得用户能够通过控制单元控制每个输出支路所对应的电机的运行参数，实现多个不同功率和不同特点的电机同时工作，解决了多个输出支路的输出电能分配控制问题。

附图说明

图1是本申请的光伏智能灌溉控制装置的功能结构方框图；

图2是本申请的直流/直流单元和直流/交流单元的功能结构方框图；

图3是本申请的直流/交流单元和控制单元的电路原理图；

图4是本申请的操作单元的功能结构方框图。

附图标记

1-光伏阵列，2-汇流箱，3-光伏逆变器，31-直流/直流单元，32-直流/交流单元，311-太阳能控制器，312-直流/直流转换器，321-逆变桥，4-控制单元，5-电机，6-驱动电路，7-保护接口电路。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的具体实施方式进行描述。

在本文中，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等仅用于表示相关部分之间的相对位置关系，而非限定这些相关部分的绝对位置。

在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示重要程度及顺序、以及互为存在的前提等。

在本文中，“相等”、“相同”等并非严格的数学和/或几何学意义上的限制，还包含本领域技术人员可以理解的且制造或使用等允许的误差。

除非另有说明，本文中的数值范围不仅包括其两个端点内的整个范围，也包括含于其中的若干子范围。

如图1所示，本申请的光伏智能灌溉控制装置包括光伏阵列1、光伏逆变器3、控制单元4和多个用于驱动灌溉水泵的电机5，所述光伏逆变器3的输入端与光伏阵列1相连接，光伏逆变器3的输出端包括多个输出支路，每个输出支路分别与一个电机5相连接用于给电机5供电，所述控制单元4与光伏逆变器3相连接，控制单元4能够通过每个输出支路分别控制该输出支路所对应的电机5的运行参数。本申请的光伏智能灌溉控制装置通过将光伏逆变器3设计为多个输出支路，每个输出支路分别对应一台用于驱动水泵的电机5，使得光伏逆变器3与电机5由传统的一对一的对接方式转变为一对多的对接方式，实现了多路灌溉输出，提高了灌溉效率并降低了灌溉成本，能够适应多种复杂的工作环境和多种灌溉方式，同时，通过设置与多个输出支路相连接的控制单元4，使得用户能够通过控制单元4控制每个输出支路所对应的电机5的运行参数，实现多个不同功率和不同特点的电机5同时工作，解决了多个输出支路的输出电能分配控制问题。

如图2所示，本申请的光伏智能灌溉控制装置的一个实施例，所述光伏逆变器3包括直流/直流单元31和直流/交流单元32，所述直流/直流单元31的输入端与光伏阵列1相连接，直流/直流单元31能够将光伏阵列1产生的初始直流电压转变为有效输出的固定直流电压，直流/直流单元31的输出端与直流/交流单元32的输入端相连接，所述直流/交流单元32能够将固定直流电压转变为交流电压，直流/交流单元32的输出端形成多个所述输出支路，所述控制单元4与直流/交流单元32相连接。

所述光伏智能灌溉控制装置还包括汇流箱2，所述直流/直流单元31包括太阳能控制器311和直流/直流转换器312，所述直流/直流转换器312的输入端通过汇流箱2与光伏阵列1相连接用于获取光伏阵列1产生的初始直流电压，直流/直流转换器312通过PWM脉冲宽度调制方式将初始直流电压转换为稳定的固定直流电压，直流/直流转换器312的输出端通过直流/交流单元32与作为负载的电机5相连接，所述太阳能控制器311的输入端与光伏阵列1相连接用于不间断检测光伏阵列1的初始直流电压的变化，太阳能控制器311的输出端与直流/直流转换器312相连接，太阳能控制器311能够根据初始直流电压的变化对直流/直流变换器312的PWM驱动信号的占空比进行调节，使得光伏阵列1能够以最大的功率输出，保证了光伏阵列1的电能能够最大程度的被利用。

可选的，所述太阳能控制器311可以是最大功率点跟踪。

所述直流/交流单元32的每个输出支路均包括一个逆变桥321，每个逆变桥321的输入端均与直流/直流转换器312的输出端相连接，每个逆变桥321的输出端分别与一个电机5相连接，所述逆变桥321能够将直流/直流转换器312输出的固定直流电压转换为交流电用于驱动电机5动作，所述控制单元4分别与每个逆变桥321的输入端和逆变桥321的输出端相连接用于检测直流/交流单元32的输出参数并控制电机5运转功率。

所述控制单元4包括一个微处理器U1和多个采样电路，每个采样电路的输入端分别与一个输出支路相连接用于采集该支路的电压模拟信号和电流模拟信号，采样电路通过内置的A/D转化器将电压模拟信号和电流模拟信号转化为对应的电流数字信号和电压数字信号，每个采样电路的输出端均与微处理器U1相连接用于将电流数字信号和电压数字信号输入至微处理器U1内，微处理器U1通过对电流数字信号和电压数字信号进行计算和处理能够检测出各个输出支路的工作状态，并且微处理器U1能够根据用户设定的运行参数对每个输出支路的输出进行独立控制，实现了多个不同功率的电机5同时工作，例如，本光伏智能灌溉控制装置还包括操作单元，所述操作单元与控制单元4的微处理器U1相连接，用户可以通过操作单元对每个输出支路的运行参数进行设定，当然，容易想到的是，微处理器U1通过对电流数字信号和电压数字信号进行计算和处理也能够自行进行过压过流保护的判断，或者，微处理器U1也可以通过与微处理器U1相连接的操作单元将各个输出支路的工作状态反馈给用户，用户人为的进行过压过流保护的判断。

可选的，微处理器U1可以是DSP芯片，也可以是单片机芯片，所述DSP芯片至少为以下DSP芯片中的一种：TMS320系列微控制单元、ADSP2101/2103、ADSP2111/2115、ADSP2126/2162/2164、ADSP2127/2181、ADSP-BF532、MC96002、DSP53611、DSP56800、DSP563XX、MSC8101；所述单片机芯片至少为以下单片机芯片中的一种：AT89CXX系列、AT89SXX系列、AT89C20系列、AVR单片机、PIC单片机、飞思卡尔单片机、MSP430单片机。

本申请的光伏智能灌溉控制装置提供的实施例通过在控制单元4内设置微处理器U1，使得用户能够对每个输出支路的参数进行设定，实现了多个电机5在不同的功率下同时工作，微处理器U1还能够使得控制单元4能够为输出支路提供电气综合保护控制功能，使得本申请的光伏逆变器3集成了水泵电机的交流过电压保护、堵转保护、过载保护、缺相保护等电机回路专项保护功能，将系统功能尽量一体化集成，降低造价成本、运输和安装成本，提高了系统的安全性和降低了设备使用复杂程度。

所述采样电路包括驱动电路6、保护接口电路7、两个第一电压检测芯片U2和两个第一电流检测芯片U3，其中一个第一电压检测芯片U2的输入端与直流/交流单元32的输入端相连接，另一个第一电压检测芯片U2的输入端与直流/交流单元32的输出端相连接，两个第一电压检测芯片U2的输出端均与保护接口电路7的输入端和微处理器U1相连接，其中一个第一电流检测芯片U3的输入端与直流/交流单元32的输入端相连接，另一个第一电流检测芯片U3的输入端与直流/交流单元32的输出端相连接，两个第一电流检测芯片U3的输出端均与微处理器U1和保护接口电路7的输入端相连接，所述保护接口电路7的输出端与微处理器U1相连接，所述驱动电路6的输入端与微处理器U1相连接，驱动电路6的输出端与直流/交流单元32相连接。

如图3所示，本申请光伏智能灌溉控制装置提供的控制单元4和直流/交流单元32的一个具体的实施例，所述直流/交流单元32包括两路输出支路和电阻R1，所述控制单元4包括一个微处理器U1、两路采样电路、一个第二电压检测芯片U4和一个第二电流检测芯片U5，两路输出支路并联设置，并联后的一端与直流/直流单元31的正极相连接，并联后的另一端串联电阻R1后与直流/直流单元31的负极相连接，所述微处理器U1通过两路采样电路分别与两路输出支路相连接，所述第二电压检测芯片U4的输入端分别与直流/直流单元31的正极和负极相连接，第二电压检测芯片U4的输出端与微处理器U1相连接，所述第二电流检测芯片U5的输入端与电阻R1相连接，第二电流检测芯片U5的输出端与微处理器U1相连接。

具体的，每条输出支路均包括一个逆变桥321和一个电阻R2，现以微处理器U1和一条输出支路为例进行说明，所述逆变桥321的正向输入端与直流/交流单元32的直流/直流转换器312的正极相连接，逆变桥321的反向输入端与电阻R2的一端相连接，所述电阻R2的另一端串联电阻R1后与直流/直流单元31的直流/直流转换器312的负极相连接，逆变桥321的输出端为一个三相输出端子即U相输出端子、V相输出端子和W相输出端子，所述三相输出端子与一个电机5相连接用于驱动电机5工作；所述采样电路包括驱动电路6、保护接口电路7、两个第一电压检测芯片U2和两个第一电流检测芯片U3，所述驱动电路6的输入端与微处理器U1相连接，驱动电路6的输出端与逆变桥321相连接，所述保护接口电路7的输入端分别与两个电压检测芯片U2的输出端和两个电流检测芯片U3的输出端相连接，保护接口电路7的输出端与微处理器U1相连接，其中一个第一电压检测芯片U2的输入端分别与逆变桥321的正向输入和逆变桥321的反向输入端相连接，另一个第一电压检测芯片U2的输入端分别与U相输出端子、V相输出端子和W相输出端子相连接，其中一个第一电流检测芯片U3的输入端与电阻R2相连接，另一个第一电流检测芯片U3的输入端与U相输出端子和W相输出端子相连接，并且两个第一电压检测芯片U2的输出端和两个第一电流检测芯片U3的输出端还分别与微处理器U1相连接。微处理器U1和另一条输出支路的连接关系与上述连接关系相同，在此不再赘述。

可选的，第一电压检测芯片U2和第二电压检测芯片U4可以是PT8A610X或HT7021或HM811，第一电流检测芯片U3和第二电流检测芯片U5可以是ACS712或AD8217或INA169。

如图4所示，本申请的操作单元的一个实施例，所述操作单元包括操作面板和传输单元，所述操作面板通过传输单元与控制单元4的微处理器U1相连接，用户能够通过操作面板堆每个输出支路的运行参数进行设定，使用时，在操作面板上会出现参数设置菜单，所述参数设置菜单包括多个电机参数组，每个电机参数组分别对应一个水泵，用户通过每个电机参数组能够对水泵的电机5的运行功率、工作类型、保护模式和运行模式等相关运行参数的设置，在用户设置完电机参数组的运行参数后，操作面板将每个电机参数组对应运行参数通过传输单元发送至微处理器U1，所述微处理器U1根据用户设置的电机参数组通过驱动电路6控制的电机5的运行。

上面结合附图对本申请优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本申请并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请构思的前提下做出各种变化。