光伏电站光伏组件运行状况在线巡回检测系统的下位机电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了光伏电站光伏组件运行状况在线巡回检测系统的下位机电路，光伏组件的电流输出线穿过霍尔电流传感器的环形孔，霍尔电流传感器上+5V电源、GND和信号输出U0通过三芯电缆分别连接下位机电路中的+5V电源、地线和多路开关，下位机通过RS?485通讯口传输给上位机（PC机）；其特征是：以单片机IC05（型号为STC89C52）为核心，在单片机IC05上连接电源部分、多路开关部分、信号放大与模数转换部分、数码管显示部分、通讯部分及本机地址设定部分构成下位机电路。该下位机电路由单片机自动控制对光伏组件运行状况进行在线巡回检测，及时发现和定位故障组件，准确地维修故障组件，大大减少工作量。
【专利说明】
光伏电站光伏组件运行状况在线巡回检测系统的下位机电路
技术领域
[0001 ]本发明涉及下位机电路，具体涉及光伏电站光伏组件运行状况在线巡回检测系统的下位机电路，该下位机用来巡回采集并实时显示各个组件输出的电流数据，并将这些数据传送给上位机以统计数据、输出报表、故障报警等。
【背景技术】
[0002]光伏电站由成千上万片光伏组件构成，它们安装在室外，受雨雪风雹、高温酷暑的危害时常出现故障，如异物飘落覆盖、组件内部引线开路、外部接线端子松脱等等，一旦发生故障就会影响发电。然而这些故障组件混在成千上万片光伏组件中很难被发现，要想找出它们困难很大。目前许多光伏电站只能靠人工定期检测，每过三个月或半年检测一遍，可想而知成千上万片光伏组件全部检测一遍工作量是很大的。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于:设计一种光伏电站光伏组件运行状况在线巡回检测系统的下位机电路，该下位机电路由微处理器(单片机)自动控制，对光伏组件运行状况进行在线巡回检测，巡回采集并实时显示各个组件输出的电流值，在组件现场就能观察各个组件的电流大小、出力情况，同时下位机将组件编号及其对应的电流值通过RS-485通讯口传输给上位机(PC机)做进一步处理，如统计数据、打印报表，故障报警等。
[0004]本发明的技术解决方案是:该光伏电站光伏组件运行状况在线巡回检测系统包括霍尔电流传感器、下位机和上位机，每个被测组件配备一只霍尔电流传感器，每32个传感器(或被测组件)配备一台下位机，上位机为一台PC机;光伏组件的电流输出线穿过霍尔电流传感器的环形孔，霍尔电流传感器上+5V电源、GND和信号输出UO通过三芯电缆分别连接下位机电路中的+5V电源、地线和多路开关;下位机对霍尔电流传感器输出的电压信号放大、模数转换，将组件编号及其对应的电流值通过RS-485通讯口传输给上位机(PC机)；其特征是:以单片机IC05(型号为STC89C52)为核心，在单片机IC05上连接电源部分、多路开关部分、信号放大与模数转换部分、数码管显示部分、通讯部分及本机地址设定部分构成下位机电路;所述下位机电路的具体连接如下:
其中，所述电源部分连接如下:用市售输入交流220V、输出直流9V的电源，其正极一路接三端集成稳压器7805输入端，7805输出端得到+5V稳压电源；另一路接三端集成稳压器7806输入端，7806的GND端串联二极管后接地，7806的输出端得到+6.8V稳压电源；+5V和+6.8V稳压电源分别为相关电路供电；
其中，所述多路开关部分连接如下:用霍尔电流传感器将每片电池组件电流转换成电压信号输出；两只16选I多路开关集成芯片IC3、IC4(型号均为74HC4067)的输入端1—131分别接32块组件的霍尔电流传感器的输出信号U0; IC3、IC4的公共端COM并联，连接电阻R07到信号放大部分;两只16选I多路开关由S0、S1、S2、S3四位地址码(用于选择不同的通路)和一位使能端EN(用于选择不同的芯片)共五位作为选通码，接单片机IC05的Pl.0—Pl.5引脚，由单片机IC5控制切换;不管选通了哪一路，哪一路的信号就接通到公共端COM，然后送信号放大与转换部分去处理；
其中，所述信号放大与模数转换部分的连接如下:由运算放大器IC07(型号为LM358)对经多路开关IC3、IC4送来的霍尔电流传感器的电压信号进行放大，而后经模数转换器IC08(型号为ADC0832)转化为数字信号送单片机处理；由可控精密集成稳压器IC06(型号为TL431)、电阻RO1、R02、R03、电容C04构成3V精密稳压源；IC06的阴极接电阻ROI至+5V，阳极接地，参考极接电阻R02、R03分别到其阴极和阳极，阴极与地之间接电容C04滤波；IC06的阴极得到3V精密稳压源；3V精密稳压源串联可调电阻WOI和电阻R04到地；由电阻R04分得2.50V电压经电阻R05接到运放IC07的反相输入端(一)，运放IC07的输出端接反馈电阻R06到反相输入端(一);运放IC07的同相输入端(+ )接电阻R07到多路开关公共端COM，同时接电阻R08到地；IC07的4脚接地，8脚接+6.8V电源;运放IC07的输出端串联电阻R09到模数转换器IC08(型号为ADC0832)的输入端2脚(CH0)，同时2脚接电容C07到地，电阻R09和电容C07用于滤波;模数转换器IC08的5脚(DO)、6脚(DI)短接后接单片机的P2.0引脚，7脚(CLK)、I脚(/CS)分别接单片机IC05的P2.1、P2.2引脚；
其中，所述的数码管显示部分连接如下:由数码管显示驱动电路IC09(型号为MAX7219)和2只四位一体共阴极数码管(型号为SM420364)构成8位LED数码管动态扫描显示电路，用来显示被测组件编号和对应电流;IC09的18、19引脚之间接电阻R31，19脚接+5V电源，4和9脚接地，I脚(0爪)、12脚(1^00)、13脚(0^)分别接单片机10)5的？2.5、？2.6和?2.7引脚，笔画输出端和位选端分别接8位LED数码管对应的笔划端和公共端；
其中，所述的通讯部分连接如下:由IC10(型号为MAX485)构成RS-485转换电路，将单片机IC05的串行通讯口转换为RS-485通讯口，以便与远距离的上位机通讯;通过通讯口单片机IC05 —方面接收上位机发来的指令，另一方面向上位机传送采集的数据；IClO的I脚(RXD)与单片机的P3.0(RXD)相连，2脚(/RE)、3脚(DE)短接后与单片机的P3.5脚相连，4脚(TXD)与单片机的P3.1(TXD)相连，5脚接地，6、7脚与两根通讯线A和B相连，至上位机，8脚接+5V电源；
其中，所述的本机地址设定部分连接如下:由8位微型拨动开关构成地址设定电路，当下位机多个共用时用来设定每个下位机的不同地址，以便上位机进行区别;8位地址设定开关的一端接地，另一端分别接单片机IC05的P0.0—P0.7引脚，单片机的P0.0—P0.7引脚分别接一只上拉电阻到+5V电源，即排电阻RP。
[0005]其中，采用市售单电源(5V)供电霍尔电流传感器，其内含检测与放大电路，将被测电流转化为电压信号UO输出，被测电流为O时输出2.50V，被测电流满量程时输出3.50V，分辨率1000/量程(mV/A)。
[0006]本发明具有以下优点:
1、本发明的下位机安装在组件现场，在现场直观地观察各个电池组件的电流大小即运行状况，同时又将数据传输给监控室里的PC机，在监控室里进行统计数据、打印报表、故障报警等；
2、及时发现和准确定位故障组件，做到及时、准确地维修故障组件，大大减少工作量；
3、在光伏组件现场设置若干个下位机，每台下位机负责对32个电池组件的电流进行巡回检测与显示;监控室设置一台上位机(PC机)，各下位机通过RS-485通讯口并联，与上位机进行通讯，传递命令和检测数据，由上位机发现和定位故障组件，以便及时维修及其他处理。
【附图说明】
[0007]图1为霍尔电流传感器安装示意图。
[0008]图2为本发明电路原理图。
【具体实施方式】
[0009]如图1、2所示，该光伏电站光伏组件运行状况在线巡回检测系统包括霍尔电流传感器、下位机和上位机，每个被测组件配备一只霍尔电流传感器，每32个传感器(或被测组件)配备一台下位机，上位机为一台PC机;光伏组件的电流输出线穿过霍尔电流传感器的环形孔，霍尔电流传感器上+5V电源、GND和信号输出UO通过三芯电缆分别连接下位机电路中的+5V电源、地线和多路开关;下位机对霍尔电流传感器输出的电压信号放大、模数转换，将组件编号及其对应的电流值通过RS-485通讯口传输给上位机(PC机)；其特征是:以单片机IC05(型号为STC89C52)为核心，在单片机IC05上连接电源部分、多路开关部分、信号放大与模数转换部分、数码管显示部分、通讯部分及本机地址设定部分构成下位机电路;所述下位机电路的具体连接如下:
其中，所述电源部分连接如下:用市售输入交流220V、输出直流9V的电源，其正极一路接三端集成稳压器7805输入端，7805输出端得到+5V稳压电源；另一路接三端集成稳压器7806输入端，7806的GND端串联二极管后接地，7806的输出端得到+6.8V稳压电源；+5V和+6.8V稳压电源分别为相关电路供电；
其中，所述多路开关部分连接如下:用霍尔电流传感器将每片电池组件电流转换成电压信号输出；两只16选I多路开关集成芯片IC3、IC4(型号均为74HC4067)的输入端1—131分别接32块组件的霍尔电流传感器的输出信号U0; IC3、IC4的公共端COM并联，连接电阻R07到信号放大部分;两只16选I多路开关由S0、S1、S2、S3四位地址码(用于选择不同的通路)和一位使能端EN(用于选择不同的芯片)共五位作为选通码，接单片机IC05的Pl.0—Pl.5引脚，由单片机IC5控制切换;不管选通了哪一路，哪一路的信号就接通到公共端C0M，然后送信号放大与转换部分去处理；
其中，所述信号放大与模数转换部分的连接如下:由运算放大器IC07(型号为LM358)对经多路开关IC3、IC4送来的霍尔电流传感器的电压信号进行放大，而后经模数转换器IC08(型号为ADC0832)转化为数字信号送单片机处理；由可控精密集成稳压器IC06(型号为TL431)、电阻RO1、R02、R03、电容C04构成3V精密稳压源；IC06的阴极接电阻ROI至+5V，阳极接地，参考极接电阻R02、R03分别到其阴极和阳极，阴极与地之间接电容C04滤波；IC06的阴极得到3V精密稳压源；3V精密稳压源串联可调电阻WOI和电阻R04到地；由电阻R04分得2.50V电压经电阻R05接到运放IC07的反相输入端(一)，运放IC07的输出端接反馈电阻R06到反相输入端(一);运放IC07的同相输入端(+ )接电阻R07到多路开关公共端C0M，同时接电阻R08到地；IC07的4脚接地，8脚接+6.8V电源;运放IC07的输出端串联电阻R09到模数转换器IC08(型号为ADC0832)的输入端2脚(CH0)，同时2脚接电容C07到地，电阻R09和电容C07用于滤波;模数转换器IC08的5脚(DO)、6脚(DI)短接后接单片机的P2.0引脚，7脚(CLK)、I脚(/CS)分别接单片机IC05的P2.1、P2.2引脚；
其中，所述的数码管显示部分连接如下:由数码管显示驱动电路IC09(型号为MAX7219)和2只四位一体共阴极数码管(型号为SM420364)构成8位LED数码管动态扫描显示电路，用来显示被测组件编号和对应电流;IC09的18、19引脚之间接电阻R31，19脚接+5V电源，4和9脚接地，I脚(0爪)、12脚(1^00)、13脚(0^)分别接单片机10)5的？2.5、？2.6和?2.7引脚，笔画输出端和位选端分别接8位LED数码管对应的笔划端和公共端；
其中，所述的通讯部分连接如下:由IC10(型号为MAX485)构成RS-485转换电路，将单片机IC05的串行通讯口转换为RS-485通讯口，以便与远距离的上位机通讯;通过通讯口单片机IC05 —方面接收上位机发来的指令，另一方面向上位机传送采集的数据；IClO的I脚(RXD)与单片机的P3.0(RXD)相连，2脚(/RE)、3脚(DE)短接后与单片机的P3.5脚相连，4脚(TXD)与单片机的P3.1(TXD)相连，5脚接地，6、7脚与两根通讯线A和B相连，至上位机，8脚接+5V电源；
其中，所述的本机地址设定部分连接如下:由8位微型拨动开关构成地址设定电路，当下位机多个共用时用来设定每个下位机的不同地址，以便上位机进行区别;8位地址设定开关的一端接地，另一端分别接单片机IC05的P0.0—P0.7引脚，单片机的P0.0—P0.7引脚分别接一只上拉电阻到+5V电源，即排电阻RP。
[0010]其中，采用市售单电源(5V)供电霍尔电流传感器，其内含检测与放大电路，将被测电流转化为电压信号UO输出，被测电流为O时输出2.50V，被测电流满量程时输出3.50V，分辨率1000/量程(mV/A)。
【主权项】
1.光伏电站光伏组件运行状况在线巡回检测系统的下位机电路，该光伏电站光伏组件运行状况在线巡回检测系统包括霍尔电流传感器、下位机和上位机，每个被测组件配备一只霍尔电流传感器，每32个传感器或被测组件配备一台下位机，上位机为一台PC机;光伏组件的电流输出线穿过霍尔电流传感器的环形孔，霍尔电流传感器上+5V电源、GND和信号输出UO通过三芯电缆分别连接下位机电路中的+5V电源、地线和多路开关;下位机对霍尔电流传感器输出的电压信号放大、模数转换，将组件编号及其对应的电流值通过RS-485通讯口传输给上位机;其特征是:以型号为STC89C52的单片机IC05为核心，在单片机IC05上连接电源部分、多路开关部分、信号放大与模数转换部分、数码管显示部分、通讯部分及本机地址设定部分构成下位机电路;所述下位机电路具体连接如下: 其中，所述电源部分连接如下:用市售输入交流220V、输出直流9V的电源，其正极一路接三端集成稳压器7805输入端，7805输出端得到+5V稳压电源；另一路接三端集成稳压器7806输入端，7806的GND端串联二极管后接地，7806的输出端得到+6.8V稳压电源；+5V和+6.8V稳压电源分别为相关电路供电； 其中，所述多路开关部分连接如下:用霍尔电流传感器将每片电池组件电流转换成电压信号输出；两只16选I型号均为74HC4067的多路开关集成芯片IC3、IC4的输入端1—131分别接32块组件的霍尔电流传感器的输出信号U0; IC3、IC4的公共端COM并联，连接电阻R07到信号放大部分;两只16选I多路开关由S0、S1、S2、S3用于选择不同通路的四位地址码和一位用于选择不同芯片的使能端EN共五位作为选通码，接单片机IC05的Pl.0—Pl.5引脚，由单片机IC5控制切换;不管选通了哪一路，哪一路的信号就接通到公共端C0M，然后送信号放大与转换部分去处理； 其中，所述信号放大与模数转换部分的连接如下:由型号为LM358的运算放大器IC07对经多路开关IC3、IC4送来的霍尔电流传感器的电压信号进行放大，而后经型号为ADC0832的模数转换器IC08转化为数字信号送单片机处理；由型号为TL431的可控精密集成稳压器IC06、电阻RO1、R02、R03、电容C04构成3V精密稳压源；IC06的阴极接电阻ROI至+5V，阳极接地，参考极接电阻R02、R03分别到其阴极和阳极，阴极与地之间接电容C04滤波；IC06的阴极得到3V精密稳压源；3V精密稳压源串联可调电阻WOl和电阻R04到地；由电阻R04分得2.50V电压经电阻R05接到运放IC07的反相输入端一，运放IC07的输出端接反馈电阻R06到反相输入端一；运放IC07的同相输入端十接电阻R07到多路开关公共端C0M，同时接电阻R08到地；IC07的4脚接地，8脚接+6.8V电源;运放IC07的输出端串联电阻R09到型号为ADC0832的模数转换器IC08的输入端2脚CHO，同时2脚接电容C07到地，电阻R09和电容C07用于滤波;模数转换器IC08的5脚DO、6脚DI短接后接单片机的P2.0引脚，7脚CLK、1脚/CS分别接单片机IC05的P2.1、P2.2引脚； 其中，所述的数码管显示部分连接如下:由型号为MAX7219的数码管显示驱动电路IC09和型号为SM420364的2只四位一体共阴极数码管构成8位LED数码管动态扫描显示电路，用来显示被测组件编号和对应电流;IC09的18、19引脚之间接电阻R31，19脚接+5V电源，4和9脚接地，I脚DIN、12脚LAOD、13脚CLK分别接单片机IC05的P2.5、P2.6和P2.7引脚，笔画输出端和位选端分别接8位LED数码管对应的笔划端和公共端； 其中，所述的通讯部分连接如下:由型号为MAX485的IClO构成RS-485转换电路，将单片机IC05的串行通讯口转换为RS-485通讯口，以便与远距离的上位机通讯;通过通讯口单片机IC05—方面接收上位机发来的指令，另一方面向上位机传送采集的数据;IClO的I脚RXD与单片机的P3.0 RXD相连，2脚/RE、3脚DE短接后与单片机的P3.5脚相连，4脚TXD与单片机的P3.1 TXD相连，5脚接地，6、7脚与两根通讯线A和B相连，至上位机，8脚接+5V电源； 其中，所述的本机地址设定部分连接如下:由8位微型拨动开关构成地址设定电路，当下位机多个共用时用来设定每个下位机的不同地址，以便上位机进行区别;8位地址设定开关的一端接地，另一端分别接单片机IC05的P0.0—P0.7引脚，单片机的P0.0—P0.7引脚分别接一只上拉电阻到+5V电源，即排电阻RP。2.根据权利要求1所述的光伏电站光伏组件运行状况在线巡回检测系统的下位机电路，其特征是:采用市售单电源5V供电霍尔电流传感器，其内含检测与放大电路，将被测电流转化为电压信号UO输出，被测电流为O时输出2.50V，被测电流满量程时输出3.50V，分辨率 1000/量程11^/^。
【文档编号】G01R19/00GK106020051SQ201610555268
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月15日
【发明人】刘洪恩
【申请人】淮安信息职业技术学院