基于物联网控制的太阳能水泵

发布时间：2020-09-22 18:52

　　太阳能水泵是一种直接利用太阳能电池光生伏打效应发电,然后再通过电力电子器件的转化以及电机、水泵等控制器件和相关执行器件从地下或者深水井等水源地提水的系统,是一种集光、机、电、控制技术等多学科技术的集中体现。太阳能水泵具有不污染环境、无能量消耗等优点,能够利用太阳能替代化石能源,提高人们的生活质量。但是,由于系统复杂、控制不方便、无法高效的利用能源,存在较大的局限性。基于物联网控制的太阳能水泵,从系统的整体结构和基本原理开始分析。一方面分析了太阳能水泵的基本结构及其原理,太阳能水泵利用最大功率跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)使光伏阵列最大化的接收太阳能,利用MATLAB/Simulink建模仿真,分析了影响光伏阵列输出特性的影响因素,实现太阳能电池的输出功率最大化,这样太阳能水泵能够最大化利用太阳能资源,该系统先通过DC/DC变换器将光生电压转换成高电压等级的直流电,再通过DC/AC变换器转换成三相电机使用的交流电,最后驱动电机泵水;另一方面对太阳能水泵引入物联网的概念,利用Zigbee组网对温度、光照强度和水位高度等环境信息进行实时监测,利用4G网络对环境信息进行远距离信息传输,最后利用微信小程序实现对太阳能水泵的远程监控。本文研究的基于物联网控制的太阳能水泵,利用太阳能供能,解决环境和能源问题;利用最大功率跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)解决了能源利用率问题;最关键的是引入了物联网的概念实现对太阳能水泵的远程监控。基于物联网控制的太阳能水泵不仅节约了能源资源,提高了能源利用率,还大幅度提高了太阳能水泵智能泵水的准确性,为资源合理应用提供了参考,具有较高的实际意义。图[55]表[6]参[59]
【学位单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TV675;TM914.4
【部分图文】：

总框图,系统整体,太阳能水泵

2 系统的整体结构和基本原理2.1 系统整体结构本文设计的系统主要由两部分组成，一部分是太阳能水泵，另一部分是物联网控制太阳能水泵。本文的物联网控制包括下位机对环境信息的实时终端监测模块、Zibgee 与 4G 网络的连接网络的网关模块、对太阳能水泵发出操作指令的上位机和交互界面[29]。终端监控设备能够对太阳能水泵的温度和光照强度等环境参数实时测量，并且将环境数据通过 Zigbee 构建的网络传送到网关模块；网关模块对 Zigbee 传递来的数据信息进行分析、压缩和融合以后，再通过 4G 网络将数据传送到交互界面和上位机[30]；上位机通过交互界面实时显示采集数据值；并利用决策系统分析处理信息，从而计算出此时太阳能水泵的工作状况，最后将决策结果通过网关模块反馈给终端节点，从而控制太阳能水泵的运作[31]。系统总框架如下图 1 所示

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网关的主要作用是连接 Zigbee 网络和 4G 网络，充分发挥 Zigbee 网络和 4G 网络各自的优势，构建起两个网络间的数据信息转换桥梁。网关主要包含了 Zigbee 协调器模块、4G 模块和在两个网络之间完成数据信息转换的微处理器模块。微处理器的作用是分析处理 Zigbee 网络传递来的信息，之后再经过 4G 通信模块将处理后的环境参数信息发送到基站，最后传递到上位机[33]。在应用层的上位机能够接受到下位机对环境信息实时监测的数据，在对环境信息经过分析、对比和处理以后做出决策，再传输给下位机。同时，本文设计的上位机层面的交互界面也能够实时展现太阳能水泵的工作信息。下面分别对太阳能水泵和物联网控制做出介绍。2.2 太阳能水泵基本结构太阳能水泵系统主要是由光伏阵列、电池储能、控制装置、三相电机、电机水泵以及储水装置组成，基本结构图如下图 2 所示：

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OCU ：在外电路断开的情况下，保持特定的温度和光照输出的最大电压值；开路电压的值主要是 PN 结的内部引起的开路电压越大。点电流MI ：在特定的温度和光照条件下光伏阵列能够达电流值；随着外部条件的改变，有且仅有某一特定时候最大输出功率的电流并不一定是最大的。点电压值MU ：在特定的温度和光照条件下光伏阵列能候的电压值；最大功率时候的电压值；随着外部条件的特定时候输出功率达到最大，最大输出功率的电压并不点功率MP ：在特定的温度条件下光伏阵列能够输出的最能电池的外部条件改变的时候，其工作特性也会做出相输出的最大功率只存在一个特定的环境条件下。

【参考文献】