太阳能电池电源管理系统设计与实现

发布时间：2017-10-15 11:07

  本文关键词：太阳能电池电源管理系统设计与实现

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【摘要】：近些年水污染问题日趋严重,利用无线传感网络对整个流域进行监控的应用越来越频繁。体积微小的无线传感器由于其自身携带的电池能量十分有限,不能长时间处于工作状态。采用绿色环保太阳能源作为无线传感器自供电能源的方法便可以解决其供电不足的问题。本文根据野外监测无人值守供电系统的需求,研究了铅蓄电池充放电管理的工作原理。同时基于太阳能的优势,根据野外监测多电压的需求,采用ARM处理器设计了一种多输出端口的太阳能电池管理系统。利用充电模块和DC-DC升压芯片,实现对输入电压进行有效地升压以及蓄电池的充电,完成5 V、12 V和24 V三路的电压输出。该电路可以通过改变反馈量的值对输出的电压进行动态调整。电源管理系统最大的输出功率达到了20W。采用基于LPC2119的ARM微处理器片内AD对电池电量进行监测,实现对充放电电路的管理。测试并分析了在晴天、多云和阴雨不同环境下的系统的电压输出。测试结果表明,在晴天天气与多云天气时,设备可以在无负载、有负载状态下正常运行。在多云天气条件下,系统有负载的时,系统输出的5V、12V和24V电压浮动分别为0.004%、0.020%和4.825%,系统处于一个相对稳定的运行状态。在阴雨天气条件下,太阳能极板的开路电压为7 mV,短路电流为1 mA,设备无法正常的工作。该项目能够对水质进行高效实时监控,避免了一些不必要的开支。基于太阳能电池的电源管理系统由于体积小,能源自给自充,在野外无人值守的应用中将会有广泛的应用前景。
【关键词】：水污染 无线传感 电源管理系统 太阳能
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义8-9
• 1.2 国内外相关的发展现状9-12
• 1.2.1 太阳能电池的特点9-10
• 1.2.2 太阳能电池产业及电源管理系统国内外研究现状10-11
• 1.2.3 太阳能供电系统应用的必要性11-12
• 1.3 太阳能电池电源在应用中存在的问题12-13
• 1.4 本课题的主要研究内容13-14
• 第2章 太阳能电池最大功率跟踪的基本原理14-26
• 2.1 引言14
• 2.2 太阳能电池基本原理14-19
• 2.2.1 太阳能电池等效电路15-16
• 2.2.2 太阳能电池的稳态特性16-18
• 2.2.3 太阳能电池的动态特性18-19
• 2.3 太阳能电池的分类19-20
• 2.4 太阳能电池的伏安特性概述20-21
• 2.4.1 太阳能电池的伏安特性分析20-21
• 2.4.2 温度和日照强度对太阳能电池输出特性的影响21
• 2.5 太阳能电池最大功率跟踪技术21-25
• 2.5.1 最大功率跟踪的基本原理21-22
• 2.5.2 常用最大功率跟踪方法的分析与比较22-25
• 2.6 本章小结25-26
• 第3章 电源管理系统硬件设计26-38
• 3.1 引言26
• 3.2 铅酸电池的工作原理26-29
• 3.2.1 铅酸电池的基本原理26-28
• 3.2.2 铅酸电池的充放电方式28-29
• 3.3 总体电路设计方案29-31
• 3.4 嵌入式控制板核心处理器的选型31-32
• 3.5 嵌入式控制板核心电路设计32-34
• 3.6 电源管理电路的设计34-37
• 3.6.1 蓄电池充电电路的设计34-35
• 3.6.2 多级电源输出电路的设计35-37
• 3.7 本章小结37-38
• 第4章 电源管理系统软件设计38-45
• 4.1 引言38
• 4.2 软件总体设计方案38-40
• 4.3 系统的软件设计40-44
• 4.3.1 电源管理系统软件的初始设定40-41
• 4.3.2 铅蓄电池充放电软件设计41-43
• 4.3.3 A/D采样和屏幕显示程序设计43-44
• 4.4 本章小结44-45
• 第5章 系统测试与分析45-54
• 5.1 引言45
• 5.2 基本参数45-47
• 5.3 测试数据47-51
• 5.3.1 太阳能电池充放电数据测试47-48
• 5.3.2 蓄电池端电压随时间变化曲线48-49
• 5.3.3 环境光照对电源管理电路输出的影响49-51
• 5.4 光照对输出电压影响的数据分析51-52
• 5.5 太阳能电池功率输出测试分析52-53
• 5.6 本章小结53-54
• 结论54-55
• 参考文献55-59
• 致谢59-60
• 个人简历60

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 吴俊娟;姜一达;王强;孙孝峰;;一种改进的光伏系统MPPT控制算法[J];太阳能学报;2012年03期

2 崔岩;蔡炳煌;李大勇;胡宏勋;董静微;;太阳能光伏系统MPPT控制算法的对比研究[J];太阳能学报;2006年06期

3 郝国强,张德贤,张存善,张延生;非晶硅太阳能电池的新进展[J];飞通光电子技术;2002年04期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 任斌;有机太阳能电池材料及其器件的研究[D];华南师范大学;2003年

2 吴瑜之;晶体硅太阳能电池选择性扩散及表面钝化研究[D];云南师范大学;2002年

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本文编号：1036759