基于FPGA的多通道数据采集太阳能电池测试系统的研究

发布时间：2017-10-03 21:04

  本文关键词：基于FPGA的多通道数据采集太阳能电池测试系统的研究

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【摘要】：随着世界经济发展得愈加迅速,人类对于能源的需求量也将会变得越来越大。然而,传统能源将会开采枯竭,这必将会带来世界性的能源危机。新能源——尤其是太阳能的出现有效地缓解了能源危机。光伏产业的愈加成熟,让太阳能电池测试系统的需求也迅速增长。本文设计了一款成本低、功耗低、体积小的室外太阳能电池测试系统,并将多通道数据采集系统与太阳能电池测试系统相结合,让系统具备更好的灵活性。采用了FPGA作为主控芯片,以电容作为负载,在对电容的充电过程中模拟太阳能电池的负载变化,最终在LCD屏上显示出太阳能电池的各种参数和伏安特性曲线。系统主要包括硬件电路的设计和FPGA数字部分的设计。硬件电路的设计包括充放电电路设计,多通道数据采集电路设计,保护电路设计,FPGA配置电路设计。其中,多通道数据采集电路负责采集并调理电压、电流、温度、光照四路模拟信号,之后进行模数转换;FPGA数字部分包含通道选择模块、采样模块、存储模块、显示模块等,实现对多通道数据采集系统的控制及对采集到的数据进行处理和显示。对某太阳能电池样本的测试结果和误差分析表明:本系统实现了对开路电压、短路电流、最大功率、功率因子、效率等主要参数的测量,有着较好的稳定性和准确性,实现了系统的功能需求。
【关键词】：太阳能电池 多通道数据采集系统 户外测试 FPGA 电容采样
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4;TP274
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 能源现状和光伏产业发展现状9-12
• 1.2 数据采集系统研究现状12-14
• 1.3 太阳能电池测试系统现状14-15
• 1.4 本课题的目的和研究内容15-17
• 2 太阳能电池测试原理17-26
• 2.1 太阳能电池基本原理17-18
• 2.2 太阳能电池的性能参数18-21
• 2.2.1 太阳能电池模型18-20
• 2.2.2 太阳能电池参数20-21
• 2.3 太阳能电池伏安特性曲线测试方法21-23
• 2.3.1 直接测试法21-22
• 2.3.2 补偿测试法22
• 2.3.3 电容负载法22-23
• 2.4 测试数据的标准化23-26
• 2.4.1 环境对太阳能电池输出的影响23-24
• 2.4.2 标准化方法24-26
• 3 测试系统硬件电路设计26-41
• 3.1 硬件电路总体设计26
• 3.2 充放电主电路26-28
• 3.2.1 充电电路参数计算27-28
• 3.2.2 放电电路参数计算28
• 3.3 多通道数据采集电路28-34
• 3.3.1 电压信号采样电路29-30
• 3.3.2 电流信号采样电路30-31
• 3.3.3 温度信号采样电路31
• 3.3.4 光照采样电路31-32
• 3.3.5 放大电路32-33
• 3.3.6 AD电路33-34
• 3.4 过压过流保护电路34-35
• 3.5 电源控制电路35-37
• 3.6 FPGA及其外围电路37-41
• 3.6.1 FPGA芯片选型37-38
• 3.6.2 时钟电路和复位电路38
• 3.6.3 配置电路38-41
• 4 FPGA模块设计41-61
• 4.1 FPGA整体设计41-42
• 4.2 系统控制模块42-43
• 4.3 系统复位模块43-44
• 4.4 通道选择模块44-45
• 4.5 A/D控制模块45-47
• 4.6 电压、电流信号采样模块47-51
• 4.6.1 放电状态48
• 4.6.2 电压电流信号预采样状态48-49
• 4.6.3 参数设置状态49-50
• 4.6.4 伏安特性曲线采样状态50-51
• 4.7 温度、光照信号采样模块51
• 4.8 存储模块51-55
• 4.8.1 FIFO缓存模块51-52
• 4.8.2 FLASH存储模块52-55
• 4.9 滤波模块55-56
• 4.10串口模块56-57
• 4.11显示模块57-59
• 4.12系统异常保护模块59
• 4.13亚稳态的消除59-61
• 5 测试仿真与结果分析61-69
• 5.1 部分模块仿真结果61-67
• 5.2 系统功能测试67-69
• 6 总结69-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-76
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的论文76-77
• 附录2 攻读硕士学位期间申请的专利77

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本文编号：966695