基于stm32的高效光伏能量转换系统设计

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1、基于STM32的高效光伏能量转换系统设计　　摘要：设计一种用于海岛上微传感器设备供电的光伏系统，以STM32作为主控制器，设计双轴跟踪平台实现太阳跟踪，研究了新的光照传感器布置方案；增加角度传感器SCA100T?D02测量太阳能板的方位角与高度角，控制器将其与GPS模块对比进行位置辅助校准，形成闭环控制。主控制器根据MPPT算法采用PWM控制方式对锂电池充电。实验结果表明，该系统能够精准实现太阳跟踪，大幅度提高光伏转化效率，拥有广阔的应用价值与前景。　　关键词：STM32；BH1750FVI；GPS；传感节点；双轴跟踪　　中图分类号：TN344?34；TK51文献标识码：A文章编号

2、：1004?373X（2016）19?0128?03　　Abstract：Aphotovoltaicsystemusedformicrosensorequipmentpowersupplyingontheislandwasdesigned，whichtakesSTM32asthemaincontroller.Thedual?axistrackingplatformwasdesignedtorealizethesuntracking.Thenewplacementschemeoflightsensorisstudied，inwhichtheanglesensorSCA100T?D02

3、isaddedtomeasuretheazimuthangleandelevatingangleofthesolarpanel.TheanglesensoriscomparedwithGPSmodulebythecontrollertoperformthelocationauxiliarycalibrationandformtheclose?loopcontrol.ThemaincontrollerbasedonMPPTalgorithmusesPWM7controlmethodforlithiumbatterycharging.Theexperimentalresultsshow

4、thatthesystemcantrackthesunaccurately，improvetheefficiencyofphotovoltaicconversiongreatly，andhasbroadapplicationvalueandprospect.　　Keywords：STM32；BH1750FVI；GPS；sensornode；dual?axistracking　　随着海岛开发范围的不断加大，海岛的生态环境问题日益突出。目前多采取放置无线传感节点监测环境信息。然而传感节点多数采用干电池作电源，造成电源供应不稳定，影响设备运行，且容易对环境造成污染。本文用光照传感器设计跟

5、踪探头，达到光伏电池以最大功率输出的目的，同时采用PWM控制锂电池充电，以此提高光伏转化率，从而满足传感节点的用电量[1?3]。这种设计使海岛上的传感节点设备具有稳定的电力来源，具有较高的应用价值。　　1硬件设计方案　　1.1总体设计方案　　系统采用STM32F103C单片机作主控制器，它具有高精度、低成本、低功耗的优点，适用于本系统设计[4]。由3个光照度传感器BH1750FVI制成跟踪探头，对太阳实现粗跟踪，利用STM32的串口实现与GPS模块的通信，得到当地的经度、纬度、时间等地理信息，与角度传感器SCA100T?D02测得的太阳能板角度一起构成闭环反馈信息，使太阳能板精确跟

6、踪太阳。同时，主控制器以PWM驱动控制锂电池充电。LCD12864实时显示角度、光照等信息。系统设计框图如图1所示。7　　1.2光照传感器模块设计　　数字型光照传感器BH1750FVI具有优良的光谱响应特性，功耗低，内置16位A/D转换器，工作温度为-40～85℃，适用于恶劣的工作环境。STM32通过I2C接口向BH1750FVI发送控制指令，设置工作模式。　　与传统的上下左右四个传感器设计布置相比，本文改进了光照传感器探头设计，采用3个BH1750FVI，其位置呈字母“L”分布。如图2所示。选定太阳自左向右运动，在太阳斜射探头平面时，1号传感器与2号传感器之间会存在光照差值，ST

7、M32此时判断差值是否大于预设值，若大于则驱动水平电机朝光照强的方向运动，从而调整太阳能板的方位角。而后在垂直方向上判断2号传感器与3号传感器的光照值来调整太阳能板的高度角。这样先水平方向后垂直方向的调整，实现跟踪太阳的目标。光照传感器位置布置如图2所示。　　1.3角度传感器设计　　本系统需要测量太阳能板的方位角与高度角，故选用双轴倾角传感器SCA100T?D02。该角度传感器能同时测量[x，y]方向的倾角，其检测范围为±90°。完全符合太阳能跟踪装置的要求[5]。