l、引言

太陽能電池組件發(fā)電時(shí)并不是將其接收到的所有光能轉(zhuǎn)化為電能，而是只有一小部分轉(zhuǎn)化為電能，大部分能量以熱能的形式在太陽能電池組件的背板上揮發(fā)掉了，同時(shí)熱能的揮發(fā)也會(huì)新增太陽能電池組件背板的溫度，從而降低了能量的轉(zhuǎn)換效率。關(guān)于這一現(xiàn)象，研究者提出了對(duì)常規(guī)太陽能電池組件，散熱太陽電池組件，蓄冷太陽電池組件進(jìn)行比較研究，通過蓄冷設(shè)備降低太陽能電池組件背板的溫度，提高能量的轉(zhuǎn)換效率。這就要求系統(tǒng)對(duì)電池組件溫度的檢測(cè)具有足夠的精度和實(shí)時(shí)性。鑒于此，本系統(tǒng)采用精度為0.1℃的鉑電阻溫度傳感器pt100為測(cè)溫元件，以philips公司的ARM7芯片LpC2124為控制器，使用繼電器對(duì)溫度傳感器進(jìn)行切換，從而滿足了系統(tǒng)的精度與實(shí)時(shí)性要求。

2、系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)重要由前端測(cè)量電路，LpC2124控制器和數(shù)據(jù)傳輸單元組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。前端測(cè)量電路包括溫度測(cè)量、輻照度測(cè)量、電壓測(cè)量和電流測(cè)量：溫度測(cè)量重要是通過恒流源獲取溫度信號(hào)，將電阻量轉(zhuǎn)化為電壓量，并經(jīng)放大電路送入控制器；輻照度測(cè)量是將輻照度傳感器微弱的電壓信號(hào)放大后傳入ARM控制器；電壓測(cè)量和電流測(cè)量是為了獲取太陽能電池組件的功率，以便對(duì)各組件在相同條件下的發(fā)電效率進(jìn)行比較。數(shù)據(jù)傳輸單元通過RS485總線將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)給上位機(jī)，供上位機(jī)處理、存儲(chǔ)和繪圖。

3、系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1LpC2124簡介

本系統(tǒng)主控制器選用philips公司的LpC2124芯片，LpC2124是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的16/32位ARM7TDMI-S內(nèi)核，并內(nèi)置256KB的高速Flash存儲(chǔ)器。4路10位A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間低至2.44μs，46個(gè)GpIO為系統(tǒng)供應(yīng)了的豐富的I/O口，不要擴(kuò)展即可滿足系統(tǒng)的要求[1]。由于內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口，它們也非常適合于通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、嵌入式軟件調(diào)制解調(diào)器等應(yīng)用。128位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行，極大地滿足了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。

3.2鉑電阻溫度傳感器pt100測(cè)溫原理

pt100是電阻式溫度傳感器，pt100作為常用的測(cè)溫傳感器，其電阻值反映了它所處位置的溫度。鉑電阻具有較高的精度、較好的長期穩(wěn)定性，是高精度測(cè)溫用標(biāo)準(zhǔn)傳感器。它的溫度范圍是：鉑電阻阻值與溫度的關(guān)系可以近似用下式表示，在范圍內(nèi)：

表達(dá)式中t的一次冪以上項(xiàng)的系數(shù)非常小，可以看出電阻與溫度的關(guān)系具有較好的線性度。由于該表達(dá)式比較復(fù)雜，用ARM控制器處理這樣的計(jì)算過程，將會(huì)占用大量的資源和CpU時(shí)間，影響系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，所以本設(shè)計(jì)采用數(shù)字非線性補(bǔ)償?shù)姆椒ㄏ炔楸恚ㄒ?度為單位建表），再插值換算出溫度，從而大大提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

pt100作為電阻式溫度傳感器，測(cè)溫的本質(zhì)其實(shí)是測(cè)量傳感器的電阻，通常是將電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流等模擬信號(hào)，再將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再由處理器換算出相應(yīng)溫度。鑒于此，測(cè)溫的方法有電橋法，恒壓源法和恒流源法，具體測(cè)量原理圖如圖2所示。