CN203193342U - 一种基于dsp太阳能充电综合保护控制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉一种基于DSP太阳能充电综合保护控制器，包括电源模块、DSP模块、蓄电池电压检测电路模块、温度检测模块、太阳能电池板充电控制模块、负载电流检测及输出控制模块、键盘输入和显示模块、串口通信模块以及GPRS模块，所述蓄电池电压检测电路模块、温度检测模块、太阳能电池板充电控制模块、负载电流检测及输出控制模块、键盘输入和显示模块、串口通信模块以及GPRS模块分别与DSP模块通信连接，其有益效果为：可以使太阳能充电控制器几多功能于一体，通过按键功能设置满足不同的用户需求，并且本实用新型免维护，体积小，易安装，功能强大，造价低。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力系统应用技术领域的控制装置，尤其涉及一种基于DSP太阳能充电综合保护控制器。
背景技术
太阳能作为一种环保，绿色的新能源，目前全世界都在积极对太阳能的开发和利用进行广泛的研究。在我国,以太阳能为主的新能源的开发利用已成为国家可持续发展战略的重要内容。在太阳能的有效利用中，太阳能充电是近些年发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一，推广和利用太阳能是走可持续发展道路新型能源的首选。利用太阳能充电的装置也就日益重要，但现在大部分太阳能充电控制装置存在功能单一，而且光线不足时无法使用的问题。常用的充电模式有恒压充电、恒压限流充电、恒流充电等模式, 但是没有考虑环境温度变化对蓄电池充电过程的影响, 影响了蓄电池性能的充分发挥和使用寿命，大大缩短电池的使用寿命, 大量的免维护电池用几年后即报废, 造成巨大的经济损失。
经过对现有技术的检索发现，中国实用新型专利号为200420028253.1的实用新型专利，专利名称为《智能型太阳能充电控制器》，该实用新型专利公布了一种太阳能充电控制器，它包括：充电控制、DSP系统、蓄电池及检测控制、负载控制及几个保护构成。它根据铅酸蓄电池的充放电特性；利用太阳电池内阻大的特点，采用独特的太阳电池输出和蓄电池直接相连的方法，由DSP根据检测的蓄电池的实际电压值和预设值比较后；改变PWM脉冲的占空比控制并接在太阳电池输出端的大功率MOS管的导通和截止的时间比例来控制充电电流，充分利用了电能，最大限度的提高了充电效率。该专利的不足之处在于：不能实现数据远传与上位机通信。
发明内容
本实用新型目的在于克服以上现有技术之不足，提供一种基于DSP太阳能充电综合保护控制器，具体有以下技术方案实现：
所述基于DSP太阳能充电综合保护控制器，包括电源模块、DSP模块、蓄电池电压检测电路模块、温度检测模块、太阳能电池板充电控制模块、负载电流检测及输出控制模块、键盘输入和显示模块、串口通信模块以及GPRS模块，所述蓄电池电压检测电路模块、温度检测模块、太阳能电池板充电控制模块、负载电流检测及输出控制模块、键盘输入和显示模块、串口通信模块以及GPRS模块分别与DSP模块通信连接，所述电源模块分别为其他各模块供电，所述GPRS模块与上位机连接。
所述综合保护控制器的进一步设计在于，所述电源模块由交流变压器、整流电路、高通滤波器、稳压电路以及低通滤波器连接组成。
所述综合保护控制器的进一步设计在于，所述太阳能电池板充电控制模块分别与太阳能板以及蓄电池连接，包括滑动变阻器、场效应管、分压电阻、二极管以及NPN三极管，所述太阳能电池板输出引脚依次与所述滑动变阻器、二极管以及蓄电池的连接，太阳能电池板的另一个输出引脚依次连接所述场效应管的源极和漏极，再由场效应管的栅极接至蓄电池的另一输入引脚形成充电回路，太阳能电池板的输出引脚与蓄电池对应的输入引脚设有所述分压电阻，场效应管的衬底连接所述NPN三极管作为PWM的输出端。
所述综合保护控制器的进一步设计在于，所述负载电流检测及输出控制模块包括场效应管，NPN三极管以及负载，所述场效应管的源极和漏极分别与NPN三极管的发射极以及负载的一引脚连接，所述场效应管的栅极与负载的另一引脚，NPN三极管的集电极与场效应管的衬底连接。
所述综合保护控制器的进一步设计在于，所述场效应管为MOSFET。
所述综合保护控制器的进一步设计在于，所述GPRS模块为ME3000。
所述综合保护控制器的进一步设计在于，所述温度检测模块为AD590检测模块。
本实用新型的优点如下：
系统实现单电源供电，供电电压+3.3和+5V,使系统运行更加可靠安全；通过DSP对太阳能电池板电压，蓄电池电压，温度等采样信号的分析，可以真正实现过充电，浮充电，过放电，蓄电池的开路，温度过高保护功能，以及实现快速充电功能，夜间控制功能，当选择夜间功能时，控制器在白天关闭负载；检测到夜晚时，延迟一段时间后自动开启负载，开启的定时时间到或监测到白天，有自动关闭负载，定时时间可以通过时间芯片设定；键盘出入和显示提供了良好的人机通讯,使得各显示画面的人机交互性很强，实现人性化简易化操作；程序实现模块化，可以方便实现功能的扩展与维护。串口通信方便的实现了系统的远程监控，可以通过程序的扩展，实现远程控制参数的修改，可以实现分布式控制；本实用新型可以使太阳能充电控制器几多功能于一体，通过按键功能设置满足不同的用户需求，并且本实用新型免维护，体积小，易安装，功能强大，造价低。
附图说明
图1为所述基于DSP太阳能充电综合保护控制器的模块示意图。
图2为所述电源模块的电路图。
图3为所述太阳能电池板充电控制模块的电路图。
图4为所述负载电流检测及输出控制模块的电路图。
图5为所述GPRS模块的电路图。
图6为所述串口通信模块的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型方案进行详细说明。
基于DSP太阳能充电综合保护控制器，包括电源模块、DSP模块、蓄电池电压检测电路模块、温度检测模块、太阳能电池板充电控制模块、负载电流检测及输出控制模块、键盘输入和显示模块、串口通信模块以及GPRS模块，蓄电池电压检测电路模块、温度检测模块、太阳能电池板充电控制模块、负载电流检测及输出控制模块、键盘输入和显示模块、串口通信模块以及GPRS模块分别与DSP模块通信连接，电源模块分别为其他各模块供电，GPRS模块与上位机连接。本实施例中，DSP模块采用TMS320F28335芯片，抗干扰能力强，负责信号的分析与计算，控制外围芯片动作。
电源模块由交流变压器、整流电路、高通滤波器、稳压电路以及低通滤波器连接组成，为DSP和其他器件提供+3.3V和+5V的工作电压。
太阳能电池板充电控制模块分别与太阳能板以及蓄电池连接，包括滑动变阻器、场效应管、分压电阻、二极管以及NPN三极管，太阳能电池板输出引脚依次与滑动变阻器、二极管以及蓄电池的连接，太阳能电池板的另一个输出引脚依次连接场效应管的源极和漏极，再由场效应管的栅极接至蓄电池的另一输入引脚形成充电回路，太阳能电池板的输出引脚与蓄电池对应的输入引脚设有分压电阻，场效应管的衬底连接NPN三极管作为PWM的输出端。如图3，太阳能电池板J1的1引脚输出与充电控制模块相连接，经滑动变阻器，二极管D，然后连接到蓄电池的正端口，二极管防止太阳能电池板的极性接反而烧毁蓄电池，2引脚经过MOSFET的源极和漏极接到蓄电池的另一端构成充电回路。电池板的输出电压经过R1和R2构成的分压电阻输出AIN1接到A/D的第一输入通道，采集太阳能电池板电压。蓄电池J2的1脚输出经过R4输入到A/D的第二引脚，形成蓄电池电压采集电路；同时1引脚输出C1接到负载J3正极端如图4，给蓄电池充电。DSP输出地占空比可调的PWM波，经过NPN管控制MOSFET的开通和关断。
负载电流检测及输出控制模块包括场效应管，NPN三极管以及负载，场效应管的源极和漏极分别与NPN三极管的发射极以及负载的一引脚连接，场效应管的栅极与负载的另一引脚，NPN三极管的集电极与场效应管的衬底连接，通过脉宽调制技术限制和控制负载电流，实现过流保护及负载功率检测。设计中用MOSFET实现开关，MOSFET是电压控制单极性金属氧化物半导体场效应晶体管，所需驱动功率较小。而且MOSFET只有多数载流子参与导电，不存在少数载流子的复合时间，因而开关频率可以很高，特别适合作为PWM控制充电开关，设计中采用P沟道MOSFET。P沟道MOSFET的导通电压Vth<0。当NPN2导通时，由于NPN2的Vce很小，可以认为Q2的G极接地，Vgs<0，当Vin达到一定值时，Q1导通。本实施例的场效应管均采用MOSFET。
按键输入和显示模块的显示芯片采用台湾矽创公司生产的LCM128*64点阵带中文字库的液晶显示器，内部控制器是通用的ST7920控制器，可实现汉字，ASCII码，点阵图形﹑自造字体的显示，该模块具有8位并行﹑4位并行﹑2线串行﹑3线串行多种接口方式，LCD并行通讯和串行通迅，为了满足系统的实时性要求，采用并行通行，提高芯片的响应速度，液晶模块并行接口与TMS320F28335相连接，不需要驱动，可以直接相连。
GPRS模块将现场信息的状态、时间、电压、负载状况及充放电状态、保护定值、事件记录、通讯状态等信息传输至后台监控软件中显示，同时可以根据实际情况在后台远方遥控现场的蓄电池进行充放电工作，也可以在后台直接对蓄电池充放电参数和保护定值进行修改，实现无线双向通讯。本实施例采用中兴公司的GPRS模块ME3000，通过它的UART口直接与DSP的UART口相连接，实现数据的直接交换。数据在GPRS模块经过编码、调制后，数据通过GPRS网络以数据包的形式将数据传输到后台的服务器上，用户通过访问服务器所分配的IP地址和端口号来获取现场运行参数的信息，GPRS模块将现场信息的状态、时间、电压、负载状况及充放电状态、保护定值、事件记录、通讯状态等信息传输至后台监控软件中显示,同时可以根据实际情况在后台远方遥控现场的蓄电池进行充放电工作，也可以在后台直接对蓄电池充放电参数和保护定值进行修改，实现无线双向通讯。。
环境温度检测模块，温度传感器采用AD590检测蓄电池环境温度，输出电流与开氏温度成正比，体积小，使用方便的温度传感器，能够实现温度保护及浮充电压的温度补偿。随着温度升高，铅蓄电池最终的输出电压将降低，当温度升高时，固定的浮充电压可能导致有害气体的产生，而在温度过低时会导致蓄电池充电不足。温度补偿使控制器在温度过高时自动降低浮充电压，温度过低时自动升高浮充电压。AD590输出电流与开氏温度成正比，开始温度0°时输出0A，开始温度每上升1°电流增加1uA，其中开氏温度又称为绝对温度，而开氏温度与摄氏温度的关系为开式温度等于摄氏温度加上273.此温度传感有效测温范围-55～150℃，可采用的电源范围为4～30V。AD590接口串联一个电阻在接地，即可产生10*（273.2+T℃）mV，为了避免负载效应，此电压经过一个运算放大器构成的缓冲器，在经过减法器，放大器使输出变为：0～2V的电压信号，这样就把非电量转换为电量，输入到A/D的第4模拟输入通道。
串口通信模块，将系统的运行参数上传上位机，实现远程监控。本实施例选择DB9连接器，获得串口通信电路模块数据后，处理成异步通信的9个信号，采用直连方式，通信双方都可当做数据终端设备看待，使用标准的RS-232协议。对于数据，逻辑0的电平高于-3V，逻辑1的电平低于+3V；与TTL高低电平表示的逻辑状态规定不同，为了能够同计算机接口或终端的TTL器件连接，必须进行EIA-RS-232C与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换，使用MAX232芯片即可完成TTL到EIA双向电平的转换。
与现有技术相比，本实用新型具有如下特点：系统实现单电源供电，供电电压+3.3和+5V,使系统运行更加可靠安全；通过DSP对太阳能电池板电压，蓄电池电压，温度等采样信号的分析，可以真正实现过充电，浮充电，过放电，蓄电池的开路，温度过高保护功能，以及实现快速充电功能，夜间控制功能，当选择夜间功能时，控制器在白天关闭负载；检测到夜晚时，延迟一段时间后自动开启负载，开启的定时时间到或监测到白天，有自动关闭负载，定时时间可以通过时间芯片设定；键盘出入和液晶显示提供了良好的人机通讯,使得各显示画面的人机交互性很强，实现人性化简易化操作；程序实现模块化，可以方便实现功能的扩展与维护。串口通信方便的实现了系统的远程监控，可以通过程序的扩展，实现远程控制参数的修改，可以实现分布式控制；本实用新型可以使太阳能充电控制器几多功能于一体，通过按键功能设置满足不同的用户需求，并且本实用新型免维护，体积小，易安装，功能强大，造价低。
Claims (7)
1.一种基于DSP太阳能充电综合保护控制器，其特征在于，包括电源模块、DSP模块、蓄电池电压检测电路模块、温度检测模块、太阳能电池板充电控制模块、负载电流检测及输出控制模块、键盘输入和显示模块、串口通信模块以及GPRS模块，所述蓄电池电压检测电路模块、温度检测模块、太阳能电池板充电控制模块、负载电流检测及输出控制模块、键盘输入和显示模块、串口通信模块以及GPRS模块分别与DSP模块通信连接，所述电源模块分别为其他各模块供电，所述GPRS模块与上位机连接。
2.根据权利要求1所述的综合保护控制器，其特征在于，所述电源模块由交流变压器、整流电路、高通滤波器、稳压电路以及低通滤波器连接组成。
3.根据权利要求1所述的综合保护控制器，其特征在于，所述太阳能电池板充电控制模块分别与太阳能板以及蓄电池连接，包括滑动变阻器、场效应管、分压电阻、二极管以及NPN三极管，所述太阳能电池板输出引脚依次与所述滑动变阻器、二极管以及蓄电池的连接，太阳能电池板的另一个输出引脚依次连接所述场效应管的源极和漏极，再由场效应管的栅极接至蓄电池的另一输入引脚形成充电回路，太阳能电池板的输出引脚与蓄电池对应的输入引脚设有所述分压电阻，场效应管的衬底连接所述NPN三极管作为PWM的输出端。
4.根据权利要求1所述的综合保护控制器，其特征在于，所述负载电流检测及输出控制模块包括场效应管，NPN三极管以及负载，所述场效应管的源极和漏极分别与NPN三极管的发射极以及负载的一引脚连接，所述场效应管的栅极与负载的另一引脚，NPN三极管的集电极与场效应管的衬底连接。
5.根据权利要求3或4所述的综合保护控制器，其特征在于，所述场效应管为MOSFET。
6.根据权利要求1所述的综合保护控制器，其特征在于，所述GPRS模块为ME3000。
7.根据权利要求1所述的综合保护控制器，其特征在于，所述温度检测模块为AD590检测模块。
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Cited By (2)
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