基于ARM的太阳能光伏水泵控制系统

【摘要】：本文提出一种基于嵌入式ARM的太阳能水泵供水控制系统，本控制系统的目的是提高太阳能电池利用效率、提高水泵供水效率和实现节能节水。 为了实现提高太阳能电池利用效率的目的，系统提出利用2个大小功率不同的直流水泵通过3种供水方案运用比较效率法找出最佳供水方案，依此实现最佳太阳能电池利用率。 为了实现提高水泵供水效率的目的，系统在利用最佳效率追踪法的基础上提出一种电容充放电提高水泵启动电流，延长其工作时间，达到提高水泵工作效率的目的。 为了实现节水、节能的目的，系统提出通过土壤湿度传感器检测的土壤水分信息，由控制器实时控制电磁阀进行灌溉，实现节水、节能的目的。 本文通过对系统各主要和关键技术的分析，提出系统的总体设计方案，并完成系统控制器硬件电路和软件设计，同时完成了试验平台的建立，并对其进行了试验研究，验证了方案的可行性。具体工作如下： ⑴简述了光伏发电技术的发展状况，介绍了国内外光伏水泵技术发展历程，分析了当前光伏水泵控制系统控制原理，提出选用ARM控制器。 ⑵通过分析光伏水泵控制系统控制器结构原理，设计本系统控制器的主控制电路和试验系统控制电路。分析光伏水泵供水系统结构组成和工作原理，建立太阳能水泵供水控制系统。 ⑶进行光频传感器检测试验，运用光辐射强度可以影响光伏电池工作电流和影响光频传感器输出频率，建立光伏电池工作电流和光频传感器的对应关系，利用控制器对光频传感器输出频率的识别，对比光伏电池工作电流，实时向继电器发出闭合和断开指令，启动水泵工作。 ⑷进行供水控制试验，选用功率不同的2个水泵，通过2个水泵的启动时间不同和供水效率的对比，找出提高水泵供水效率的方法。 ⑸进行水泵启动试验，运用电容充放电启动因启动电流过大而延时启动的大功率水泵，提高了大功率水泵的工作时间，提高水泵工作效率。 ⑹进行滴灌控制试验，利用土壤水分传感器对作物土壤水分情况进行测试分析，将数据以频率的形式传输给控制器，控制器再启动水泵实施灌溉，试验节水、节能的目的。 ⑺设计制作了系统的试验，建立了系统试验平台，进行了试验研究，对试验结果进行了分析。 【关键词】：光伏水泵 ARM 控制 光频转换器 电容充放电 供水
【学位授予单位】：河南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH38;TM615
【目录】：

• 致谢4-10
• 摘要10-13
• 1 引言13-40
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 太阳能光伏水泵技术发展与应用14-17
• 1.3 太阳能光伏水泵系统17-22
• 1.4 太阳能光伏水泵控制系统22-35
• 1.4.1 嵌入式系统24-32
• 1.4.2 ARM 体系结构32-34
• 1.4.3 S3C44B0X 芯片34-35
• 1.5 课题来源与研究意义35-37
• 1.6 本文主要工作与研究方法37-40
• 2 太阳能水泵供水控制系统建立40-49
• 2.1 控制器硬件组成40-41
• 2.2 控制器电路设计41-45
• 2.2.1 SDRAM 储存电路41
• 2.2.2 NAND Flash 储存电路41-42
• 2.2.3 电源电路42
• 2.2.4 复位电路42-43
• 2.2.5 实时时钟(RTC)电路43
• 2.2.6 液晶显示电路43-44
• 2.2.7 JTAG 调试接口电路44-45
• 2.3 试验系统控制电路设计45-48
• 2.3.1 太阳能电池电源电路45
• 2.3.2 控制器与光频传感器接口电路图45
• 2.3.3 控制器与电磁继电器接口电路图45-46
• 2.3.4 水泵控制系统电路原理图46
• 2.3.5 水泵启动控制系统电路原理图46-47
• 2.3.6 电磁阀驱动电路图47-48
• 2.4 本章小结48-49
• 3 太阳能光伏水泵供水系统的建立49-58
• 3.1 太阳能光伏水泵系统结构49-52
• 3.2 光伏水泵系统构成52-55
• 3.3 光伏水泵选择及控制方式55-57
• 3.3.1 光伏水泵55-56
• 3.3.2 光伏水泵控制56-57
• 3.4 本章小结57-58
• 4 太阳能光伏水泵供水试验58-74
• 4.1 试验58-70
• 4.1.1 光频传感器检测试验58-61
• 4.1.2 供水控制试验61-64
• 4.1.3 电容充放电启动水泵试验64-68
• 4.1.4 低功耗灌溉控制试验68-70
• 4.2 试验程序70-73
• 4.2.1 光频传感器测试程序70-71
• 4.2.2 供水控制程序71-72
• 4.2.3 电容充放电启动水泵程序72
• 4.2.4 低功耗灌溉控制程序72-73
• 4.5 本章小结73-74
• 5 展望与结论74-78
• 5.1 太阳能光伏水泵农田灌溉应用74-75
• 5.2 太阳能光伏水泵供水控制系统结论75-78
• 6 参考文献78-90
• 英文摘要90-94
• 附录94

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