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基于PIC24FJ64的智能光伏汇流采集装置设计及应用

2020-07-05 01:00:48

本文介绍一种基于PIC24FJ64的智能光伏AGF系列汇流采集装置,本装置使用霍尔传感器隔离测量来自光伏电池阵列的电流,同时可以测量其输出电压,监测汇流箱内部的防雷器和直流断路器的工作状态、配有温度、风速,辐照等传感器输入接口,带有接点输出,用于驱动外部执行机构。本装置通过RS485总线与上位机通讯,用于接收计算机指令,上传检测到的光伏电池阵列、汇流箱组件和外部环境状态。本装置最多可监测16路光伏电池组输出电流,并可以根据输入电压计算分相和合相功率。本装置带有LED数码显示器和设定拨码,用于查看数据和设定本装置的通讯地址、数据格式、波特率等参数。

1   电路设计原理
  PIC24FJ64是MicroChip公司的一种改进的哈佛架构的高速16位低功耗单片机,在32M时钟频率时系统性能可达16MIPS,17 位 x 17 位单周期硬件乘法器,最大可内带64k的FlashROM,8k系统SRAM,2 个  模块,2 个UART 模块、允许对许多外部I/O口功能进行重新定义,增加了系统设计的灵活性。电路框图见图1

图1

1.1 电流输入模块
  电流输入模块分成两个8路模块,最多可以输入16路的电池串列,电流采样使用霍尔传感器实现对光伏电流的隔离型测量,霍尔效应是指的是当有一半导体薄片,假设以三维空间的视角来看,在其Y轴方向施加一个一定强度的磁场,在X轴方向通以电流,则在此半导体薄片的Z轴方向会产生电动势,该电动势就是霍尔电势,见图2,本霍尔传感器采用单电源5V供电方式,在输入最大输入电流为-15A~+15A对应输出电压为0~5V。霍尔传感器的输出接入到一个8选一的模拟开关,由程序控制对8个输入通道逐个扫描,模拟开关的输出经过一个RC滤波电路然后接入到A/D转换芯片ADS1110,ADS1110是TI公司的16位精度模数转换器,宽工作电源2.7~5.5V,芯片内置有5ppm/°C温度系数的2.048V高精度电压参考,芯片内置PGA,可以对输入信号进行放大,放大倍数为1、2、4、8倍。芯片使用 总线接口最快速度可以达到400kHz(图3)。

图2

图3

  电流输入模块上还具有输入通道状态指示,使用双色LED灯指示电池串列的断线或正常工作状态,双色LED驱动使用串入并出移位寄存器74HC595两颗级联使用,其中U33驱动绿色LED管芯,U36驱动红色管芯。(图4)

图4