基于太阳能驱动的自动灌溉系统的研究与实现

【摘要】：现今高速发展的社会,人类对能源的大量使用,造成传统能源损耗严重并带来了各种各样的环境问题。与此同时新型的清洁能源迎来了自己的春天,成为日后人类重点发展的对象。光伏发电节能环保,被绝大多数人认为是最理想的清洁能源之一。利用光伏技术给灌溉系统供应电力,清洁无污染,而且可持续利用。本文结合光伏发电技术,以提供灌溉动力和实现节水为目标,重点解决光伏灌溉系统的容量计算、功率变换、蓄电池充、放电及系统实现等问题,具体研究工作如下：本文根据系统用电需求和当地太阳光辐射情况,计算出太阳能面板的数量以及蓄电池和逆变器的容量,设计太阳能供电装置,并简要介绍其性能特点及技术指标；制定了太阳能供电系统实现的总体方案,研制了一种适合本系统的小型光伏逆控一体机,完成了逆控一体机的逆变部分设计,并根据设计要求,对逆变系统实现数字化控制；完成了蓄电池充、放电控制部分设计,分析了蓄电池的充、放电特性,选择了较为合适的充电方法,并完成了充、放电电路的软、硬件设计；设计完成了逆控一体机的显示部分,应用了Modbus通讯协议于系统中；设计了基于PLC的太阳能自动灌溉系统,对系统的基本框架以及各个组成部分的主要功能做详细的分析,开发了以触摸屏为人机界面的人机交互系统。本文研究制作了基于小型光伏供电装置为灌溉系统提供电力的光伏自动灌溉系统,本系统集数字化、智能化、模块化与一体,具有低碳环保、节能节水的特点。 【关键词】：光伏逆控一体机 逆变系统 蓄电池组充、放电 自动灌溉装置
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S274.2;TM615
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 第一章 绪论7-13
• 1.1 论文的研究背景及意义7-8
• 1.1.1 选题背景7
• 1.1.2 研究意义7-8
• 1.2 光伏灌溉系统国内外研究的现状及发展的趋势8-12
• 1.2.1 光伏控制器研究现状及发展趋势8-9
• 1.2.2 国内外灌溉技术研究的现状及发展的趋势9-12
• 1.3 主要研究内容12
• 1.4 本章小结12-13
• 第二章 光伏供电装置结构与容量设计13-20
• 2.1 光伏供电装置结构13-14
• 2.2 光伏板基本工作原理及转换效率14-16
• 2.2.1 光伏板基本工作原理14
• 2.2.2 光伏电池的转换效率14-16
• 2.3 光伏供电装置容量16-18
• 2.4 太阳能供电装置的自身性能和技术指标18-19
• 2.5 本章小结19-20
• 第三章 光伏逆控一体机的结构分析20-23
• 3.1 逆控一体机概述20
• 3.2 逆控一体机的结构20
• 3.3 逆控一体机的功能20-21
• 3.4 逆控一体机的模块化21-22
• 3.5 本章小结22-23
• 第四章 光伏逆控一体机逆变部分23-36
• 4.1 逆控一体机逆变部分硬件结构设计23-28
• 4.1.1 逆变电路的工作原理23
• 4.1.2 逆变部分的主电路设计23-27
• 4.1.3 电压采样电路27
• 4.1.4 Modbus接口电路27-28
• 4.2 逆控一体机逆变部分的数字化实现28-35
• 4.2.1 PIC实现SPWM输出28-31
• 4.2.3 逆控一体机逆变部分抗干扰设计31-32
• 4.2.4 逆变部分控制器设计32-33
• 4.2.5 逆变部分的软件完成33-35
• 4.3 本章小结35-36
• 第五章 光伏逆控一体机充、放电控制部分36-48
• 5.1 蓄电池充、放电特性和充电方法36-39
• 5.1.1 蓄电池充、放电特性36-37
• 5.1.2 蓄电池充电方法37-39
• 5.2 电池的充电方式39-41
• 5.3 充、放电硬件电路设计41-44
• 5.3.1 充电主电路结构41-42
• 5.3.2 电压采集电路42
• 5.3.3 充电辅助电路及信号采样电路42-44
• 5.3.4 放电主电路设计44
• 5.4 蓄电池充、放电软件实现44-47
• 5.4.1 充电子程序实现45-46
• 5.4.2 放电子程序实现46-47
• 5.5 本章小结47-48
• 第六章 光伏逆控一体机显示与通讯部分设计48-54
• 6.1 显示部分控制设计48-50
• 6.1.1 显示部分驱动设计48
• 6.1.2 显示部分辅助功能设计48-49
• 6.1.3 显示界面的软件设计49-50
• 6.2 完成Modbus协议的应用50-52
• 6.2.1 Modbus协议50-51
• 6.2.2 差错校验方法51-52
• 6.2.3 Modbus总线的实现52
• 6.3 本章小结52-54
• 第七章 光伏自动灌溉控制系统设计54-68
• 7.1 光伏自动灌溉系统概述及模块组成54-55
• 7.1.1 光伏自动灌溉系统概述54-55
• 7.1.2 光伏自动灌溉系统组成55
• 7.2 自动灌溉系统方案设计55-59
• 7.2.1 系统设计要求55-56
• 7.2.2 系统灌溉部分设计56-57
• 7.2.3 现场控制器结构57-59
• 7.3 灌溉控制系统硬件选型59-65
• 7.3.1 触摸屏选型59-60
• 7.3.2 控制器选型60-61
• 7.3.3 农田浇水温、湿两个参数的确立和配置61-63
• 7.3.4 系统A/D转换模块63
• 7.3.5 人机界面63-64
• 7.3.6 农田浇水装置的合理性处理64-65
• 7.4 灌溉控制模式65-66
• 7.4.1 手动灌溉控制模式65
• 7.4.2 日历灌溉控制模式65-66
• 7.5 系统检查测试相关公式66-67
• 7.6 本章小结67-68
• 第八章 总结与展望68-70
• 8.1 总结68
• 8.2 展望68-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-74
• 作者简介74
• 攻读硕士学位期间研究成果74-75

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