渠道流量计太阳能自供电系统的开发

【摘要】： 本课题是教育部博士点基金项目“点矩阵数字检测理论与槽体智能流量计的研究”的子课题。主要针对流量计的供电系统展开研究,实现流量计的低功耗,自供电,便携化,通用化。 自供电是指流量计及其数据采集、处理、变送系统的电能自给型补充,包括能量的采集和供电的控制两方面。要实现流量计整体系统自供电能源自给,首先要求系统低功耗,确定运行设备的最小能量补偿。本文从流量计入手,对数据采集、处理、通讯等电路进行了低功耗的优化设计,使其在待机休眠状态下工作在微安数量级,只有在数据报送,通讯很短的时间内增加功耗。使得流量计全天平均功耗很小,达到了低功耗微补能的效果。在优化流量计低功耗设计的同时,主要研究了对流量计供电和供电控制系统。本文的主要工作如下: (1)按照能量守恒原则,计算设计了流量计及其系统耗能与供电系统的补能关系。根据流量计的耗能大小确定了太阳能电池,蓄电池的容量和选型,实现对系统的能量补偿。 (2)对太阳能电池基本特性实验进行研究。包括太阳能电池暗特性,光强对太阳能输出的功率,电压,电流的影响,太阳能电池输出特性实验。对太阳能电池优化控制提供实验依据。 (3)系统从最佳能源利用角度设计了电导增量法对太阳能电池最大功率跟踪的软件算法流程。根据蓄电池在太阳能系统中的充电特点,分段对蓄电池进行充电控制,并对蓄电池进行温度补偿的软件设计。 (4)按照太阳能电池和蓄电池的基本特性,设计了蓄电池充电电路,电压检测电路和输出稳压电路。打破传统的太阳能电池输出高于蓄电池工作电压的设计方法,用LT1111组成直流升压电路实现9V升压到13.5V的充电电压设计,降低了系统对太阳能电池容量的需求。 (5)对设计的硬件电路进行仿真,验证硬件电路的设计效果。通过仿真,电路实现了设计要求。 本论文通过大量实验,最终各项技术指标达到了设计要求,实现了对渠道流量计系统的自供电及优化控制,解决渠道流量计在野外因为电源而无法正常工作的问题。 【关键词】：太阳能电池 自供电 渠道流量计 电源
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 概述11-14
• 1.1 背景意义11
• 1.2 课题主要内容11-12
• 1.3 论文章节安排12-14
• 第二章 流量计自供电方案选择14-25
• 2.1 流量计供电问题的提出14-15
• 2.2 自供电技术15-16
• 2.3 太阳能的利用16-24
• 2.3.1 太阳能的特点16-17
• 2.3.2 太阳能光伏技术17-19
• 2.3.3 太阳能电池的应用等效19-21
• 2.3.4 太阳能电池的转换效率及损失因素21-24
• 2.3.5 太阳能电池的特性24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 自供电设计及太阳能电池实验25-34
• 3.1 设计意义25
• 3.2 设计设想25-26
• 3.3 太阳能电池的特性实验26-33
• 3.3.1 暗特性实验26-27
• 3.3.2 日光照射实验27-28
• 3.3.3 灯光照射下实验28-33
• 3.4 本章小结33-34
• 第四章 最佳供电系统的相关算法34-44
• 4.1 太阳辐射的相关计算34-36
• 4.2 系统容量设计所需的数据36-37
• 4.3 各个部分需求量的计算和选择方法37-38
• 4.4 太阳能电池工作最大功率点的算法38-41
• 4.4.1 定电压跟踪法39-40
• 4.4.2 功率回授控制法40
• 4.4.3 扰动观察法40
• 4.4.4 电导增量法40-41
• 4.4.5 交点法41
• 4.5 如何实现蓄电池最佳的使用状态（充电放电）41-43
• 4.5.1 蓄电池分段式充电方法42
• 4.5.2 浮充电压温度补偿42-43
• 4.6 本章小结43-44
• 第五章 自供电软件设计44-51
• 5.1 低功耗措施44
• 5.2 本文中的设计44-46
• 5.2.1 流量计耗能的计算45
• 5.2.2 最佳蓄电池容量的确定和选择45-46
• 5.2.3 最佳太阳电池板容量计算与选择46
• 5.3 电导增量法的算法实现46-48
• 5.4 太阳能电池工作的优化思考48-49
• 5.5 蓄电池优化设计49-50
• 5.6 本章小结50-51
• 第六章 硬件支持与仿真51-65
• 6.1 主件硬件器件51-58
• 6.1.1 光敏电阻器51
• 6.1.2 LM317 使用51-53
• 6.1.3 LT1111 器件的相关选择与使用53-58
• 6.1.4 D518B2058
• 6.2 充电电路设计与仿真58-61
• 6.3 其他支持电路的设计与仿真61-64
• 6.3.1 蓄电池电压检测电路61-63
• 6.3.2 输出需要的稳压电路63-64
• 6.4 本章小结64-65
• 第七章 总结与展望65-67
• 7.1 总结65-66
• 7.2 展望66-67
• 参考文献67-71
• 附录71-81
• 附录 1 我国主要城市的辐射参数表71-72
• 附录 2 电导增量法算法程序72-75
• 附录 3 充电以及温度测试的程序75-81
• 致谢81-82
• 攻读学位期间发表的学术论文82

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