張守峰+劉曉艷

摘要： 關鍵詞： 中圖分類號： 文獻標志碼： A文章編號： 2095-2163（2017）06-0160-02

Abstract： It is an important factor that the dust covers the solar panels， which could affect the efficiency of solar photovoltaic power generation. Many mechanical dust cleaning equipment are restricted by the aspects such as intelligence and security now. The intelligent solar cleaning equipment has a MSP430. The proposed design could detect the dust on the solar panel by photoelectric switch detection system. It sends the alarm signal with GPRS.

0引言

太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)品具有安全、清潔、故障率低、維護方便和建設周期短等許多優(yōu)點，而且不受地形和建筑局限，因此得到了強勢推廣和普及應用。光伏發(fā)電的核心器件是太陽能光伏組件，由于氣候和環(huán)境等因素影響，組件表面容易積灰，這是影響太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)效率的一個重要的因素。

1設計方案

太陽能光伏組件表面灰塵的及時清除是提高發(fā)電效率的重要手段。目前，通用的除塵方法有自動清潔技術、人工清洗、水槍清洗、噴淋系統(tǒng)和自動化清潔裝置，但是這些方法存在著許多問題：如需要大量清水，智能化程度低，功耗較大，限制了外置機械清潔裝置的進一步拓展應用。

智能光伏組件除塵裝置，由動力裝置、檢測與信號處理和清潔裝置三個子系統(tǒng)構成。其中的動力裝置系統(tǒng)使用無人機運送除塵設施，吸收組件表面的灰塵，清潔裝置系統(tǒng)的主要配件則是采用正負壓吸附技術的吸塵設備，而檢測與信號處理系統(tǒng)以MSP430單片機為核心，采用無線發(fā)送模塊F05P和無線接收模塊J04V通過GPRS無線網(wǎng)絡實現(xiàn)操作處理。

2系統(tǒng)硬件設計

信號采集系統(tǒng)采用模塊化設計思路，由光電傳感器檢測電路、MSP430單片機控制系統(tǒng)、信號處理模塊和無線通信模塊組成，硬件系統(tǒng)如圖1所示。下面，將針對系統(tǒng)設計中各組成部分展開如下分析論述。

2.1光電傳感器

PC控制平臺對除塵裝置的控制包括組件表面灰塵自動檢測，對所檢測的數(shù)據(jù)進行對比和處理，判斷是否需要除塵。考慮到野外作業(yè)的環(huán)境因素、光照和風力影響，傳感器在選擇上要滿足靈敏度較高、能耗較低和易維護等條件。本系統(tǒng)傳感器選擇E3F-DS30C4 可調漫反射光電開關。該款傳感器采用三線制結構，有效檢測距離為30 cm，工作電壓DC 6～36 V，最大負載電流300 mA，適合環(huán)境溫度-25 ℃～+70 ℃。在檢測系統(tǒng)中采用對射模式，傳感器為NPN型常開結構，當光伏組件上的灰塵較多時，光線被吸收不能發(fā)生反射，開關轉變?yōu)殚]合狀態(tài)，發(fā)出請求作業(yè)信息。為了檢測結果的準確性，可以采用通過多組光電開關，并對檢測信號求取結果平均值的方法。

2.2信號處理電路

信號處理電路由觸發(fā)器和放大電路構成，基本結構如圖2所示。觸發(fā)器采用74LS279芯片，含有4路RS觸發(fā)器，輸入端接傳感器檢測信號和基準電平，輸出端接三極管放大電路。根據(jù)光伏發(fā)電運行成本，不同地區(qū)對灰塵覆蓋度容忍不一，基準電平的設計是用于調整太陽能組件的清掃觸發(fā)信號。

2.3單片機電路

MSP430系列單片機是美國德州儀器成功研發(fā)、并推向市場的一種16 bit超低功耗的芯片處理器，具有處理能力強、運算速度快、低電壓和小電流等特點。相對于CS51系列單片機，MSP430采用了精簡指令集結構，均為單周期指令，運行速度極快；低至0.1 μA節(jié)電運行模式更適合應用于借助電池供電的儀器或儀表類產(chǎn)品中；16 bit和8 bit混合開放型結構，可提供更多功能；開發(fā)工具簡潔，能夠實現(xiàn)在線編程。

無線發(fā)送模塊F05P采用SMT工藝，小體積、低功耗、聲表穩(wěn)頻，適合短距離無線遙控報警及單片機無線數(shù)據(jù)傳輸。支持較寬的工作電壓范圍，ASK方式調制，單片機的數(shù)據(jù)可直接通過串口送至數(shù)據(jù)輸入端。

MSP430單片機硬件工作原理如圖3所示。

3系統(tǒng)軟件設計

智能光伏除塵信號無線采集系統(tǒng)由系統(tǒng)主程序、中斷服務子程序和報警子程序等構成，在進行初始化設置后，程序系統(tǒng)進入中斷服務，正常運行于低功耗模式，程序設計流程如圖4所示。當MSP430單片機檢測到除塵清掃信息，可以通過UART中斷進入運行模式，調用無線信號發(fā)射子程序，并生成報警信號通過UART中斷來啟動運行F05P無線發(fā)送模塊。

MSP430串行通信接口是處理器與外界進行數(shù)據(jù)傳輸頻繁選用的方式之一，占用更少的I/O口就可以在系統(tǒng)間交換信息，尤其適用于單片機與外設之間的遠距離通信。MSP430 系列單片機有2種串行通信接口：較早的 UART 模塊和較新的 USCI 模塊。通信模塊在每個采樣周期內把數(shù)據(jù)發(fā)給上位機，在UART中斷模式下，I/O口定義為第2功能、即串口發(fā)送接收，時鐘信號選擇為ACLK，8 bit數(shù)據(jù)傳輸格式，波特率采用9 600 bps。

4結束語

本文研究提出了基于MSP430的光電開關智能光伏除塵無線信號采集系統(tǒng)設計。項目整體調試完成，各項指標達到設計要求。設計具有很高的集成化和智能化，符合當前工業(yè)生產(chǎn)和工程設計的發(fā)展方向。硬件質量輕、可靠性高，并且容易維護、性價比很高，為未來產(chǎn)品升級留有可觀拓展空間。

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