基于ARM的太陽能電池組件多參量測量系統

l、引言

　　太陽能電池組件發電時并不是將其接收到的所有光能轉化為電能，而是只有一小部分轉化為電能，大部分能量以熱能的形式在太陽能電池組件的背板上揮發掉了，同時熱能的揮發也會增加太陽能電池組件背板的溫度，從而降低了能量的轉換效率。對于這一現象，研究者提出了對常規太陽能電池組件，散熱太陽電池組件，蓄冷太陽電池組件進行對比研究，通過蓄冷設備降低太陽能電池組件背板的溫度，提高能量的轉換效率。這就要求系統對電池組件溫度的檢測具有足夠的精度和實時性。鑒于此，本系統采用精度為0.1℃的鉑電阻溫度傳感器Pt100為測溫元件，以Philips公司的ARM7芯片LPC2124為控制器，使用繼電器對溫度傳感器進行切換，從而滿足了系統的精度與實時性要求。

2、系統的總體設計

　　系統主要由前端測量電路，LPC2124控制器和數據傳輸單元組成，系統結構如圖1所示。前端測量電路包括溫度測量、輻照度測量、電壓測量和電流測量：溫度測量主要是通過恒流源獲取溫度信號，將電阻量轉化為電壓量，并經放大電路送入控制器；輻照度測量是將輻照度傳感器微弱的電壓信號放大后傳入ARM控制器；電壓測量和電流測量是為了獲取太陽能電池組件的功率，以便對各組件在相同條件下的發電效率進行對比。數據傳輸單元通過RS485總線將采集到的數據發給上位機，供上位機處理、存儲和繪圖。

3、系統功能的設計與實現

3.1 LPC2124簡介

　　本系統主控制器選用Philips公司的LPC2124芯片，LPC2124是基于一個支持實時仿真和跟蹤的16/32 位ARM7TDMI-S內核，并內置256 KB的高速Flash存儲器。4路10 位A/D轉換器，轉換時間低至2.44μs，46 個GPIO為系統提供了的豐富的I/O口，不需要擴展即可滿足系統的要求[1]。由于內置了寬范圍的串行通信接口，它們也非常適合于通信網關、協議轉換器、嵌入式軟件調制解調器等應用。128 位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構使32 位代碼能夠在最大時鐘速率下運行，極大地滿足了系統的實時性要求。

3.2 鉑電阻溫度傳感器Pt100測溫原理

　　Pt100 是電阻式溫度傳感器，Pt100作為常用的測溫傳感器，其電阻值反映了它所處位置的溫度。鉑電阻具有較高的精度、較好的長期穩定性，是高精度測溫用標準傳感器。它的溫度范圍是：鉑電阻阻值與溫度的關系可以近似用下式表示，在范圍內：

表達式中t的一次冪以上項的系數非常小，可以看出電阻與溫度的關系具有較好的線性度。由于該表達式比較復雜，用ARM控制器處理這樣的計算過程，將會占用大量的資源和CPU時間，影響系統的實時性，所以本設計采用數字非線性補償的方法先查表（以5度為單位建表），再插值換算出溫度，從而大大提高了系統的響應速度。

　　Pt100作為電阻式溫度傳感器，測溫的本質其實是測量傳感器的電阻，通常是將電阻的變化轉換成電壓或電流等模擬信號，再將模擬信號轉換成數字信號，再由處理器換算出相應溫度。鑒于此，測溫的方法有電橋法，恒壓源法和恒流源法，具體測量原理圖如圖2所示。