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。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 论文的研究背景及意义

1．1．1 选题背景

1．1．2 研究意义

1．2 光伏灌溉系统国内外研究的现状及发展的趋势

1．2．1 光伏控制器研究现状及发展趋势

1．2．2 国内外灌溉技术研究的现状及发展的趋势

1．3 主要研究内容

1．4 本章小结

第二章 光伏供电装置结构与容量设计

2．1 光伏供电装置结构

2．2 光伏板基本工作原理及转换效率

2．2．1 光伏板基本工作原理

2．2．2 光伏电池的转换效率

2．3 光伏供电装置容量

2．4 太阳能供电装置的自身性能和技术指标

2．5 本章小结

第三章 光伏逆控一体机的结构分析

3．1 逆控一体机概述

3．2 逆控一体机的结构

3．3 逆控一体机的功能

3．4 逆控一体机的模块化

3．5 本章小结

第四章 光伏逆控一体机逆变部分

4．1 逆控一体机逆变部分硬件结构设计

4．1．1 逆变电路的工作原理

4．1．2 逆变部分的主电路设计

4．1．3 电压采样电路

4．1．4 Modbus接口电路

4．2 逆控一体机逆变部分的数字化实现

4．2．1 PIC实现SPWM输出

4．2．3 逆控一体机逆变部分抗干扰设计

4．2．4 逆变部分控制器设计

4．2．5 逆变部分的软件完成

4．3 本章小结

第五章 光伏逆控一体机充、放电控制部分

5．1 蓄电池充、放电特性和充电方法

5．1．1 蓄电池充、放电特性

5．1．2 蓄电池充电方法

5．2 电池的充电方式

5．3 充、放电硬件电路设计

5．3．1 充电主电路结构

5．3．2 电压采集电路

5．3．3 充电辅助电路及信号采样电路

5．3．4 放电主电路设计

5．4 蓄电池充、放电软件实现

5．4．1 充电子程序实现

5．4．2 放电子程序实现

5．5 本章小结

第六章 光伏逆控一体机显示与通讯部分设计

6．1 显示部分控制设计

6．1．1 显示部分驱动设计

6．1．2 显示部分辅助功能设计

6．1．3 显示界面的软件设计

6．2 完成Modbus协议的应用

6．2．1 Modbus协议

6．2．2 差错校验方法

6．2．3 Modbus总线的实现

6．3 本章小结

第七章 光伏自动灌溉控制系统设计

7．1 光伏自动灌溉系统概述及模块组成

7．1．1 光伏自动灌溉系统概述

7．1．2 光伏自动灌溉系统组成

7．2 自动灌溉系统方案设计

7．2．1 系统设计要求

7．2．2 系统灌溉部分设计

7．2．3 现场控制器结构

7．3 灌溉控制系统硬件选型

7．3．1 触摸屏选型

7．3．2 控制器选型

7．3．3 农田浇水温、湿两个参数的确立和配置

7．3．4 系统A／D转换模块

7．3．5 人机界面

7．3．6 农田浇水装置的合理性处理

7．4 灌溉控制模式

7．4．1 手动灌溉控制模式

7．4．2 日历灌溉控制模式

7．5 系统检查测试相关公式

7．6 本章小结

第八章 总结与展望

8．1 总结

8．2 展望

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间研究成果

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