基于AT89S52和RS485,TSL2561的太陽能環(huán)境參數(shù)測試儀的系統(tǒng)設(shè)計

1、引 言為了確保太陽能發(fā)電系統(tǒng)能夠正常的工作，需要對太陽能發(fā)電系統(tǒng)的各項環(huán)境參數(shù)進行測量，從而有效地控制其運行。本文介紹了一種基于單片機的太陽能參數(shù)測試儀，提供了3種參數(shù)的測量功能和通信接口，以及2種供電方式，既可作為手持設(shè)備使用，又能安裝在發(fā)電系統(tǒng)中，具有較高的實用價值。1 硬件電路設(shè)計11 總體結(jié)構(gòu)該測試儀以AT89S52單片機為核心，外接溫濕度傳感器SHT11、照度傳感器TSL2561、四位共陰數(shù)碼管、RS485總線通信接口以及顯示切換按鍵。單片機上電工作后，對當前溫度、濕度、光強度進行實時測量，通過按鍵切換將測得的3種參數(shù)通過LED數(shù)碼管進行輪流顯示；此外，還可以通過RS485總線與PC

2、機進行通信，將參數(shù)值傳送到上位機，以達到遠程監(jiān)測的目的。該測試儀的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。12 測量模塊溫度和濕度測量采用的是瑞士Sensirion公司生產(chǎn)的SHT11傳感器。該傳感器采用獨特的CMOSens TM技術(shù)，將溫濕度傳感器、信號放大處理、AD轉(zhuǎn)換、I2C總線全部集成在一塊芯片上，可直接與單片機接口。該芯片采用數(shù)字式輸出，為編程提供了方便。光照度測量選用的是TAOS公司生產(chǎn)的TSL2561光強度傳感器。它具有數(shù)字式輸出端口和標準I2C總線接口，涵蓋170 000 lx的寬照度范圍，非常適合戶外環(huán)境下光照強度的測量，適用于太陽能發(fā)電系統(tǒng)。圖2為傳感器與AT89S52單片機的接口電路設(shè)計。1

3、3 電源模塊電源模塊提供了2種供電方式：當測試儀作為手持設(shè)備使用時，可直接使用36 V鋰電池，經(jīng)過DC-DC電壓轉(zhuǎn)換芯片MAX756將電壓升至5 V后為單片機和外設(shè)供電。 當測試儀作為固定設(shè)備安裝在太陽能發(fā)電現(xiàn)場時，可以采用太陽能供電。太陽能電池產(chǎn)生的12 V電壓通過穩(wěn)壓芯片LM7805后，得到穩(wěn)定的5 V電壓輸出，輸出電壓既可以為測試模塊供電還可以通過充電電路為鋰電池充電。 圖3是電源模塊的硬件原理圖。14 充電電路充電電路的核心器件采用的是上海如韻公司生產(chǎn)的專用充電芯片CN3058，它可以對單節(jié)磷酸鐵鋰可充電電池進行恒流恒壓充電。該器件內(nèi)部集成有功率晶體管，使用時不需要設(shè)計外圍電流檢測和保

4、護電路，適用于便攜式的應(yīng)用領(lǐng)域。圖4為鋰電池充電電路。其中LED1和LED2分別作為充電中和充電飽和兩種狀態(tài)的指示燈，R1在充電時起限流保護的作用；電容C1和C2采用的是多層陶瓷電容器(MLCC)，能保證充電電路穩(wěn)定工作。15通信模塊測試儀通過RS485工業(yè)總線與PC機進行通信，其硬件接口電路如圖5所示。2 軟件設(shè)計21 總體設(shè)計測試儀的軟件開發(fā)環(huán)境采用的是Keil c，所有代碼采用C語言編寫。為了方便程序調(diào)試和提高可靠性，軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要由初始化程序、主程序、子程序、中斷服務(wù)程序等組成。單片機上電后即開始循環(huán)執(zhí)行溫濕度、照度測量程序，并以設(shè)定的時間間隔在數(shù)碼管上輪流動態(tài)顯示；按鍵

5、切換和通信功能部分由于使用頻率相對較低，為降低設(shè)備功耗，其程序以中斷響應(yīng)的方式執(zhí)行。在此要注意中斷優(yōu)先級的設(shè)置：按鍵中斷優(yōu)先級應(yīng)高于串口中斷，否則將無法進行顯示切換。主程序流程如圖6所示。22傳感器驅(qū)動程序本系統(tǒng)采用的傳感器均為集成數(shù)字芯片且都具有I2c總線接口，故其驅(qū)動程序的編寫要嚴格遵循I2c總線的時序。主程序為每一個參數(shù)開辟了一個8位的存儲空間，傳感器將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)SDA引腳串行輸出，驅(qū)動程序?qū)DA線上輸出的數(shù)據(jù)進行串并轉(zhuǎn)換，并存儲到相應(yīng)空間中，以方便其他功能程序調(diào)用。以下是照度傳感器數(shù)據(jù)采集程序的部分代碼。TSL2561初始化23 RS485通信程序測試儀與上位機的通信采用RS485協(xié)議。串口參數(shù)為：波特率9600，數(shù)據(jù)位8位，1個校驗位，1個停止位。其數(shù)據(jù)格式如圖7所示。由于RS485總線協(xié)議與RS232串口協(xié)議只是接口電平上有區(qū)別，其軟件編程完全按照串口通信協(xié)議進行，此處不再詳述。結(jié) 語經(jīng)實驗測試，該環(huán)境參數(shù)測試儀溫度測量顯示精度可以達到O1，濕度精確到01，