太阳能传感器供电系统的设计

周 进，刘 洋

（南京普天大唐信息电子有限公司，江苏 南京 210000）

0 引 言

随着物联网技术的逐渐成熟，物联网正在与各个行业进行有效结合。物联网与水利行业的成功结合，不但降低了检测人员的工作强度，还提高了检测人员的工作效率，通过分析水利大数据可以预测水情。在没有物联网的时代，检测人员有时需要跋山涉水去检测一些偏远地区的水利信息，耗时耗力且效率低下。如今，检测人员在需要检测的地点安放大量的传感器，就可以在后台看到所有数据。现场的终端设备和传感器需要持续供电，在偏远地区引入市电进行供电成本偏高，由此引入太阳能传感器供电系统，以节约成本，有效利用能源。

1 系统组成和工作原理

系统由太阳能板、蓄电池、控制主板、通信主板以及传感器5个部分组成[1]。控制主板协调整个系统，使用户系统更加高效地运转。控制主板采用串联式PWM方式，不但延长了电池的使用寿命，而且提高了系统性能。

蓄电池的种类很多，本系统可以支持开口式、密封式以及胶体式3种。系统有测试模式、光控定时模式、手动模式以及光控模式4种工作模式，还有多种电子保护功能，如短路、过载、过放以及过充等。此外，系统还实时记录用电量和发电量等系统运行的各种参数。系统框图如图1所示。

图1 系统框图

2 硬件设计简述

系统硬件部分由通信主板和控制主板两部分构成。通信主板和控制主板采用的MCU均为STM32F103ZET6，通信主板由开关电路、供电电路、电平转化电路以及NB模组等构成。控制主板由供电电路、充电电路、放电电路、半桥驱动电路、放电驱动电路、防反充MOS驱动电路、过流保护电路以及充电电流检测电路等构成[2]。充电MOS驱动电路原理如图2所示，通过PWM_H输入脉冲信号，HO1/HO2管脚驱动后级的1号MOS管通过PWM_L输入脉冲信号，LO1/LO2驱动后级的2号MOS管，D5和D7释放MOS管GS间电容的能量。

图2 充电MOS驱动电路

3 软件设计

系统软件部分由通信主板和控制主板两部分组成。控制主板上的程序分为初始化程序、学习程序、空闲程序、充电程序、液晶显示程序、按键处理程序以及中断处理程序7个部分。液晶显示程序主要是动态显示设备的运行数据及工作状态；按键处理程序主要用于选择蓄电池类型及负载模式；中断处理程序主要对空闲、充放电及非正常工作状态进行判断及处理。控制主板与传感器的通信协议是Modbus，控制主板通过485串口定时从传感器获取数据。控制主板将获取的数据定时发送给通信主板，通信主板在获取到数据后直接发送给后台。

控制主板上电后，每隔50 ms采样1次电压，连续采样10次。如果最大值和最小值偏差在2%～10%，认为电压已经稳定；否则，重新采样10次进行比较。连续10次判断电压不稳定时，进入输入电压异常保护函数。电压稳定后，若电压在9～17 V，置12 V标志位；若电压在17～30 V，置24 V标志位；若电压在30～42 V，置36 V标志位；若电压大于42 V，置48 V标志位。通信主板软件框架图如图3所示。

图3 通信主板软件框架图

4 结 论

本系统实现了太阳能传感器供电系统，可以使物联网更好地发展，解决偏远地区物联网传感器的供电问题。