张欢钰 陈庆胜

【摘 要】本文以光伏发电与节水灌溉系统为主要研究对象，设计一种基于MSP430的光伏节水灌溉系统。在光伏发电部分中采用以光敏传感器组结合太阳位置的双轴跟踪控制方法，以提高光伏发电的效率。在对农田进行灌溉的过程中，根据光照强度的变化，实施对灌水量进行调整，达到节水的目的。实验结果表明：该系统能够精准实现太阳跟踪，很大程度上提高光伏转化效率;并能节约用水量。拥有广阔的应用价值与前景。

【关键词】MSP430;双轴跟踪;光伏发电;节水灌溉

0 引言

随着节水灌溉和光伏发电技术的飞速发展，在西部等干旱地区利用光伏发电驱动水泵对农田进行灌溉有着广阔的应用前景。

本文设计了一种基于MSP430的光伏节水灌溉系统，这种设计不但可以提高光伏发电效率，还可以提高系统供水量，拥有较高的应用价值。

1 系统总体结构

系统采用MSP430作为主控制器，它可以在恶劣环境下稳定工作[1]。系统可以通过温度传感器实时监测周围的温度情况，并且通过串口实现与上位机的通信，设定水泵的工作时间并改变及光照强度预设值，提高系统的自动化程度[2]。系统设计框图如图1所示。

2 系统硬件设计

2.1 光敏传感电路设计

光照强度的检测探头由5个光敏传感器BH1710FVC组成，它功耗低，能适应从-40℃到85℃ 的温度范围，可在恶劣的工作环境下保持正常工作。MSP430可以通过I2C接口与BH1710FVC进行连接。

2.2 电机驱动电路

将光敏传感电路产生的电平信号输入单片机I/O口，经过MSP430进行上下、左右对应方向的电位比较，再通过驱动电路控制两个电机运动，以实现双轴跟踪。本系统选用型号为GTJ2-5A的固态继电器作为控制器件，并采用光电耦合器TLP521进行信号隔离。电机驱动电路如图3所示。

2.3 蓄电池充电电路

蓄電池充电选用充电管理芯片UC3906。UC3906芯片内部包括放大器及电压控制回路。可以根据输入电压源的电流输出能力自发的改变充电电流，非常适合利用太阳能电池供电的蓄电池充电使用[3]。

2.4  逆变模块电路

由于日常用电都是交流电，而在光伏发电系统中，光伏电池板和蓄电池组所提供的却都是直流电，因此需要逆变电路将直流电转换为交流电，供给水泵使用。

本系统设计的逆变电路主要采用了芯片CD4047。CD4047是用于生成50Hz的方波和放大电流，然后通过IRF540场效应管放大驱动变压器输出交流电压。

3 系统软件设计

3.1 系统总体软件结构

上电后系统各模块进行初始化工作状态。首先根据光照强度判断是否进行光伏跟踪，若允许则调用双轴跟踪子程序，通过控制电机对太阳能板的位置进行调整。当系统判断光照强度大于预设值时，继电器闭合，水泵开始工作。

4 结束语

本文设计了一种跟踪式光伏节水灌溉系统。MSP430通过光敏传感器检测到的光照强度进行太阳位置的跟踪，然后通过蓄电池专用充电管理芯片UC3906完成太阳能板对蓄电池的充电，可以最大程度的进行光电能量的转换，再经逆变电路将直流电转换成交流电供给水泵工作。本系统可广泛用于无电地区的农业灌溉。

参考文献

[1]张江林，丁正东，余磊，等.一种智能太阳能充电桩设计[J].价值工程，2014，35：63-64

[2]高嵩，董婧，何宁.光伏系统充电与逆变控制研究[J].功能材料与器件学报，2014，01：63-68.

[3]张艳燕，许忠仁，穆克.基于IGBT光伏发电逆变电路的设计[J].现代电子技术，2012，02：205-207.

作者简介：

张欢钰（1992-），女，汉族，江苏宜兴人，江苏联合职业技术学院无锡机电分院，助理讲师，硕士研究生。

陈庆胜（1977-），男，江苏无锡人，江苏联合职业技术学院无锡机电分院，讲师。