基于ARM的太阳能电池组件多参量测量系统

l、引言

　　太阳能电池组件发电时并不是将其接收到的所有光能转化为电能，而是只有一小部分转化为电能，大部分能量以热能的形式在太阳能电池组件的背板上挥发掉了，同时热能的挥发也会增加太阳能电池组件背板的温度，从而降低了能量的转换效率。对于这一现象，研究者提出了对常规太阳能电池组件，散热太阳电池组件，蓄冷太阳电池组件进行对比研究，通过蓄冷设备降低太阳能电池组件背板的温度，提高能量的转换效率。这就要求系统对电池组件温度的检测具有足够的精度和实时性。鉴于此，本系统采用精度为0.1℃的铂电阻温度传感器Pt100为测温元件，以Philips公司的ARM7芯片LPC2124为控制器，使用继电器对温度传感器进行切换，从而满足了系统的精度与实时性要求。

2、系统的总体设计

　　系统主要由前端测量电路，LPC2124控制器和数据传输单元组成，系统结构如图1所示。前端测量电路包括温度测量、辐照度测量、电压测量和电流测量：温度测量主要是通过恒流源获取温度信号，将电阻量转化为电压量，并经放大电路送入控制器；辐照度测量是将辐照度传感器微弱的电压信号放大后传入ARM控制器；电压测量和电流测量是为了获取太阳能电池组件的功率，以便对各组件在相同条件下的发电效率进行对比。数据传输单元通过RS485总线将采集到的数据发给上位机，供上位机处理、存储和绘图。

3、系统功能的设计与实现

3.1 LPC2124简介

　　本系统主控制器选用Philips公司的LPC2124芯片，LPC2124是基于一个支持实时仿真和跟踪的16/32 位ARM7TDMI-S内核，并内置256 KB的高速Flash存储器。4路10 位A/D转换器，转换时间低至2.44μs，46 个GPIO为系统提供了的丰富的I/O口，不需要扩展即可满足系统的要求[1]。由于内置了宽范围的串行通信接口，它们也非常适合于通信网关、协议转换器、嵌入式软件调制解调器等应用。128 位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32 位代码能够在最大时钟速率下运行，极大地满足了系统的实时性要求。

3.2 铂电阻温度传感器Pt100测温原理

　　Pt100 是电阻式温度传感器，Pt100作为常用的测温传感器，其电阻值反映了它所处位置的温度。铂电阻具有较高的精度、较好的长期稳定性，是高精度测温用标准传感器。它的温度范围是：铂电阻阻值与温度的关系可以近似用下式表示，在范围内：

表达式中t的一次幂以上项的系数非常小，可以看出电阻与温度的关系具有较好的线性度。由于该表达式比较复杂，用ARM控制器处理这样的计算过程，将会占用大量的资源和CPU时间，影响系统的实时性，所以本设计采用数字非线性补偿的方法先查表（以5度为单位建表），再插值换算出温度，从而大大提高了系统的响应速度。

　　Pt100作为电阻式温度传感器，测温的本质其实是测量传感器的电阻，通常是将电阻的变化转换成电压或电流等模拟信号，再将模拟信号转换成数字信号，再由处理器换算出相应温度。鉴于此，测温的方法有电桥法，恒压源法和恒流源法，具体测量原理图如图2所示。