基于能量采集无线传感器网络节点的太阳能采集方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于能量采集无线传感器网络节点的太阳能采集方法及系统，所述方法包括：进行最大功率点追踪，计算得到太阳能电池板最大功率；根据太阳能电池板最大功率大于太阳能电池板输出电流乘以输出电压的值，求得太阳能电池板最大功率输出电压，将最大功率输出电压值反馈到电源控制器，电源控制器使太阳能电池板保持最大功率输出；检测当前时刻的光强Si；利用内部定时器计时，控制延时时间为T1，检测延时后的光强Si+1；判断光强Si与光强Si+1之差的绝对值是否大于或等于第一设定值α，若是，则改变延时时间T1的值，使T1的值为与初始值不同的值；若否，则改变延时时间T1的值，使T1的值为初始值。本发明专利技术能够有效实现太阳能的采集。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种太阳能采集方法及系统，尤其是一种基于能量采集无线传感器网络节点的太阳能采集方法及系统，属于太阳能采集

技术介绍
无线传感器网络作为一种发展迅速，应用前景广泛的网络技术，是当今科学研究中的热点命题。它能够运用于国防军事，环境监测，精细农业，智能家居，城市交通，医疗保健等重要领域，在国家科技发展，国际竞争中具有十分重要的战略地位。作为产生巨大影响力的无线传感网络技术引发了学术界与工业界的高度重视与关注，一些相关的理论与科研项目应运而生，使得无线传感网络技术得到较快发展，不过许多新的问题也随之而来，其中在影响系统稳定性和持续性的能量采集方面的问题最为突出，于是在这种情况下，设计一种新兴的供电技术，即新型能量采集技术，显得尤为重要。它能够收集环境中广泛存在的各种微能量，如太阳能、振动机械能、热能等环境微能量，通过新型换能材料，如太阳能电池板、振动发电机等，将微能量转化为电能，加以储存和利用。能量采集无线传感器网络(EHWSN)的出现，在理论上，使较长时间正常运行的无线传感器网络变为可能，较大程度上解决了其能量问题。由于无线传感器网络节点数量多，分布广等特点，节点的能量采集和存储便成为制约节点寿命的主要因素。能量采集无线传感器网络能够将节点周围环境的微能量转化为电能，能有效延长节点的寿命。太阳能的采集受到环境制约比较大，不适宜连续阴雨的工作环境，为了最大限度地利用太阳能，工程上常常采用电子技术对太阳能电池板的最大功率点进行追踪，即MPPT(MaximumPowerPointTracking)，通过对现有文献的检索发现，MPPT算法包括变步长扰动观察法、电导增量法、恒定电压法等，其中变步长扰动观察法，由于其结构简单，精确度较高，在工程实践中得到了广泛的应用。但传统的变步长扰动观察法存在以下三个方面的问题：启动功率波动较大，最大功率点追踪时间较长，追踪结束时输出功率存在非线性振荡。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种基于能量采集无线传感器网络节点的太阳能采集方法，该方法通过单片机能够进行最大功率点追踪，求得太阳能电池板最大功率输出电压，通过D/A转换器将最大功率输出电压值反馈到电源控制器，电源控制器使太阳能电池板保持最大功率输出，并根据光强传感器检测的前后时间段的光强之差的绝对值，判断是否需要重新追踪，能够有效实现太阳能的采集。本专利技术的另一目的在于提供一种实现上述方法的基于能量采集无线传感器网络节点的太阳能采集系统。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：基于能量采集无线传感器网络节点的太阳能采集方法，所述方法包括以下步骤：S1、单片机进行最大功率点追踪，计算得到太阳能电池板最大功率；S2、单片机根据太阳能电池板最大功率大于太阳能电池板输出电流乘以输出电压的值，求得太阳能电池板最大功率输出电压，通过D/A转换器将最大功率输出电压值反馈到电源控制器，电源控制器使太阳能电池板保持最大功率输出；S3、光强传感器检测当前时刻的光强Si，并反馈给单片机；S4、单片机利用内部定时器计时，控制延时时间为T1，光强传感器检测延时后的光强Si+1，并反馈给单片机；S5、单片机判断光强Si与光强Si+1之差的绝对值是否大于或等于第一设定值α，若是，则改变延时时间T1的值，使T1的值为与初始值不同的值，并返回步骤S1；若否，则改变延时时间T1的值，使T1的值为初始值，并返回步骤S3。作为一种优选方案，所述步骤S1，具体包括：S11、根据某一时刻特定温度，光照条件下太阳能电池板的开路电压Vs(n)，计算其N倍作为启动指令电压V(n)；其中，0.5≤N≤1；S12、检测当前时刻的太阳能电池板输出电流I(n)，计算输出功率P(n)＝V(n)I(n)；S13、运行t1时间后稳定，再次检测当前时刻的太阳能电池板输出电压V(n+1)和输出电流I(n+1)，计算输出功率P(n+1)＝V(n+1)I(n+1)；S14、计算两次检测的电压差值△V与功率差值△P，若两个差值的正负情况相同，则下次扰动的步长△D为正值，若两个差值的正负情况相反，则下次扰动的步长△D为负值；S15、判断电压差值△V的波动范围，若波动范围小于第二设定值β，则保持V(n)不变，扰动结束，认为太阳能电池板输出电压稳定在最大功率点，计算得到太阳能电池板最大功率，否则，返回步骤S13。作为一种优选方案，所述步骤S14，具体包括：计算两次检测的电压差值△V，△V＝V(n+1)－V(n)，以及两次检测的功率差值△P，△P＝P(n+1)－P(n)；在电压差值△V大于0时，判断功率差值△P是否大于0，若是，则下次扰动的步长△D为正值，若否，则下次扰动的步长△D为负值；在电压差值△V小于0时，判断功率差值△P是否大于0，若是，则下次扰动的步长△D为负值，若否，则下次扰动的步长△D为正值。作为一种优选方案，步骤S5中，所述第一设定值α的取值为2000。作为一种优选方案，步骤S5中，所述延时时间T1的初始值为15min，与初始值不同的值为5min。作为一种优选方案，步骤S11中，所述N的取值为0.8。作为一种优选方案，步骤S15中，所述第二设定值β的取值为0.3。本专利技术的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：实现上述方法的基于能量采集无线传感器网络节点的太阳能采集系统，所述系统包括太阳能电池板、电源控制器、超级电容、单片机、光强传感器和D/A转换器，所述单片机分别与太阳能电池板、电源控制器、光强传感器和D/A转换器连接，所述电源控制器分别与太阳能电池板、超级电容和D/A转换器连接；所述单片机，用于对算法进行编译、运行处理，根据不同环境条件下太阳能电池板的输出电压，计算不同情况下最大功率点对应的电压值；所述电源控制器，用于改变太阳能电池板的输出电压；所述D/A转换器，用于将单片机输出的数字信号转化为控制电源控制器的模拟信号。作为一种优选方案，所述超级电容的两端并联一个滑动变阻器。作为一种优选方案，所述单片机选用TI公司的MSP430RF2274单片机；所述电源控制器选用TI公司的BQ25504电源控制器；所述D/A转换器选用TI公司的TLV5638芯片；所述光强传感器选用TAOS公司的TSL2561光强传感器；所述太阳能电池板的最大输出电压不超过6V；所述超级电容的最大工作电压不超过5.5V。本专利技术相对于现有技术具有如下的有益效果：1、本专利技术方法通过单片机能够进行最大功率点追踪，求得太阳能电池板最大功率输出电压，通过D/A转换器将最大功率输出电压值反馈到电源控制器，电源控制器使太阳能电池板保持最大功率输出，并根据光强传感器检测的前后时间段的光强之差的绝对值，判断是否需要重新追踪，能够有效实现太阳能的采集。2、本专利技术方法在单片机进行最大功率点追踪时，采用了改进的变步长扰动观察法，针对启动功率波动较大和追踪时间较长的问题，改进的变步长扰动观察法设定系统的启动指令电压；针对追踪结束时输出功率存在非线性振荡的问题，将相邻采样时刻的电压差值进行波动范围计算，符合波动范围时则保持输出电压不改变，追踪精度高，有效解决了普通变步长扰动观察法启动功率波动较大，最大功率点追踪时间较长的问题，追踪结束时输出功率实现线性振荡，最大功率点追踪的本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于能量采集无线传感器网络节点的太阳能采集方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：S1、单片机进行最大功率点追踪，计算得到太阳能电池板最大功率；S2、单片机根据太阳能电池板最大功率大于太阳能电池板输出电流乘以输出电压的值，求得太阳能电池板最大功率输出电压，通过D/A转换器将最大功率输出电压值反馈到电源控制器，电源控制器使太阳能电池板保持最大功率输出；S3、光强传感器检测当前时刻的光强Si，并反馈给单片机；S4、单片机利用内部定时器计时，控制延时时间为T1，光强传感器检测延时后的光强Si+1，并反馈给单片机；S5、单片机判断光强Si与光强Si+1之差的绝对值是否大于或等于第一设定值α，若是，则改变延时时间T1的值，使T1的值为与初始值不同的值，并返回步骤S1；若否，则改变延时时间T1的值，使T1的值为初始值，并返回步骤S3。

【技术特征摘要】
1.基于能量采集无线传感器网络节点的太阳能采集方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：S1、单片机进行最大功率点追踪，计算得到太阳能电池板最大功率；S2、单片机根据太阳能电池板最大功率大于太阳能电池板输出电流乘以输出电压的值，求得太阳能电池板最大功率输出电压，通过D/A转换器将最大功率输出电压值反馈到电源控制器，电源控制器使太阳能电池板保持最大功率输出；S3、光强传感器检测当前时刻的光强Si，并反馈给单片机；S4、单片机利用内部定时器计时，控制延时时间为T1，光强传感器检测延时后的光强Si+1，并反馈给单片机；S5、单片机判断光强Si与光强Si+1之差的绝对值是否大于或等于第一设定值α，若是，则改变延时时间T1的值，使T1的值为与初始值不同的值，并返回步骤S1；若否，则改变延时时间T1的值，使T1的值为初始值，并返回步骤S3。2.根据权利要求1所述的基于能量采集无线传感器网络节点的太阳能采集方法，其特征在于：所述步骤S1，具体包括：S11、根据某一时刻特定温度，光照条件下太阳能电池板的开路电压Vs(n)，计算其N倍作为启动指令电压V(n)；其中，0.5≤N≤1；S12、检测当前时刻的太阳能电池板输出电流I(n)，计算输出功率P(n)＝V(n)I(n)；S13、运行t1时间后稳定，再次检测当前时刻的太阳能电池板输出电压V(n+1)和输出电流I(n+1)，计算输出功率P(n+1)＝V(n+1)I(n+1)；S14、计算两次检测的电压差值△V与功率差值△P，若两个差值的正负情况相同，则下次扰动的步长△D为正值，若两个差值的正负情况相反，则下次扰动的步长△D为负值；S15、判断电压差值△V的波动范围，若波动范围小于第二设定值β，则保持V(n)不变，扰动结束，认为太阳能电池板输出电压稳定在最大功率点，计算得到太阳能电池板最大功率，否则，返回步骤S13。3.根据权利要求2所述的基于能量采集无线传感器网络节点的太阳能采集方法，其特征在于：所述步骤S14，具体包括：计算两次检测的电压差值△V，△V＝V(n+1)－V(n)，以及两次检测的功率差值△P，△P＝P(n+1)－P(n)；在电压差值△V大于0时，判断功率差值△P是否...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘贵云，张轩睿，李致富，李杰群，柳晶晶，王佳庆，王清，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东;44