CN110502059B - 一种太阳能摄像头的最大功率点跟踪装置及方法 - Google Patents

一种太阳能摄像头的最大功率点跟踪装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种太阳能摄像头的最大功率点跟踪装置及方法，属于太阳能摄像头技术领域，该装置包括摄像头模块、WiFi网络模块、无线自组网模块、MCU核心模块、数据存储芯片模块、太阳能电池板模块、光照传感器模块、电源管理模块，其中电源管理模块含有内置锂电池。通过创建矩阵数组，将光照度和最大功率点进行数字存储，然后利用光照度和最大功率点功率的关联性，决定最大功率点的功率扫描，可以有效避免最大功率点跟踪算法陷入局部最大值，提高***的太阳能利用率。

Description

一种太阳能摄像头的最大功率点跟踪装置及方法
技术领域
本发明涉及太阳能摄像头技术领域，特别是涉及一种太阳能摄像头的最大功率点跟踪装置及方法。
背景技术
随着物联网技术与现代农业的不断深度融合，新型的农业可视化***、新能源与新农业结合等技术在不断的发展。太阳能无线摄像头技术是农业可视化的关键技术，传统的太阳能摄像头，存在充电效率低、可靠性差的问题。究其原因，是现有产品和技术没有在深入了解太阳能光伏电池的放电特性的基础上，研发太阳能摄像头的功率点优化，导致太阳能利用率低，影响产品的续航能力，进而会带来可靠性的问题。为此，当前新农业的背景下，高效率、高可靠性的太阳能摄像头研发，是一项至关重要的工作。
发明内容
本发明提供一种太阳能摄像头的最大功率点跟踪装置及方法，解决现有太阳能摄像头技术存在充电效率低、续航能力差、性能不可靠的问题。
本发明通过以下技术方案解决上述问题：
一种太阳能摄像头的最大功率点跟踪方法，包括如下步骤：
步骤1：MCU核心模块通过电连接线对数据存储芯片模块进行控制，在数据存储芯片模块中，创建N×M的矩阵数组LP[N][M],其中，N既是数组下标，也代表光照度的值，M是指在光照度N的情况下，采集的最大功率点功率值个数；
步骤2：MCU核心模块对太阳能电池板的功率和光照传感器模块进行采样，在每个采样时刻t中，同时取太阳能电池板的最大功率点功率Pm[t]和光照传感器模块的光照度Lux[t]；
步骤3：取光照度Lux[t]的整数部分Luxi[t]，将Pm[t]存储到矩阵数组LP[N][M]中；
步骤4：取n时刻的太阳能电池板的最大功率点功率Pm[n]和光照传感器模块的光照度Lux[n]；
步骤5：利用光照度Lux[n]检索相应的最大功率点功率均值，得LP[Lux[n]][M]，设定判断阈值δ；
步骤6：对最大功率点跟踪控制；
步骤7：MCU核心模块通过无线自组网模块与区域内的所有太阳能摄像头进行无线连接，并获取所有太阳能摄像头的光照度数据，检测该区域内光照度是否出现异常值，如果出现，利用WiFi网络模块向服务器发出异常报警，提示维护人员检修，并返回步骤1；如果不出现，返回步骤1。
所述步骤3中的存储过程为：
步骤3.1，定义变量i和j，令i＝Luxi[t]；
步骤3.2，做运算j＝(j++)％(M-1)；
步骤3.3,将Pm[t]存储到矩阵数组LP[N][M]中，即LP[i][j]＝Pm[t]；
步骤3.4,做运算LP[i][M]代表光照度值为i的情况下记录的最大功率点功率均值，k是计算用的中间变量。
所述步骤6中对最大功率点跟踪控制的过程为：
步骤6.1，如果|LP[Lux[n]][M]-Pm[n]|小于阈值δ，则不重新进行功率扫描，继续执行原来的最大功率点跟踪(MPPT)控制程序，即跳转到步骤6.3；
步骤6.2，如果|LP[Lux[n]][M]-Pm[n]|大于阈值δ，将进行功率扫描；
步骤6.3，进行最大功率点跟踪(MPPT)。
所述步骤6.2中功率扫描的呃具体过程为：
MCU核心模块将电源管理模块的控制信号占空比D从0.05到0.95，以0.001％步进进行扫描，每一步扫描均记录下功率值P及对应的太阳能电池板电压值V，得到P-V曲线，扫描结束后，取P-V曲线的最大功率点，并在该功率点进行最大功率点跟踪(MPPT)控制程序，跳转到步骤6.3。
所述步骤6.3的最大功率点跟踪的呃具体过程为：
步骤6.3.1，将电源管理模块的控制信号占空比D加上一个扰动量ΔD；
步骤6.3.2，观察太阳能电池板功率的变化方向，如果太阳能电池板功率增加，则重复步骤6.3.1，否则往下执行；
步骤6.3.3,将电源管理模块的控制信号占空比D减去一个扰动量ΔD；
步骤6.3.4，观察太阳能电池板功率的变化方向，如果太阳能电池板功率增加，则重复步骤6.3.3，否则跳转至步骤6.3.1；
一种太阳能摄像头的最大功率点跟踪装置，包括摄像头模块、WiFi网络模块、无线自组网模块、MCU核心模块、数据存储芯片模块、太阳能电池板模块、光照传感器模块、电源管理模块，其中电源管理模块含有内置锂电池；
具有内置锂电池的电源管理模块通过功率连接线与摄像头模块、WiFi网络模块、无线自组网模块、MCU核心模块、数据存储芯片模块、太阳能电池板模块、光照传感器模块进行电连接，电源管理模块用于***所有模块的供电和电源管理；摄像头模块、WiFi网络模块、无线自组网模块、数据存储芯片模块、太阳能电池板模块、光照传感器模块、电源管理模块均通过信号连接线与MCU核心模块进行电连接；
MCU核心模块用于整个装置的控制，摄像头模块用于视频采集，WiFi网络模块用于***与外部云服务器的网络连接与传输，无线自组网模块用于区域性的太阳能摄像头组网连接，数据存储芯片模块用于存储数据信息，太阳能电池板模块用于太阳能光电转换，光照传感器模块用于采集光照度信息，电源管理模块一方面将太阳能电池模块电能充到内置锂电池，另一方面给装置供电。
本发明的优点与效果是：
本发明通过创建矩阵数组，将光照度和最大功率点进行数字存储，然后利用光照度和最大功率点功率的关联性，决定最大功率点的功率扫描，可以有效避免最大功率点跟踪算法陷入局部最大值，提高***的太阳能利用率；利用数据分析方法和数字控制手段，使产品更加智能化，更加有利于***的未来扩展；整机***在新型算法的支持下，可以实现更加优化的能源使用，将会获得更佳的续航能力；无线自组网技术，获取同一区域的光照度值，检测出该区域内光照度异常值，并提示维护人员检修，使产品更加智能化和人性化，进一步提高***的可靠性和故障预测能力。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
图2为本发明的装置结构框图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
一种太阳能摄像头的最大功率点跟踪方法，能实现高精度、高效率的最大功率点跟踪功能，如图1所示，包括如下步骤：
步骤1，MCU核心模块通过电连接线对数据存储芯片模块进行控制，在数据存储芯片模块中，创建N×M的矩阵数组LP[N][M],其中，N既是数组下标，也代表光照度的值，在本实施例中优选N＝20000。M是指在光照度N的情况下，采集的最大功率点功率值个数，在本实施例中优选M＝5000。
步骤2，在每个采样时刻t，同时取太阳能电池板的最大功率点功率Pm[t]和光照传感器模块的光照度Lux[t]。
步骤3，取光照度Lux[t]的整数部分Luxi[t]，将Pm[t]存储到矩阵数组LP[N][M]中，具体存储方法如下：
步骤3.1，定义变量i和j，令i＝Luxi[t]。
步骤3.2，做运算j＝(j++)％(M-1)。
步骤3.3,将Pm[t]存储到矩阵数组LP[N][M]中，即LP[i][j]＝Pm[t]。
步骤3.4,做运算LP[i][M]代表光照度值为i的情况下记录的最大功率点功率均值，k是计算用的中间变量。
步骤4，在每个控制时刻n，同时取太阳能电池板的最大功率点功率Pm[n]和光照传感器模块的光照度Lux[n]。
步骤5，利用光照度Lux[n]检索相应的最大功率点功率均值，得LP[Lux[n]][M]，设定判断阈值δ。
步骤6，做最大功率点跟踪控制，具体如下：
步骤6.1，如果|LP[Lux[n]][M]-Pm[n]|小于阈值δ，则不重新进行功率扫描，继续执行原来的占空比扰动控制程序，即跳转到步骤6.3。
步骤6.2，如果|LP[Lux[n]][M]-Pm[n]|大于阈值δ，将进行功率扫描，具体方法是：
MCU核心模块将电源管理模块的控制信号占空比D，从0.05到0.95，以0.001％步进进行扫描，每一步扫描均记录下功率值P及对应的太阳能电池板电压值V，得到P-V曲线，扫描结束后，取P-V曲线的最大功率点，并在该功率点进行占空比扰动控制程序，跳转到步骤6.3。
步骤6.3，进行占空比扰动控制，具体方法如下：
步骤6.3.1，将电源管理模块的控制信号占空比D加上一个扰动量ΔD。
步骤6.3.2，观察太阳能电池板功率的变化方向，如果太阳能电池板功率增加，则重复步骤6.3.1，否则往下执行。
步骤6.3.3,将电源管理模块的控制信号占空比D减去一个扰动量ΔD。
步骤6.3.4，观察太阳能电池板功率的变化方向，如果太阳能电池板功率增加，则重复步骤6.3.3，否则跳转至步骤6.3.1。
步骤7，MCU核心模块通过无线自组网模块，与本太阳能摄像头周边的其他太阳能摄像头进行无线连接，并获取它们的光照度数据，利用同一区域的光照度非常接近的原理，将该区域内光照度异常值检测出来，并利用WiFi网络模块向服务器发出异常报警，提示维护人员检修。
一种太阳能摄像头的最大功率点跟踪装置，如图2所示，包含摄像头模块、WiFi网络模块、无线自组网模块、MCU核心模块、数据存储芯片模块、太阳能电池板模块、光照传感器模块、电源管理模块。其中电源管理模块含有内置锂电池。
在太阳能摄像头的最大功率点跟踪装置中，具有内置锂电池的电源管理模块通过功率连接线与摄像头模块、WiFi网络模块、无线自组网模块、MCU核心模块、数据存储芯片模块、太阳能电池板模块、光照传感器模块进行电连接，电源管理模块用于***所有模块的供电和电源管理。摄像头模块、WiFi网络模块、无线自组网模块、数据存储芯片模块、太阳能电池板模块、光照传感器模块、电源管理模块均通过信号连接线与MCU核心模块进行电连接。
太阳能摄像头的最大功率点跟踪装置中，MCU核心模块用于整个装置的控制，摄像头模块用于视频采集，WiFi网络模块用于***与云服务器的网络连接与传输，无线自组网模块用于区域性的太阳能摄像头组网连接，数据存储芯片模块用于存储数据信息，太阳能电池板模块用于太阳能光电转换，光照传感器模块用于采集光照度信息，电源管理模块一方面用于将太阳能电池模块电能充到内置锂电池，另一方面用于产生整个装置的辅助电源。
以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请的范围内。

Claims (4)

1.一种太阳能摄像头的最大功率点跟踪方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：MCU核心模块通过电连接线对数据存储芯片模块进行控制，在数据存储芯片模块中，创建N×M的矩阵数组LP[N][M],其中，N既是数组下标，也代表光照度的值，M是指在光照度N的情况下，采集的最大功率点功率值个数；
步骤2：MCU核心模块对太阳能电池板的功率和光照传感器模块进行采样，在每个采样时刻t中，同时取太阳能电池板的最大功率点功率Pm[t]和光照传感器模块的光照度Lux[t]；
步骤3：取光照度Lux[t]的整数部分Luxi[t]，将Pm[t]存储到矩阵数组LP[N][M]中；
步骤4：取n时刻的太阳能电池板的最大功率点功率Pm[n]和光照传感器模块的光照度Lux[n]；
步骤5：利用光照度Lux[n]检索相应的最大功率点功率均值，得LP[Lux[n]][M]，设定判断阈值δ；
步骤6：对最大功率点跟踪控制；
步骤7：MCU核心模块通过无线自组网模块与区域内的所有太阳能摄像头进行无线连接，并获取所有太阳能摄像头的光照度数据，检测该区域内光照度是否出现异常值，如果出现，利用WiFi网络模块向服务器发出异常报警，提示维护人员检修，并返回步骤1；如果不出现，返回步骤1；
所述步骤3中的存储过程为：
步骤3.1，定义变量i和j，令i＝Luxi[t]；
步骤3.2，做运算j＝(j++)％(M-1)；
步骤3.3,将Pm[t]存储到矩阵数组LP[N][M]中，即LP[i][j]＝Pm[t]；
步骤3.4,做运算代表光照度值为i的情况下记录的最大功率点功率均值，k是计算用的中间变量。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能摄像头的最大功率点跟踪方法，其特征在于：所述步骤6中对最大功率点跟踪控制的过程为：
步骤6.1，如果|LP[Lux[n]][M]-Pm[n]|小于阈值δ，则不重新进行功率扫描，继续执行原来的最大功率点跟踪(MPPT)控制程序，即跳转到步骤6.3；
步骤6.2，如果|LP[Lux[n]][M]-Pm[n]|大于阈值δ，将进行功率扫描；
步骤6.3，进行最大功率点跟踪(MPPT)。
3.根据权利要求2所述的一种太阳能摄像头的最大功率点跟踪方法，其特征在于：所述步骤6.2中功率扫描的呃具体过程为：
MCU核心模块将电源管理模块的控制信号占空比D从0.05到0.95，以0.001％步进进行扫描，每一步扫描均记录下功率值P及对应的太阳能电池板电压值V，得到P-V曲线，扫描结束后，取P-V曲线的最大功率点，并在该功率点进行最大功率点跟踪(MPPT)控制程序，跳转到步骤6.3。
4.根据权利要求2所述的一种太阳能摄像头的最大功率点跟踪方法，其特征在于：所述步骤6.3的最大功率点跟踪的呃具体过程为：
步骤6.3.1，将电源管理模块的控制信号占空比D加上一个扰动量ΔD；
步骤6.3.2，观察太阳能电池板功率的变化方向，如果太阳能电池板功率增加，则重复步骤6.3.1，否则往下执行；
步骤6.3.3,将电源管理模块的控制信号占空比D减去一个扰动量ΔD；
步骤6.3.4，观察太阳能电池板功率的变化方向，如果太阳能电池板功率增加，则重复步骤6.3.3，否则跳转至步骤6.3.1。
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