CN201563071U - 铀矿资源勘查智能供电控制装置 - Google Patents

铀矿资源勘查智能供电控制装置 Download PDF

Info

Publication number
CN201563071U
CN201563071U CN2009201894773U CN200920189477U CN201563071U CN 201563071 U CN201563071 U CN 201563071U CN 2009201894773 U CN2009201894773 U CN 2009201894773U CN 200920189477 U CN200920189477 U CN 200920189477U CN 201563071 U CN201563071 U CN 201563071U
Authority
CN
China
Prior art keywords
output
voltage
circuit
chip microcomputer
inverter controller
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2009201894773U
Other languages
English (en)
Inventor
刘庆成
朱兆优
谈杨宁
黎正根
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
East China Institute of Technology
Original Assignee
East China Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by East China Institute of Technology filed Critical East China Institute of Technology
Priority to CN2009101862527A priority Critical patent/CN101702526B/zh
Priority to CN2009201894773U priority patent/CN201563071U/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN201563071U publication Critical patent/CN201563071U/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Landscapes

  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本实用新型属于电力电子控制技术领域，是应用于铀矿资源与环境勘探领域中的直流电法勘探技术中的供电装置。包括蓄电池、太阳能电池组件、逆变控制器等，所述逆变控制器采用STC单片机为核心，它将蓄电池的电能转换为交流阶梯波电压输出供给矿场高压电极用电，输出电压频率可以五个档之间切换变化，输出电压的单边值可以在十个档之间切换调节；本实用新型利用了太阳能光伏发电技术提供电源，利用单片机与CAN通信模块，实现供电控制装置的智能化、网络化；采用了逆变技术、变频技术，采用了PID算法，通过上位计算机及CAN总线网络进行远程切换，具有多频率、多电压选择输出，具备安全快速高效稳定可靠，给野外铀矿资源和其它矿产资源电法勘查工作者带来很多方便。

Description

铀矿资源勘查智能供电控制装置
技术领域
本实用新型属于电力电子控制技术领域，是应用于铀矿资源与环境勘探领域中的直流电法勘探技术中的供电装置。
背景技术
直流电法勘探技术主要以高密度电法测量数据采集为主。然而近10年来，随着计算机技术、网络技术、电子器件的飞速发展，电法找矿已由高密度电法找矿逐步发展到三维电阻率数据采集成像找矿。这种找矿技术需要一个稳定可靠、超低频电压分段可调的区域矿场电极供电装置；需要设计可靠性好、抗噪能力强、具有集数据采集、存储、传输和预处理能力于一体的前端数据智能采集处理***；需要研究矿场分布结构的数学模型、数据采集与处理方法、数据分析与成像算法的后台计算机图像处理与成像技术。因此，区域矿场电极供电装置也是***的重要组成部分。目前区域矿场电极供电大多采用几十节干电池供电，频率和电压无法调节，数据不能有效的全方位立体式采集，给后续分析铀矿矿场资源的造成一些不准确性，而且干电池电源供电时间短，给野外工作带来很多不便。基于以上因素，我们提出了采用太阳能光伏发电和变频逆变技术设计适合于野外铀矿资源电法勘探的区域矿场电极供电装置。
发明内容
本实用新型的目的是利用太阳能光伏发电来保障蓄电池的充电，利用单片机与CAN通信模块，实现供电控制装置的智能化、网络化，通过逆变技术、变频技术等技术实现5个档位频率、9个档位电压选择的交流输出的一种铀矿资源勘查智能供电控制装置。
本实用新型是基于CAN总线通信模式下研制的智能化、网络式的智能供电控制装置，它是这样实现的：包括蓄电池、太阳能电池组件、逆变控制器、充放电控制器、矿场高压电极、CAN总线控制和数据显示装置，其中蓄电池提供直流电能，逆变控制器负责把蓄电池组的电能转换为高电压输出供给矿场高压电极用电，太阳能电池组件对蓄电池进行充电，充放电控制器对蓄电池进行充放电管理，CAN总线实现供电装置与上位机数据通信传输总线，数据显示采用5个8段数码管，显示供电控制装置输出的交流电压和频率。
所述逆变控制器采用STC单片机为核心，是一个输出阶梯波的逆变控制器，它将蓄电池的电能转换为交流阶梯波电压输出供给矿场高压电极用电，输出电压和频率值由上位机通过CAN总线下达指令到单片机，单片机根据上位机下达的指令来输出控制信号，使逆变控制器按预定值输出的阶梯波形的交流电压，输出电压频率可以在0.125Hz、0.25Hz、0.5Hz、1Hz、2Hz五个档之间切换变化，输出电压的单边值可以在20V、45V、90V、135V、180V、225V、270V、315V、360V、400V十个档之间切换调节；当蓄电池放电后电力不足时，单片机将自动关闭逆变控制器输出交流电压，同时太阳能电池组通过充放电控制器给蓄电池充电。
逆变控制器具有过流、过压检测保护和声光报警功能，逆变控制器通过过流、过压检测保护和声光报警电路，对蓄电池的电量进行检测控制，并通过CAN总线接收上位机的命令和数据，将这些数据进行PWM调制和PID算法控制，改变输出电压的幅值和频率，输出稳定可靠的电压。
充放电控制器通过对蓄电池的过充电、过放电、深度充电、负载过流和反充电进行控制与限制，同时依照区域矿场供电需求来控制太阳能电池和蓄电池对电极负载的输出。
本实用新型利用了太阳能光伏发电技术提供电源，利用单片机与CAN通信模块，实现供电控制装置的智能化、网络化；在电路设计上采用了逆变技术、变频技术，在算法思路与编程技术上采用了PID算法，表现形式上通过上位计算机及CAN总线网络进行远程切换，具有多频率、多电压选择输出，具备安全快速高效稳定可靠，使得本产品能在电法勘查中发挥着重要作用，给野外铀矿资源和其它矿产资源电法勘查工作者带来很多方便。
附图说明
图1、本实用新型实施例1铀矿资源勘查智能供电控制装置结构框图。
图2、本实用新型实施例1逆变控制器电路结构框图。
图3、本实用新型实施例1逆变控制器控制模式图。
图4、本实用新型实施例1电压型PWM逆变器控制模型。
图5、本实用新型实施例1用传递函数表示的电压型PWM逆变器控制模型。
图6、本实用新型实施例1充放电控制器电路原理框图。
图7、本实用新型实施例1逆变控制器电路连接示意图
图中：太阳能电池组件1，充放电控制器2，蓄电池组3，逆变控制器4，CAN总线电缆5，通用逆变器6，上位机7，矿场测量电极8，供电输出插座板9，电缆线10，时间比例控制及脉冲形成电路11，逆变主电路12，输出反馈及保护电路13，调节器14，直流升压电路15，整流滤波电路16，逆变控制与推挽输出电路17，输出滤波电路18，PWM脉宽调制控制电路19，反馈电路20，过流过压控制电路21，驱动控制电路22，过流过压检测电路23，电压电流采集电路24，电子开关25，单片机26，数码显示电路27，CAN通信电路28，温度检测电路29，电压采样电路30，检测控制电路31，负载32。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示，太阳能电池组件1的正负极分别连接在充放电控制器2的1-2端，铅酸蓄电池组3的正负极分别连接在充放电控制器2的3-4端，逆变控制器4的输入端分别连接到充放电控制器2的5-6端，逆变控制器4的正、负极输出端通过电缆线10与区域矿场测量电极8的正极、负极连接；逆变控制器中的CAN通信模块以SJA1000为核心，采用CAN总线电缆5与上位机7服务器进行传输数据。
充放电控制器2的5-6端还可以与通用逆变器6的输入端分别连接，通用逆变器6的交流220V的输出端与供电输出插座板9连接。需要用电的电器设备(如手提电脑、电灯等)可以将电源插头***取电。
本实施例中：太阳能电池组件1选用APM36P110W147x68型号，性能参数为110W/17.5V/6.3A，可以使用2块或多块单晶硅电池板并联使用，以增加供电功率；充电控制器2负责高效率的太阳能充电，保证光伏发电和蓄电池的效率；蓄电池组3包括1个12V/60AH的蓄电池，用于保存太阳能产生的电量；通用逆变器6可以选用200W左右的，以提供野外作业时照明和笔记本电脑、手机临时充电用，照明选用10瓦节能灯；逆变控制器4具有CAN接口，可以通过2芯的CAN总线电缆5与上位机7连接起来进行远程数据通信；逆变控制器4接受上位机的远程控制，上位机可以下达指令，指示逆变控制器4关机、开机供电、输出电压的高低、输出频率的快慢，同时向上位机传输逆变控制器4当前实际工作的状态数据，包括电压值、频率值、电流值。
太阳能电池组件1、充电控制器2、蓄电池组3、CAN总线电缆5、通用逆变器6、上位机7如笔记本电脑如笔记本电脑为现有设备。
CAN总线电缆5是逆变控制器与上位机之间连接的2芯双绞电缆线，是通信连接路线；CAN通信电路28是以SJA1000为核心的通信数据收发电路，具有数据通信传输控制功能。
按照以上的方法连接好后，接通充放电控制器2，太阳能电池组件1进行光伏发电，并将太阳能产生的电能保存到蓄电池组3中，蓄电池组3由充放电控制器2进行控制管理。
如附图2和附图7所示，逆变控制器4是一种直流到交流(DC to AC)的变压器，是一种电压逆变的过程，将蓄电池组3输出的12V直流电压转变为交流电电压输出。采用PWM(Pulse Width Modulation)脉冲宽度调制技术和CAN通信技术，如附图2和附图7所示，逆变控制器4以STC12C5A08AD单片机(U3)为核心，其内部含8KB的Flash程序存储器、1280B的SRAM存储器、2个16位定时器、2路8位PWM、8路10位A/D转换器以及完善的中断***，采用PDIP40封装，工作电压3.3～5.5V；
逆变控制器电路以STC12C5A08AD单片机(U3)为核心，该单片机一共有4个I/O端口P0、P1、P2、和P3，每个端口占8个脚位；其UART串口用于5位数的静态串行显示；
单片机的P0端口通过数据总线与CAN通信电路28的核心芯片SJA1000(U4)连接，核心芯片SJA1000(U4)通过CAN通信总线接口与上位机7的CAN接口连接，通过中断方式接收上位机7下发的命令和数据；或在CAN通信总线的两端并联一个120欧姆的电阻。
单片机的P1.0和P1.1端口通过电压电流采集电路24与输出滤波电路18的分压电阻连接；
单片机的P1.5和P1.6端口通过驱动控制电路22与逆变控制推挽输出电路17的MOS管连接，逆变控制推挽输出电路17的输出端通过串联并联功率电阻和HA17393比较器构成过流过压检测电路23，过流过压检测电路23与单片机的P3.3和P3.4端口连接；
单片机的P1.4端口通过过流过压控制电路21与PWM脉宽调制控制电路19的4脚连接，单片机的P2.0～P2.7共8个端口通过电子开关25切换选择电阻实现与PWM脉宽调制控制电路19的1脚连接，PWM脉宽调制电路的9脚、10脚与直流升压电路15连接；
单片机的P3.0和P3.1端口与数码显示电路27的数据线和时钟线连接；单片机的P1.3端口与温度检测电路29连接；
单片机的P1.2端口通过电压采样电路30与蓄电池组3的正极连接；
蓄电池组3与直流升压电路15的输入端连接，直流升压电路15输出的电压经过整流滤波电路16后直接接入到逆变控制与推挽输出电路17中，经过整流滤波16后的输出电压再经过电阻反馈电路20回馈到PWM脉宽调制控制电路19的1脚，该电路在单片机(U3)的控制下输出交流电压。
电压采样电路30采集蓄电池组3输出端的电压值，如果蓄电池组3的电压低于10.6V电压时，单片机微处理器输出控制信号，切断直流输入；PWM输出采用TL494电压型PWM脉宽调制电路，并在外部连接了一些电阻分压网络，通过电子开关25切换不同的分压比，控制实现9个档位电压的输出，即45V，90V，135V，180V，225V，270V，315V，360V，400V，同时通过检测输出电压，显示出当前的电压输出值；逆变控制电路经过整流滤波输出稳定的电压，并通过控制桥式功率驱动MOS管的通断时间，实现输出电压频率分5个档位改变，即0.125Hz，0.25Hz，0.5Hz，1Hz，2Hz，电压频率的改变通过按键控制，并实时采样用数码显示出来，输出保护电路用于检测电路运行发生故障时及时对***实施保护，如过电压保护和过电流保护，当电流或电压传感器检测到超过额定值时，电子保护电路给微处理器发出过流、过压保护信号，此时微处理器封锁驱动信号，关断变换器中的开关器件，切断过流、过压故障，保证逆变控制器4的安全。
具体为：
单片机的P0端口用作数据总线与CAN通信电路28的核心芯片SJA1000(U4)D0～D7数据线连接，SJA1000通过隔离器件6N137(U5、U6)与CAN收发器PCA82C250(U7)的TXD、RXD端相连接，最后通过CAN收发器PCA82C250的CAN_H和CAN_L端输出形成CAN通信总线接口引出一根CAN总线电缆5与上位机7(服务器)的CAN接口卡连接，SJA1000通过中断方式接收CAN总线上由上位机7下发的命令和数据；为了使CAN总线数据通信稳定可靠，在CAN总线电缆5的两端应并联一个120欧姆的匹配电阻。
单片机(U3)的P1端口有8位，其中4位(P1.0～P1.3脚)用作A/D转换，另外4位(P1.4～P1.7脚)用作I/O口输出驱动信号。用作A/D的P1.0和P1.1连接到输出滤波18的分压电阻上，检测当前逆变控制器4的输出电压值和当前负载电流值，并将检测到的电流、电压值通过CAN上传到上位机7服务器上保存；用作A/D的P1.2连接到蓄电池的输出端，检测蓄电池组3的放电量，当电压低于10V时表示蓄电池电量不足，则单片机立即在P1.4输出高电平，关断PWM脉宽调制电路TL494(U1)输出脉冲信号，从而停止逆变控制器工作，并用蜂鸣器BZ1声光告警尽快给蓄电池充电。用作A/D的P1.3连接到温度检测电路29进行检测逆变控制器4当前的温度值，考滤逆变控制器4在正常工作或发生单一故障的时候，其内部逆变变压器、PCB板及其他元件温度不能过高，以免影响人身安全或影响到周围器件的正常工作，因此采用了温度传感器对逆变控制器4的工作温度进行监测。当单片机检测到温度超过70℃，立即用蜂鸣器BZ1声光告警，并关断PWM信号使逆变控制器停止工作。单片机的P1.4连接到TL494(U1)的第3脚，用来控制关断TL494(U1)输出脉宽雕制信号的，P1.5和P1.6脚用来输出脉宽调制信号给驱动控制电路22，控制逆变控制与推挽输出电路17输出阶梯方波交流电压，并根据上位机的要求控制输出交流电压的频率，供给矿场电极供电，驱动控制电路采用了2个三极管，推挽输出采用4个大功率MOS管SPA11N80C3，该器件耐压达800V，最大电流11A，完全能满足实际应用。单片机的P1.7脚用来输出驱动蜂鸣器BZ1声光告警信号，指示当前逆变控制器的工作状态，提醒人们注意。
单片机(U3)的P2端口主要用作I/O口，实际使用了4个脚(P2.0～P2.3脚)，用于控制一组由电阻网络与CD4051构成的电子开关25的通断来选择接通不同的电阻，以改变PWM脉宽调制控制电路19输出脉冲的占空比，达到输出电压不同电压的目的。其中，P2.3为片选端，当为CD4051没有片选信号时，CD4051为高阻态，分压输出电阻最大，此时逆变控制器4输出电压最小(为45V)；当P2.0～P2.2脚都输出低电平(高电平用1表示，低电平用0表示)，即输出000时，第1个电阻网络接通，逆变控制器4输出电压90V；当输出001时，第2个电阻网络接通，逆变控制器4输出电压135V；当输出010时，第3个电阻网络接通，逆变控制器4输出电压180V；当输出011时，第4个电阻网络接通，逆变控制器4输出电压225V；当输出100时，第5个电阻网络接通，逆变控制器4输出电压270V；当输出101时，第6个电阻网络接通，逆变控制器4输出电压315V；当输出110时，第7个电阻网络接通，逆变控制器4输出电压360V；当输出111时，第8个电阻网络接通，逆变控制器4输出电压400V。通过这个切换方式，实现选择不同电压的输出。
单片机(U3)的P3端口有8位(P3.0～P3.7脚)主要用作I/O口，其中P3.0、P3.1与数码管显示电路连接，用于串行输出显示，显示5位数，内容包括2位周期，3位数的交流电压值。P3.2用做外部中断INT0与CAN通信的SJA1000芯片的16脚连接，用于中断接收CAN总线数据，当上位机有数据下发到逆变控制器时，通过这个外部中断通知单片机启动接收CAN总线数据。P3.3、P3.4用做过流过压检测，与由比较器HA17393(U2)构成的过流过压控制电路21连接，当逆变控制器4输出电压过大、负载太重或输出短路时，过流过压控制电路21将检测到的信号传送给单片机的P3.3、P3.4脚，单片机查询到P3.3、P3.4有信号时，关断PWM脉宽调制控制电路19，停止逆变控制器4工作。P3.5脚空闲未用。P3.6、P3.7是读写信号，分别与CAN通信的SJA1000芯片的读写信号5脚、6脚连接，用于读写SJA1000内部的接收数据缓冲器和特殊功能寄存器。
在逆变控制器4中，还有一个关键电路是PWM脉冲宽度调制电路TL494(U1)19，它是一个固定频率的脉宽可调制电路(即占空比可调节)，脉宽调制通过单片机(U3)控制电子开关25切换电阻网络输出阻抗来改变U1的1脚、2脚误差放大器的输入，实现输出脉冲宽度调节。U1内置了线性锯齿波振荡器，振荡频率通过U1的5脚、6脚外接的电阻和电容调节。TL494(U1)输出的脉宽调制信号在9脚、10脚输出驱动大功率MOS电路推动直流升压电路15中的升压变压器实现高压输出，直流升压电路15输出的电压经过整流滤波电路16后直接接入到主要由4个大功率MOS器件组成的逆变控制与推挽输出电路17中，该电路在单片机(U3)的控制下最终产生我们需要的交流电压，输出给矿场电极供电。
同时，经过整流滤波电路16后的输出电压再经过电阻反馈电路20回馈到TL494(U1)的1脚，控制TL494(U1)的脉宽信号输出的稳定性。
逆变控制器4将蓄电池的电能转换为输出电压的频率在0.125Hz～2Hz之间变化、输出电压峰峰值在40Vpp～800Vpp之间调节的交流阶梯波电压输出，供给区域矿场测量电极用电8；逆变控制器4采用闭环控制模式，如图3所示：调节器14是一个误差电压放大电路，它对反馈电压进行比较形成差分信号，输入到时间比例控制及脉冲形成电路11的输入端，产生占空比不同的控制脉冲去控制大功率MOS管的通断，驱动变压器输出电压。输出反馈及保护电路13用于稳定输出电压，当输出电压有偏差时通过输出反馈及保护电路13把输出信号反馈到调节器14进行误差处理，保证输出电压的稳定性和可靠性。以电压型PWM技术为主，为了达到稳定输出电压值的控制目标，需要有效地抑制外界的干扰，采用了如附件图4的控制形式，这些可以通过分析***的传递函数得到各种控制结果。
如图4所示，调节器14是误差电压放大器，采用电压反馈调节，其传递函数用G1(s)表示，逆变控制***的输出为电压量(uo)，时间比例控制及脉冲形成环节可以等效为一个线性比例环节，对于电压型PWM方式，其输出量为脉冲占空比，δ＝K1(uc)，所以这个环节的传递函数用K1表示。逆变主电路12包括逆变开关电路、逆变变压器、输出整流滤波电路，其中Tr为逆变主电路开关管，逆变主电路采用Buck式推挽转换器拓扑结构，T为逆变变压器，初次级电压比V1/V2＝N，LC为输出低通滤波器，这部分的传递函数设为G2(s)；R1、R2为输出电压反馈电路，也是比例环节，K2＝R2/(R1+R2)，其传递函数设为H(s)。这样附图4中的逆变控制***可以变换成传递函数的形式表示(如附图5所示)。因此，逆变控制***的输出量Out(s)对输入量(ug)的闭环传递函数为：
Out ( s ) u g ( c ) = K 1 G 1 ( s ) G 2 ( s ) 1 + K 1 H ( s ) G 1 ( s ) G 2 ( s ) = G ( s ) 1 + H ( s ) G ( s ) = K 1 G 1 ( s ) / N S 2 LC + 1 + K 1 G 1 ( s ) K 2 / N
式中G(s)＝K1G1(s)G2(s)，G(s)称为前向通道传递函数。
反馈信号b(s)与误差信号e(s)之间的关系为***开环传递函数，即：
b ( s ) e ( c ) = G ( s ) H ( s )
***误差信号e(s)与输入量(ug)之间的关系称为误差传递函数，即：
e ( s ) u g ( c ) = 1 1 + H ( s ) G ( s )
逆变控制***的输出量Out(s)对干扰信号ui(s)的闭环传递函数为：
Out ( s ) u g ( c ) = G 2 ( s ) 1 + K 1 H ( s ) G 1 ( s ) G 2 ( s )
通过对逆变控制***传递函数分析，采用STC12C5A60S2单片机编程控制，用给定电压与反馈电压的误差信号来调节PWM脉冲的宽度，可实现输出电压的稳定可靠。
充放电控制器2是整个供电装置的重要组成部分，为了延长蓄电池的工作寿命，必须对蓄电池组3的过充电、过放电、深度充电、负载过流和反充电等情况加以限制，同时依照区域矿场供电需求来控制太阳能电池组件1充电和蓄电池组3的放电。
如图6所示，采用单路旁路型实现对电池的充放电管理，D1是防反充电二极管，D2是防反接二极管，K1和K2用MOS管做电子开关，K1是控制器充电回路开关，K2是蓄电池放电开关，Fs是保险丝。K1并联在太阳能电池组件的输出端，当蓄电池电压大于充满切离电压时，为了保证蓄电池不会出现过充电，这时CPU控制K1开关导通，D1截止，太阳能停止对蓄电池充电，有效地防止了蓄电池过充电。在夜晚或阴雨天，当蓄电池电压大于外部的太阳能电池组件输出的电压时，这时CPU控制K1开关导通，D1截止，可有效地防止了蓄电池对太阳能电池反充电。检测控制电路31随时对蓄电池进行检测，当负载电流大于额定电流出现过载或短路时，这时CPU控制蓄电池放电开关K2断开，起到了过载保护和短路保护的作用。同时蓄电池小于过放电压时，K2断路，起到过放电保护。当充放电控制器2管理的蓄电池组3正常工作时，就可以输出电压给逆变控制器4和普通逆变器6构成的负载32提供电源。
供电装置输出的电压和频率值由上位机通过CAN总线下达指令，电压的频率可以在0.125Hz、0.25Hz、0.5Hz、1Hz、2Hz五个档之间切换变化，输出电压的单边值可以在45V、90V、135V、180V、225V、270V、315V、360V、400V九个档位之间切换调节，输出的电压能稳定可靠地供给区域矿场高压电极用电。
当需要供电时，服务器下发开机命令，CAN报文信息包括开机命令、输出电压值和频率3个信息。关机时，服务器下发关机命令，下位机收到此命令后切断蓄电池供电。
供电装置(CAN节点)收到开机命令后，完成4个任务：
(1)接通蓄电池开始产生逆变电源；(2)切换电压档位输出合适的电压；(3)切换周期档位输出合适的电压频率接通蓄电池；(4)检测实际输出的电压、电流和频率，并形成CAN报文上传到服务器，上传包括电压值、电流值和频率。
用本实用新型的电极供电装置的硬件组成方案来实现铀矿资源电法勘探的矿场电极供电，其工作步骤如下：
(1)先进行硬件实体线路连接。
按图1连接好太阳能电池组件1、充电控制器2、蓄电池组3、逆变控制器4、CAN总线电缆5、通用逆变器6、上位机(笔记本电脑)7(含CAN接口卡)、高压电缆10、矿场电极8、供电输出插座板9。也可以先不接通用逆变器6、供电输出插座板9。
(2)开启上位机7，运行通信软件，同时逆变控制器4开启电源，进入正常工作状态。上位机软件设置工作参数，通过CAN总线向各个子站发送命令。
(3)逆变控制器4作为CAN总线上的一个子站，接收上位机7下发的命令并作出应答，逆变控制器4根据上位机下发的命令开始工作，输出需要的交流电压，并将当前电压值、电流值、频率数发送给上位机。
(4)逆变控制器4与上位机7之间的通信数据格式：
上位机7下发开机命令报文，CAN报文信息包括开机(1字节)、输出电压值
(1字节)和频率(1字节)3个信息。开机命令用“P”，通信传输均采用ASCII码。
输出交流电压有9个档，下发选择用数字代号1-9标示，其中：
1--45V档     2--90V档
3--125V档    4--170V档
5--215V档    6--260V档
7--305V档    8--350V档
9--400V档
输出交流电压的频率有5种，下发选择用数字代号1-5标示，其中：
1--0.5秒周期    2--1秒周期
3--2秒周期      4--4秒周期
5--8秒周期
逆变控制器4收到上位机的命令后，完成4个任务：
①接通蓄电池开始产生逆变电源
②切换电压档位输出合适的电压
③切换周期档位输出合适的电压频率
④检测实际输出的电压值、电流和频率，形成CAN报文上传到PC机，上传报文信息包括：电压值3字节(V)，电流值3字节(mA)，频率1字节(秒)。
如：假设当前检测到要传输的信息是输出电压170V，电流126mA，周期2秒的频率
则实际传输内容为：31H，37H，30H，31H，32H，36H，31H共7个字节(ASCII)。
上位机7发送命令帧的格式如下：
  地址  命令类型1  命令类型2
逆变控制器4向上位机7发送的帧
子站向上位机发送帧的格式如下：
  帧类型   地址   状态类型
帧类型：为0DCH表示电源子站向上位机发送的状态帧(开机还是关机状态)
  帧类型   地址  数据1  数据2  数据3 ......
帧类型：为0DBH表示电源子站向上位机发送的数据帧，每个格为1个字节
(5)上位机7下发关机命令报文，CAN报文信息包括关机(1字节)，如“G”。下位机收到此命令后切断蓄电池供电。
(6)通过上位机7与逆变控制器4之间根据需要不断地数据通信，形成密切的主从关系，达到矿场电极供电需要，完成铀矿资源电法勘探的数据测量。

Claims (8)

1.一种铀矿资源勘查智能供电控制装置，包括蓄电池、太阳能电池组件(1)、逆变控制器(4)、充放电控制器(2)、矿场高压电极、CAN总线控制和数据显示装置，充放电控制器(2)对蓄电池进行充放电管理，CAN总线实现供电装置与上位机(7)数据通信传输总线，数据显示装置显示供电控制装置输出的交流电压和频率，其特征是：所述逆变控制器(4)采用STC单片机为核心，是一个输出阶梯波的逆变控制器，它将蓄电池的电能转换为交流阶梯波电压输出供给矿场高压电极用电，输出电压和频率值由上位机(7)通过CAN总线下达指令到单片机，单片机根据上位机(7)下达的指令来输出控制信号，使逆变控制器(4)按预定值输出的阶梯波形的交流电压，输出电压频率可以在0.125Hz、0.25Hz、0.5Hz、1Hz、2Hz五个档之间切换变化，输出电压的单边值可以在20V、45V、90V、135V、180V、225V、270V、315V、360V、400V十个档之间切换调节；当蓄电池放电后电力不足时，单片机将自动关闭逆变控制器输出交流电压，同时太阳能电池组件(1)通过充放电控制器给蓄电池充电。
2.根据权利要求1所述的一种铀矿资源勘查智能供电控制装置，其特征是：逆变控制器(4)通过过流、过压检测保护和声光报警电路，对蓄电池的电量进行检测控制，并通过CAN总线接收上位机(7)的命令和数据，将这些数据进行PWM调制和PID算法控制，改变输出电压的幅值和频率。
3.根据权利要求1或2所述的一种铀矿资源勘查智能供电控制装置，其特征是：充放电控制器(2)通过对蓄电池的过充电、过放电、深度充电、负载过流和反充电进行控制与限制，同时依照区域矿场供电需求来控制太阳能电池和蓄电池对电极负载的输出。
4.根据权利要求1或2所述的一种铀矿资源勘查智能供电控制装置，其特征是：太阳能电池组件(1)的正负极分别连接在充放电控制器(2)的1-2端，蓄电池组(3)的正负极分别连接在充放电控制器(2)的3-4端，逆变控制器(4)的输入端分别连接到充放电控制器(2)的5-6端，逆变控制器(4)的正、负极输出端通过电缆线(10)与区域矿场测量电极(8)的正极、负极连接；逆变控制器中的CAN通信模块以SJA1000为核心，采用CAN总线电缆(5)与上位机(7)服务器进行传输数据。
5.根据权利要求4所述的一种铀矿资源勘查智能供电控制装置，其特征是：充放电控制器(2)的5-6端与通用逆变器(6)的输入端分别连接，通用逆变器(6)的交流220V的输出端与供电输出插座板(9)连接。
6.根据权利要求4所述的一种铀矿资源勘查智能供电控制装置，其特征是：太阳能电池组件(1)选用APM36P110W147x68型号，性能参数为110W/17.5V/6.3A，使用2块或多块单晶硅电池板并联使用；蓄电池组(3)包括1个12V/60AH的蓄电池；通用逆变器(6)选用200W左右的；逆变控制器(4)具有CAN接口，通过2芯的CAN总线电缆(5)与上位机(7)连接起来进行远程数据通信；逆变控制器(4)接受上位机(7)的远程控制，上位机(7)可以下达指令，指示逆变控制器(4)关机、开机供电、输出电压的高低、输出频率的快慢，同时向上位机传输逆变控制器(4)当前实际工作的状态数据，包括电压值、频率值、电流值。
7.根据权利要求4所述的一种铀矿资源勘查智能供电控制装置，其特征是：
逆变控制器电路以STC12C5A08AD单片机(U3)为核心，该单片机一共有4个I/O端口P0、P1、P2、和P3，每个端口占8个脚位；其UART串口用于5位数的静态串行显示；
单片机的P0端口通过数据总线与CAN通信电路(28)的核心芯片SJA1000(U4)连接，核心芯片SJA1000(U4)通过CAN通信总线接口与上位机(7)的CAN接口连接，通过中断方式接收上位机(7)下发的命令和数据；或在CAN通信总线的两端并联一个120欧姆的电阻。
单片机的P1.0和P1.1端口通过电压电流采集电路(24)与输出滤波电路(18)的分压电阻连接；
单片机的P1.5和P1.6端口通过驱动控制电路(22)与逆变控制推挽输出电路(17)的MOS管连接，逆变控制推挽输出电路(17)的输出端通过串联并联功率电阻和HA17393比较器构成过流过压检测电路(23)，过流过压检测电路(23)与单片机的P3.3和P3.4端口连接；
单片机的P1.4端口通过过流过压控制电路(21)与PWM脉宽调制控制电路(19)的4脚连接，单片机的P2.0～P2.7共8个端口通过电子开关(25)切换选择电阻实现与PWM脉宽调制控制电路(19)的1脚连接，PWM脉宽调制电路的9脚、10脚与直流升压电路(15)连接；
单片机的P3.0和P3.1端口与数码显示电路(27)的数据线和时钟线连接；单片机的P1.3端口与温度检测电路(29)连接；
单片机的P1.2端口通过电压采样电路(30)与蓄电池组(3)的正极连接；
蓄电池组(3)与直流升压电路(15)的输入端连接，直流升压电路(15)输出的电压经过整流滤波电路(16)后直接接入到逆变控制与推挽输出电路(17)中，经过整流滤波(16)后的输出电压再经过电阻反馈电路(20)回馈到PWM脉宽调制控制电路(19)的1脚，该电路在单片机(U3)的控制下输出交流电压。
8.根据权利要求7所述的一种铀矿资源勘查智能供电控制装置，其特征是：电压采样电路(30)采集蓄电池组(3)输出端的电压值，如果蓄电池组(3)的电压低于10.6V电压时，单片机微处理器输出控制信号，切断直流输入；PWM输出采用TL494电压型PWM脉宽调制电路，并在外部连接了一些电阻分压网络，通过电子开关(25)切换不同的分压比，控制实现9个档位电压的输出，即45V，90V，135V，180V，225V，270V，315V，360V，400V，同时通过检测输出电压，显示出当前的电压输出值；逆变控制电路经过整流滤波输出稳定的电压，并通过控制桥式功率驱动MOS管的通断时间，实现输出电压频率分5个档位改变，即0.125Hz，0.25Hz，0.5Hz，1Hz，2Hz，电压频率的改变通过按键控制，并实时采样用数码显示出来，输出保护电路用于检测电路运行发生故障时及时对***实施保护，如过电压保护和过电流保护，当电流或电压传感器检测到超过额定值时，电子保护电路给微处理器发出过流、过压保护信号，此时微处理器封锁驱动信号，关断变换器中的开关器件，切断过流、过压故障，保证逆变控制器(4)的安全。
CN2009201894773U 2009-10-16 2009-10-16 铀矿资源勘查智能供电控制装置 Expired - Fee Related CN201563071U (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009101862527A CN101702526B (zh) 2009-10-16 2009-10-16 铀矿资源勘查智能供电控制装置
CN2009201894773U CN201563071U (zh) 2009-10-16 2009-10-16 铀矿资源勘查智能供电控制装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009101862527A CN101702526B (zh) 2009-10-16 2009-10-16 铀矿资源勘查智能供电控制装置
CN2009201894773U CN201563071U (zh) 2009-10-16 2009-10-16 铀矿资源勘查智能供电控制装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN201563071U true CN201563071U (zh) 2010-08-25

Family

ID=69160660

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009201894773U Expired - Fee Related CN201563071U (zh) 2009-10-16 2009-10-16 铀矿资源勘查智能供电控制装置
CN2009101862527A Expired - Fee Related CN101702526B (zh) 2009-10-16 2009-10-16 铀矿资源勘查智能供电控制装置

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009101862527A Expired - Fee Related CN101702526B (zh) 2009-10-16 2009-10-16 铀矿资源勘查智能供电控制装置

Country Status (1)

Country Link
CN (2) CN201563071U (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102709983A (zh) * 2012-06-13 2012-10-03 宜兴市三恒自动化仪表有限公司 一种矿用蓄电池充放电监控***
WO2015176306A1 (zh) * 2014-05-23 2015-11-26 深圳航天科技创新研究院 一种电压模拟信号隔离传输电路
WO2017197844A1 (zh) * 2016-05-20 2017-11-23 广东百事泰电子商务股份有限公司 光伏逆变器集成***控制芯片
CN108508492A (zh) * 2018-05-16 2018-09-07 中国煤炭地质总局勘查研究总院 稳定电流场的高密度电阻率测量***及电流场稳定方法
CN111357163A (zh) * 2018-01-24 2020-06-30 瓦特电池有限公司 模块化电源***
CN115528794A (zh) * 2021-12-31 2022-12-27 百纳德（扬州）电能***股份有限公司 一种具有输出频率稳定结构的ups电源

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102891476B (zh) * 2011-07-20 2017-10-24 北京宝盒精英科技有限公司 通信备用锂电交流供电装置、蓄电池放电保护***及方法
CN102661814B (zh) * 2012-05-11 2013-10-09 南京财经大学 一种热电偶温度变送器的实现方法
CN102801291A (zh) * 2012-08-17 2012-11-28 中煤科工集团西安研究院 矿用电法仪多路供电装置
CN102946093B (zh) * 2012-11-09 2015-07-08 谢亚平 一种锂电池短路保护电路
CN103812372A (zh) * 2012-11-13 2014-05-21 西安杰瑞达仪器有限公司 一种逆变电源
CN103841703A (zh) * 2012-11-23 2014-06-04 海洋王（东莞）照明科技有限公司 一种铅酸电池供电灯具***
CN103051036B (zh) * 2013-01-25 2014-12-31 宁波市子华电器有限公司 具有数字信号处理功能的光伏控制器及其控制电池的方法
CN103501123B (zh) * 2013-09-30 2016-08-17 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种大功率线性输出高压稳压装置及方法
CN103792929A (zh) * 2014-02-26 2014-05-14 无锡信大气象传感网科技有限公司 远程测控终端装置
CN104660051B (zh) * 2014-10-17 2017-12-15 南京航空航天大学 一种基于电流源半桥变换器的光伏直流电路及其控制方法
CN105790593A (zh) * 2014-12-25 2016-07-20 广东太阳库新能源科技有限公司 一种采用单片机控制的推挽升压电路
CN107994683A (zh) * 2017-12-24 2018-05-04 谢小坚 一种光伏逆变器的开启***
CN111694066A (zh) * 2020-05-14 2020-09-22 岭东核电有限公司 基于核电站隔离边界的预警***
CN111679619A (zh) * 2020-05-14 2020-09-18 岭东核电有限公司 基于核电站隔离边界的智能监控***和智能监控方法
CN113054730B (zh) * 2021-03-26 2024-03-26 许昌学院 一种工频风力发电储能逆变电路

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102709983A (zh) * 2012-06-13 2012-10-03 宜兴市三恒自动化仪表有限公司 一种矿用蓄电池充放电监控***
CN102709983B (zh) * 2012-06-13 2014-03-26 宜兴市三恒自动化仪表有限公司 一种矿用蓄电池充放电监控***
WO2015176306A1 (zh) * 2014-05-23 2015-11-26 深圳航天科技创新研究院 一种电压模拟信号隔离传输电路
WO2017197844A1 (zh) * 2016-05-20 2017-11-23 广东百事泰电子商务股份有限公司 光伏逆变器集成***控制芯片
CN111357163A (zh) * 2018-01-24 2020-06-30 瓦特电池有限公司 模块化电源***
CN108508492A (zh) * 2018-05-16 2018-09-07 中国煤炭地质总局勘查研究总院 稳定电流场的高密度电阻率测量***及电流场稳定方法
CN108508492B (zh) * 2018-05-16 2019-12-17 中国煤炭地质总局勘查研究总院 稳定电流场的高密度电阻率测量***及电流场稳定方法
CN115528794A (zh) * 2021-12-31 2022-12-27 百纳德（扬州）电能***股份有限公司 一种具有输出频率稳定结构的ups电源
CN115528794B (zh) * 2021-12-31 2023-10-20 百纳德（扬州）电能***股份有限公司 一种具有输出频率稳定结构的ups电源

Also Published As

Publication number Publication date
CN101702526A (zh) 2010-05-05
CN101702526B (zh) 2012-07-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN201563071U (zh) 铀矿资源勘查智能供电控制装置
CN106849343B (zh) 通信基站用风光柴储独立供电切换***及供电切换方法
CN205160201U (zh) 光伏太阳能电动车供电***
CN101459997B (zh) 具有自适应调节能力的风光互补路灯智能控制器
CN104079029B (zh) 电能回馈型电池充放电与分容设备
CN104124748A (zh) 一种清洁能源补偿的公交站智能供电电源***
CN101888121A (zh) 架空线路的电流互感器取能与供电管理装置
CN203377675U (zh) 一种清洁能源补偿的公交站智能供电电源***
CN102523662A (zh) 一种基于风光互补的公路隧道分布式照明***
CN211377693U (zh) 一种基于太阳能和感应取能的输电线路混合供电电源
CN112637706B (zh) 小型化低功耗水位雨量采集装置和工作方法
CN203722324U (zh) 一种电源设备及其防雷单元
CN205027858U (zh) 高压输电网电缆线路专用故障指示器
CN202333932U (zh) 一种基于zigbee的节能型智能无线充电装置
CN209104811U (zh) 一种用户侧储能电站管理***
CN204597597U (zh) 一种家用太阳能供电***
CN208767843U (zh) 一种输配电线路状态监测装置供电电源
CN212851118U (zh) 一种基于物联网模块的太阳能led灯恒流控制***
CN205231854U (zh) 基于物联网的预装式变电站运行状态监测***
CN203135554U (zh) 一种电力设备监控装置
CN203377637U (zh) 采用太阳能供电采集监测数据的装置
CN203119627U (zh) 基站电源智能综合管理***
CN202759270U (zh) 一种太阳能充电控制器
CN208156078U (zh) 一种防断电计量***
CN201336754Y (zh) 具有自适应调节能力的风光互补路灯智能控制器

Legal Events

Date Code Title Description
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20100825

Termination date: 20111016