1引言

太陽(yáng)能路燈主要由太陽(yáng)能光電池組件、蓄電池、充放電控制器、照明燈具四大部分組成。太陽(yáng)能路燈普及推廣的瓶頸已不是技術(shù)問(wèn)題，而是成本問(wèn)題。要在降低成本的基礎上，提高系統的穩定性及發(fā)揮最大的效能，就要合理搭配太陽(yáng)能光電池的輸出功率和蓄電池容量及負載功率。為此，僅從理論計算是不夠的。因為太陽(yáng)光光強瞬息萬(wàn)變，充電電流和放電電流都在不斷變化，理論計算會(huì )帶來(lái)較大誤差。只有采取自動(dòng)跟蹤監測充放電流才能準確確定光電池在不同季節和不同方位的最大功率輸出。以此確定蓄電池和負載才是可靠的。

在LabVIEW軟件平臺上，結合數據采集卡，利用虛擬儀器技術(shù)可實(shí)現自動(dòng)監測及數據分析任務(wù)。本文對自行研制開(kāi)發(fā)的監測系統作一闡述。

2設計原理

利用調理電路對光電池的輸出電流和蓄電池的放電電流及蓄電池的充放電工作電壓進(jìn)行一定頻率的數據采樣，由USB數據采集模塊將采集數據送入計算機。在LabVIEW軟件平臺上進(jìn)行適時(shí)顯示和統計分析。原理框圖見(jiàn)圖1.

圖1系統原理框圖

3數據采集硬件配置

3.1調理電路

蓄電池輸出信號是一種浮動(dòng)信號。采用差分測量方式會(huì )最大限度地減小對被測電路的影響，同時(shí)也會(huì )減小測量誤差。在本調理電路中，采用高精度低漂移的集成運算放大器ICL7650制作的差動(dòng)放大器將串入充放電線(xiàn)路的精密小電阻之上的差動(dòng)信號作為電流檢測信號。將并入蓄電池的大電阻分壓器獲得的小信號作為電壓信號。為消除干擾，用兩個(gè)等值電阻分別接于差動(dòng)放大器的兩輸入端與信號地之間。將兩個(gè)差動(dòng)放大器的輸出信號送人USB采集模塊的兩個(gè)輸入通道以完成信號調理及采集。調理電路見(jiàn)圖2、圖3。

圖2電流信號調理

圖3電壓信號調理

3.2數據采集模塊

本系統采用加拿大HYTEK公司生產(chǎn)的USB接1:3數據采集模塊，型號為iUSBDAQ-U120816.它雖不是高端采集卡，但對于采集直流信號，特別是采樣頻率不是很高時(shí)，已足夠達到集結束后，選擇"退出并回放"按鈕，在回放波形窗將顯示采集要求。USB接口可方便地用于熱插拔及即插即用。連接筆記電腦可實(shí)現現場(chǎng)數據監測。

3.3模塊配置及驅動(dòng)

在所用計算機上執行HYTEK公司提供的設備驅動(dòng)程序iUSBDAQ-Driver.exe,即可激活采集模塊。再將該公司提供的iUSBDAQ_ALL_Vis.LLb專(zhuān)用VI函數庫拷貝到安裝LabVlEW7.1目錄的vl子目錄下的User子目錄，即可在BlockDiagramt和Front Panel編輯環(huán)境中調用User Functions和User Controls.

4軟件開(kāi)發(fā)

LabVIEW是美國國家儀器(NI燴司開(kāi)發(fā)的廣泛應用于儀器控制、自動(dòng)化測試、數據分析處理等領(lǐng)域圖形化編程語(yǔ)言，是優(yōu)秀的開(kāi)發(fā)虛擬儀器軟件。在自動(dòng)化測控領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應用。開(kāi)發(fā)本系統采用的是LabVIEW7.1版本。

4.1程序流程圖(見(jiàn)圖4)

圖4程序流程圖

4.2面板設計

在圖5所示的面板圖中，設置兩個(gè)開(kāi)關(guān)以選擇是監測電流、電壓還是同時(shí)監測。分別顯示電流實(shí)時(shí)采集曲線(xiàn)和電壓實(shí)時(shí)采集曲線(xiàn)，并配以數字顯示。在采集周期設置窗口，以秒為單位設置采樣周期。"開(kāi)始采集"按鈕同時(shí)具有暫停功能。全部采集結束后，選擇"退出并回放"按鈕，在回放波形窗將顯示采集電流波形，并計算其曲線(xiàn)下面積值作為電流充放電的安時(shí)數(能量值)。在面板的右下方同時(shí)顯示帶有日期、時(shí)間信息的全部數據列表，并顯示電流、電壓最大最小值。

圖5虛擬儀器面板圖

4.3程序結構描述

總體采用兩幀組成的平鋪?lái)樞蚪Y構(Flat Sequence)，第一幀完成的是數據采集及顯示、存儲;第二幀完成數據計算、回收及顯示運算結果。圖6給出的是第一幀圖形化程序。

圖6第一幀圖形化程序框圖

該幀采用定時(shí)循環(huán)結構(Timed Loop)，在進(jìn)入循環(huán)結構之前，利用OpetdCreate/Replace File VI建立要存儲的數據文件(.txt)的路徑及文件名，并調用iUSBDAQ_0penDevice函數打開(kāi)采集設備。當選擇開(kāi)始采集分支結構時(shí)，將打開(kāi)采集設備的兩個(gè)輸入通道輪流采集數據，得到二維數組。通過(guò)Delete From Array函數分離該數組，并分別通過(guò)兩個(gè)分支結構做為電流、電壓選擇開(kāi)關(guān)，經(jīng)數值標度變換送至波形?Chart.將Format Date/TimeString的日期時(shí)間信息輸出和兩數組通過(guò)Number To FractionalString轉化成的字符串輸出，由Concatenate Dtrings合并，經(jīng)Write File VI送入指定的磁盤(pán)數據文件中，以備分析、調用。

當選擇"暫停采集"或"退出采集"按鈕時(shí)，無(wú)論采集周期設置的是多少，都應迅速退出循環(huán)。為此，采用判斷循環(huán)次數和采集次數的算法。

采集次數=循環(huán)次數/采集周期。

以整除的結果為采集次數，并以余數為零做為一次采集結束的判斷條件。利用兩個(gè)分支結構可累計多次間斷的采集次數，直到選擇退出定時(shí)循環(huán)。由于設定的定時(shí)循環(huán)周期為1秒，無(wú)論是否在采集狀態(tài)，循環(huán)始終以1秒的周期運行。當按下"退出采集"按鈕時(shí)，最多等待時(shí)間為1秒即退出，而不是等待用戶(hù)設定的一個(gè)采樣周期。

采集數據結束，退出第一幀結構之前，通過(guò)Close File VI關(guān)閉文件，并通過(guò)iUSBDAQ-Release Defice關(guān)閉設備。圖7給出的是第二幀圖形化程序。

圖7第二幀圖形化程序框圖

該幀首先由Read Characters From File VI函數讀出磁盤(pán)數據文件中的數據。由于讀出的是字符串，要經(jīng)Spreadsheet StringTo Arrary函數將其轉為三維數組，再經(jīng)兩個(gè)Delete From Array將三維分離為三個(gè)一維數組。將電流信息數據送人BuildWaveform生成波形，由Chart顯示。同時(shí)將該組數據經(jīng)NumericIntegration.vi求積分，得曲線(xiàn)下面積值，在輸出能量窗顯示充放電的安時(shí)數。

在回放電流曲線(xiàn)的同時(shí)，在屏幕的String窗列表顯示每一次的采樣數據。電流和電壓信息數組再經(jīng)Reshape Array和Array max&min找出最大值和最小值并顯示。

5結束語(yǔ)

利用LabVlEW軟件和USB采集模塊結合所開(kāi)發(fā)的虛擬儀器，較好地完成了對太陽(yáng)能路燈的蓄電池充放電的全程監測。

操作簡(jiǎn)單、界面友好、測量數據精度高。得到了電流表和電壓表單次測量而很難得到的數據。提高了測量效率、節約了儀器開(kāi)支。依此測得的數據可合理匹配太陽(yáng)能電池的輸出功率與蓄電池容量和負載的大小，發(fā)揮最大效益。同時(shí)，對延長(cháng)蓄電池的使用壽命、提高路燈的亮度和預算連續陰雨天的儲備能量都有實(shí)際意義。

該系統對其它電充蓄電池同樣有應用價(jià)值。在此基礎上可進(jìn)一步開(kāi)發(fā)控制單元，利用LabVlEW的PID工具包可對蓄電池的過(guò)充、過(guò)放、短路、反充及定時(shí)開(kāi)關(guān)等均可實(shí)現自動(dòng)化控制。