Дипломная работа. Семыкин Н.С._ЭЛм-1702а. Система управления резервными источниками питания
 Скачать 2.1 Mb.
|
|
3.2 Разработка и создание конструкции и программы устройства Для установки опорного напряжения на аналоговых входах Arduino на уровне 1.1В используем функцию «analogReference» и передадим на нее параметр «INTERNAL». Микроконтроллер на ATmega328 позволяет использовать требуемое нам значение опорного напряжения. Для более точного и правильного определения уровня напряжения аккумулятора при помощи микроконтроллера Arduino возьмем его опорное напряжение для сравнения с напряжение от элемента питания – аккумулятора. Однако величина опорного напряжения составляет 1.1 вольт, а максимальное напряжение Ni – Mh – аккумулятора — 1.25 вольта, минимальное напряжение, до которого не рекомендуется доводить данный тип аккумулятора, иначе это плохо скажется на дальнейшей его 71 работоспособности – 0.9 вольт. Чтобы замерить напряжение аккумулятора необходимо использовать простой делитель напряжения, который легко собрать с помощью двух резисторов. В нашем случае воспользуемся резисторами с сопротивлением в 10 кОм. Рисунок 33 – Делитель напряжения Рисунок 34 – Сравнение правильности вывода напряжения при помощи мультиметра После написания программы для макета нашего устройства было 72 проведено сравнение показаний с мультиметра и микроконтроллера для удостоверения в правильности работы кода. Суть его состоит в том, что микроконтроллер определяет сравнивает напряжение, поступающее с аккумулятора, и если оно достигает верхней отметки в 1.25В, отключает с помощью реле источники альтернативной энергии для предотвращения перезаряда. Когда напряжение на аккумуляторной батарее достигает минимума в 0.95В, с помощью реле происходит отключение ее от нагрузки для предотвращения состояния глубокой разрядки. Рисунок 35 – Принципиальная схема устройства На рисунке 35 изображены следующие элементы: микроконтроллер Arduino Uno (A1), солнечная панель 2В (X1), модуль реле (K1), ветрогенератор (M1), аккумулятор (B1), жидкокристаллический дисплей (HG1), все резисторы номиналом 10 кОм (R1-R6). 73 Рисунок 36 – Макет системы управления резервными источниками питания Код программы представленного макета устройства: // Определяем пин, используемый для подключения реле #define PIN_RELAY1 4 #define PIN_RELAY2 7 #include #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); // пин для считывания напряжения int pin_read = A0; // максимальный заряд аккумулятора float max_v = 1.24; 74 // минимальный заряд аккумулятора float min_v = 0.95; void setup() { lcd.init(); lcd.backlight(); // установка опорного напряжения для аналоговых входов analogReference(INTERNAL); // вывод данных в монитор порта Serial.begin(9600); pinMode(A0, INPUT); } void loop() { float Vbat = (analogRead(pin_read) * 1.1) / 1023; float del = 0.5; // R2/(R1+R2) 10кОм / (10 кОм + 10 кОм) float Vin = Vbat / del; // уровень заряда в процентах int proc = ((Vin - min_v) / (max_v - min_v)) * 100; // вывод данных в монитор порта if (Vin > max_v) { // убираем с помощью реле питание с батареи digitalWrite(PIN_RELAY1, LOW); digitalWrite(PIN_RELAY2, HIGH); } else if (Vin == min_v) { // убираем с помощью реле нагрузку с батареи 75 digitalWrite(PIN_RELAY1, HIGH); digitalWrite(PIN_RELAY2, LOW); } else { digitalWrite(PIN_RELAY1, HIGH); digitalWrite(PIN_RELAY2, HIGH); } lcd.clear(); Serial.print(Vin); Serial.println(proc); // Устанавливаем курсор на вторую строку и нулевой символ. lcd.setCursor(0, 0); // Выводим на экран количество секунд с момента запуска ардуины lcd.print(proc); delay(500); } 76 Заключение В ходе выполнения данной магистерской диссертации были проведены анализ самых основных и распространенных видов источников альтернативной энергии, разработка и создание программы, необходимой для работы макета устройства. Также была проведена отладка программы для микроконтроллера, чтобы реализовать систему управления резервным питанием на основе источников альтернативной энергии, таких как солнечная панель и ветрогенератор, практическое функционирование данного макета устройства с использованием микроконтроллера и нескольких управляющих элементов. Также были произведены расчеты потенциальной эффективности работы системы на основе реальных устройств, в ходе которых было выяснено, что целесообразность использования источников альтернативной энергии в системах резервного питания зависит только от самих потребителей электроэнергии, и от того, насколько они требовательны к качеству подаваемого напряжения и стоимости самих подключенных устройств. Представленный макет устройства позволяет смоделировать предполагаемую работу системы управления и контроля над источниками питания на основе солнечной батареи и ветрогенератора с использованием аккумулятора. С помощью макета представленного устройства возможно управление над вырабатываемой от альтернативных источников энергией, поступающей напрямую в аккумулятор, а также слежение за уровнем его заряда, не допуская его чрезмерный заряд или разряд при помощи отключения батареи от источников питания, либо от нагрузки потребителя. Для этого используется специальный многоканальный модуль реле, к контактам которого и подключены источники альтернативной энергии с аккумулятором. При достижении полного заряда происходит отключение 77 аккумулятора от источников его питания, когда достигается разряд – от нагрузки. Поступление отладочной информации происходит посредством подключения микроконтроллера через USB-интерфейс к персональному компьютеру, основная информация выводится через жидкокристаллический дисплей для наглядности. 78 Список используемой литературы 1. Альтернативные источники энергии [Электронный ресурс]. URL: https://alter220.ru/news/alternativnye-istochniki-energii.html (дата обращения 10.06.2019). 2. Что такое солнечная энергия, и где она используется [Электронный ресурс]. URL: https://aeteh.ru/energy/article/chto-takoe-solnechnaya-energiya (дата обращения 10.06.2019). 3. Виды солнечных батарей [Электронный ресурс]. URL: https://www.solnpanels.com/vidy-solnechnyh-batarej/ (дата обращения 10.06.2019). 4. Сравнительный обзор солнечных панелей для вашего дома [Электронный ресурс]. URL: https://www.solnpanels.com/sravnitelnyj- obzor-solnechnyh-panelej-dlya-vashego-doma/ (дата обращения 10.06.2019). 5. Как выбрать солнечные батареи для дома [Электронный ресурс]. URL: https://ecoliga.ua/kak-vybrat-solnechnye-batarei-dlya-doma/ (дата обращения 10.06.2019). 6. Полимерные солнечные батареи и их преимущества [Электронный ресурс]. URL: http://solarb.ru/polimernye-solnechnye-batarei-i-ikh- preimushchestva (дата обращения 10.06.2019). 7. Концентраторы солнечных лучей [Электронный ресурс]. URL: http://savenergy.info/page/koncentratory-solnechnyh-luchej/ (дата обращения 10.06.2019). 8. Мощные ветрогенераторы: сравнительная характеристика [Электронный ресурс]. URL: https://mirenergii.ru/energiyavetra/moshhnye-vetrogeneratory-sravnitelnaya- xarakteristika.html (дата обращения 10.06.2019). 79 9. Плюсы и минусы вертикальных ветрогенераторов, их виды и особенности [Электронный ресурс]. URL: http://electricadom.com/plyusy-i-minusy-vertikalnykh-vetrogeneratorov- ikh-vidy-i-osobennosti.html (дата обращения 10.06.2019). 10. Основные виды ветрогенераторов: вертикальные, горизонтальные [Электронный ресурс]. URL: https://tcip.ru/blog/wind/osnovnye-vidy- vetrogeneratorov-vertikalnye-gorizontalnye.html (дата обращения 10.06.2019). 11. Ротор Дарье [Электронный ресурс]. URL: https://ru.alternative- energy.com.ua/vocabulary/ротор-дарье/ (дата обращения 10.06.2019). 12. Вертикальный ветрогенератор своими руками: как собрать ветряк с вертикальной осью вращения [Электронный ресурс]. URL: https://sovet- ingenera.com/eco-energy/generators/vertikalnyj-vetrogenerator-svoimi- rukami.html (дата обращения 10.06.2019). 13. Ветрогенератор парусный [Электронный ресурс]. URL: https://avtonomny-dom.ru/vetrogeneratoryi/vetrogenerator-parusnyiy.html (дата обращения 10.06.2019). 14. Резервное питание частного дома от аккумулятора [Электронный ресурс]. URL: https://avtonomny-dom.ru/?p=32 (дата обращения 10.06.2019). 15. Резервное питание для загородного дома (дачи) [Электронный ресурс]. URL: https://home-matic.ru/2017/04/rezervnoe-pitaniya-dlya-dachi/ (дата обращения 10.06.2019). 16. Smart Home Energy Management System Including Renewable Energy Based on ZigBee and PLC, 2016, Lalit Modi, Kuldeep Singh Dhakar, Lakshman Ram, Sangeeta DebBarman [Электронный ресурс]. URL: https://www.researchgate.net/publication/263894836_Smart_Home_Energy _Management_System_Including_Renewable_Energy_Based_on_ZigBee_a nd_PLC (дата обращения 10.06.2019). 80 17. A smart home system based on sensor technology, 2016, Boban Davidović, Aleksandra Labus [Электронный ресурс]. URL: http://www.doiserbia.nb.rs/img/doi/0353-3670/2016/0353- 36701603451D.pdf (дата обращения 10.06.2019). 18. Application of DC-AC Hybrid Grid and Solar Photovoltaic Generation with Battery Storage Using Smart Grid, 2017, Shoaib Rauf, Nasrullah Khan [Электронный ресурс]. URL: https://www.hindawi.com/journals/ijp/2017/6736928/ (дата обращения 10.06.2019). 19. Providing energy management of a fuel cellebatteryewind turbineesolar panel hybrid off grid smart home system, 2017, Fatma Keskin Arabul, Ahmet Yigit Arabul, Celal Fadil Kumru, Ali Rifat Boynuegri [Электронный ресурс]. URL: https://www.researchgate.net/publication/284028650_PROVIDING_ENER GY_MANAGEMENT_OF_A_FUEL_CELL- BATTERY_HYBRID_ELECTRIC_VEHICLE (дата обращения 10.06.2019). 20. Митрофанов С.В. Переносная солнечная электростанция с автономной системой слежения за солнцем // С.В. Митрофанов, А.Ю. Немальцев. Труды VII всероссийской научно-технической конференции «Энергетика: состояние, проблемы, перспективы» Оренбург, 21-23 октября 2014. с. 40-44. 21. Значение солнечной инсоляции в г. Самара (Самарская область) [Электронный ресурс]. URL: https://www.betaenergy.ru/insolation/samara/ (дата обращения 10.06.2019). 22. Ветра в Самарской области [Электронный ресурс]. URL: http://energywind.ru/recomendacii/karta-rossii/povolzhe/samarskaya-oblast (дата обращения 10.06.2019). 81 23. Значение направления и скорости ветра в г. Самара (Самарская область) [Электронный ресурс]. URL: https://www.betaenergy.ru/windspeed/samara/ (дата обращения 10.06.2019). 24. Ветрогенераторы в России: как выбрать, смонтировать и избежать разочарования [Электронный ресурс]. URL: http://electrik.info/main/energy/878-vetrogeneratory-v-rossii-kak- vybrat.html (дата обращения 10.06.2019). 25. Эффективность КПД ветpогенеpатоpа: способы увеличения, конструкция и рабочие характеристики ветряка [Электронный ресурс]. URL: https://energo.house/veter/kpd-vetrogeneratora.html (дата обращения 10.06.2019). 26. Ветрогенератор Exmork 1.5 кВт, 24 в [Электронный ресурс]. URL: https://invertory.ru/product/vetrogenerator-exmork-15-kvt-24-volta/ (дата обращения 10.06.2019). 27. Информация о солнце в Самаре, Россия [Электронный ресурс]. URL: http://ru.365.wiki/world/russia/samara/sun/ (дата обращения 10.06.2019). 28. Погода в Самаре [Электронный ресурс]. URL: http://weatherarchive.ru/Pogoda/Samara (дата обращения 10.06.2019). 29. Graphene-Enhanced Thermal Interface Materials for Thermal Management of Photovoltaic Solar Cells, 2016, M. Saadah, D. Gamalath, E. Hernandez and A.A. Balandin [Электронный ресурс]. URL: https://scirate.com/arxiv/1610.01726 (дата обращения 10.06.2019). 30. Arduino – Home [Электронный ресурс]. URL: https://www.arduino.cc/index.php (дата обращения 10.06.2019). |