风光互补物联网农业大棚安装与调试

风光互补物联网农业大棚安装与调试

李彤

天津渤海职业技术学院 300402

（一）搭建风光互补供电系统设计

系统以CC2530单片机核心，主要由风力发电机、光伏组件、风力控制器、光伏控制器、蓄电池、逆变器和负载组成。风力发电机将风能转换为电能，经由风力控制器进行整流和直流变换，得到标准直流电压给蓄电池充电，最后经过逆变器给负载供电。光伏组件将太阳能转换为电能，经由光伏控制器进行直流变换，同样也得到标准直流电压给蓄电池充电，最后经过逆变器给负载供电。

但是，是风能和太阳能都具有不确定性的显著特点，如果需要给用电设备稳定的供电，风力发电和光伏发电之间如何进行互补，怎样和蓄电池配合进行充放电是关键问题。本课题基于CC2530单片机进行风光互补供电系统设计，保证温室大棚供电系统正常。供电系统设计如图1所示：

图1 供电系统设计

（二）供电系统硬件设计

1.风能发电模块

风力发电机发出电能后经过风能控制器进入电池组，给电池组供电。风能充电控制器主要由整流电路、DC/DC 模块组成，整流电路根据可控性可以分为可控整流器、不可控整流器。本设计中采用的是不可控的整流器。而DC/DC模块根据始末电压的高低分为降压BUCK电路，升压BOOST电路，还有升降压电路。结合本设计的电压特点，采用的升压BOOST电路。

风力发电机的作用是风能、机械能、电能的能量转化，它的效率高低直接影响着整个系统的效率高低。 风力发电机发出的电能通过三相不可控的整流电路，将其变为直流，然后再将直流电通过升压BOOST电路实现对电压的升高，并对电池组进行充电。

2.光伏发电模块

根据风光互补整体结构图，光伏充电模块是光伏发光板与蓄电池的中转链接点，它的基本功能是将光伏板输出的电能快速充给蓄电池模块。光伏充电模块目前常用的拓扑结构主要是降压BUCK和升压BOOST两种，控制方法常用扰动观察法、增量电导法等实现对太阳能板的功率跟踪。在本设计中，硬件部分采用去电感的光伏充电方式，而软件的控制方法采用开环MPPT法。

3.蓄电池管理模块

蓄电池管理模块从功能上主要包括停充控制、充电程度计量、智能放电管理三部分。

停充控制:对电池组停充控制主要通过CC2530单片机控制。充电控制器对电池组进行电压检测，当检测到的电压低于浮充电压，BATproject为高电平，与门产生开关信号，系统对电池组充电。

（三）物联网农业大棚系统设计

本系统分为4个子系统 ：检测系统、控制系统、数据处理系统、终端系统。

（1）检测系统：检测系统通过CC2530搭载多种传感器模块，对大棚内部环境进行检测，再利用ZigBee无线技术将传感器数据传输到网关。传感器模块包括空气温湿度检测模块、土壤湿度检测模块、光强检测模块、雨滴检测模块。 CC2530是TI公司专门用于ZigBee组网的硬件模块，系统内可编程闪存、8KB RAM和许多其他强大的功能，可以外接处理多种传感器模块。

（2）控制系统：控制系统通过CC2530搭载继电器模块，根据网关的指令，对大棚的环境进行控制。传感器模块包括卷帘电机控制模块、降温升温控制模块、加湿器模块、水泵控制模块。

（3）数据处理系统：数据处理系统就是网关，搭载ZigBee协调器和ESP8266 WiFi模块收发数据。经过数据理，以串口通信方式将数据发送至系统网关，网关实现协议转换，数据经由WiFi模块发送到物联网平台，用户通过PC或移动终端，随时随地查看温棚环境参数、设备状态和历史数据，并对受控设备进行。

（4）终端系统：是一个远程控制智能化操作系统，采用APP将采集数据展现出来，并且可以远程控制农业大棚控制系统。系统框架图如图2所示：

图2物联网农业大棚框架图

（四）网关模块

网

电源模块

CC2530

`

` ·

WIFI

ZigBee

WIFI

图3网关模块硬件设计

（五）检测模块

检测模块包括CC2530单片机、WIFI模块、传感器。检测模块由独立供电模块供电，检测模块设计如图4所示：

电源模块

RF天线

CC2530

传感器

图4检测模块

参考文献

[1]朱均超,张强,赵岩.基于物联网的农业大棚环境监测系统设计[J].中国农机化学报,2018
[2]王茂励,王浩.基于物联网技术的数字农田信息监测系统研究[J].中国农机化学报,2019
[3]张萍,胡应坤. 基于OneNET物联网云平台构建视频应用[J].物联网技术,2022