Transcript Czytaj dalej

Praca dyplomowa inżynierska
PROJEKT ORAZ BUDOWA URZĄDZENIA
DO ŚLEDZENIA SŁOŃCA
WYKORZYSTYWANEGO DO ŁADOWANIA
AKUMULATORÓW
Dyplomanci :
Jan Grabe
Jacek Mueller
Promotor dr inż. Krystyna Maria Noga
KAO
CEL PRACY
Celem pracy dyplomowej inżynierskiej było:
 zaprojektowanie i realizacja urządzenia do śledzenia słońca wykorzystywanego do ładowania akumulatorów,
 opracowanie i uruchomienie programu sterującego obrotnicą panelu
fotowoltaicznego,
 zoptymalizowanie procesu ładowania akumulatorów współpracujących z
panelami fotowoltaicznymi.
Wykorzystano:
zestaw laboratoryjny DE_2 firmy Terasic,
środowisko Quartus II firmy Altera oraz język programowania sprzętu
VHDL (edytor tekstowy oraz graficzny),
żarnik halogenowy jako źródło światła, umocowany do wysięgnika
obrotnicy naśladującej ruch słońca w zadanym czasie.
2
PRZYKŁADOWE ROZWIĄZANIA
3
PRZYKŁADOWE ROZWIĄZANIA cd.
4
SCHEMAT BLOKOWY SYSTEMU
KOMPUTER
OBROTNICA
„SŁOŃCA”
CZUJNIKI
INTERFEJS
ALTERA DE2
ADC
REGULATOR
AKUMULATOR
OBROTNICA
Z PANELEM
FOTOWOLTAI
CZNYM
OBCIĄŻENIE
Dodatkowe elementy składowe
 moduł przetwornika z ADC 0808 z adapterem,
 moduł panelu fotowoltaicznego,
 czujnik położenia słońca,
 obrotnica panelu ,
 akumulator z regulatorem prądu ładowania i rozładowania oraz
obciążenie,
 płyta bazowa wraz z elementami mocującymi oraz okablowanie,
 obrotnica symulatora Słońca,
 zasilacz, sterowanie obrotnicy symulatora Słońca,
 Interfejs współpracy zestawu laboratoryjnego DE_2 z obrotnicą
panelu.
6
Wykonane prace






wybór panelu fotowoltaicznego, dopasowanie akumulatora,
regulatora,
dobór obrotnic i elementów sterujących obrotnicami,
scalenie urządzenia ,
napisanie oprogramowania sterującego,
wykonanie symulacji pracy urządzenia,
poprawa oprogramowania (wprowadzenie progu uaktywnienia
sterowania, zmniejszenie czułości, wyświetlanie napięć z
„przecinkiem”),
7
Do konwersji sygnałów zastosowano
przetwornik ADC firmy SLS
Płytka układu ADC 0808
Płytka układu adaptera do ADC 0808
8
OBROTNICE „SŁOŃCA” I PANELU
FOTOWOLTAICZNEGO
9
10
UKŁAD ELEKTRONICZNY
11
Pierwotna konstrukcja urządzenia
SYMULATOR SŁOŃCA
PANEL FOTOWOLTAICZNY
OBROTNICA PANELU
FOTOWOLTAICZNEGO
AKUMULATOR
OBROTNICA SYMULATORA SŁOŃCA
REGULATOR PRĄDU I NAPIĘCIA
AKUMULATORA
STEROWNIK SILNIKÓW
ALTERA DE_2
12
KONSTRUKCJA URZĄDZENIA
Wersja ostateczna urządzenia zapewniająca bezkolizyjny ruch panelu i odsunięta obrotnica
„słońca” z możliwością symulowania pory roku (ręczna nastawa „zima”, „lato”).
Czujniki
wykonane z fotorezystorów z potencjometryczną regulacją równowagi mostka
14
OPRACOWANIE OPROGRAMOWANIA STERUJĄCEGO
Przykładowy kod licznika lpm z biblioteki komponentów środowiska Quartus
component LPM_COUNTER
generic (LPM_WIDTH : natural;
-- Musi być większa niż zero
LPM_MODULUS : natural := 0;
LPM_DIRECTION : string := "UNUSED";--Niewykorzystany
LPM_AVALUE : string := "UNUSED";
--Niewykorzystany
LPM_SVALUE : string := "UNUSED";
--Niewykorzystany
LPM_PORT_UPDOWN : string := "PORT_CONNECTIVITY";
LPM_PVALUE : string := "UNUSED";
--Niewykorzystany
LPM_TYPE: string := L_COUNTER;
LPM_HINT : string := "UNUSED");
--Niewykorzystany
port (DATA : in std_logic_vector(LPM_WIDTH-1 downto 0):= (OTHERS => '0');
CLOCK : in std_logic ;
--wejście binarne zegara
CLK_EN : in std_logic := '1';
--włączenie zegara
CNT_EN : in std_logic := '1';
--umorzliwienie zliczania
UPDOWN : in std_logic := '1';
--wybór zliczania góra/dół
SLOAD : in std_logic := '0';
--załad. synch. wartości do licznika
SSET : in std_logic := '0';
--ustawienie synch. stanu licznika
SCLR : in std_logic := '0';
--wyzerowanie synch. licznika
ALOAD : in std_logic := '0';
--asynch. załąd. wartości do licznika
ASET : in std_logic := '0';
--asynch. ustawienie wartości licznika
ACLR : in std_logic := '0';
--asynch. zerowanie licznika
CIN : in std_logic := '1';
--wejście logiczne C
COUT : out std_logic := '0';
--wyjście logiczne C
Q : out std_logic_vector(LPM_WIDTH-1 downto 0); --wektor wyjściowy(szerokość-1 do zera)
EQ : out std_logic_vector(15 downto 0));
end component;
15
SCHEMAT BLOKOWY STEROWANIA
PODSUMOWANIE

Opracowanie projektu oparto na zestawie laboratoryjnym DE_2 firmy ALTERA oraz
na ogólnodostępnych na rynku podzespołach zapewniających wymaganą trwałość i
estetyczny wygląd urządzenia do śledzenia słońca.
 Do realizacji programu sterującego wykorzystano środowisko Quartus i język VHDL.
 Program sterujący został zaimplementowany w układzie FPGA firmy Altera.
 Opracowany i wykonany model zostanie wykorzystany jako stanowisko dydaktyczne do
ćwiczeń w laboratorium Techniki Cyfrowej.
 Dobór elementów był podyktowany wielkością urządzenia (panel fotowoltaiczny) i
wartościami parametrów (dopasowanie użytych elementów do panelu).
 Podstawą opracowania był monokrystaliczny panel fotowoltaiczny o mocy 20W używany
do małych zestawów autonomicznych, np. (jachty, domki letniskowe, sygnalizacja
świetlna).
17
PODSUMOWANIE cd.

Możliwe jest optymalizowanie punktu pracy panelu
fotowoltaicznego ukierunkowane na maksymalną moc pozyskiwaną
z panelu. Ze względu na szeroki zakres wykonanych prac nie
podjęto tej próby.

Po zastosowaniu pomiaru prądu panelu fotowoltaicznego i
zastosowaniu modułu regulacji tego prądu można wymuszać punkt
pracy panelu fotowoltaicznego ukierunkowany na maksymalną moc
pozyskiwaną z panelu.

Przetwornik ADC posiada niewykorzystane dwa wejścia
analogowe, które można wykorzystać do pomiaru prądów.
18
WNIOSKI KOŃCOWE
 W trakcie realizacji projektu wykonano pięć wersji opracowywanego
układu sterowania
 W wyniku przeprowadzonych prób i eksperymentów opracowywanego
układu sterowania powstała optymalna wersja programu sterowania
solar_5
 Przeprowadzone próby wykazały poprawność działania układu
sterowania
 zgodnie z założeniami projektowymi
 Symulator Słońca generuje niewiele energii w panelu, ale umożliwia
przeprowadzenie poprawnej symulacji
 Celowa jest budowa układów nadążnych (pokazano w rozdziale
prezentującym inne rozwiązania)
19
DZIĘKUJEMY ZA UWAGĘ
20