基于PIC24FJ64的智能光伏匯流采集裝置設(shè)計(jì)及應(yīng)用

本文介紹一種基于PIC24FJ64的智能光伏AGF系列匯流采集裝置，本裝置使用霍爾傳感器隔離測量來自光伏電池陣列的電流，同時(shí)可以測量其輸出電壓，監(jiān)測匯流箱內(nèi)部的防雷器和直流斷路器的工作狀態(tài)、配有溫度、風(fēng)速，輻照等傳感器輸入接口，帶有接點(diǎn)輸出，用于驅(qū)動(dòng)外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)。本裝置通過RS485總線與上位機(jī)通訊，用于接收計(jì)算機(jī)指令，上傳檢測到的光伏電池陣列、匯流箱組件和外部環(huán)境狀態(tài)。本裝置最多可監(jiān)測16路光伏電池組輸出電流，并可以根據(jù)輸入電壓計(jì)算分相和合相功率。本裝置帶有LED數(shù)碼顯示器和設(shè)定撥碼，用于查看數(shù)據(jù)和設(shè)定本裝置的通訊地址、數(shù)據(jù)格式、波特率等參數(shù)。 

1 電路設(shè)計(jì)原理

 PIC24FJ64是MicroChip公司的一種改進(jìn)的哈佛架構(gòu)的高速16位低功耗單片機(jī)，在32M時(shí)鐘頻率時(shí)系統(tǒng)性能可達(dá)16MIPS，17 位 x 17 位單周期硬件乘法器，最大可內(nèi)帶64k的FlashROM，8k系統(tǒng)SRAM，2 個(gè) 模塊，2 個(gè)UART 模塊、允許對許多外部I/O口功能進(jìn)行重新定義，增加了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性。電路框圖見圖1

外部開關(guān)量輸入電路帶有就地顯示LED燈D28，電路主要有U25、R65、Q3、R68形成一個(gè)恒流電路，開關(guān)量輸入節(jié)點(diǎn)和檢測光耦的一次側(cè)串入到此恒流回路中，此開關(guān)量檢測電路的優(yōu)點(diǎn)是可以接受接觸電阻達(dá)kΩ級(jí)的外部接點(diǎn)輸入或漏極開路方式的光耦輸入，以避免現(xiàn)場的環(huán)境因素導(dǎo)致的輸入接點(diǎn)氧化而造成采樣不到開關(guān)量輸入的情況（圖6）。

撥碼開關(guān)輸入電路用于設(shè)定本裝置的通訊地址、通訊波特率、數(shù)據(jù)格式等參數(shù)，使用一個(gè)八選一模擬開關(guān)U20，對外部撥碼J12每一位進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描檢測，撥碼開關(guān)輸入和開關(guān)量輸入的控制總線為共用結(jié)構(gòu)，此方式的優(yōu)勢是節(jié)約CPU的IO口線，缺點(diǎn)是程序處理稍復(fù)雜，需要使用動(dòng)態(tài)掃描方式一路一路檢測（圖7）。

1.5    外部模擬量輸入電路    

 外部模擬量輸入類型有DC 0～20mA、DC 0～10V、PT100、0～100mV、DC 0～1000V,這些外部信號(hào)都先經(jīng)過外部分壓或分流處理調(diào)理成同一范圍的電壓信號(hào)，然后輸入到一個(gè)八選一的模擬開關(guān)U44，U44的輸出經(jīng)過運(yùn)放U45放大到A/D轉(zhuǎn)換器U46可接受的電壓范圍，運(yùn)放U45使用5V單電源軌到軌運(yùn)放，A/D轉(zhuǎn)換器使用ADS1110。電路工作時(shí)由程序控制將外部模擬信號(hào)逐路切換到輸出進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，再由CPU讀取數(shù)據(jù)（圖8）。

 通訊方式采用RS485方式，使用高速光耦實(shí)現(xiàn)電氣隔離，由于 485接口芯片U20是半雙工結(jié)構(gòu)，本電路的特點(diǎn)是由發(fā)送數(shù)據(jù)控制485芯片的發(fā)送和接收，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)數(shù)據(jù)流控制，省略了一個(gè)流控制光耦，簡化了軟硬件設(shè)計(jì)。降低了成本。(圖9)