中必须对太阳能电池组件在给定光强下的各种数据进行采集，要准确而高效地完成太阳能电池数据的采集，必须用到太阳能电池测试系统。太阳能电池数据采集原理太阳能电池的工作原理太阳能电池的制作材料多种多样，有硅硒砷化镓硫化镉等，但目前在全球占据主导地位的主要是硅材料太阳能电池，因此本文中主要以硅材料太阳能电池为代表来讨论太阳能电池的工作原理。晶体硅太阳能电池的结构如图所示图晶体硅太阳能电池结构晶体硅太阳能电池是用硅材料制成大面积结进行工作的，般是以型硅半导体材料作为基质材料，在型硅表面扩散出层很薄的经过重掺杂的型层，然后在型层上面制作金属栅线，作为上面接触电极，在整个背面制作作为背面接触电极的金属膜，太阳能电池的表面般会做绒面处理或覆盖减反射膜以减少光的反射损失。当太阳能电池表面的结受到太阳光的照射时，如果入射光子的能量高于硅材料的禁带宽度，则在区区和结区中会因光子被吸收而产生电子空穴对，在结附近的区中产生的少数载流子会因为存在浓度梯度而扩散。如果少数载流子离结的距离小于它的扩散基于单片机的太阳能电池数据采集系统设计长度，就会有扩散到结界面处的几率。在结区即区与区交界面的两侧存在个被称为耗尽层的空间电荷区。扩散到结界面处的少数载流子空穴会被内建电场拉向区，而扩散到结界面处的少数载流子电子会被内建电场拉向区，结区内产生的电子空穴对会被内建电场分别拉向区和区。在外电路处于开路状态的情况下，这些光生电子和空穴会积累在结附近，结果使区获得附加正电荷，区获得附加负电荷，在结上就会产生光生电动势。这现象称为光生伏打效应，也称光伏效应，太阳能电池就是根据光伏效应工作的。太阳能电池的等效电路太阳能电池的基本结构是个大面积的结，根据电子学理论，理想结的伏安特性可以表示为在式中，定义为结电流，定义为反向饱和电流，为结外加电压是电子电荷，定义为温度的电压当量定义为波尔兹曼常数，是绝对温度。太阳能电池的等效电路可以表述为图所示其中为负载电阻图太阳能电池等效电路在没有光照的情况下，结处于平衡状态，没有电流流过结。当有太阳光照射到太阳能电池表面时，结的平衡状态会被破坏，将产生个从区流向区的光生电流，同时，存在个从区流向区，与光生电流方向相反的暗电流，考虑到太阳能电池的材料制造工艺等因素，硅片的内部阻抗和电极接触会引起串联电阻，结内部的不完整性会引起并联电阻。在定的光强照射下，太阳能电池的光电流不随工作状态而变化，在等效电路中可以看做恒流源，光电流中的部分流经负载，在负载两端建立端电压，端电压反过来又基于单片机的太阳能电池数据采集系统设计正偏于结两端，产生股暗电流，暗电流方向与光电流方向相反。由于器件的瞬时响应特性与太阳能的转换无关，且瞬时响应时间与绝大多数光伏系统的时间常数相比微不足道，因此在实际的分析过程中结电容，可以忽略不计。电压电流方向如图所示，可以得到太阳能电池的方程为对实际使用的太阳能电池而言，它们的参数各不相同，因此在方程中参数应处理为集体参数。式中为负载两端电压，为光生电流，的取值范围为，称为二极管因子，用于考虑电路中二极管的非理想结。太阳能电池的伏安特性曲线根据经典光伏理论，在定的光强和温度下，太阳能电池的伏安特性曲线如图所示图太阳能电池的伏安特性曲线图中是太阳能电池的开路电压，是太阳能电池的短路电流，是太阳能电池的最大输出功率，是最大功率点电压，是最大功率点电流。由图中可知，太阳能电池的伏安特性曲线是非线性的，该曲线受太阳能电池自身的工艺参数，外界光照的强度和太阳能电池自身温度等因素的影响。从太阳能电池的伏安特性曲线中可以看出太阳能电池既不是恒流源，也不是恒压源，不可能为负载提供任意大的功率。太阳能电池是个非线性直流电源，输出电流在定电压范围内相当恒定，最终在到达个电压值之后，电流迅速下降至零。太阳能电池的输出电流在短路状态下不是无穷大，而是个有限值。太阳能电池有个最大输出功率点，工作在最大功率点上时利用效率才最高。太阳能电池的伏安特性曲线受太阳能电池自身的工艺参数外界光照的强度和太阳能电池自身温度等因索的影响，不同的伏安特性曲线可以反映太阳能电池在不同环境条件下工作时的发电能力和最佳效率点。基于单片机的太阳能电池数据采集系统设计太阳能电池的测试方法太阳能电池的伏安特性受光照强度和电池温度的影响，因此规定太阳辐射光谱为，日照强度为。太阳能电池温度为时为地面测试太阳能电池性能的标准测试条件。太阳差在以内，而部分参数如串联电阻工作电压等误差偏大，误差的来源主要是由于本文试验电路的转换器的分辨率较低，对附近的值采样精度较差。结束语本设计根据目前太阳能电池研究和工程应用的实际需要，以半导体物理学和太阳能电池的相关理论为基础，根据电子电路和单片机原理的相关知识，设计的基于单片机的太阳能电池数据采集系统，系统主要分为数据采集和数据处理及结果显示两大部分。在数据采集部分的硬件电路中，选用步进电机和多圈电位器来实现太阳能电池外接负载的自动变化，避免了电子负载的使用。采集到的电压电流光强和温度信号通过作为中介的单片机传输到机中，在机中进行数据的后处理。在硬件电路设计完成后，还用语言编写了与硬件电路相配合的软件程序。在原理介绍完成后，还搭建了相关的试验电路，并利用试验电路对三块串联的太阳能电池进行测试。测试得到的结果表明，被测太阳能电池的特性曲线可以以图形形式直观的显示出来，而电池的九个性能参数也能够以数值形式清楚的展现给测试人员，并且测试得到的特性曲线的变化趋势符合太阳能电池的固有性质。整个界面直观明了，较为完整的表述了被测太阳能电池的相关信息，测试人员能够据测试得到的结果对太阳能电进行些分析评判，系统的整体性能基本满足了太阳能电池的测试要求。基于单片机的太阳能电池数据采集系统设计参考文献任致程等实用电路例与实现北京，机械工业出版社，彭伟编著单片机语言程序设计实训例基于仿真北京电子工业出版社，周国运等单片机原理及其应用语言版中国水利水电出版社薛定宇著控制系统计算机辅导设计语言及应用清华大学出版社，楼顺天基于的系统分析与设计控制系统西安电子科技大学出版社，孙增忻智能控制理论与技术清华大学出版社，朱清慧，张凤蕊，翟天嵩，王志奎教程电子线路设计制版与仿真北京清华大学出版社，崔荣强，王晨太阳能电池检测系统基本原理。阳光能源张皆喜单片机语言编程与应用实例北京电子工业出版社出版朱善军单片机接口技术及应用北京北京航天航空大学出版社出版硅太阳能电池串联电阻的种估算新方法廖志凌，阮新波。电工技术学报潘新民微型计算机控制技术北京人民邮电出版社出版，盖勒著可编程序控制器原理与设计北京清华大学出版社基于单片机的太阳能电池数据采集系统设计附录附录温度采集参考函数如下定义数据端口定义口方向寄存器设置数据口为输入设置数据口为输出采集到的温度高位采集到的温度低位转换后的温度值整数部分转换后的温度值小数部分复位函数主机拉至低电平延时释放总线等电阻拉高总线,并保持延时没有接收到应答信号，继续复位接收到应答信号延时写写字节函数最低位移出基于单片机的太阳能电池数据采集系统设计从高拉至低电平,产生写时间隙如果写,拉高电平延时右移位读字节函数读出温度拉至高电平启动温度转换函数复位等待从机应答忽略匹配发送温度转化命令再次复位，等待从机应答忽略匹配发送读温度命令读出温度低读出温度高位释放总线基于单片机的太阳能电池数据采集系统设计温度整数部分温度小数部分附录二步进电机控制函数,正转,反转正转反转基于单片机的太阳能电池数据采集系统设计转换函数初始化函数温度采集函数转换函数，包括电压电流光强的采集函数附录三监控显示介绍与联合编程的方式有利用利用程序和利用等几种。前两种方式编写的程序在运行时都不能脱离环境，而利用的方式则可以开发出能够脱离环境而运行的程序。因此本设计采用的方式来实现和的联合编程。利用实现和的联合编程有两种方式，种是将用语言编写的文件通过转换成同等功能的源代码或形式的动态链接库另种是按照的语法，利用提供的库函数，在环境中直接编写语句。本文中采用后种方式，直接用库函数在环境中编写程序。在环境下用语法编写数据处理程序需要首先将文件加入到工程当中，并在源程序中包含头文件，同时，需要在源程序中开始插入语句的地方用语句对函数库进行初始化，在编写完程序后用语句退出函数库。基于单片机的太阳能电池数据采集系统设计致谢从拿到个陌生的设计题目到逐渐熟悉题目的设计任务及工作步骤，都给自己留下了很深的印象。在这段时间里，通过不断查资料与和老师同学请教，学到了许多新的知识，这对我们以后的学习和生活都很有帮助。在这次毕业设计中，对自己的方案不断修改，不断完善，但是在这过程中遇到过许多迷惑和困难，多亏指导老师在此期间不断的辅导，同时提供了许多宝贵的意见和经验，让我收获不小。这次毕业设计之所以能够完成，和指导老师的辅导密切相关。在此对张利娜老师的精心指导和耐心的教育表示衷心的感谢,也对在毕业设计中给予我帮助的老师和同学表示诚挚的感谢。本科生毕业设计论文学院专业学生指导教师完成日期年月本科生毕业设计论文基于单片机的太阳能电池数据采集系统设计总计页公式个插图幅本科毕业设计论文基于单片机的太阳能电池数据采集系统设计学院系专业学生姓名学号指导教师职称评阅教师完成日期基于单片机的太阳能电池数据采集系统设计电气工程及其自动化专业摘要本设计根据太阳能电池测试原理和电子电路的相关知识，选用合适的电子元器件设计了能够完成数据采集任务的硬件电路，主要包括温度信号采集单元光强信号采集单元电压及电流信号采集单元模数转换单元和串口通信单元等部分。用单片机语言编写了与硬件电路相配合的软件程序，控制硬件电路完成数据采集任务，数据采集部分与机之间通过串口进行的数据传输。关键词太阳能电池单片机数据采集串口通信可视化集成编程系统开发软件,目录引言设计背景课题研究内容及意义太阳能电池数据采集原理太阳能电池的工作原理太阳能电池的等效电路太阳能电池的伏安特性曲线太阳能电池的测试方法太阳能电池数据采集部分硬件电路设计数据采集部分硬件电路电压电流信号采集单元固态继电器单元温度信号采集单元光强信号采集单