光伏板自動除塵設(shè)計

摘要太陽能是一種綠色能源。光伏組件是進行太陽光能轉(zhuǎn)化為電能的核心部件。源自空氣的微米級灰塵顆粒物會吸附在光伏組件通光玻璃表面形成阻光灰塵覆蓋層，影響光能轉(zhuǎn)化。測試表明:4g/m2的灰塵堆積使得光伏組件電能輸出效率銳降60%。更有甚者，鳥類糞便、樹葉、動物攀爬痕跡等大塊不透光的污染物覆蓋會產(chǎn)生熱斑效應(yīng)，導致光伏組件局域高溫直至燒毀報廢。因此，設(shè)計光伏板的自動除塵系統(tǒng)是必要和必須的。本文設(shè)計了一種以STM32為主控芯片，搭配溫濕度傳感器模塊、蜂鳴器模塊、STM32芯片模塊、OLED顯示屏模塊、噴水繼電器模塊、步進電機模塊、人體感應(yīng)模塊、藍牙通信模塊構(gòu)成光伏板自動除塵系統(tǒng)。設(shè)計樣機測試結(jié)果表明:該裝置設(shè)計合理，動作準確，技術(shù)上可行、可靠，具有應(yīng)用推廣價值。關(guān)鍵詞：光伏板;自動除塵;STM32單片機ABSTRACTSolarenergyisagreenenergysource.Photovoltaicmodulesarethecorecomponentofconvertingsolarenergyintoelectricity.Micron-leveldustparticlesderivedfromtheairwilladsorbontheopticalglasssurfaceofthephotovoltaicmoduletoformalightresistancedustcoverlayer,affectingthelightenergyconversion.Thetestshowedthatthedustaccumulationof4g/m2reducedthepoweroutputefficiencyofphotovoltaicmodulesby60%.What'smore,largeopaquepollutantssuchasbirdfeces,leavesandanimalclimbingtraceswillproducehotspoteffect,leadingtolocalhightemperatureofphotovoltaicmodulesuntiltheyareburnedandscrapped.Therefore,itisnecessaryandnecessarytodesignanautomaticdustremovalsystemforphotovoltaicpanels.Inthispaper,aSTM32maincontrolchipisdesigned,withtemperatureandhumiditysensormodule,buzzermodule,STN32chipmodule,OLEDdisplaymodule,waterjetrelaymodule,steppingmotormodule,humanbodymoduleinductionmodule,Bluetoothcommunicationmodule.Thetestresultsofthedesignprototypeshowthatthedeviceisreasonabledesign,accurateaction,technicallyfeasibleandreliable,andhasapplicationvalue.Keywords:Photovoltaicpanel;Automaticdustremoval;STM32目錄第1章緒論 第1章緒論1.1研究目的及意義隨著近幾年國內(nèi)外技術(shù)的進步，太陽能發(fā)電單位能量的成本已經(jīng)顯著下降到可以和常規(guī)的水電火電相比擬的水平。因此太陽能利用的經(jīng)濟價值在于規(guī)?；⑷牍么箅娋W(wǎng)，并網(wǎng)技術(shù)與相關(guān)政策是一個熱點。經(jīng)濟效應(yīng)的角度看，隨著近幾年國內(nèi)外技術(shù)的進步，太陽能發(fā)電單位能量的成本已經(jīng)顯著下降到可以和常規(guī)的水電火電相比擬的水平。因此太陽能利用的經(jīng)濟價值在于規(guī)模化并入公用大電網(wǎng)，并網(wǎng)技術(shù)與相關(guān)政策是一個熱點。根據(jù)我國能源和電力發(fā)展的要求，大規(guī)模太陽能發(fā)電將在21世紀上半葉發(fā)展到容量億千瓦的規(guī)模，太陽能在其他領(lǐng)域也會有突破性進展。在已有的技術(shù)基礎(chǔ)上，太陽能在今后要有長足發(fā)展，就必須認真考慮兩方面的問題:一是積極組織科研人員攻克難關(guān)，走因地制宜發(fā)展太陽能產(chǎn)業(yè)的道路，大力降低太陽能產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，使曲高和寡的太陽能發(fā)電、高價的太陽能產(chǎn)品，能夠被老百姓認可，讓他們買得起、用得起;二是加大政策傾斜力度，對于使用高價的太陽能產(chǎn)品和太陽能電力的企業(yè)和城鄉(xiāng)居民，國家應(yīng)給予適當補助，并在稅收﹑投資、基金項目等方面予以支持[1]。相信我國在太陽能開發(fā)和利用上會和其他清潔能源一樣，有廣闊的發(fā)展前景和美好的未來。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2018年，郭梟、澈力格爾、韓雪、田瑞在《考慮光伏組件發(fā)電性能的自動除塵系統(tǒng)運行時間優(yōu)化》文中，光伏組件自動除塵裝置的設(shè)計的意義在于，實現(xiàn)產(chǎn)品的自動化，從真正的意義上解決自動除塵的目的，即在一個最佳的時機，最佳的狀態(tài)對光伏組件進行除塵，并且在除塵的過程中無需人工的干預[2]。2019年，李江華在《光伏組件自動除塵裝置優(yōu)化研究》文中介紹了，研究取得了一些進展，但大部分仍處于實驗室研究階段，要么以損失通光量為代價，要么化學穩(wěn)定性不夠，環(huán)境耐受性差，無法在露天環(huán)境下長久保持優(yōu)良性質(zhì)[3]。也有研究者和企業(yè)在光伏組件上外置機械結(jié)構(gòu)來“清掃”灰塵。2020年，巫江在《光伏組件自動除塵裝置設(shè)計》文中就提到，光伏組件的除塵技術(shù)主要分為三大類，第一類為人工利用工具對光伏組件的表面進行定期的清洗，現(xiàn)在大部分地區(qū)的光伏電站都采用此方法，但是在執(zhí)行此方法的同時帶來了很大的一筆人工費用[4]。2020年\t"/zn/Detail/index/GARJ2020/_blank"HiroyukiKawamoto在《Improveddetachableelectrodynamiccleaningsystemfordustremovalfromsoiledphotovoltaicpanels》文中抽象改進了一種利用電動力的可拆卸式清潔裝置，用于清潔由于光伏(PV)板表面吸濕而難以粘附的灰塵顆粒[19]。該裝置包括連接在塑料框架中的平行屏電極。當對平行屏電極(其下半部分設(shè)置在污損的PV板上)施加高交流電壓時，產(chǎn)生的電動力作用于下電極下方的顆粒。由于電動力的作用，粒子在電極之間產(chǎn)生了一個觸發(fā)器運動，還有一些粒子穿過上屏電極的開口，由于引力而沿著傾斜的面板向下墜落。因此，沉積在面板上的灰塵被清潔。以前，已經(jīng)證明，通過施加低頻高壓，可以有效地從傾斜面板的表面去除灰塵。然而，對于強固定在面板上的顆粒，其性能較低。本文提出了三種提高粉塵顆粒清理效果的對策：調(diào)整操作方案、改進電極配置和利用氣流。這種改進的技術(shù)有望實現(xiàn)在沙漠中建造的大型光伏發(fā)電站的高效運行；亮點改進了一種利用電動力的可拆卸清潔裝置，用于清潔光伏電池板表面的灰塵。由于強固定在電池板上的膠結(jié)顆粒性能較低，提出了3種應(yīng)對措施。操作方案的調(diào)整、電極配置的改進和氣流的利用。這項技術(shù)有望實現(xiàn)在沙漠中建造的高效光伏發(fā)電站[19]。2022年AsohDerekAjesam和AwangumNoelNkwa在《Low-CostAutomatedPVPanelDustCleaningSystemforRuralCommunities》文中介紹了光伏板上的灰塵積聚會降低光伏板的性能；導致功率輸出降低,從而導致每生成千瓦的成本高[20]。自20世紀40年代以來,針對光伏電池板上灰塵積累的嚴重程度的研究一直在進行,但所提出的解決方案往往會增加光伏系統(tǒng)的成本,無論是從規(guī)模過大還是從清潔系統(tǒng)。因此,這項工作的目標是設(shè)計和實現(xiàn)一個低成本、負擔得起的自動化光伏電池板除塵系統(tǒng),用于撒哈拉以南非洲(SSA)的農(nóng)村社區(qū)；財政資源有限,在滿足生計活動方面捉襟見肘。提供了一個原型系統(tǒng)的完整設(shè)計和實現(xiàn)細節(jié),以便在可持續(xù)能源需求的光伏系統(tǒng)上易于復制和資本化。該系統(tǒng)基于對光相關(guān)電阻的創(chuàng)新使用來檢測灰塵[21]。系統(tǒng)在運行模式下的測試和觀察顯示出令人滿意的性能；由于清除了研究中使用的光伏面板上的灰塵,測量參數(shù)量化了33.76%的功率輸出。1.3章節(jié)安排及內(nèi)容第1章將深入探討研究的目標、重要性、國內(nèi)外研究的最新發(fā)展情況，并對章節(jié)進行詳細闡述。第2章將深入探討系統(tǒng)的總體設(shè)計，包括設(shè)計方案、功能要求和單片機的選擇，以滿足用戶的需求。第3章將深入探討系統(tǒng)的硬件設(shè)計，包括各個組成部分的細節(jié)，并給出相關(guān)的原理圖。第4章將深入探討系統(tǒng)的整體架構(gòu)，并詳細闡述每個模塊的軟件設(shè)計方法。第5章將深入探討系統(tǒng)完成后的實際功能，并進行詳細的測試。

第2章系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)2.1設(shè)計方案本文設(shè)計了一種以STM32為主控芯片的光伏板自動除塵系統(tǒng)。該設(shè)計搭配溫濕度傳感器模塊、蜂鳴器模塊、STM32芯片模塊、OLED顯示屏模塊、噴水繼電器模塊、步進電機模塊、人體感應(yīng)模塊、藍牙通信模塊構(gòu)成光伏板自動除塵系統(tǒng)。樣機測試結(jié)果表明:該裝置設(shè)計合理，動作準確，技術(shù)上可行、可靠，具有應(yīng)用推廣價值。圖2.1結(jié)構(gòu)框圖2.2單片機型號選擇方案一：51單片機是最常用的8位數(shù)字單片機，它的構(gòu)造簡潔易懂，可以集中管理總線專用寄存器，并且具備多種邏輯位操作能力和豐富多彩的面向控制指令體系，這使得初研究者們能夠輕松上手掌握，最先由Intel出品，是一款非常受歡迎的數(shù)字單片機?！敖?jīng)典?”是當今最先進的單片機之一，并且將會對未來產(chǎn)品提供重要支持。51單片機從內(nèi)部的硬件到軟件有一套完整的按位操作系統(tǒng)，稱作位處理器，處理對象不是字或字節(jié)而是位。這款寄存器具有強大的功用，它能夠完成片內(nèi)的各種操作，如輸入、置位、清零、檢查等，而且能夠完成復雜的位邏輯計算，應(yīng)用來說十分方便，效果十分出色。盡管I/O腳的應(yīng)用簡單，但是在處理較大電平時，它的輸出能力不足，這是51系列單片機的一大缺陷。此外，它的速度也很慢，尤其是雙數(shù)據(jù)指針。51的保護能力極其有限，極有可能導致芯片損毀。方案二：ST公司的STM32系列單片機是專為需求效率高、廉價、低耗電量的嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域而設(shè)計的，它擁有ARMCortex-M內(nèi)核，同時具有一流的外設(shè)：1μs的雙12位ADC，4兆位/秒的UART，每秒可達1μ的微米級別。STM32系統(tǒng)微控制器，擁有18兆位/秒的功率和出色的集成化度，當中包含最新的互連型系統(tǒng)，并且推出了多款相關(guān)應(yīng)用軟件和設(shè)計技術(shù)，當中包含意法半導體免費供應(yīng)的應(yīng)用軟件庫，加上第三方技術(shù)供應(yīng)商的大力支持，使得它們在效率和集成化度方面表現(xiàn)出色。意法半導體還在大力研發(fā)一款全新的評估板，它提出了STM32F105和STM32F107互連型系統(tǒng)的樣片，當中?stm?32的運算速度比51單片機快數(shù)十倍，而且外設(shè)接口功能更是超越了51。所以本設(shè)計選擇使用STM32單片機。圖2.2STM32Fl03C8T6引腳圖2.3通訊模塊選型方案一：ZigBee作為一項先進的遠程監(jiān)視、控制系統(tǒng)及傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有極強的穩(wěn)定性、節(jié)能、安全、可靠等優(yōu)勢，因此，它成為了一個理想的、具有成本優(yōu)勢的、具有普遍適用性的、能夠提供快捷、穩(wěn)定的、節(jié)能的、具有普遍適用性的WiFi解決方案?！癦igBee模塊”》的研發(fā)重點放在ZigBee芯片的應(yīng)用，它的功能可以支持2.4GHZ的頻段，而歐洲的868MHZ、北美的915MHZ，這些ZigBee模塊均符合IEEE802.15.4的國際規(guī)范，因此，“ZigBee模塊”》的研發(fā)可以滿足不同領(lǐng)域的需求，涉及消費類電子產(chǎn)品、能源管理與績效、醫(yī)療、家居智能化、電訊業(yè)務(wù)、建筑智能化乃至工業(yè)生產(chǎn)智能化等。Zigbee是一種革命性的、具有極高性能、可靠性高、可擴展性強、可靠性高、可靠性高、可靠性強等特點的無線傳輸協(xié)議，其原理可以追溯至蜜蜂群體，當他們探測到花粉位置，就會以ZigZag形舞蹈形式向其他成員發(fā)出警報，從而實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)交流。這種新興的、高效的、簡單易用的、高頻的近距離WiFi通訊技術(shù)，旨在實現(xiàn)節(jié)能、高效的應(yīng)用。采用PCBA板作為藍牙模塊，可以實現(xiàn)遠程、高效、安全的無線連接，其中包括藍牙數(shù)據(jù)模塊、藍牙語音模塊以及其他相關(guān)模塊，它們可以實現(xiàn)遠程、高效、安全的無線連接。通常，模塊都擁有半成品的特征，它們經(jīng)過了對芯片的精心設(shè)計，從而大大提高了其后續(xù)的應(yīng)用效率。方案二：在藍牙模塊中，主機可以接收來自從機的指令，并且會自動建立連接；而從機則需要等待其他機器的連接，才能開始使用；此外，還可以在主機和從機之間進行切換，使得它們成為一個整體。HC-05和HC-06的藍牙模塊有著顯著的差異，其中包括：HC-05藍牙模塊通常被設(shè)計成主從雙重功能，既可以作為主機，也可以作為從機，滿足多種應(yīng)用需求。HC-06可以分為兩種類型：一種是具備完整的主從功能的混合型；另一種則僅具備單一的主從功能。本設(shè)計選擇一般都是主從一體機的HC-05模塊。圖2.3藍牙模塊實物圖第3章系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計3.1系統(tǒng)總體設(shè)計本文設(shè)計了一種以STM32Fl03C8T6為主控芯片的光伏板自動除塵設(shè)計。光伏組件灰塵效應(yīng)嚴重影響電能輸出效率，為了實現(xiàn)灰塵的自動清除，借助設(shè)計軟件，設(shè)計了一種光伏組件自動除塵裝置。該系統(tǒng)應(yīng)完成的主要功能有:1.可手動開/關(guān)除塵功能；2.接收上位機指令完成除塵功能；3.監(jiān)測周圍有人存在時，蜂鳴器長響示警，3S后自動除塵；4.監(jiān)測周圍無人時，自動除塵；5.噴水繼電器開啟；6.當無人狀態(tài)下系統(tǒng)到達間隔除塵時間，步進電機轉(zhuǎn)動一周；總體原理圖如下所示：圖3.1總體原理圖3.2系統(tǒng)的主要功能模塊設(shè)計3.2.1溫濕度測量模塊設(shè)計在本系統(tǒng)的設(shè)計中，傳感器有溫度傳感器和濕度傳感器,所以需要對兩種類型的傳感器進行選擇。溫濕度傳感器是一種裝有濕敏和熱敏元件，能夠用來測量溫度和濕度的傳感器裝置，有的帶有現(xiàn)場顯示，有的不帶有現(xiàn)場顯示。DHT11溫濕度傳感器因其小巧的體積、穩(wěn)定的性能等特點，被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活等多種場景。該傳感器擁有經(jīng)過精心調(diào)整的溫濕度復合傳感器，其特殊的數(shù)字模塊技術(shù)以及溫濕度傳感技術(shù)，使其能夠提供更加穩(wěn)定的測量結(jié)果，從而滿足用戶的需求。DHT11傳感器擁有卓越的品質(zhì)、快速響應(yīng)、出色的抗干擾能力和出色的性價比，它們經(jīng)過了嚴格的濕度測試，尺寸緊湊，功率消失，是應(yīng)對復雜環(huán)境的理想之選。該溫濕度傳感器具有高精確度，可測定±5%RH的濕度，±2℃的溫度，可測定范圍為5~95%RH的濕度，以及-20~+60℃的范圍，如圖3.2溫濕度傳感器。圖3.2DHT11溫濕度傳感器原理圖3.2.2蜂鳴器模塊設(shè)計蜂鳴器是一種將電信號轉(zhuǎn)換為聲音信號的器件，常用來產(chǎn)生設(shè)備的按鍵音、報警音等提示信號蜂鳴器按驅(qū)動方式可分為有源蜂鳴器和無源蜂鳴器有源蜂鳴器：內(nèi)部自帶振蕩源，將正負極接上直流電壓即可持續(xù)發(fā)聲，頻率固定無源蜂鳴器：內(nèi)部不帶振蕩源，需要控制器提供振蕩脈沖才可發(fā)聲，調(diào)整提供振蕩脈沖的頻率，可發(fā)出不同頻率的聲音蜂鳴器有正負極，頂部印有+號的為正極，若蜂鳴器引腳沒剪，則長的為正極，單片機引腳不能直接蜂鳴器，加NPN型三極管進行驅(qū)動，因為單片機的引腳驅(qū)動能力有限，蜂鳴器的功率比較大，所以需要通過三極管來驅(qū)動，R1為限流電阻，單片機引腳如果給高電平，則三極管導通，VCC便給蜂鳴器供電，如果給低電平，則三極管斷開，PNP型三極管同理，只不過是單片機引腳輸出低電平導通，輸出高電平斷開。蜂鳴器模組原理圖如下圖。圖3.3蜂鳴器模組原理圖3.2.3人體感應(yīng)模塊設(shè)計人體感應(yīng)模塊是一種先進的數(shù)字智能自動控制系統(tǒng)，它采用了先進的被動式人體紅外線技術(shù)，具有極高的靈敏度和可靠性，可以有效地支持各種自動感應(yīng)電器設(shè)備。主要參數(shù)如下：工作電壓：DC2.7-12V；靜態(tài)功耗：＜0.1mA；延時時間:2秒；封鎖時間:2秒；觸發(fā)方式:可重復；感應(yīng)范圍:≤100度錐角,3-5米；（需根據(jù)具體的透鏡）工作溫度:-20-+60℃PCB外形尺寸:10mm*8mm模塊透鏡：小透鏡抗干擾性增強，?內(nèi)部采?用數(shù)字?信號處?理，直?接高低?電平輸??出?？煞磸徒佑|模式：傳感模組在偵測到人類進行活動后，將在一段時間內(nèi)，提供高電平，直到人離開后，提供電平將變成低電平，以此來保持感知范圍內(nèi)的穩(wěn)定性。這種方法可以有效地監(jiān)測到人類的行為，并在一段時間內(nèi)保持高電平，以便及時發(fā)現(xiàn)并及時采取行動，以確保安全。從本次行動結(jié)束之日起，將開始計算出一個特定的延遲期限。如下圖原理圖。圖3.4人體感應(yīng)原理圖3.2.4HC-05藍牙通信模塊設(shè)計TXD是發(fā)送端，它可以用來傳輸數(shù)據(jù)，而要實現(xiàn)正常的通信，就必須連接到另一臺設(shè)備的RXD。RXD：接收端，也就是自身的端口，在進行正常的通信時，必須連接到另一臺設(shè)備的TXD。在正常通信中，TXD將與設(shè)備的RXD保持穩(wěn)定的連接。在真正的通訊中，RXD接受來自任何機器的TXD，這正是所謂的自收自發(fā)。也就是說，自行接受自已發(fā)出的信息，即自身的TXD直接連接到RXD，這是最快最有效的測試手段，可以用來檢測自我的發(fā)出和接受是否順利。在發(fā)生任何問題之前，應(yīng)進行一次全面的檢查，以判斷是否存在產(chǎn)品缺陷。TTL電平是一種正邏輯的信號系統(tǒng)，它通常以二進制的形式存儲，其中+5V代表邏輯“1”，0V代表邏輯“0”，它們之間的關(guān)系可以通過正邏輯的方式來確定。RS232電平可以從-12V調(diào)整至-3V，這個電平與邏輯“0”相同；而從+3V調(diào)整至+12V，則與邏輯““1””相同，屬于負邏輯。HC-05作為核心模塊，它提供了多種端口，當中包含VCC、GND、TXD、RXD、KEY引腳還有藍牙連接狀態(tài)引腳（STATE），它可以在沒有連線時產(chǎn)生較低的輸入，而在連線了以后，則會產(chǎn)生較高的輸入。led顯示出當前的藍牙狀態(tài)，快閃代表未連通，緩閃代表正在AT模式，而雙閃則意味著藍牙已經(jīng)成功地被激活，且可以訪問相應(yīng)的端口。為了避免反接，在底部安裝了一個3.3VLDO的二極管，并且將輸入電壓限制在3.6~6V之間，在沒有進行配合的情況下，電流大概為30mA，而在進行了配合之后，大概為10mA。這款產(chǎn)品的接口電壓為3.3V，它既適用于51、AVR、PIC、ARM、MSP430等多種單片機，又適用于5V的單片機，而且它既不必通過MAX232，又不必通過其他方式進行通信！在CLASS2功率等級的空曠地上，有效的距離可以達到10米，但這并不意味著這一距離的連接質(zhì)量就一定會達到最佳水平。當采用全雙工串口時，無需熟悉各種藍牙技術(shù)，可支援8位數(shù)據(jù)位、1位停止位，并且可進行奇偶校驗，這是最常見的通訊形式，而且可支援多種規(guī)格。可以通過拉高34腳進入AT命令模式設(shè)置參數(shù)和查詢信息這款小巧的（3.57cm*1.52cm）貼片，由工廠精心制作，確保了貼片的高品質(zhì)。外殼采用透明熱縮管，既可以防止灰塵，又具備良好的防靜電性能。使用AT命令，您可以輕松地將系統(tǒng)切換到主機或從機模式，并且可以將指定的設(shè)備連接到系統(tǒng)上。該設(shè)備能夠提供4800bps至1382400bps的高精度波特率。原理圖如下圖。圖3.5HC-05藍牙通信原理圖3.2.5步進電機模塊設(shè)計步進電機能夠通過調(diào)節(jié)電脈動的次序、頻次和數(shù)量來完成對物體的朝向、速度和角度的調(diào)節(jié)，這種開環(huán)控制元件能夠?qū)㈦娒}沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻且苿踊蚓€移動，從而達到物體的準確運動。通過采用螺紋絲桿和齒輪箱等傳統(tǒng)的直接操縱設(shè)備，我們能夠滿足對于高度復雜和精確的線性操作的需求。當沒有過大的負荷時，電動機的運行狀態(tài)取決于脈沖信號的強度，這取決于信號的強度以及信號的次序，并且與外部環(huán)境無關(guān)。步進驅(qū)動器一旦發(fā)出脈沖信號，便會驅(qū)動步進電機以一種特殊的軌跡運動，這種軌跡被命名為“步距角”。通過調(diào)節(jié)脈沖數(shù)量，可以實現(xiàn)精細控制，從而實現(xiàn)角位移量，從而實現(xiàn)精確定位。利用精確設(shè)定的脈沖頻率，我們能夠有效地改變電機運行的速度，并且還能夠?qū)崿F(xiàn)對其進行精確的調(diào)節(jié)。步進電機運行的速度越快，所能輸出的轉(zhuǎn)矩越小，容易造成失步(內(nèi)部齒輪打滑)。步進電機運行的速度越快慢，轉(zhuǎn)矩就越大越穩(wěn)。步進電機的磁極數(shù)量規(guī)格和接線規(guī)格很多，為簡化問題，我們這里就先只以四相步進電機為例進行討論。所謂四相，就是說電機內(nèi)部有4對磁極，此外還有一個公共端(COM)接電源，另外的A、B、C、D是四相的接頭。而四相電機的可以向外引出六條接線(兩條COM共同接入VCC)，也可以引出五條線，如下圖所示，所以我們在購買時會看到有六線四相制和五線四相制的步進電機。其中A、B、C、D四相接頭是需要連接到單片機IO端，通過一定方式改變四相接口的通電狀態(tài)來控制電機正反轉(zhuǎn)動。原理圖如下圖。圖3.6步進電機原理圖3.2.6OLED顯示模塊設(shè)計OLED屏幕被認為是一種具有革命性的顯示技術(shù)，因其具有出色的發(fā)光能力、出色的亮度、出色的對比度、極低的能量消耗，而且屏幕的尺寸極小，僅128×64，這樣的設(shè)計不僅提供了出色的視覺體驗，而且還具有極佳的便攜性。當前，OLED屏幕的接口主要有兩種：IIC和SPI，它們之間的通信協(xié)議存在著顯著的差異。IIC是一種半雙工同部的通訊技術(shù)，它可以將微控制器與它的周邊環(huán)境相結(jié)合，使得它的使用更加便捷、高效。它的優(yōu)勢體現(xiàn)在它的接口位置緊湊，可以節(jié)省大部分的電路板空間，同時也可以節(jié)省芯片的管腳，從而大大降低了相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)維護費用。本設(shè)計選擇了OLED屏幕和IIC接口，實時顯示除塵設(shè)計中的一些參數(shù)，原理如下圖圖3.7OLED顯示屏原理圖3.2.7噴水繼電器模塊設(shè)計在這個設(shè)計中，我們采用1路繼電器，它將多組繼電器進行整體集成，實現(xiàn)了多功能的操作。這樣做不僅可以有效地利用現(xiàn)有的空間，還可以簡化中間的連接步驟，從而大大提升生產(chǎn)效率。當繼電器運行時，電磁鐵會被激活，將D與E連接，從而實現(xiàn)整個操作過程的閉鎖。當電磁鐵被斷開，它的磁力會被釋放出來，從而使得銜鐵被拉出，從而使得整個系統(tǒng)的運行受到影響。這樣，繼電器便成為了一種可以實現(xiàn)這種功能的重要設(shè)備，它可以以較小的電壓實現(xiàn)較大的功率，并且可以實現(xiàn)遠程操縱。原理如下圖。圖3.8噴水繼電器原理圖第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1軟件主流程圖當全部系統(tǒng)軟件通電時，下位機默認間隔時間進行自動除塵，檢測到有人時蜂鳴器長響3秒后再除塵。上位機可對間隔時間等信息進行設(shè)置，接收到除塵啟動信息后，噴水繼電器進行工作、步進電機自轉(zhuǎn)一周。系統(tǒng)整體流程表如下圖所示。圖4.1整體流程圖

4.2溫濕度采集模塊的軟件設(shè)計當總線空余情況為高電平時，服務(wù)器將總線降低，等候DHT11響應(yīng)。當單片機初始化完成后，DHT11溫濕度傳感器會對周圍的溫度和濕度進行采集并形成一個參數(shù)來表示溫度及濕度，若此數(shù)據(jù)在設(shè)定的范圍內(nèi)，則觸發(fā)接下來的翻蛋操作；若不在范圍內(nèi)，則可選擇改變周圍環(huán)境后重新采集。時序圖如下圖所示。圖4.2DHT11時序圖4.3顯示模塊軟件的設(shè)計在設(shè)計中需要顯示當前環(huán)境的溫度和濕度信息。系統(tǒng)使用液晶顯示數(shù)據(jù),STM32單片機初始化完成后顯示屏會自動寫控制字，控制字為單片機中獲得的數(shù)據(jù)，隨后顯示出來。如圖為顯示模塊流程圖。圖4.3OLED屏幕子程序流程圖4.4蜂鳴器模塊的軟件設(shè)計蜂鳴器模塊負責發(fā)出警告，當人體感應(yīng)監(jiān)測到有人時，蜂鳴器長響3秒，若人體感應(yīng)器未監(jiān)測到人則蜂鳴器不工作。蜂鳴器流程圖如下。圖4.4蜂鳴器流程圖

4.5人體感應(yīng)模塊的軟件設(shè)計當單片機初始化完成后，人體感應(yīng)器會采集數(shù)據(jù)監(jiān)測是否有人，如果有人則觸發(fā)接下來的蜂鳴器長響，如果沒人則不觸發(fā)繼續(xù)采集數(shù)據(jù)。流程圖如下。圖4.5人體感應(yīng)模塊流程圖4.6步進電機的軟件設(shè)計步進電機接收到間隔工作的信號或上位機的啟動信號，進行啟動自轉(zhuǎn)一周，如無信號則繼續(xù)采集數(shù)據(jù)。實現(xiàn)其功能的流程圖如下所示。圖4.6步進電機流程圖4.7藍牙模塊的軟件設(shè)計上位機通過藍牙模塊與下位機連接，數(shù)據(jù)通過藍牙模塊傳輸?shù)较挛粰C，使設(shè)計完成一系列的指令動作，實現(xiàn)其功能的流程圖如下。圖4.7藍牙模塊流程圖4.8噴水繼電器的軟件設(shè)計噴水繼電器采集信息，接收到除塵指令開始工作，如若未接收到指令繼續(xù)采集數(shù)據(jù)，實現(xiàn)其功能流程圖如下。圖4.8噴水繼電器流程圖第5章系統(tǒng)測試5.1系統(tǒng)實物圖圖5.1系統(tǒng)完整實物圖5.2自動模式除塵測試（1）在自動模式下人體感應(yīng)模塊會監(jiān)測是否有人并在下位機的顯示屏上顯示。圖5.2有人狀態(tài)顯示器當人體感應(yīng)模塊監(jiān)測到周圍是無人狀態(tài)下系統(tǒng)到達設(shè)置的間隔除塵時間進行正常噴水除塵，此時噴水繼電器自轉(zhuǎn)一周。圖5.3無人狀態(tài)顯示器??如果人體感應(yīng)模塊監(jiān)測??到周圍是有人狀態(tài)下系統(tǒng)到達設(shè)置的??間隔除??塵時間??，蜂鳴??器會長??響3秒提醒周圍人注意??后再進??行除塵??。圖5.4顯示器圖5.5步進電機5.3手動模式除塵測試（1）上位機通過藍牙連接至下位機，手機APP進行數(shù)據(jù)顯示。圖5.6上位機與下位機連接（2）上位機可顯示是否有人警告，可通過上位機設(shè)置時間、間隔時間、工作狀態(tài)（手動或自動）以及除塵開關(guān)。圖5.7上位機（3）設(shè)置除塵開關(guān)為0時，下位機立刻開始除塵。圖5.8上位機第6章總結(jié)與展望盡管調(diào)試過程中遇到了一些挑戰(zhàn)，但在老師的指導下，我最終成功地發(fā)現(xiàn)了問題，并且采取了有效的措施來糾正設(shè)計中的缺陷，從而使系統(tǒng)軟件的運行更加高效。這些措施主要涉及到以下幾個方面：經(jīng)過功率模塊模擬仿真，我們發(fā)現(xiàn)調(diào)試輸出值與設(shè)計要求存在較大差距。經(jīng)過仔細檢查，我們發(fā)現(xiàn)電路板焊接存在一些技術(shù)缺陷，因此需要進行重新焊接。通過使用仿真軟件，我們發(fā)現(xiàn)了一些錯誤的代碼。經(jīng)過調(diào)整，我們發(fā)現(xiàn)，在啟動程序流程時，單片機并未正常復位。為了獲得更準確的結(jié)果，我們在程序流程中添加了復位程序。在進行模擬測試時，我們發(fā)現(xiàn)端口號P0存在邏輯錯誤。雖然這并不會對最終的輸出造成影響，但是在實際的印刷制版過程中，它確實會對電源電路造成損害。經(jīng)過調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)，當數(shù)據(jù)信息發(fā)送錯誤代碼時，我們無法區(qū)分忙碌狀態(tài)。經(jīng)過對忙碌情況的詳細分析，系統(tǒng)軟件運行狀態(tài)良好，而且數(shù)據(jù)信息口也沒有出現(xiàn)任何邏輯錯誤。光伏組件表面灰塵覆蓋層的及時清理對于光伏組件，正常功能的保持是必要和必須的。本文設(shè)計了一種以STM32為主控芯片的光伏板自動除塵設(shè)計。實現(xiàn)了灰塵的自動清除，借助設(shè)計軟件，設(shè)計了一種光伏組件自動除塵裝置。裝置具有低耗、無水、無清潔劑和無二次污染等特點。樣機測試結(jié)果表明:該裝置設(shè)計合理，動作準確，技術(shù)上可行、可靠，具有應(yīng)用推廣價值。本設(shè)計采用氣動除塵的方法，有效地解決了現(xiàn)有太陽能電池板除塵方式浪費水資源、裝置復雜、較難維護的問題。本產(chǎn)品僅使用太陽輻射能作為裝置運行的動力，不消耗其他額外能源，通過相變材料在晝夜條件下的特性差異，能夠很好地對太陽能電池板表面進行清潔。本產(chǎn)品設(shè)計獨特，運行效率高，易于維護，市場前景廣闊，在技術(shù)成熟的情況下可大規(guī)模生產(chǎn)、應(yīng)用和推廣。隨著光伏產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展壯大和節(jié)能減排戰(zhàn)略的貫徹，本產(chǎn)品將迎來更多的契機，必定會有更好的市場前景。參考文獻[1]巫江.光伏組件自動除塵裝置設(shè)計[P].重慶理工大學2020.[2]郭梟;澈力格爾;韓雪;田瑞.考慮光伏組件發(fā)電性能的自動除塵系統(tǒng)運行時間優(yōu)化[J],農(nóng)業(yè)工程學報.2018.[3]李江華.光伏組件自動除塵裝置優(yōu)化研究[J],重慶理工大學.2019.[4]雷志奇.太陽能電池組件自動除塵裝置探討與分析.能源與節(jié)能,2022.[5]王子文.傾斜壁面自動除塵機的設(shè)計與實現(xiàn)[P].寧夏大學,2020.[6]巫江;龔恒翔;朱新才;李江華.光伏組件自動除塵裝置設(shè)計與研究[C].重慶理工大學學報(自然科學),2021.[7]劉蔚然.電子器件的自動除塵設(shè)備設(shè)計[J].劉蔚然,2022.[8]孫鳳玲.布袋式自動除塵系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試[P].集成電路應(yīng)用,2020,.[9]李冬梅.20MWp并網(wǎng)光伏電站的分析及其組件除塵裝置的設(shè)計[J].昆明理工大學.2019[10]袁舒欣;唐亞鳴;常永超.一種自動除塵系統(tǒng)控制模塊的設(shè)計[M].機械設(shè)計與制造工程.2020[11]王捷,林余杰,吳成堅,楊斌浩.碳中和背景下太陽能光伏產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展[J].儲能科學與技術(shù),2022,11(02):731-732.[12]張哲旸,巨星,潘信宇,楊宇,徐超,杜小澤.太陽能光伏–光熱復合發(fā)電技術(shù)及其商業(yè)化應(yīng)用[J].發(fā)電技術(shù),2020,41(03):220-230.[13]趙璞,林文,姜天潤,馬騰云.基于專利分析的我國太陽能光伏領(lǐng)域核心技術(shù)識別及演化研究[J].科技管理研究,2022,42(02):184-191.[15]李英峰,張濤,張衡,崔鵬,付在國,高中亮,耿奇,柳志晗,朱群志,李和興,李美成.太陽能光伏光熱高效綜合利用技術(shù)[J].發(fā)電技術(shù),2022,43(03):373-391.[16]丁麗萍,帥傳敏,李文靜,閆瓊,郭晴.基于SEM的公眾太陽能光伏發(fā)電認知和采納意愿的實證研究[J].資源科學,2015,37(07):1414-1423.[17]王明菊,王輝.太陽能光伏發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展探討[J].能源與節(jié)能,2021(07):37-38+49.DOI:10.16643/ki.14-1360/td.2021.07.014.[18]武光,歐陽桃花,姚唐.戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)情境下的企業(yè)商業(yè)模式動態(tài)轉(zhuǎn)換:基于太陽能光伏企業(yè)案例[J].管理評論,2015,27(11):217-230.DOI:10.14120/11-5057/f.2015.11.021.[19]\t"/zn/Detail/index/GARJ2020/_blank"HiroyukiKawamoto.Improveddetachableelectrodynamiccleaningsystemfordustremovalfromsoiledphotovoltaicpanels[J]，\t"/zn/Detail/index/GARJ2020/_blank"JournalofElectrostatics，Volume107,2020[20]\t"/zn/Detail/index/GARJ2021_3/_blank"AsohDerekAjesam;\t"/zn/Detail/index/GARJ2021_3/_blank"AwangumNoelNkwa.Low-CostAutomatedPVPanelDustCleaningSystemforRuralCommunities[J],\t"/zn/Detail/index/GARJ2021_3/_blank"SmartGridandRenewableEnergy,Volume13,Issue08.2022.PP173-199[21]\t"/zn/Detail/index/GARJ2021_4/_blank"MaghrabieHusseinM.;\t"/zn/Detail/index/GARJ2021_4/_blank"MohamedA.S.A.PerformanceenhancementofPVpanelsusingphasechangematerial(PCM):Anexperimentalimplementation[J]，\t"/zn/Detail/index/GARJ2021_4/_blank"CaseStudiesinThermalEngineering，Volume42,2023.[22]\t"/zn/Detail/index/GARJ2021_4/_blank"ShafieeMojtaba;\t"/zn/Detail/index/GARJ2021_4/_blank"FiroozzadehMohammad.Theeffectofaluminumfinsandairblowingontheelectricalefficiencyofphotovoltaicpanels;environmentalevaluation[J],\t"/zn/Detail/index/GARJ2021_4/_blank"ChemicalEngineeringCommunicationsVolume210,Issue5.2023.PP801-813\t"/zn/Detail/index/GARJ2021_4/_blank"[23]\t"/zn/Detail/index/GARJ2021_4/_blank"AbdelsalamEmad;\t"/zn/Detail/index/GARJ2021_4/_blank"AlnawafahHamza.EfficiencyImprovementofPhotovoltaicPanels:ANovelIntegrationApproachwithCoolingTower[J],\t"/zn/Detail/index/GARJ2021_4/_blank"EnergiesVolume16,Issue3.2023.PP1070-1070附錄源代碼#include"include.h"u16STMFLASH_BUF[STM_SECTOR_SIZE/2];//最多是2K字節(jié)/************************************************************//讀取指定地址的半字(16位數(shù)據(jù))//faddr:讀地址(此地址必須為2的倍數(shù)!!)//返回值:對應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secpos=offaddr/STM_SECTOR_SIZE; //扇區(qū)地址0~127forSTM32F103RBT6 secoff=(offaddr%STM_SECTOR_SIZE)/2; //在扇區(qū)內(nèi)的偏移(2個字節(jié)為基本單位.) secremain=STM_SECTOR_SIZE/2-secoff; //扇區(qū)剩余空間大小 if(NumToWrite<=secremain)secremain=NumToWrite;//不大于該扇區(qū)范圍 while(1) { STMFLASH_Read(secpos*STM_SECTOR_SIZE+STM32_FLASH_BASE,STMFLASH_BUF,STM_SECTOR_SIZE/2);//讀出整個扇區(qū)的內(nèi)容 for(i=0;i<secremain;i++)//校驗數(shù)據(jù) { if(STMFLASH_BUF[secoff+i]!=0XFFFF)break;//需要擦除 } if(i<secremain)//需要擦除 { FLASH_ErasePage(secpos*STM_SECTOR_SIZE+STM32