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5kW光伏逆变器的数据采集和液晶显示系统的研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.1.1 光伏逆变器的研究背景

1.1.2 嵌入式系统的研究背景

1.1.3 LCD液晶显示的研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 存在的难点和今后的发展趋势

1.4 本文所做的主要工作

第二章 系统总体设计方案

2.1 系统需求分析

2.2 系统总体设计方案

2.2.1 系统硬件设计方案

2.2.2 系统软件设计方案

2.3 本章小结

第三章 系统功能分析

3.1 光伏发电影响因素分析

3.1.1 日类型对光伏系统发电的影响

3.1.2 太阳辐射对光伏系统发电的影响

3.1.3 温度对光伏系统发电的影响

3.2 预测模型的设计

3.2.1 BP神经网络

3.2.2 改进的BP神经网络算法

3.3 预测模型的设计

3.3.1 输入层输出层节点的确定

3.3.2 隐层及隐层节点数的确定

3.3.3 预测模型的建立

3.4 预测模型的训练与评估

3.4.1 训练样本的选取

3.4.2 训练样本数据的预处理

3.4.3 预测模型的评估

3.5 预测结果分析

3.6 本章小结

第四章 系统硬件设计

4.1 器件选择

4.1.1 处理器选择

4.1.2 传感器选择

4.2 辅助电源模块硬件设计

4.3 温度采集模块硬件设计

4.4 光照强度信号采集模块硬件设计

4.5 逆变器内部信号采样模块硬件设计

4.6 逆变器保护电路模块硬件设计

4.7 通信模块硬件设计

4.8 LCD液晶显示模块硬件设计

4.9 本章小结

第五章 系统软件设计

5.1 嵌入式交叉编译环境搭建

5.2 移植U-boot

5.2.1 U-boot概念

5.2.2 U-boot的配置、编译和连接

5.2.3 U-boot移植

5.3 移植Linux内核

5.3.1 Linux内核特征

5.3.2 Linux内核配置

5.3.3 Linux内核移植

5.4 构建根文件系统

5.4.1 Linux文件系统简介

5.4.2 移植Busybox

5.5 数据采集芯片AD7792的驱动程序设计

5.5.1 数据采集芯片原理

5.5.2 数据采集芯片底层驱动程序设计

5.6 LCD液晶显示的驱动程序设计

5.6.1 LCD液晶显示原理

5.6.2 LCD驱动程序框架

5.6.3 LCD平台设备结构

5.6.4 LCD底层驱动代码设计

5.7 Freetype矢量字体显示程序设计

5.8 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文工作总结

6.2 未来研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

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摘要

随着不可再生能源的日益耗尽,清洁可再生的太阳能发电越来越被各国所重视。光伏发电系统因为太阳光照辐射强度变动很大,光伏电池板输出的电压电流不稳定,因此需要对这些数据进行采样,并设置相应的保护电路,防止电流或电压的突变而损害整个光伏发电系统。嵌入式ARM处理器,具有高性能、低功耗、低价格的优点,逐渐成为主流的处理器。嵌入式系统与具体的应用紧密结合起来,对软件代码的质量和可靠性要求很高。同时因为ARM处理器能够运行操作系统,使系统更加灵活和高效。因此设计了基于Linux操作系统ARM处理器的数据采集和液晶显示系统。
  本文首先介绍了光伏发电和嵌入式系统的发展现状。建立了基于BP神经网络的光伏发电量预测模型,模型中以太阳辐射强度和温度作为输入量,采用基于Fletcher-Reeves共轭梯度算法,需要采集大量的历史数据进行预测。该系统可采集太阳辐射强度和温度等数据。详细描述了数据采集和液晶显示系统的硬件设计方案,包括辅助电源模块、光伏组件温度采集模块、光照强度采集模块、逆变器输入端电压电流采集模块、逆变器输出端电压电流采集模块、保护电路电路模块、通信模块和LCD显示模块等几大模块的硬件设计。
  然后搭建了基于Linux操作系统的软件平台,首先建立嵌入式交叉编译环境,移植引导加载程序U-boot、Linux内核和根文件系统,使系统上电启动时运行Flash中的U-boot程序,U-boot复制内核代码到内存中,跳转调用内核,内核负责管理和调度进程的运行,可实现抢占式调度,提高系统响应的速度,而根文件系统则提供了用户应用程序运行的接口。
  接着设计了驱动程序,采用基于总线、设备、驱动模型的架构编写设备的驱动。为内核提供调用的接口,同时起到控制硬件的目的。鉴于传统的点阵字体无法自由缩放的缺点,本文采用Freetype矢量字体显示在LCD液晶屏上,既能自由地放大和缩小,又能使字体显示地更加美观和饱满,不会出现锯齿的现象。
  基于Linux操作系统的ARM处理器的嵌入式数据采集和显示系统通用性好、可移植性强、实时性好、灵活性高,在光伏系统的数据采集领域有较为广泛的应用。

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