1引言

太陽能路燈主要由太陽能光電池組件、蓄電池、充放電控制器、照明燈具四大部分組成。太陽能路燈普及推廣的瓶頸已不是技術問題，而是成本問題。要在降低成本的基礎上，提高系統的穩定性及發揮最大的效能，就要合理搭配太陽能光電池的輸出功率和蓄電池容量及負載功率。為此，僅從理論計算是不夠的。因為太陽光光強瞬息萬變，充電電流和放電電流都在不斷變化，理論計算會帶來較大誤差。只有采取自動跟蹤監測充放電流才能準確確定光電池在不同季節和不同方位的最大功率輸出。以此確定蓄電池和負載才是可靠的。

在LabVIEW軟件平臺上，結合數據采集卡，利用虛擬儀器技術可實現自動監測及數據分析任務。本文對自行研制開發的監測系統作一闡述。

2設計原理

利用調理電路對光電池的輸出電流和蓄電池的放電電流及蓄電池的充放電工作電壓進行一定頻率的數據采樣，由USB數據采集模塊將采集數據送入計算機。在LabVIEW軟件平臺上進行適時顯示和統計分析。原理框圖見圖1.

圖1系統原理框圖

3數據采集硬件配置

3.1調理電路

蓄電池輸出信號是一種浮動信號。采用差分測量方式會最大限度地減小對被測電路的影響，同時也會減小測量誤差。在本調理電路中，采用高精度低漂移的集成運算放大器ICL7650制作的差動放大器將串入充放電線路的精密小電阻之上的差動信號作為電流檢測信號。將并入蓄電池的大電阻分壓器獲得的小信號作為電壓信號。為消除干擾，用兩個等值電阻分別接于差動放大器的兩輸入端與信號地之間。將兩個差動放大器的輸出信號送人USB采集模塊的兩個輸入通道以完成信號調理及采集。調理電路見圖2、圖3。

圖2電流信號調理

圖3電壓信號調理

3.2數據采集模塊

本系統采用加拿大HYTEK公司生產的USB接1:3數據采集模塊，型號為iUSBDAQ-U120816.它雖不是高端采集卡，但對于采集直流信號，特別是采樣頻率不是很高時，已足夠達到集結束后，選擇"退出并回放"按鈕，在回放波形窗將顯示采集要求。USB接口可方便地用于熱插拔及即插即用。連接筆記電腦可實現現場數據監測。

3.3模塊配置及驅動

在所用計算機上執行HYTEK公司提供的設備驅動程序iUSBDAQ-Driver.exe,即可激活采集模塊。再將該公司提供的iUSBDAQ_ALL_Vis.LLb專用VI函數庫拷貝到安裝LabVlEW7.1目錄的vl子目錄下的User子目錄，即可在BlockDiagramt和Front Panel編輯環境中調用User Functions和User Controls.

4軟件開發

LabVIEW是美國國家儀器(NI燴司開發的廣泛應用于儀器控制、自動化測試、數據分析處理等領域圖形化編程語言，是優秀的開發虛擬儀器軟件。在自動化測控領域得到越來越廣泛的應用。開發本系統采用的是LabVIEW7.1版本。

4.1程序流程圖(見圖4)

圖4程序流程圖

4.2面板設計

在圖5所示的面板圖中，設置兩個開關以選擇是監測電流、電壓還是同時監測。分別顯示電流實時采集曲線和電壓實時采集曲線，并配以數字顯示。在采集周期設置窗口，以秒為單位設置采樣周期。"開始采集"按鈕同時具有暫停功能。全部采集結束后，選擇"退出并回放"按鈕，在回放波形窗將顯示采集電流波形，并計算其曲線下面積值作為電流充放電的安時數(能量值)。在面板的右下方同時顯示帶有日期、時間信息的全部數據列表，并顯示電流、電壓最大最小值。

圖5虛擬儀器面板圖

4.3程序結構描述

總體采用兩幀組成的平鋪順序結構(Flat Sequence)，第一幀完成的是數據采集及顯示、存儲;第二幀完成數據計算、回收及顯示運算結果。圖6給出的是第一幀圖形化程序。

圖6第一幀圖形化程序框圖

該幀采用定時循環結構(Timed Loop)，在進入循環結構之前，利用OpetdCreate/Replace File VI建立要存儲的數據文件(.txt)的路徑及文件名，并調用iUSBDAQ_0penDevice函數打開采集設備。當選擇開始采集分支結構時，將打開采集設備的兩個輸入通道輪流采集數據，得到二維數組。通過Delete From Array函數分離該數組，并分別通過兩個分支結構做為電流、電壓選擇開關，經數值標度變換送至波形?Chart.將Format Date/TimeString的日期時間信息輸出和兩數組通過Number To FractionalString轉化成的字符串輸出，由Concatenate Dtrings合并，經Write File VI送入指定的磁盤數據文件中，以備分析、調用。

當選擇"暫停采集"或"退出采集"按鈕時，無論采集周期設置的是多少，都應迅速退出循環。為此，采用判斷循環次數和采集次數的算法。

采集次數=循環次數/采集周期。

以整除的結果為采集次數，并以余數為零做為一次采集結束的判斷條件。利用兩個分支結構可累計多次間斷的采集次數，直到選擇退出定時循環。由于設定的定時循環周期為1秒，無論是否在采集狀態，循環始終以1秒的周期運行。當按下"退出采集"按鈕時，最多等待時間為1秒即退出，而不是等待用戶設定的一個采樣周期。

采集數據結束，退出第一幀結構之前，通過Close File VI關閉文件，并通過iUSBDAQ-Release Defice關閉設備。圖7給出的是第二幀圖形化程序。

圖7第二幀圖形化程序框圖

該幀首先由Read Characters From File VI函數讀出磁盤數據文件中的數據。由于讀出的是字符串，要經Spreadsheet StringTo Arrary函數將其轉為三維數組，再經兩個Delete From Array將三維分離為三個一維數組。將電流信息數據送人BuildWaveform生成波形，由Chart顯示。同時將該組數據經NumericIntegration.vi求積分，得曲線下面積值，在輸出能量窗顯示充放電的安時數。

在回放電流曲線的同時，在屏幕的String窗列表顯示每一次的采樣數據。電流和電壓信息數組再經Reshape Array和Array max&min找出最大值和最小值并顯示。

5結束語

利用LabVlEW軟件和USB采集模塊結合所開發的虛擬儀器，較好地完成了對太陽能路燈的蓄電池充放電的全程監測。

操作簡單、界面友好、測量數據精度高。得到了電流表和電壓表單次測量而很難得到的數據。提高了測量效率、節約了儀器開支。依此測得的數據可合理匹配太陽能電池的輸出功率與蓄電池容量和負載的大小，發揮最大效益。同時，對延長蓄電池的使用壽命、提高路燈的亮度和預算連續陰雨天的儲備能量都有實際意義。

該系統對其它電充蓄電池同樣有應用價值。在此基礎上可進一步開發控制單元，利用LabVlEW的PID工具包可對蓄電池的過充、過放、短路、反充及定時開關等均可實現自動化控制。