“产品式”光伏太阳能监测实训教学装置的开发
中图分类号：TM914.4 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）12-0188-02
本文从教学产品角度和学生的认知规律出发，模拟市场上的光伏太阳能监测控制器，设计与开发了适用于教学的光伏太阳能监测系统实训教学设备。从理念上打破了传实训教学设备的缺陷，提升学生的产品意识，拟补了目前课程、学科分离严重、实训课知识点分散化、系统性严重不足的缺陷。
1 整体设计思路与结构
光伏太阳能监测实训教学设备以太阳能电池板为控制对象，设计了基于广大高校通用的单片机芯片STC12C605AS2为核心控制器的太阳能自动监测控制实训教学装置。
1.1 整体系统构成
光伏太阳能监测实训教学设备主要由光电监测系统和时间监测系统两部分构成。装置基本结构如图1所示。该系统由太阳能电池板、传感器、控制器接线板、舵机横轴、舵机纵轴、舵机底座等结构组成。
1.2 控制测试装置
根据系统的功能要求，首先开发了太阳能监测控制测试系统装置，该装置从早上7：00至下午18：00时间段内，实时监测系统当前时间，一旦超过7：00到18：00时间段，系统电源通过继电器自动断开，并保存记录下当前时间。学生实训完毕后可自行关闭实训装置电源，单片机自带EEPROM保存记录当前时间，利用备用电池实现时间数据掉电不丢失。调试通过后的控制测试系统如图2所示。
2 教学设备的装配
2.1 实训装置控制接线板
装置控制接线板主要包括STC12C5A60S2最小系统电路、AD数据采集电路、电源电路、按键电路、显示电路、雨滴检测电路、继电器电路、舵机控制电路、LM358比较放大电路、DS1302时钟电路。
系统控制板采用双轴舵机控制，通过程序改变两台电机相序，能实现舵机的多种控制，灵活方便，通用性强，成本低。实训装置控制接线板装配图如图3所示。
2.2 太阳能监测接线板
太阳能监测板硬件电路主要为光电监测电路。光电传感器选为光敏电阻，4个光敏电阻分别以东西南北四个方向排列；硬件电路上运算放大器采用LM358双运放集成电路，它的内部包含两组形式完全相同的运算放大器，光电监测接线板装配图如图4所示。
3 系统的软件功能
（1）开机后，1602液晶显示欢迎界面：“Welcome System”，2秒后显示功能选择界面：“1.正常工作；2.系统设置”。
（2）选择“正常工作”，工作指示灯亮，系统开始向太阳最强光方向运动，随着光线的运动系统自动跟随光线运动，使太阳能电池板始终朝向最强光，光线平衡点可由电位器调节。当系统正常工作时，实时显示当前时间、两个舵机的旋转角度和太阳能?池板当前产生的电压；选择“系统设置”，可进行系统参数设置，其中包括时间设置、系统舵机每次调整运动姿态的幅度与频率，以及密码设置。
（3）舵机不能360度连续旋转，只有220度左右的自由度，系统存在死区。所以要先调整好装置位置，以保证系统连续监测，一旦系统进入死区，则系统停止工作，蜂鸣器报警。
（4）控制接线板上有一块雨水检测传感器和一颗光敏传感器。当有水滴到雨水传感上或者是光线变暗后，阴雨天指示灯亮，系统将调整到睡眠姿势从而系统进入掉电保护模式，除了外部中断还在工作，其他的外设如液晶屏，太阳能电池板停止工作，以降低功耗。当雨水干后并且光线亮到一定程度后，系统自动进行唤醒，重新工作监测光线。
（5）系统具有时间掉电记忆功能，电源断开后，DS1302时钟继续运行，利用EEPROM、备用纽扣电池实现时间数据掉电不丢失。
4 实训装置的使用
本实训装置使用时，可根据装置上各个功能模块的标注进行模块化随堂实训教学。各元器件引脚均利用单排母座引出，学生利用面包插接单排母座，从而自由连接各元器件，方便学生快速搭接、修改电路，这使得学生可以更加灵活进行子电路的调试、实验，极大的提高了学习效率。在综合实训周，可让学生根据教师提供的电路原理图，训练学生按照原理图完成整个系统的PCB板绘制设计，利用热转印机加工PCB，并焊接装配所有元器件，利用手机电筒模拟太阳光，正确调试运行整个控制系统，最终可以个人作品形式展示成果。
5 结语
通过这种实训教学方式不但有利于学生对各个知识点实验模块的理解掌握，锻炼了学生的焊接、调试能力，同时训练了学生运用工程性思维解决实际问题的综合实践能力。这种实训装置虽然它不是真正意义上可推向市场的产品，但这种“产品式”装置的实训理念是具有一定的意义和价值的，不但增加了学生的产品意识，贴近适应企业的工作岗位，而且更能提高学生的学习兴趣，使学生能将所学知识点有效的统一联系起来，形成完善的学习系统，最终达到学以致用的目的。
