[发明专利]一种硅半导体太阳能电池参数测量仪

权利要求书

1.一种硅半导体太阳能电池参数测量仪，其特征在于，包括STM32单片机、与STM32单片机连接的用于A/D前端电路的比例控制电路、用于显示关键参数以及绘制曲线的LCD屏幕以及用于充当前端电路负载的可编程电阻；

测量仪上设有开始测量模式、寻找最大功率点模式、填充因子模式和绘制功率曲线模式；

开始测量模式开启，通过STM32单片机改变可变电阻值，从而测量开路电压和短路电流；

在寻找最大功率点模式下，通过STM32单片机控制可编程电阻实现线性负载变化，从而测出对应功率，并实时对比记录最大功率点；

填充因子模式下，根据已测的开路电压、短路电流、以及最大功率点，计算出填充因子并显示在LCD屏幕上；

在绘制功率曲线模式下，利用在寻找最大功率点模式下记录的各负载下各个电压、电流对应值，通过打点法绘制电流-电压曲线和功率-电压曲线；

STM32单片机根据在LCD屏幕上的触屏输入判断工作模式，如果需要改变可编程电阻的值，则通过对应IO电平变化控制电阻阻值变化，测得变化以后的电压、电流值并保存在对应数组中，对比是否需要替换最大功率点；如果不需要改变可编程电阻的值，则判断是否需要绘制图像，如果需要，则抽取对应保存的数组和队列，最后再在LCD屏幕上显示关键参数或绘制图像。

2.如权利要求1所述的一种硅半导体太阳能电池参数测量仪，其特征在于，测量仪的电压电流采集部分包括STM32单片机A/D模块，A/D前端电路和可编程电阻；

A/D前端电路由LM358构成，采用同向比例放大器电路设计以及射级跟随器电路设计；

STM32单片机A/D模块，STM32F407的ADC是12位逐次逼近型的模拟数字转换器，它有19个通道，这些通道的A/D转换可以单次、连续扫描或间断模式执行，其转换时间为0.41us，转换精度为0.805mV，开启其两个通道用来检测电压和电流，并使用卡尔曼滤波以及均值滤波来预测和减少误差；

可编程电阻模块采用二进制递增的电阻排序法，每2的n次方接一个继电器，再通过软件编程控制电阻实现自动化负载输入。

3.如权利要求2所述的一种硅半导体太阳能电池参数测量仪，其特征在于，STM32单片机的电压电流采集部分还包括自动跟踪算法，单片机进入开始测量模式后，系统会记录实时数据，并实时对比功率最大值，记录最大功率点以及对应负载值。

4.如权利要求3所述的一种硅半导体太阳能电池参数测量仪，其特征在于，STM32单片机的电压电流采集部分还包括计算填充因子部分，单片机结束测量后，由于可编程电阻的线性电阻输入，系统可以测出光伏电池的开路电压U_oc、短路电流I_sc，再根据填充因子FF＝P_max/(U_oc*I_sc)可以计算出填充因子值并显示在LCD屏幕上。

5.如权利要求4所述的一种硅半导体太阳能电池参数测量仪，其特征在于，LCD屏幕包括LCD触屏模式反馈部分、LCD显示关键参数部分和LCD绘制功率曲线部分；

LCD触屏模式反馈部分使用投射电容式触摸，LCD屏幕中传感器利用触摸屏电极发射出静电场线，并在玻璃表面的横向和纵向的ITO电极的交叉处形成电容，再扫描每个交叉处的电容变化，来判定触摸点的位置；触摸时会影响到相邻电极的耦合，从而改变交叉处的电容量，则可侦测到每个交叉点的电容值和触摸后电容变化，再在软件中根据协议读取相应的坐标值，再进行判断和处理；

LCD显示关键参数部分：单片机根据LCD触屏模式反馈部分触摸反馈来判断模式选择，包括开始检测模式选项、寻找最大功率点模式选项、功率因子模式选项和绘制功率曲线模式选项，采用多叉数的方式将对应的太阳能电池关键参数显示在LCD屏幕上；

LCD绘制功率曲线部分：单片机在开始检测以后，控制可编程电阻实现连续线性负载改变，并将负载对应的包括电流、电压、功率在内的数据保存在数组中，再在绘制曲线模式下根据电压值绘制出功率-电压和电流-电压曲线，并标注最大功率点，以及对应的负载值。

6.如权利要求1-5中任一项所述的一种硅半导体太阳能电池参数测量仪的操作方法，其特征在于，主要涉及到如下几个步骤：

开始检测步骤：在LCD屏幕上按下开始测量模式，光源照射到硅半导体太阳能电池，并接入到回路中，由STM32控制可编程电阻，将负载调零和断开，测得太阳能电池的开路电压和短路电流并显示在LCD屏幕上；

寻找最大功率步骤：在LCD屏幕上按下寻找最大功率点模式，STM32控制可编程电阻，实现连续线性的负载增加，并实时记录电压和电流，计算出实时功率，再实时对比功率，将最大功率点记录下来，当电阻值增加到断开，将测得的最大功率点显示在LCD屏幕上；

功率因子计算步骤：在LCD屏幕上按下功率因子模式，由于开始检测步骤和寻找最大功率步骤已经测出最大功率点，开路电压和短路电流，根据FF＝P_max/(U_oc*I_sc)可以计算出功率因子并显示在LCD屏幕上；

绘制功率曲线步骤：在LCD屏幕上按下绘制功率模式，由于寻找最大功率步骤中线性变换电阻值，其电压、电流变化曲线也是连续并且被记录在数组中，故可以通过打点法绘制曲线，x轴范围为0-开路电压U_oc，y轴范围为0-短路电路I_sc，将数组中记录的点打印到LCD屏上，再连点成线，便可绘制出一条连续的电流-电压曲线，再按照同样的方法绘制一条功率-电压曲线，并标注最大功率点以及对应电阻值。