斯特林太阳能发电主控器上位机监控软件设计

古宏刚，周汉义，任金鹏，阮青亮

(合肥工业大学材料科学与工程学院，安徽合肥 230009)

高技术太阳能斯特林发动机是一种将高压的氦和氢进行密封，并用优质材料和高级加工方法制造的且最为正统的斯特林发动机。其原先是作为汽车发动机进行开发的，随后才作为太阳能斯特林发动机。其可与聚光系统一同生产。在某些国家的沙漠中，已安装了一部分该款的发动机。许多发达国家对斯特林发动机的研究，主要是针对于地面上大型发电。该发动机也称之为高技术太阳能斯特林发动机［1］。

现有的太阳能斯特林发动机项目所采用的是阳光接收器技术，光电转换率达31.25%，保持着太阳能发电技术的高效纪录，是一种高度集聚利用太阳能的技术，远超于其他竞争对手。

斯特林太阳能发电主控器上位机的软件设计思路为:主控系统下位机发送数据通过CAN总线传输，PC机接受并作出相关处理，Delphi编程从而实现相关数据的实时监控、存储数据库及相关控制等功能。相关界面设计主要包括:主界面、模拟量接收界面、故障及开关量显示界面、软件调试界面、软件测试界面、实时数据界面和通道检测界面。整个软件简化工作流程如图1所示。

图1 软件简化工作流程

1 主控器上位机的软件设计思路

1.1 实时监控

整个过程要实时监控数据包括:约40个温度、10余个压力、电参数和其他参数，要使整个界面在实时监控的同时，更加便于观察，最终选择Delphi。Delphi是Windows平台下著名的快速应用程序开发工具。Delphi是一个集成开发环境(IDE)，其核心是由传统Pascal语言发展而来的Object Pascal，以图形用户界面为开发环境，透过IDE、VCL工具与编译器，配合连结数据库的功能，构成一个以面向对象程序设计为中心的应用程序开发工具［2-4］。

为实现长距离的数据传送，文中选择了PCICAN通讯。确定了通讯和软件后，则需要进行源程序的编写，由于显示的数据量较大，所以利用接收函数来处理。

同时为了实现数据的实时监控，需要在接收的数据缓存中经行清缓冲区。

这是实时监控中最重要的两个函数，一是数据的接收，二是实现“实时”。接着就是主界面的编程，主界面的示意图如图2所示。

图2 主界面示意图

主界面也是整个软件设计的核心部分，在主界面上需实现当前需要的所有功能，不仅是数据的实时监控。主界面主要包括左上角温度显示、左下角电参量显示、中间实体图的相关温度和压力显示、其他界面切换及元器件控制和其余辅助功能等。

在实时数据的显示源程序中，利用了循环程序，同时可实现一组8 Byte的接收。

这使数据接收源程序效率大幅提升。实时监控部分已通过实验达到相关要求。

1.2 存储数据库

为了使后期可方便查阅相关数据，数据库是必不可少的，在本软件设计中选择了 Access数据库。Access是关系数据库开发工具，数据库可汇集各种信息以供查询、存储和检索。Access的优点在于可利用数据表示图或自定义窗体收集信息。数据表示图提供了一种类似于Excel的电子表格，可使数据库便于观察。另外Access允许创建自定义报表用于打印或输出数据库中的信息。为能主观控制选择存储数据，编程时增加了一个存储按钮，便于及时存储相关数据。

在Access数据库中需要存储的数据较多，因此建立数据库较为复杂，部分需存储的项目如3图所示。

图3 数据库部分存储项示意图

存储数据的时间间隔定为1 s存储一次，而源代码其实包括打开数据库、指针定位和数据存储等步骤。

1.3 控制部分及辅助功能

控制部分主要包括手动控制和自动控制2部分，这也是整个主控软件中最重要的部分，手动与自动切换主要靠“自动控制”按钮实现，手动控制就是发送相关数据来实现元器件的动作，源程序中运用了发送数据函数。主界面中的按钮均运用了发送数据函数。

自动控制是最终所需的效果，首先需设计出自动控制的流程图，这关系着斯特林太阳能发电机的正常运行，通过大量实验最终确定了流程，部分流程图如图4所示。

图4 部分自动控制流程图

在自动控制中为了能方便检查与安全，在主界面中增加了“运行状态”与“报警信息”显示，通过大量实验修正，控制部分最终达到相关要求。

其他辅助功能主要包括“温度显示图”、“阳光跟踪”、“参数设置”、“电量参数明细”等功能，这些辅助功能在实际试验中起关键作用。

2 实验和结论

实验中由于数据量较大，所以数据库具有关键性作用，而在所有数据中电参量则是关键，功率因数=有功功率/视在功率，当有功功率为负值时，说明暂未发电，而当有功功率为正值时，即为已发出相应的电，现场试验部分数据如表1所示。

从表1中可看出15:34:13时开始发电，电机空转时为1 822 r/min，符合电机空转范围，15:40:00时发电已超过2 kW，而15:45:28达到2.5 kW，其后保持正常工作发电约为2.5 kW。

表1数据结果及实验表明，文中介绍的斯特林太阳能发电主控器上位机的软件设计达到了相关要求，并具有数据可靠、操作简单且运行稳定等优点。

［1］陈幼松.太阳能斯特林发动机的现状和发展［J］.太阳能，1992(2):5-7.

［2］宁正元.Delphi程序设计与应用教程［M］.北京:中国水利水电出版社，2005.

［3］网冠科技.Delphi程序开发触类旁通百例［M］.北京:机械工业出社，2005.

［4］段兴.Delphi实用程序100例［M］.北京:人民邮电出版社，2002.

［5］PETER R，ELIE S.Access数据库设计开发与部署［M］.天宏工作室，译.北京:清华大学出版社，2005.

［6］何希琼.实用Access详解［J］.北京:电子工业出社，1994.