基于物联网的太阳能发电监测系统设计(有完整资料)

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编号：

T4422405M

设计简介：

本设计是基于STM32的太阳能发电监测系统，主要实现以下功能：

1.可通过太阳能阵列（两个太阳能板）进行发电
2.可监测当前的充电状态
3.可按键设置电压阈值，超过阈值报警
4.可通过GPS模块获取地理位置信息
5.可通过WIFI模块连接至云平台

电源： 5V
传感器：GPS模块（NEO-6M）、充放电模块（HB-001）、太阳能发电板
显示屏：OLED12864
单片机：STM32F103C8T6
执行器：有源蜂鸣器、发光二极管
人机交互：独立按键
通信模块：WIFI模块（ESP8266-12F）

标签：STM32、OLED12864、NEO-6M、HB-001、太阳能发电板、有源蜂鸣器、发光二极管、独立按键、ESP8266-12F

题目扩展：智能充电桩、智能民宿控制系统

基于 STM32 的太阳能发电监测系统设计与实现

一、主控部分

核心：STM32F103C8T6 单片机

功能：获取输入数据、内部处理、控制输出

二、输入部分

GPS 模块：获取当地的地理位置（经纬度）数据
太阳能板模块（两块）：进行太阳能发电，为系统提供电能输入
独立按键：用于切换系统界面、设置电压等参数阈值
锂电池模块：储存太阳能板产生的电能，提供备用供电支持
电源电路：为整个太阳能发电监测系统稳定供电

三、输出部分

OLED 显示模块：显示地理位置经纬度、太阳能板充电电压及设定的参数阈值
声光报警模块：当检测到充电电压超过设定阈值时，触发声光报警提醒
WIFI 模块：将地理位置、充电电压等监测数据上传至云平台，同时连接手机 APP，实现远程监控与控制

第 5 章实物调试

5.1 整体实物构成

该设计主要硬件包含主控单片机，负责系统的运算与控制；充电电源电路相关组件，实现电源输入、转换与电池充电管理；OLED 显示屏，用于显示太阳能发电监测数据；ESP8266 WiFi 模块，实现数据的无线传输与云平台连接；NEO-7M GPS 模块，获取地理位置信息；此外还有独立按键用于参数设置，声光报警组件用于异常提醒。

焊接流程方面，先清理焊接部位，给烙铁预热并上锡。从低矮、不易遮挡其他元件的元件开始焊接，比如电阻、电容等，接着焊接芯片等较大元件，焊接时确保引脚与焊盘对齐，均匀加热引脚和焊盘，适量添加焊锡。焊接完成后检查焊点是否光滑、有无虚焊、连焊。

注意事项上，焊接前要确认元件型号和参数是否正确；焊接芯片等敏感元件时，注意静电防护，可使用防静电手环等设备；烙铁温度要合适，避免温度过高损坏元件；焊接完成后，要对电路板进行清洁，去除助焊剂残留，防止后期短路等问题。整体实物如图 5-1 所示：

图 5-1 整体实物图

5.2 参数获取功能测试

该硬件系统以单片机为核心，集成 GPS 模块获取经纬度信息，经处理后在显示屏呈现位置数据；借助电压检测电路采集充电电压，经模数转换等操作，将实时充电电压值输出显示。参数获取测试图如下图 5-2 所示。

图 5-2 参数获取功能测试图

5.3 设置电压阈值功能测试

通过按键或程序可设置电压阈值，系统将其与实时电压对比，超阈值触发报警，实现对太阳能发电系统位置定位、充电电压监测及过压欠压预警，为设备运行状态监控、故障预防及地理信息关联提供数据支撑，保障系统稳定、安全发电。设置电压阈值功能如下图 5-3 所示：

图 5-3 按键阈值测试图

第 6 章软件调试

6.1 软件介绍

Proteus 8.15 是一款由 Labcenter Electronics 开发的电子设计自动化（EDA）软件。它集电路仿真、PCB 设计和微控制器调试于一体，广泛应用于嵌入式系统开发等领域。该软件拥有丰富元件库，包含超 50000 种元器件，支持模拟 / 数字电路协同仿真，集成逻辑分析仪等虚拟仪器。它还内置 8051、ARM 等微控制器模型，支持与 Keil 等编译器联调。此外，Proteus 8.15 可实现从原理图到 PCB 的自动布局布线，并生成 3D 模型。其界面直观，支持工具栏和快捷键个性化定制，还提供电压探针等调试工具，方便用户分析电路行为。软件界面如图 6-1 所示：

图 6-1 软件界面图

6.2 参数获取功能测试

该系统可实时获取充电电压、经纬度等参数，充电电压通过相关模块采集，经纬度信息也同步获取，这些参数会在 OLED 显示屏和虚拟终端上直观显示，如显示屏呈现 “充电电压 5.04 电压阈值 5.50”“纬度 31.553 经度 117.20”，虚拟终端同步显示对应数据，同时还会显示报警状态，让用户能及时掌握系统各项参数情况。参数获取测试图如下图 6-2 所示。

图 6-2 参数获取功能测试图

6.3 阈值设置功能测试

该系统的阈值设置功能通过按键操作实现，用户可借助按键对电压阈值（如 5.50）等参数进行调整。系统将实时采集的充电电压与设定的电压阈值对比，当实际电压超出阈值时，会触发声光报警等相应机制，同时所有参数（包括经纬度、充电电压、阈值及报警状态）可在 OLED 显示屏和虚拟终端同步显示，方便用户直观查看与灵活设置，保障系统在参数超限情况下及时响应。阈值设置功能如下图 6-3 所示：

图 6-3 阈值设置功能测试图

设计说明书部分资料如下

设计摘要：

随着能源需求的不断增长以及对清洁能源的日益重视，太阳能作为一种可持续的绿色能源，其应用范围愈发广泛。当下，众多太阳能发电系统已投入使用，但在实际应用中仍存在一些不足。部分系统仅侧重于发电功能，缺乏对充电状态的有效监测，难以实时把控电量情况；对于电压异常也缺少灵活设置阈值并及时报警的机制，存在一定安全隐患；同时，在定位与数据共享方面也有所欠缺，不利于整体的管理与维护。

而基于物联网的太阳能发电监测系统的研究显得尤为重要。本设计通过配备两个太阳能板组成的太阳能阵列实现发电功能，且能实时监测充电状态，支持按键设置电压阈值并在超出时报警。还可借助GPS模块获取地理位置信息，利用WIFI模块连接云平台，便于远程管控与数据分析，全方位提升太阳能发电系统的实用性与安全性，助力太阳能资源更好地被利用。

关键词：太阳能发电；单片机；GPS模块