【正文】 現(xiàn)在常用的鍵盤有查詢方式式鍵盤和基于中斷方式的鍵盤，查詢方式是程序每執(zhí)行時順序檢查各按鍵是否有按下，這樣的按鍵的優(yōu)點是查詢方式的按鍵編程簡單不容易出錯，但查詢方式的按鍵最大的也是最致命的缺點是若程序的周期比較長，而你按鍵的時候，程序正在別的子程序中執(zhí)行，這樣就會使單片機(jī)無法響應(yīng)用戶的按鍵，也就無法實現(xiàn)測量，所以本設(shè)計不采用查詢方式的按鍵。由于步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)屬于獨立的外部元件，通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的三根引線與單片機(jī)連接，因此圖中沒有畫出步進(jìn)電機(jī)部分的電路圖，會在后面進(jìn)行介紹。在作為一般的 I/O 端口時，PORTD 的輸入為斯密特觸發(fā)緩沖器(Schmitt Trigger Input Buffer)，在作為并行從動口時，則是 TTL 緩沖器。在使用 I2C 的通信方式時，PORTC＜3：4＞的引腳可以通過 SSPSTAT 寄存器中的 CKE 位來設(shè)置是要使用一般 I2C 的電位還是 SMBUS的電位。PORTC 的輸入為斯密特觸發(fā)緩沖器(Scbmitt Trigger Input Buffer)。PORTB 具有一項由內(nèi)部提供的弱上拉(Weak Pullup)功能，并在 OPTION REG 寄存器中有一個 RBPU 位可以使能或禁止這個特性。PORTA 是一個 6 位寬的輸入輸出端口(I/O Port)，分別標(biāo)示為 ~。當(dāng)引腳作為輸出時，表示單片機(jī)必須提供一個電壓電位來控制外部組件，在引腳輸出 l 的時候，引腳必須提供足夠的電流才能維持引腳的狀態(tài)，因此在設(shè)計外部電路的時候，必須注意引腳的電氣規(guī)格能提供多大的電流，這樣的設(shè)計才不會發(fā)生推不動外圍電路的情形。TRISx 用來決定輸入輸出口的方向，每一個 I/O 口個別的引腳都可以獨立地設(shè)定作為輸入或是輸出引腳，當(dāng)該引腳設(shè)置為輸入引腳時，對應(yīng)的 Rx 位的內(nèi)容就為該引腳的狀態(tài)：當(dāng)該引腳設(shè)置為輸出引腳時，對應(yīng)的 Rx 位的值由程序內(nèi)部寫入。在單片機(jī)引腳內(nèi)部提供不同的兩條阻抗特性的路徑可以作為雙向輸入輸出引腳，不過此時需要另外—個選擇引腳作為輸入或輸出的選擇位，通常稱之為方向位(Direction Bit)：另外還有一個標(biāo)志位，在作為輸入引腳時用來存放引腳的狀態(tài)值，作為輸出引腳時則是單片機(jī)用來設(shè)置引腳狀態(tài)用的，這就是一般常見的單片機(jī)引腳結(jié)構(gòu)。 PICl6F877 微處理器的核心特點使用高性能的 RISC CPU 核心；只需要學(xué)習(xí) 35 個單字的指令即可；除了部分程序分支(Branch)的指令需要 2 個指令周期外，所有的指令執(zhí)行時間都只需要 1 個指令周期而已；操作時鐘速度范圍：DC 到 20MHZ 的時鐘輸入，相當(dāng)于 DC 到最短 200ns 的指令周期；程序存儲器(Flash)最多可到 8K 的字(14 位寬)，368 的字節(jié)(8 位)以及 256 字節(jié)的 EEPROM 數(shù)據(jù)存儲器：引腳和 PICl6C73/74/76/77 完全兼容；支持中斷處理(14 個中斷源)；8 層的硬件堆棧(Hardware Stack)結(jié)構(gòu)；有直接、間接及相對尋址三種模式；具有上電復(fù)位功能 POR(Poweron Reset)；內(nèi)置上電延時定時器 PWT(Powerup Timer)與振蕩器起振定 OST(OscillatorStartup Timer)；內(nèi)部的看門狗定時器WDT(Watchdog Timer )有自己的 RC 振蕩器，提高動作的可靠度；提供可編程代碼保護(hù)(Code Protection)功能；具有省電功能的休眠(SLEEP)模式；多種振蕩時鐘形式的選擇；采用低功率、高速的 CMOS Flash/EEPROM 技術(shù)；完全靜態(tài)設(shè)計(Full Static Design)；使用兩個引腳來完成串行燒寫的工作亦即支持 ICSP（InCircuit Serial Programming）功能：燒寫時僅需 5v 的電源即可；兩個引腳的 ICD(InCircuit Debug)接口功能；可對程序存儲器進(jìn)行讀取或?qū)懭氲膭幼?；操作電源范圍彈性大，? 到；引腳可吸入或提供電流高達(dá) 25mA；商業(yè)用、工業(yè)用或范圍更大的操作溫度范圍；低功率消耗，在 5V/4MHz 下，低于 2mA；在 3V/32kHz 下，約為 20uA；在一般待命狀況下，電流小于 luA。 A/D 轉(zhuǎn)換單元，實現(xiàn)由模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，而溫度信號的采集采用數(shù)字溫度傳感器，可以直接輸出二進(jìn)制數(shù)據(jù)；轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的電壓、電流、光強和溫度數(shù)據(jù)通過串口與 PC 機(jī)進(jìn)行通信，在 PC 機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和處理后結(jié)果的顯示；整個數(shù)據(jù)采集部分以單片機(jī)為控制核心，通過單片機(jī)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集單元、A/D 轉(zhuǎn)換單元和串口通信單元之間的協(xié)調(diào)工作。在鍵盤設(shè)計方面采用了中斷方式，這樣在任何時間的采樣任務(wù)都可以得到響應(yīng)，程序的邏輯性也更強。采用一種智能溫度傳感器 DS18B20 作為檢測元器件，測溫范圍55℃~125℃，分辨率最大可達(dá) ℃。顯示電路采用 LCD 進(jìn)行顯示，通過中斷方式鍵盤進(jìn)行各項數(shù)據(jù)采集的控制，當(dāng)按下按鍵就可以跳入新的采集任務(wù)。顯示電路采用直接驅(qū)動四位七段 數(shù)碼管進(jìn)行顯示，通過查詢方式鍵盤進(jìn)行各項數(shù)據(jù)采集的控制，通過軟件 手段實現(xiàn)按鍵的消抖。 第三章 系統(tǒng)方案設(shè)計 方案一系統(tǒng)的溫度采集選用 PTl000 鉑電阻溫度傳感器，PT100 是鉑熱電阻，它的阻值會隨著溫度的變化而改變。 太陽能電池的測試方法 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書13太陽能電池的伏安特性受日照強度和電池溫度的影響，因此規(guī)定太陽輻射光譜為，日照強度為 1000W/m2，太陽能電池溫度為 25℃時為地面測試太陽能電池性能的標(biāo)準(zhǔn)測試條件。 日照強度對太陽能電池伏安特性的影響 太陽能電池的溫度實際上是受日照強度影響的。串聯(lián)電阻對填充因子有重要影響，串聯(lián)電阻越小，填充因子越大，太陽能電池的 VI 特性曲線越接近矩形，太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率越高；串聯(lián)電阻越大，短路電流越小，開路電壓不變，填充因子越小，轉(zhuǎn)換效率越低。 FF：填充因子是太陽能電池的一個重要參數(shù)，定義為太陽能電池的最大輸出功率與開路電壓和短路電流乘積之比，表述為： (24) ????=????????????????=????????????????????填充因子是評判太陽能電池輸出特性的重要指標(biāo)，能夠反映太陽能電池質(zhì)量的優(yōu)劣程度，其值永遠(yuǎn)小于 1，填充因子越大，表明太陽能電池輸出特性越趨于矩形。太陽能電池的伏安特性曲線，不同的伏安特性曲線可以反映太陽能電池在不同環(huán)境條件下工作時的發(fā)電能力和最佳效率點。 從太陽能電池的伏安特性曲線中可以看出太陽能電池既不是恒流源，也不是恒壓源，不可能為負(fù)載提供任意大的功率。式中 U 為負(fù)載兩端電壓，I ph 為光生電流，A 的取值范圍為 l～5，稱為二極管因子，用于考慮電路中二極管的非理想 pn 結(jié)。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書10在一定的光強照射下，太陽能電池的光電流不隨工作狀態(tài)而變化，在等效電路中可以看做恒流源，光電流中的一部分流經(jīng)負(fù)載，在負(fù)載兩端建立端電壓，端電壓反過來又正偏于 pn 結(jié)兩端，產(chǎn)生一股暗電流，暗電流方向與光電流方向相反。這一現(xiàn)象稱為光生伏打效應(yīng)，也稱光伏效應(yīng)，太陽能電池就是根據(jù)光伏效應(yīng)工作的。在結(jié)區(qū)即 P 區(qū)與 n 區(qū)交界面的兩側(cè)存在一個被稱為耗盡層的空間電荷區(qū)。 晶體硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)如圖 21 所示，晶體硅太陽能電池是用硅材料制成大面積 pn 結(jié)進(jìn)行工作的，一般是以 P 型硅半導(dǎo)體材料作為基質(zhì)材料，在 P 型硅表面擴(kuò)散出一層很薄的經(jīng)過重?fù)诫s的 n 型層，然后在 n 型層上面制作金屬柵線，作為正面接觸電極，在整個背面制作作為背面接觸電極的金屬膜。 太陽能電池依據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，可以有不同的分類方法： 根據(jù)太陽能電池技術(shù)的成熟程度來劃分，可以分成以下幾個階段：第 1 代太陽能電池，主要是晶體硅太陽能電池；第 2 代太陽能電池，主要是各種薄膜太陽能電池；第 3 代太陽能電池，主要是各種新概念太陽能電池。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書8第二章 太陽能電池的特性及測試原理 太陽能電池的分類 太陽能電池是一種能進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化的光電元件，也稱光伏電池或光電池。本文設(shè)計了太陽能電池測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集部分，可以有效的采集太陽能電池的電流、電壓、光強和溫度等參量，數(shù)據(jù)的采集過程可以在很短的時問內(nèi)完成，避免了溫度和光強變化對測試數(shù)據(jù)的影響。 在太陽能光伏發(fā)電技術(shù)中太陽能電池起著關(guān)鍵和核心的作用，太陽能電池的開路電壓、短路電流、最大功率、轉(zhuǎn)換效率等性能參數(shù)對其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用有重要影響。這些項目包括：中國政府的“光明工程”先導(dǎo)項目，中國和加拿大合作的“CIDA 太陽能農(nóng)村通電項目” ，國家計委的光明工程，西藏阿罩光電計劃等。我國于 1971 年發(fā)射的東方紅二號衛(wèi)星上首次成功地利用了太陽能電池，在 80 年代以前我國的光伏工業(yè)尚處于雛形。 ，2020 年世界光伏發(fā)電將占到全球總電力的 1％，到 2040 年光伏發(fā)電將占到全球發(fā)電量 20％的份額。中國超過三分之二的國土的年同照時間大于 2200 小時，年輻射總量平均大于 5900MJ/平方米，資源極為豐富，有大力發(fā)展的可能性和必要性。 。 表 11 為能源專家對今后 4050 年可再生能源的預(yù)測數(shù)據(jù)，表 11 中數(shù)據(jù)表明，到本世紀(jì)中葉，全球石油所剩無幾，天然氣儲量急劇減少，核電和水電在消費結(jié)構(gòu)中的比列都不超過 10％，太陽能、風(fēng)能和生物質(zhì)能將占能源消費結(jié)構(gòu)的 50％。我國未來。三大含碳能源在燃燒過程中還產(chǎn)生了數(shù)量極為巨大的有害氣體 SO2，這是導(dǎo)致酸雨災(zāi)害的主要原因。同時，能源消費也產(chǎn)生了相當(dāng)嚴(yán)重的環(huán)境問題。因此，能源戰(zhàn)略都被世界各國當(dāng)做其經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。工業(yè)現(xiàn)代化所需要的主要能源，如石油、煤、天然氣等又都是不可再生能源。因此，能源問題將成為制約我國經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的瓶頸。這些溫，全球性的洪澇、干旱、酷暑、嚴(yán)寒、風(fēng)暴等自然災(zāi)害增多，對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了極為有害的影響。我國目前的能源消費結(jié)構(gòu)和能源消費規(guī)模已經(jīng)使環(huán)境不堪重負(fù)，能源消費性污染是我國重要的環(huán)境污染類型，能源生產(chǎn)和能源消費所引起的環(huán)境污染問題已經(jīng)嚴(yán)重制約了我國的可持續(xù)發(fā)展，我國潛在的能源需求對環(huán)境也造成了巨大的壓力。世界能源消費結(jié)構(gòu)正在向著清潔、低碳或無碳的核能、天然氣、風(fēng)能和太陽能方向發(fā)展。光熱發(fā)電是利用太陽光的熱效應(yīng)，通過熱動力裝置來發(fā)電；光伏發(fā)電是利用太陽能電池實現(xiàn)光能與電能的相互轉(zhuǎn)化，從而實現(xiàn)太陽能的利用。因此，大力發(fā)展風(fēng)能、太陽能等可再生能源，是改善我國的能源結(jié)構(gòu)，解決我國能源問題的有效方法。太陽能光伏發(fā)電成為最有發(fā)展前景的一種新能源技術(shù)，世界各國紛紛投入人力物力研究開發(fā)太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，將太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)做為解決能源和環(huán)境問題的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)加以重點支持，使全球太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)得以迅猛發(fā)展。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書6 中國太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè) 我國對太陽能電池的研究始于 1958 年。 我國實施了很多重大光伏項目，這些項目對我國光伏市場和光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都起到了積極地推動作用。 本文研究的目的和意義 太陽能光伏發(fā)電技術(shù)對改變我國的能源消費結(jié)構(gòu)，解決由于能源消費而引起的環(huán)境問題，實現(xiàn)我國的可持續(xù)發(fā)展都可以起到積極的作用，對我國建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，實現(xiàn)社會主義現(xiàn)代化都具有重大意義。在測試過程中必須對太陽能電池組件在給定光強下的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，要準(zhǔn)確而高效地完成太陽能電池數(shù)據(jù)的采集，必須用到太陽能電池測試系統(tǒng)。 ，用目前流行的單片機(jī)語言，編寫了實現(xiàn)本課題做需的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)通信等功能的軟件程序。由于許多新技術(shù)的采用，太陽能電池的效率有了很大提高，新南威爾士大學(xué)的科研人員 領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，已經(jīng)使單晶硅太陽電池轉(zhuǎn)換效率高達(dá) ％。 太陽能電池的工作原理及等效電路 太陽能電池的工作原理 太陽能電池的制作材料多種多樣，但目前在全球占據(jù)主導(dǎo)地位的主要是硅材料太陽能電池，因此本文中主要以硅材料太陽能電池為代表來討論太陽能電池的工作原理。如果少數(shù)載流子離 pn 結(jié)的距離小于它的擴(kuò)散長度，就會有擴(kuò)散到結(jié)界面處的蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書9幾率。在外電路處于開路狀態(tài)的情況下，這些光生電子和空穴會積累在pn 結(jié)附近，結(jié)果使 P 區(qū)獲得附加正電荷， n 區(qū)獲得附加負(fù)電荷，在 pn 結(jié)上就會產(chǎn)生光生電動勢。當(dāng)有太陽光照射到太陽能電池表面時，pn 結(jié)的平衡狀態(tài)會被破壞，將產(chǎn)生一個從 n 區(qū)流向 P 區(qū)的光生電流 Iph，同時，存在一個從 p 區(qū)流向 rl 區(qū)，與光生電流方向相反的暗電流 ID，我們把光生電流的方向定義為參考正方向，因此，可以得到理想 pn 結(jié)太陽能電池的伏安特性可以表示為： (22) ??=????????0[exp(????????)?1]，硅片的內(nèi)部阻抗和電極接觸會引起串聯(lián)電阻 Rs，pn 結(jié)內(nèi)部的不完整性會引起并聯(lián)電阻 Rsh，pn 結(jié)還具有結(jié)電容 Cj。電壓、電流方向如圖中所示，可以得出太陽能電池的 IV 方程為： (23)??=????????0{??????[??(??+??????)??????]?1}???+???????????對實際使用的太陽能電池而言，它們的參數(shù)各不相同，因此，在方程中的參數(shù)應(yīng)處理為集中參數(shù)。由圖中可知，太陽能電池的伏安特性曲線是非線性的，該曲線受太陽能電池自身的工藝參數(shù)，外界光照的強度和太陽能電池自身溫度等因素的影響。太陽能電池有一個最大輸