【正文】 PIC 單片機是采用 RISC結(jié)構(gòu)的高性價比嵌入式控制器，采取數(shù)據(jù)總線和地址總線分離的 Harvard 雙總線結(jié)構(gòu)，具有很高的流水處理速度。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 302kw 風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計光伏發(fā)電部分 5 逆變主電路的設(shè)計 獨立光伏發(fā)電 系統(tǒng)逆變電路的設(shè)計主要包括逆變主電路的設(shè)計、控制電路、驅(qū)動電路等的設(shè)計。 Proteus 軟件為單片機系統(tǒng)提供了良好的仿真環(huán)境，所以程序調(diào)試完成后，把在 KEIL 中生成的目標文件 HEX 文件，下載在仿真系統(tǒng)的單片機中，進行 KEIL 和 proteus 聯(lián)合調(diào)試，看系統(tǒng)是否能正常工作。 開 始初 始 化主 函 數(shù) 和 子 函 數(shù)蓄 電 池 電 壓采 集 轉(zhuǎn) 換V b a t 0V b a t 1 4 . 5 V蓄 電 池 反 接關(guān) 閉 充 放 電 電 路停 止 充 電關(guān) 斷 負 載P W M 浮 充 充 電直 充 充 電NYYYYNNNN關(guān) 斷 負 載開 啟 充 電結(jié) 束NV b a t 1 2 VV b a t 1 0 . 8 V 圖 415 系統(tǒng) 主程序流程圖 系統(tǒng) 主程 序是整個 電壓 測控系統(tǒng)中最重要的程序，是一個順序執(zhí)行的無限循環(huán)程序。 設(shè)計中 T1IN 連接 CMOS 電平的單片機的串行發(fā)送端； T1OUT 連接電腦的 RS232C串口的接收端 PCRXD；同理， R1IN 連接電腦的 RS232C 串口的發(fā)送端 PCTXD； R1OUT連接 CMOS 電平的單片機的串行接收端。 第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。而且系統(tǒng)采用易于實現(xiàn)的異步串行通信方式，用最簡單也最實用的奇偶校驗作為串行通信錯誤校驗方式。所有接到 I2C 總線設(shè)備上的串行數(shù)據(jù) SDA 都接到總線的 SDA 上，各設(shè)備的時鐘線 SCL接到總線的 SCL 上。若采用普通存儲器，在掉電時需要備用電池供電，并需要在硬件上增加掉電檢測電路，但存在電池不可靠及擴 展芯片占用單片機過多口線的缺點。 表 41 1602 的主要技術(shù)參數(shù) 顯示容量 16? 2 個字符 芯片工作電壓 ~ 工作電流 （ ） 模塊最佳工作電壓 字符尺寸 ? （ W? H） mm 顯然， 1602 液晶可以滿足要求，接下來介紹其各個引腳的功能，為后面設(shè)計電壓顯示電路做準備。由分壓公式得出采集的電壓為 ADIN，當蓄電池充滿電時電壓大概為 ，計算出采集到的電壓為 ，符合 A/D 轉(zhuǎn)換芯片的 ADC0804 的輸入值。 ADC0804 引腳 圖如圖 48 所示，其各個引腳的 功能 ： CS — 芯片片選信號輸入端，低電平有效，一旦 CS 有效，表明 A/D 轉(zhuǎn)換器別選中，可啟動工作。 1243U2Q817Q3NPN805010KR7500R610KR8200R9VCC(5V)PWMPV+K11243U3Q817Q4NPN805010KR11500R1010KR12200R13VCC(5V)FUZAIBAT+K2 圖 47 光耦驅(qū)動電路 A/D 轉(zhuǎn)換電路 本系統(tǒng)設(shè)計的 STC89C52 單片機沒有內(nèi)置的 A/D 轉(zhuǎn)換模塊，因此 需要先 采集 蓄電池 的電壓 ，然后 經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換才可接入單片機。當用戶將蓄電池反 接至控制器時，續(xù)流二極管 D3 可以進行續(xù)流，從而保護控制器不被毀壞。 分析可知， 通過控制 MOSFET 管 閉合 和 斷開的時間（即 PWM—脈沖寬度調(diào)制），就可以控制輸出電壓。工作狀態(tài)指示燈電路如圖 44 所示。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動。 單片機的 最小系統(tǒng)及擴展電路 單片機是系統(tǒng)的主控芯片，為了使整個電路得到很好的控制，首先必須構(gòu)建最小系統(tǒng)是單片機可以工作起來。 在芯片 內(nèi)部 ，擁有 很高頻率 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案 。 系統(tǒng)層次原理圖 系統(tǒng)層次原理圖 如圖 41 所示，電路設(shè)計以 STC89C52 單片機 作為主控芯片構(gòu)成控制電路模塊對整個電路控制。當日射 S1000W／㎡時。 太陽能電池溫度補償電壓 VT。 圖 32 太陽能電池的理想狀態(tài)等效電路 太陽能電池 板 的 計算 硅太 陽能發(fā)電板容量是指平板式太陽能板發(fā)電功率 WP。首先對 PN結(jié)二極管做一簡單說明。同時還具有自動穩(wěn)壓功能，可改善風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的供電質(zhì)量；在逆變器的電路結(jié)構(gòu)形式上，主要是工頻變壓器和高頻變壓器兩種形式。具有抗風(fēng)、防潮、工作穩(wěn)定、無需維護等特點。風(fēng)和光在時間上的互補性使得風(fēng)光互補發(fā)電技術(shù)在保障供電連續(xù)性上有重大意義，風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)具有電力輸出穩(wěn)定、經(jīng)濟性高、對環(huán)境影響小等優(yōu)點，也解決了太陽能發(fā)展中對電網(wǎng)沖擊等影響。綠色能源 —— 風(fēng)力發(fā)電將為人類最終解決能源問題帶來新的希望。美國 %的陸地面積安裝了風(fēng)力發(fā)電機，便可以滿足美國目前電力需求的 20%?？衫寐蕪脑瓉淼?50%提高到 98%，風(fēng)能利用系數(shù)超了 40%。 1880 年， Charles Ffitts 開發(fā)出以硒為基蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 62kw 風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計光伏發(fā)電部分 礎(chǔ)的太陽能電池，以后人們即把能夠產(chǎn)生光生付打效應(yīng)的器件稱為 “ 光伏器件 ” 。它是今后可替代礦物燃料的戰(zhàn)略性能源，又是當前邊遠地區(qū)能源供應(yīng)的一種有效的補充。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 52kw 風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計光伏發(fā)電部分 1 緒論 能源問題 能源是不僅僅是現(xiàn)代經(jīng)濟社會發(fā)展的基礎(chǔ)，也是經(jīng)濟社會發(fā)展的重要制約因素。軟件設(shè)計中，采用瞬時電壓反饋，增加了電路保護等功能，論文闡述了軟件設(shè)計總體思想構(gòu)架，給出了程序代碼。蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 12kw 風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計光伏發(fā)電部分 摘 要 進入二十一世紀，人 類面臨著實現(xiàn)經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)，而能源問題日益嚴重 。最 后 ,利用單片機仿真軟件 proteus對系統(tǒng)進行仿真并給出仿真原理圖及仿真波形。當前，包括我國在內(nèi)的絕大多數(shù)國家都以石油和煤炭等礦物燃料為主要能源。隨著礦物燃料的逐漸消耗，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)將越來越顯示其重要性和發(fā)展?jié)摿Α０雽?dǎo)體 PN 結(jié)器件在陽光下的光電轉(zhuǎn)換效率最高，通常稱這類光伏器件為 “ 太陽能電池（ Solar Cell） ” 。由于采用計算機技術(shù)，實現(xiàn)了風(fēng)機自診斷功能，安全保護措施更加完善，并且實現(xiàn)了單機獨立控制、多機群控和遙控，完全可以無人職守。第四，政府的優(yōu)惠政策。 風(fēng)光互補發(fā)電 上世紀八十年代許多人開始了風(fēng)能、太陽能的綜合利用的研究。因而風(fēng)光互補發(fā)電技術(shù)正在得到廣泛地應(yīng)用 。 鉛酸蓄電池：蓄電池的選擇要求：重量輕、體積小、能量轉(zhuǎn)換率高、自放電慢、充放電循次數(shù)多（即使用壽命長）等。對一個風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)而言，逆變器是一種電力電子設(shè)備，抗過載，抗沖擊的能力要相對弱一些，是最易出故障的單元。如圖 31 所示，為一理想的 PN 結(jié)二極管的電流 電壓（ IV）特性圖，其對應(yīng)的方程式如下： ???????? ?????????????????? ???????? ?? 1e xp1e xpTpnspnspn nVVInk TqVII （ 1） Ipn， Vpn： PN 結(jié)二極管的電流及電壓 k：波爾茲曼常數(shù)（ Boltzmann Constant： 1023J/K） q：電子電荷量（ 1019 庫侖） T：絕對溫度（凱氏溫度 K＝攝氏溫度＋ 273 度） Is：等效二極管的逆向飽和電流 VT：熱電壓（ Thermal Voltage： ） 太陽能電池將太陽光能轉(zhuǎn)換為電能是依賴自然光中的的量子 光子（ Photons），而每個光子所攜帶的能量為 Eph： ? ? ?? hcEph ? （ 2） h：普郎克常數(shù)（ Planck Constant： 1015eV太陽能發(fā)電功率量值取決蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 112kw 風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計光伏發(fā)電部分 于負載 24h 所能消 耗的電力 H(WH)，由負載額定電源與負載 24h 所消耗的電力，決定了負載 24h 消耗的容量 P(AH)，再考慮到平均每天日照時數(shù)及陰雨天造成的影響，計算出太陽能電池陣列工作電流 IP(A)。 VT=(T25)VF （５） 計算太陽能電池陣列工作電壓 VP。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 122kw 風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計光伏發(fā)電部分 圖 33 太陽電池陣列的伏安特性曲線 溫度和日照強度的變化對太陽電池的伏安特性都有影響，在僅改變?nèi)照諒姸榷３制渌鼦l件 (如太陽電池溫度和大氣質(zhì)量等 )不變的情況下。首先采用并聯(lián)分壓方式對蓄電池電壓采集后，送到 AD 模塊中的 A/D 轉(zhuǎn)換 器進行轉(zhuǎn)換 得到一個數(shù)字信號的電壓值，再將 此信號 送入到 控制模塊中 單片機進行處理 ；然后在軟件程序控制下， 單片機輸出 控制信號送到充放電模塊中，經(jīng)光耦 驅(qū)動 電路 來 控制 MOSFET。 。本設(shè)計 單片機 最小系統(tǒng)擴展 電路包括上電復(fù)位電路， 時鐘電路 ， 工作 指示燈 和蜂鳴器報警電路等。 單片機的復(fù)位電路如圖 43 所示。其中 LED1 為正 常充電指示燈， LED2 為過壓指示燈， LED3 為欠壓指示燈。所使用的 MOSFET 是電壓控制單極性金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，所需驅(qū)動 功率較小。 圖 46 充放電電路 按程序設(shè)計當檢測到蓄電池的電壓低于 12V，充電模式為均充， Q1 為完全導(dǎo)通狀態(tài)，也就是導(dǎo)通的脈沖占空比最大；當檢測到蓄電池的電壓在 ，充電模式為浮充， Q1 導(dǎo)通與不導(dǎo)通的占空比例變小 ， ；當檢測到蓄電池的電壓等于 15V 左右 ， Q1截止 使 充電停止 ，同時 Q2 也關(guān)閉來關(guān)斷負載 。 市場中集成的 A/D 轉(zhuǎn)換器品種很多，選用時需要綜合考慮各種因素進行選取。 RD — 外部讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的控制輸出信號。 BT1Battery20KR310KR5ADINBAT+BAT 圖 49 電壓采集電路 （ 2） ADC0804 構(gòu)成的典型 A/D 轉(zhuǎn)換電路 CS1RD2WR3CLOCK4INTR5IN6IN7AGND8VREF/29DGND10D711D612D513D414D315D216D117D018CLKR19VCC20U5AD0804VCC10kR1710KR1910KR20VCCCSADRDWRC9CapP10P11P12P13P14P15P16P17ADIN 圖 410 A/D 轉(zhuǎn)換電路 按照芯片手冊中 ADC0804 的典型接法，系統(tǒng)中設(shè)計的 A/D 轉(zhuǎn)換電路如 410 所示。 1602 引腳功能 如表 32 所示。為了解決這一難題，本設(shè)計采用具有 I2C 總線接口的串行 E2PROM 器件，這里選擇 AT24C02 芯片。 根據(jù)各引腳的 功能，依據(jù) CI2 總線系統(tǒng)的典型硬件連接圖，AT24C02 與單片機連接構(gòu)成的數(shù)據(jù)存儲電路如圖 412 所示。 MAX232 芯片是專門為電腦的 RS232 標準串口設(shè)計的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片 ,使用+5v 單電源供電。由 1 1 1 14 腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。當然單片機和 DB9 要共地，這是實現(xiàn)串行通信的前提條件。 蓄電池電壓的采集、轉(zhuǎn)換顯示 和 異常數(shù)據(jù)的存儲 都在測控子程序中進行 ，系統(tǒng) 應(yīng)用 主 程序采用模塊化結(jié)構(gòu) ，首先完成初始化，然后就開始按順序調(diào)用各個模塊子程序，通過系統(tǒng)自檢和控制指令來實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和電路控制，有效的控制蓄電池充放電。 使用 protues 進行仿真，首先要畫電路圖， 電路 圖 由以上介紹的幾部分組成 ，但因為此版本中沒有 STC89C52 單片機，所以用 AT89C52 代替 ，畫好的電路圖如圖 416 所示 。 單相逆變電路最常用的結(jié)構(gòu)有半橋和全橋兩種，半橋電路結(jié)構(gòu)簡單，但輸出電壓低；全橋電路相對復(fù)雜，但控制靈 活，且輸出電壓是半橋電路的兩倍，因此逆變主電路采用單相全橋電壓型。 PIC16F73 最高時鐘頻率為 20MHZ，每條指令執(zhí)行周期 200ns，由于大多數(shù)指令執(zhí)行時間為一個周期，因此速度