【正文】 ...................... 9 太陽能電池的工作原理 ...................................... 9 太陽能電池的等效電路 ..................................... 10 太陽能電池的伏安特性曲線及性能參數(shù) .......................... 11 太陽能電池的伏安特性曲線及性能參數(shù) ...................... 11 日照強度和電池溫度對太陽能電池伏安特性的影響 ........... 13 太陽能電池的測試方法 ......................................... 14 本章小結(jié) ...................................................... 14 第三章 系統(tǒng)方案設(shè)計 ................................................ 15 方案一 ........................................................ 15 方案二 ........................................................ 15 方案比較 ...................................................... 16 第 4 章 硬件部分設(shè)計 ............................................... 17 PIC16F877 .................................................... 18 PICl6F877 微處理器的核心特點 ............................ 18 PIC16F877 外圍特點 ...................................... 18 蘭州 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 4 輸入輸出端口簡介 ......................................... 19 數(shù)據(jù)采集部分硬件電路設(shè)計 ..................................... 21 鍵盤設(shè)計 .................................................. 23 電壓、電流信號采集單元設(shè)計 .............................. 24 固態(tài)繼電器電路設(shè)計 ....................................... 25 步進電機系統(tǒng)設(shè)計 ......................................... 26 光強信號采集單元設(shè)計 ..................................... 27 溫度信號采集單元設(shè)計 ..................................... 27 顯示模塊設(shè)計 .......................................... 30 串口通信單元介紹 ......................................... 31 第五章 軟件部分設(shè)計 ................................................ 32 主程序設(shè)計 .................................................... 32 中斷服務(wù)子程序 ............................................... 32 電壓采集程序 ................................................. 33 電流采集程序 .................................................. 34 光強采集程序 .................................................. 35 溫度采集程序 .................................................. 36 LCD 顯示子程序 ................................................ 37 步進電機控制程序 ............................................. 38 第六章 總結(jié) ........................................................ 40 參考文獻 ............................................................ 42 英文原文 ............................................................ 44 英文翻譯 ............................................................ 54 致 謝 ............................................................... 60 附 件 ............................................................... 61 蘭州 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 5 第 一 章 緒 論 研究背景 能源與環(huán)境問題 能源是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，是現(xiàn)代文明的重要保證，可靠 .安 全的能源供給和清潔 .高效的能源利用是實現(xiàn)經(jīng)濟社會發(fā)展的基本保證。全球的能源消費所產(chǎn)生的 C02 等溫室氣體對全球氣候構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅，目前已經(jīng)成為國際社會關(guān)注的焦點。世界各國都在積極采取措施，開發(fā) 、 利用風(fēng)能 、 水能 、 太陽能 、 生物質(zhì)能等可再生能源，已經(jīng)取得了可喜的成就，為應(yīng)對 常規(guī)礦物能源的枯竭做了相應(yīng)的準(zhǔn)備。 我國太陽能的利用 煤是我國 的主要能源，我國的煤消費量占能源總消費量的 70％以上，這種以煤為主的能源消費結(jié)構(gòu)造成我國能源系統(tǒng)效率低下 、 環(huán)境污染嚴(yán)重。 世界各國尤其是發(fā)達國家政府都把太陽能發(fā)電視為朝陽產(chǎn)業(yè)，希望把這一產(chǎn)業(yè)作為實現(xiàn)本國可持續(xù)發(fā)展的重要措施，制定了一系列支持和促進本國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策，對世界光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到了積極地推動作用，全球光伏發(fā)電市場正在迅速擴大，光伏發(fā)電正在成為全球的 一大熱點。隨著我國綜合國力的增強和光伏產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，我國將會大規(guī)模建設(shè)大型太陽能熱電站和太陽能光電站，屆時太陽能光伏發(fā)電將會成為我國的主要能源來源之一。 本文所做的主要工作 本文所做的主要工作簡述如下： ，了解太陽能電池的工作原理及其輸出伏安特性，根據(jù)此伏安特性，結(jié)合電子電路相關(guān)知識，用適當(dāng)?shù)碾娮釉骷O(shè)計了一種新穎的用于太陽能電池數(shù)據(jù)采集的硬件電路。 根據(jù)太陽能電池的結(jié)構(gòu)來劃分，可以將太陽能電池分為晶體硅太陽能電池和薄膜太陽能電池 兩大類。 擴散到結(jié)界面處的少數(shù)載流子空 穴會被內(nèi)建電場拉向 P 區(qū)，而擴散到結(jié)界面處的少數(shù)載流子電子會被內(nèi)建電場拉向 n 區(qū)，結(jié)區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的電子一空穴對會被內(nèi)建電場分別拉向 n 區(qū)和 P 區(qū)。為負(fù)載電 阻 )： 圖 22 太陽能電池等效電路 由于器件的瞬時響應(yīng)特性與太陽能的轉(zhuǎn)換無關(guān)，且瞬時響應(yīng)時間與絕大多數(shù)光伏系統(tǒng)的時問常數(shù)相比微不足道，因此在實際的分析過程中結(jié)電容 Cj 可以忽略不計。太陽能電池的輸出電流在短路狀態(tài)下不是無窮大，而是一個有限值。表述為： (25) 太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率是評判電池質(zhì)量和技術(shù)水平的重要參數(shù)，它與電池的結(jié)構(gòu) .結(jié)特性 .工作溫度 .材料性質(zhì) .放射性 粒子輻射損傷和環(huán)境變化等因素有關(guān)，其中與制造太陽能電池半導(dǎo)體材料的禁帶寬度的大小的關(guān)系最為直接。如圖 24 所示，開路電壓隨同照強度的變化很輕微，短路電流隨日照強度的變化很明顯。它的工業(yè)原理：當(dāng) PT100 在 0 攝氏度的時候他的阻值為 100 歐姆，它的的阻值會隨著溫度上升它的阻值是成勻速增漲的。方框圖如圖 32 所示。 光強信號采集單元 DS18B20 溫度采集8B20 電壓、電流采集單元PT100 16F877 PIC 單片機 中斷方式鍵盤 LCD 顯示 串口通信 蘭州 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 17 第 4 章 硬件 部分設(shè)計 在太陽能電池測試系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集部分主要是對太陽能電池外接負(fù)載在從零變化到無窮大過程中太陽能電池的輸出電壓和輸出電流 .太陽能電池溫度和只照強度進行采集，并和 PC 機進行通信，將采集到的數(shù)據(jù)傳到 PC 機，由 PC 機完成采集數(shù)據(jù)的分析處理。 輸入輸出端口簡介 輸入輸出端口是單片機最基本的接口，通過這個接口單片機可以用數(shù)字的方式與其外圍電路連接，從而進行電路的控制和信號的檢測。所有的 I/O 口引腳都有保護二極管存在，此二極管接在 I/O 引腳和 VDD、 Vss 之間，確保引腳的電壓電位在 VDD、蘭州 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 20 Vss 之間，因此單片機外部可以省去保護二極管的設(shè)計。RA是 I/O 口的值，每個位對應(yīng)該引腳的值，作為輸入引腳時，引腳會呈現(xiàn)高輸入阻抗的特性，因此外部的值會 直接反應(yīng)在 RA 中的位里；作為輸出引腳時，只要將值寫入這位即可。在使用這些外圍的時候． TRISC 寄存器的內(nèi)容無法完全決定該引腳的輸入 /輸出狀態(tài)，主要以外圍模塊的設(shè)置為主。在作為 I/O 口的輸入引腳時，內(nèi)部為斯密特觸發(fā)緩沖器 (Schmitt Trigger Input Buffer)。 蘭州 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 24 RB4RB6RB5RB7UIST10K 10K 10K 10K+5V 45 鍵盤設(shè)計圖 電壓 、 電流信號采集單元設(shè)計 本文設(shè)計的電壓 、 電流信號采集電路示意圖如圖 46 所示： 在圖 46 中， R0是負(fù)載電阻， Rst d 是標(biāo)準(zhǔn)電阻， Vref 是參考電壓源。三極管起開關(guān)作用，根據(jù)單片機 I/0 口為 0 或為 1 決定三極管是否導(dǎo)通；二極管要反過來接，主 要作用是保護三極管，因為在線圈停電的瞬間會產(chǎn)生反向電動勢，可能會對三極管造成損傷。步進電機系統(tǒng)電路連接示意圖如圖 48 所示： 蘭州 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 27 RA2RA1RA0+5 V+24 V紅黃綠藍負(fù)載電阻Q2HB44MG BS57HB56圖 48 步進電機系統(tǒng)電路連接 如圖 48 中所示，步進電機驅(qū)動器的 PUL， DIR， ENA 三個端子與單片機的三個 I/0 引腳連接，這在前面已有介紹，這里不再重復(fù)。 2 測溫范圍 － 55℃ ～ +125℃ ，固有測溫分辨率 ℃ 。當(dāng)工作于寄生電源時，此引腳必須接地。 DS18B20 的硬件圖如下圖所示： 蘭州 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 30 R B 3DS18B20 圖 412 DS18B20 硬件圖 顯示模塊設(shè)計 本文采用的是點陣字符型的 LCD，點陣字符 LCD 除了可以顯示數(shù)字和字符外，還可以顯示一些特殊的字符。 HD44780 整體可以分為四個部分：接口部分、 LCD 部分、控制部分和顯示存儲部分。 本設(shè)計采用的是 LCD 顯示模塊來顯示測量出的各種數(shù)據(jù)。高速暫存 RAM 的結(jié)構(gòu)為 9 字節(jié)的存儲器，結(jié)構(gòu)如表411 所示。 49 DS18B20 電路連接 在使用 DS l8B20 時，經(jīng)常采用單片機實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，在實際連接電路時，往往將 DS l8B20 的信號線與單片機的一位 I/O 口線相連，圖 39 中將 DSl8B20 的DQ 端連接到單片機的 RB3 口。本文采用 ACDC 開關(guān)電源來為 +V 和 OPTO 端子提供 +24V 和 +5V 的電壓，驅(qū)動器的 GND 端需要與單片機的 GND 端接在一起，否則單片機 I/0 口的輸出電平無法對步進電機驅(qū)動器施加影響。步進電機的顯著特點是沒有累計誤差，能夠?qū)崿F(xiàn)精確定位。 圖 46 電壓 、 電流信號采集 通過如下方式得到太陽能電池在不同負(fù)載條件下的路端電壓和電流： ，改變負(fù)載電阻 R0 到某個固定值，將 K3 閉合， K1 連接到 K11,K2 蘭州 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 25 連接到 K21，此時，負(fù)載電阻 R0 兩端電壓為： (31) 由上式 (31)可以得出負(fù)載電阻 R0 的值為： (32)