【文章內(nèi)容簡介】 式，此切換過程即由Model7切換到Model4，SW1，SW3，SW5，SW6狀態(tài)發(fā)生變化，操作步驟：①合上SW1②SW3接觸點1③閉合SW6，SW5（2）Model4轉換到Model5，即電機啟動模式進入穩(wěn)定運行模式，此時切除超級電容對負載的供電。此過程僅SW6狀態(tài)發(fā)生變化，操作步驟：斷開SW6（3）Mode4轉換到Mode6，即電機啟動模式進入制動模式，此時SW1，SW3，SW5狀態(tài)發(fā)生變化。操作步驟：①斷開SW5②斷開SW1③SW3接觸點2（4）Mode5轉換到Mode6，即電機穩(wěn)定運行到制動模式，此時SW1，SW3，SW5，SW6狀態(tài)發(fā)生變化。操作步驟：①閉合SW6②斷開SW5③斷開SW1④SW3接觸點2（5）Mode6轉換到Mode7，即制動模式結束后轉換到停止模式，此時SW6的狀態(tài)發(fā)生變化。操作步驟：斷開SW6。以上是負載啟動到穩(wěn)定運行以及制動停止，系統(tǒng)各種模式轉換的過程中需要進行狀態(tài)轉換的繼電器及其操作順序分析。 本章小結本章主要介紹了系統(tǒng)的整體結構，系統(tǒng)的各種工作模式，各種工作模式下的控制狀態(tài)，以及不同狀態(tài)間進行轉換的控制操作。通過本章的分析，可清楚各個模式間轉換的具體操作，方便后面軟件的設計。第3章 系統(tǒng)控制硬件設計通過太陽能電池將太陽輻射能轉換為電能的發(fā)電系統(tǒng)稱為太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。其主要結構由太陽能電池組件（或方陣）、蓄電池（組）、光伏控制器、逆變器（在有需要輸出交流電的情況下使用）以及一些測試、監(jiān)控、防護等附屬設施構成。太陽能電池方陣吸收太陽光并將其轉化成電能后，在防反充二極管的控制下為蓄電池組充電。直流或交流負載通過開關與控制器連接?？刂破髫撠煴Ｗo蓄電池，防止出現(xiàn)過充或過放電狀態(tài)，即在蓄電池達到一定的放電深度時，控制器將自動切斷負載，當蓄電池達到過充電狀態(tài)時，控制器將自動切斷充電電路。有的控制器能夠顯示獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的充放電狀態(tài)，并能貯存必要的數(shù)據(jù)，甚至還具有遙測、遙信和遙控的功能。在交流光伏發(fā)電系統(tǒng)中， DCAC逆變器將蓄電池組提供的直流電變成能滿足交流負載需要的交流電。 獨立型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)供電采用光伏電池板，光伏電池板一種通過光電效應或者光化學效應直接將光能轉化為電能的裝置。光伏電池在系統(tǒng)中作為能量輸入源。 光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計要本著合理性、實用性、高可靠性和高性價比（低成本）的原則。做到既能保證光伏系統(tǒng)的長期可靠運行，充分滿足負載的用電需要，同時又能使系統(tǒng)的配置最合理、最經(jīng)濟，特別是確定使用最少的太陽能電池組件功率和蓄電池的容量。協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)工作的最大可靠性和系統(tǒng)成本之間的關系，在滿足需要保證質量的前提下節(jié)省投資，達到最好的經(jīng)濟效益。本課題中單片機采用的是飛思卡爾的8位單片機MC9S08SG16,是低成本，高性能的HCS08系列的成員，提供多種模塊，內(nèi)存大小和封裝類型[[] MC9S08SG32 Microcontroller 數(shù)據(jù)手冊［K］,2012.]。可根據(jù)實際應用選擇，這里選擇的是20Pin 封裝。該單片機包含模數(shù)轉換ADC、IIC總線、時鐘模塊MTIM、實時時鐘RTC、脈寬調(diào)制模塊TPM等等[6]，完全滿足該課題的需求。其引腳分布圖如下: MC9S08SG16 引腳分布圖[6] DCDC變換電路不僅轉換效率很高，而且可通過對半導體開關通斷時間控制來控制輸出的電壓電流，可方便調(diào)節(jié)輸出功率，調(diào)節(jié)光伏電池的輸出供率，追蹤最大功率工作點[[] 王兆安,[M].北京:機械工業(yè)出版社,2009:119138.]。本課題采用的是buck和boost變換電路。 系統(tǒng)及單片機輔助供電模塊電路圖該部分為輔助電源模塊，芯片L7805為穩(wěn)壓輸出芯片，輸出電壓為5V，用來個單片機供電，LM317為線性穩(wěn)壓芯片這里設計輸出電壓為12V，用來給系統(tǒng)中運算放大器及MOSFET 驅動電路相關芯片供電。 單片機與計算機通信模塊電路圖[[] [M].北京:高等教育出版社,2009:224265.]串口模塊可實現(xiàn)單片機與計算機的通信，單片機可將采集處理的數(shù)據(jù)發(fā)送到計算機顯示，方便程序的運行調(diào)試。通信采用的是MAX232 芯片。該通信電路也可實現(xiàn)單片機與單片機之間的通行，由于該系統(tǒng)需要兩個單片機控制系統(tǒng)協(xié)同工作，該模塊可為兩者提供一個通信通道，完成數(shù)據(jù)的傳送與交換。實現(xiàn)系統(tǒng)的協(xié)同、有序工作。 開關量輸入隔離模塊電路圖引入開關量是為了方便對系統(tǒng)電路的控制，這里采樣TLP5214 芯片將輸入開關量信號與單片機信號進行隔離，是為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。輸入電流采樣電路如下： 圖 輸入電流采樣電路圖[[] 康華光,陳大欽,[M].北京:高等教育出版社,2006.] 該電流采樣電路首先由LTC6101芯片進行電流一級放大，再通過后面的運算放大器進行進一步的電流放大。同時這里結點I_OUT2接PWM控制電路形成一個閉環(huán)以穩(wěn)定輸出電流。輸出電流采樣電路如下： [9] 輸出電流采樣與輸入電流的采樣原理相同，只是放大的倍數(shù)不同。輸入、輸出出電壓采樣電路如下： 輸入電壓，輸出電壓采樣模塊電路圖 TL494輸出PWM控制 驅動信號PWM控制電路，單片機通過TL494死區(qū)控制調(diào)節(jié)占空比，調(diào)節(jié)輸出電壓電流。其中buck變換器TL494電路通過比較器構成一個電流環(huán)，使buck變換器工作于恒流模式，boost變換器有兩種工作模式，恒流模式和恒壓模式，恒壓由TL494電壓環(huán)實現(xiàn)，恒流由單片機控制實現(xiàn)。 主回路繼電器控制 主回路繼電器控制電路圖[[] 胡斌,吉玲,[M].:人民郵電出版社,2012.]單片機可通過控制端口電平來控制繼電器的通斷，來控制主回路的通斷。 本章小結本章主要介紹了系統(tǒng)的原理框圖，單片機控制電路原理圖設計，主要包括最小系統(tǒng)圖，采樣電路圖，驅動信號產(chǎn)生及控制電路圖，繼電器控制電路等等。第4章 系統(tǒng)軟件控制方法分析 軟件編程環(huán)境介紹 本課題設計采用的是飛思卡爾的一款8位的單片機，型號為MC9S08SG16。該單片機軟件開發(fā)環(huán)境采用的時CodeWarrior 這一款軟件，該軟件包括構建平臺和應用所必須的所有主要工具：IDE、編譯器、調(diào)試器、編輯器、鏈接器、匯編程序等。它是一個單一的開發(fā)環(huán)境，在所有所支持的工作站和個人電腦之間保持一致。在每個所支持的平臺上，性能及使用均是相同的。無需擔心主機至主機的不兼容。 該軟件的功能有項目管理器、文本編輯器、搜索引擎、源瀏覽器、構建系統(tǒng)、源級別調(diào)試器、指令組模擬器等等。項目管理器可為軟件開發(fā)人員處理最高級別的文件管理；文本編輯器支持源代碼和其他文本文件的創(chuàng)建和處理；搜索引擎可查找特定的文字串以提到文字替換找到的文字；源瀏覽器可用來保存用于程序的符號數(shù)據(jù)庫；構建系統(tǒng)使用編譯器從源代碼生成可重新定位的目標代碼，并使用鏈接器從目標代碼生成最后的可執(zhí)行圖像；源級別調(diào)試器提供高性能窗口的源級別調(diào)試器，配備最新的高效率增強型圖形性能；指令組模擬器用于jumpstarting應用開發(fā)的集成指令組模擬器。 軟件控制總體流程分析Boost變換器和buck變換器上各有單片機控制系統(tǒng)，主要用來檢測系統(tǒng)中相關電壓電流信號，來控制系統(tǒng)狀態(tài)的轉換。兩個單片機控制系統(tǒng)需要相互配合來完成相應的狀態(tài)轉換。Buck變換器單片機控制系統(tǒng)向boost變換器單片機控制系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)，指示系統(tǒng)狀態(tài)的切換，boost接受到數(shù)據(jù)，進行相應的繼電器狀態(tài)切換，同時boost變換器工作時，檢測系統(tǒng)的電壓電流數(shù)據(jù)，滿足狀態(tài)切換條件時，自身進行相應的繼電器狀態(tài)轉換，同時向buck變換器單片機控制系統(tǒng)發(fā)送狀態(tài)信號，進行相應的繼電器狀態(tài)轉換，完成系統(tǒng)的狀態(tài)轉換。繼電器SW2,SW5,SW6,SW7由buck變換器上單片機控制系統(tǒng)控制，SW1,SW3,SW4由boost變換器上單片機控制系統(tǒng)控制。狀態(tài)轉換器兩個單片機控制系統(tǒng)協(xié)同有序工作，完成系統(tǒng)工作模式的轉換。Buck變換器單片機控制系統(tǒng)軟件設計流程： buck控制器總體流程框圖[[] 何欽銘,[M].第一版北京:高等教育出版社,2008:40208.]模式轉換具體流程圖如下： buck控制器流程框圖1[[] (第三版)[M].北京:清華大學出版社,2005.]檢測buck開關，模式轉換具體流程圖如下： buck控制器流程框圖2檢測boost開關，模式轉換具體流程圖如下： buck變換器流程框圖3以上整體流程圖為buck變換器控制的流程圖，系統(tǒng)啟動之后，開始檢測負載開關控制量，當檢測到負載開關閉合，并且處于停止模式，則進入負載電機啟動模式。此處限制必須由停止模式進入電機啟動模式，是為了避免系統(tǒng)的誤狀態(tài)切換。啟動電機之后一定時間，電機進入穩(wěn)定運行狀態(tài)，系統(tǒng)切換到Mode5，掃描負載開關量，若開關斷開，需根據(jù)當前工作模式進行模式的轉換，同時把模式狀態(tài)位置為相應的模式，指示系統(tǒng)的工作模式，控制系統(tǒng)的模式轉換。該控制流程圖對系統(tǒng)模式轉換的描述進行了抽象的描述，實際上模式轉換的過程需與boost控制器配合完成，詳細的操作過程見核心控制程序分析部分。接下來buck控制器檢測其控制開關量的狀態(tài)，若閉合，則代表下一步進入充電狀態(tài)。此時，檢測系統(tǒng)是否滿足狀態(tài)轉換的條件與結果。Mode7到Mode1的轉換條件是buck變換器控制開關量閉合，當前工作模式為Mode7同時系統(tǒng)充電結束標志為0即系統(tǒng)指示充電為完成。Mode1到Mode2的轉換條件是boost變換器控制開關量閉合，當前工作模式為Mode1同時Mode1中光伏電池通過buck變換器對超級電容的充電結束。Mode2到Mode3的轉換條件是boost變換器控制開關量閉合，當前工作模式為Mode2同時Mode2中光伏電池通過boost變換器對鉛酸電池的充電結束。Mode3到Mode7的轉換條件是當前工作模式為Mode3同時光伏電池通過boost變換器對超級電容的充電結束。Mode1到Mode7的轉換條件是當前工作模式為Mode1，同時buck變換器控制開關量斷開。Mode2到Mode7的轉換條件是當前工作模式為Mode2，同時boost變換器控制開關量斷開。Mode3到Mode7的轉換條件是當前工作模式為Mode3，同時boost變換器控制開關量斷開。Mode7到Mode4的轉換條件是當前工作模式為Mode7，同時電機負載控制開關量閉合。Mode4到Mode6的轉換條件是當前工作模式為Mode4，同時電機負載控制開關量斷開。Mode5到Mode6的轉換條件是當前工作模式為Mode5，同時電機負載控制開關量斷開。Mode6到Mode7的轉換條件是當前工作模式為Mode6，同時電機負載控制開關量斷開。 為方便流程的閱讀，系統(tǒng)整體控制中對模式轉換未進行系統(tǒng)的描述，此部分需兩個控制器之間協(xié)同配合完成。具體的操作參見主程序分析。Boost變換器單片機控制系統(tǒng)軟件設計流程: boost變換器系統(tǒng)控制流程圖[[] 秦友淑,[M].:華中科技大學出版社,2011.] 主程序分析 buck變換器單片機控制系統(tǒng)Buck控制器主程序：void main(void){ MCU_Init()。 while(1) { Check_Mode_Conversion_Flag()。 if(load_sw == OFF) { switch (mode) { case 4: Mode4_Mode6()。 Send_Mode_to_b