【導(dǎo)讀】本論文詳細(xì)闡明了小型獨(dú)立風(fēng)力供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)。行了簡單的介紹和對蓄電池的充、放電做了深入的研究。提供10w的12v的直流電，并有缺電報(bào)警和輸出保護(hù)功能。本文提出的解決方案為，風(fēng)。足時可蓄能，在兩天無風(fēng)時可以連續(xù)為負(fù)載供電。系統(tǒng)的運(yùn)行狀況主要采用單片機(jī)控制。了全面而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治觥?

　　

【正文】 5MIPS。 C8051F020 系列 MCU 對 CIP51 內(nèi)核和外設(shè)有幾項(xiàng)關(guān)鍵性的改進(jìn)，提高了整體性能，更易于在最終應(yīng)用中使用。 擴(kuò)展的中斷系統(tǒng)向 CIP51 提供 22 個中斷源（標(biāo)準(zhǔn) 8051 只有 7個中斷源） ，允許大量的模擬和數(shù)字外設(shè)中斷微控制器。一個中斷驅(qū)動的系統(tǒng)需要較少的 MCU 干預(yù)，因而有更高的執(zhí)行效率。在設(shè)計(jì)一個多任務(wù)實(shí)時系統(tǒng)時，這些增加的中斷源是非常有用的。 MCU 可有多達(dá) 7 個復(fù)位源：一個片內(nèi) VDD 監(jiān)視器、一個看門狗定時器、一個時鐘丟失檢測器、一個由比較器 0 提供的電壓檢測器、一個軟件強(qiáng)制復(fù)位、 CNVSTR 引腳及 /RST 引腳 /RST 引腳是雙向的，可接受外部復(fù)位或?qū)?nèi)部產(chǎn)生的上電復(fù)位信號輸出到 /RST 引腳。 除了 VDD 監(jiān)視器和復(fù)位輸入引腳以外，每個復(fù)位源都可以由用戶用軟件禁止；使用 MONEN 引腳使能 /禁止 VDD 監(jiān)視器。在一次上電復(fù)位之后的 MCU 初始化期間， WDT 可以被永久性使能。 MCU 內(nèi)部有一個獨(dú)立運(yùn)行的時鐘發(fā)生器，在復(fù)位后被默認(rèn)為系統(tǒng)時鐘。如果需要，時鐘源可以在運(yùn)行時切換到外部振蕩器，外部振蕩器可以使用晶體、陶瓷諧振器、電容、 RC 或外部時鐘源產(chǎn)生系統(tǒng)時鐘。時鐘切換功能在低功耗系統(tǒng)中是非常有用的，它允許 MCU 從一個低頻率（節(jié)電）外部晶體源運(yùn)行，當(dāng)需要時再周期性地切換到高速（可達(dá) 16MHz）的內(nèi)部振蕩器。 CIP51 有標(biāo)準(zhǔn)的 8051 程序和數(shù)據(jù)地址配置。它包括 256 字節(jié)的數(shù)據(jù) RAM，其中高 128 字節(jié)為雙映射。用間接尋址訪問通用 RAM 的高 128 字節(jié)，用直接尋址訪問 128 字節(jié)的 SFR 地址空間。數(shù)據(jù) RAM 的低 128 字節(jié)可用直接或間接尋址方式訪問。前 32 個字節(jié)為 4 個通用寄存器區(qū)，接下來的 16 字節(jié)既可以按字節(jié)尋址也可以按位尋址。 C8051F020 中的 CIP51還另有位于外部數(shù)據(jù)存儲器地址空間的 4K 字節(jié)的 RAM 塊和一個可用于訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的外部存儲器接口（ EMIF） 。這個片內(nèi)的 4K字節(jié) RAM 塊可以在整個 64K外部數(shù)據(jù)存儲器地址空間中被尋址（以 4K 為邊界重疊） 。外部數(shù)據(jù)存儲器地址空間可以只映射 到片內(nèi)存儲器、只映射到片外存儲器、或兩者的組合（ 4K 以下的地址指向片內(nèi)， 4K 以上的地址指向 EMIF） 。 EMIF 可以被配置為地址 /數(shù)據(jù)線復(fù)用方式或非復(fù)用方式。 MCU 的程序存儲器包含 64K 字節(jié)的 FLASH。該存儲器以 512 字節(jié)為一個扇區(qū)，可以在系統(tǒng)編程，且不需特別的外部編程電壓。從 0xFE00 到 0xFFFF 的 512 字節(jié)被保留，內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 22 由工廠使用。還有一個位于地址 0x10000 0x1007F 的 128 字節(jié)的扇區(qū)，該扇區(qū)可作為一個小的軟件常數(shù)表使用。 C8051F020 系列具有片內(nèi) JTAG 邊界掃描和調(diào)試電 路， 通過 4 腳 JTAG 接口并使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)中的產(chǎn)品器件就可以進(jìn)行非侵入式、全速的在系統(tǒng)調(diào)試。該 JTAG 接口完全符合 IEEE 規(guī)范，為生產(chǎn)和測試提供完全的邊界掃描功能。 控制器電路圖的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)由兩個 DCDC變換芯片、兩個電壓采集電路、單片機(jī)、放電電路和輸出保護(hù)電路組成，原理圖如圖 32所示，其工作原理如下：充電時單片機(jī)通過內(nèi)部的 A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)時采集充電時風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的電壓和蓄電池兩端的電壓，從而調(diào)節(jié) DCDC芯片的輸出電壓給蓄電池分階段的充電；放電時單片 機(jī)通過內(nèi)部的 A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)時采集放電時蓄電池兩端的電壓從而實(shí)時的發(fā)出適合的指令進(jìn)行放電。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 23 系統(tǒng)電路圖組成 充電主電路其實(shí)是一個升降壓斬波電路 圖 33 充電主電路 ①、風(fēng)速是不可控的，所以輸出的電壓也是隨著變化的，給蓄電池充電電壓在一定范圍的，所以需要對發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓進(jìn)行檢測傳給單片機(jī)來控制，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓超出了單片機(jī)所能承受的電壓，這里采用了分壓電路如圖 34所示， 1R 和 2R是分壓電阻， 1D 和 2D 為二極管這里起到保護(hù)作用，為了使進(jìn)入單片機(jī)的電壓更加穩(wěn)定這里加入了電容 1C ，起到濾波作用。 圖 34 電壓檢測 1 R1RESR2RESGNDD1TUNNELD2TUNNELVCCC1ECAPPortPort*風(fēng)力發(fā)電機(jī)BT1蓄電池in+1in2out3out+4control5DCDC內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 24 這里風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的額定電壓為 24v ，而單片機(jī)內(nèi)部的模擬比較電壓為 ,所以，1R 選擇了 19 ?K ， 2R 選擇了 1 ?K 。 ②、為了監(jiān)控蓄電池兩端的電壓，因蓄電池兩端的電壓在 12v 左右 不可能直接送往單片機(jī)的電壓比較器，所以在這里又使用了分壓電路，分壓后的電壓在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)可以直接送到單片機(jī)進(jìn)行比較，這樣來控制蓄電池的充放電。 圖 35 電壓檢測 2 同樣，圖中 3R 和 4R 為分壓電阻， 3D 和 4D 起到保護(hù)單片機(jī)的作用， 2C 為濾波電容，其中 3R 選擇為 49 ?K ， 4R 為 1 ?K 。 放電控制電路 對蓄電池充電 是一個復(fù)雜的過程，首先檢測風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓是否超出了額定電壓，如果超出了，則需要一個放電電路來消耗多余的電能，否則，會對蓄電池造成很大的損害。放電電路由一個 MOSFET管、一個放電電阻及部分其它電阻組成，其電路圖如圖 36所示， 圖 36 放電電路 圖中 5R 為放電電阻，根據(jù)計(jì)算 5R 選擇 3? 的水泥進(jìn)行放電。 R3RESR4RESGNDD3TUNNELD4TUNNELVCCC2ECAPPortPortGNDR6RESR7RESVCCPortQ?MOSFET PR5RESGND內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 25 輸出保護(hù)電路 輸出保護(hù)電路是防止負(fù)載電路短路或電流 過大等情況發(fā)生，在這里采用了 MAX471芯片來采集負(fù)載輸出電路中的電流的大小送給單片機(jī)，通過單片機(jī)的判斷來保護(hù)輸出電路。其電路圖如圖 37， 圖 37 輸出保護(hù)電路 統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn) 本節(jié)主要是介紹了控制系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)，本文對蓄電池的充放電主要是通過對單SHCN1RS+2RS+3GND4SIGN5RS6RS7OUT8MAX471GNDR8RESPort內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 26 片機(jī)的編程來實(shí)現(xiàn)的，充放電的流程圖如圖 圖 38 蓄電池充放電流程圖 開始 初始化 電壓采集 U1＜ U＜ u2 U＜ u1 壓 放電終止 恒壓充電 Uu2 浮充充電 結(jié)束 缺電報(bào)警 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 27 第四章 結(jié)論 對于小 型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，由于風(fēng)能和負(fù)載的隨機(jī)性及不確定性，使得其對蓄電 池的充放電控制較為復(fù)雜。研究簡單、高效、可靠、低價和使用方便的小型風(fēng)電系統(tǒng)對于進(jìn)一步的推廣與應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義?，F(xiàn)代電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制理論為深入研究小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)提供了強(qiáng)有力的理論幫助和技術(shù)支持。 本文的小 型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)采用風(fēng)力機(jī)和永磁同步發(fā)電機(jī)直軸連接 ， 對于充放電部分，通過對比采取了適合小型風(fēng)力發(fā)電的蓄電池的充電模式，既恒壓 —— 浮充的模式，以 C8051F020單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)硬件電路，并對系統(tǒng)各部分功能做出了詳細(xì)的介紹。 由于小型風(fēng)力發(fā)電大多位于遠(yuǎn)離電網(wǎng)的地方，沒有比較穩(wěn)定的 電源，但要想使控制系統(tǒng)按要求工作，就必須提供比較穩(wěn)定的電源。所以本文利用蓄電池作為所有控制芯片的電能來源，因?yàn)樾铍姵厥遣⒙?lián)接在傳輸線上的，所以不可能利用簡單的電阻分壓的方法獲得控制電源。針對這一特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了電源變換模塊，實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換和傳輸，為整個控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。 但是 盡管對本課題的 做了不少的工作，但由于時間及個人能力有限，真正實(shí)現(xiàn)完 整的小型風(fēng)力供 電系統(tǒng) 充放電控制 ，還存在較多的困難，這將在 以后的學(xué)習(xí)中，繼續(xù)加以深入的 研究， 在設(shè)計(jì)過程中，考慮到個人的能力 難免有一些漏洞，希望各位老師指出錯誤，我將 虛心地接受并加以改進(jìn)。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 28 參 考 文 獻(xiàn) [1] 李勇東 .中國風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀和前景 [J].電氣時代， 2020， (3)： l6－ 20 [2] 裴巖 .單片機(jī)系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)與實(shí)踐 .內(nèi)蒙古大學(xué)出版社 .2020: [3] 宋海輝 .風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及工程中國水利水電出版社 .2020:97107 [4] 王兆安 .電力電子技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社 .2020： 123127 [5] 鐘勇 . 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中蓄電池充放電控制器的研究 (合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 ).2020 [6] 趙強(qiáng) . 獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)力發(fā) 電系統(tǒng)功率控制器的研究與設(shè)計(jì) .節(jié)能 . 2020年第 3期 [7] 任富理 . 邊遠(yuǎn)站點(diǎn)利用風(fēng)力發(fā)電的供電系統(tǒng)研究 (重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文 ).2020 [8] 史志國 .離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電智能充放電控制器的設(shè)計(jì) (內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 ).2020 [9] 楊慧杰 . 戶用小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的研制 (北京工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 ).2020 [10] 蔣云龍 . 離網(wǎng)型智能化風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制器的研制 (西安工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 ).2020 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 29 致 謝 時光飛逝，轉(zhuǎn)眼間四年的大學(xué) 求學(xué)生涯即將結(jié)束。本文是在我的導(dǎo)師 陳愛國 教 授 的悉心指導(dǎo)下完成的。陳 老師淵博的學(xué)識、忘我的工作熱情、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和認(rèn)真的工作作風(fēng)深深地影響了我 ， 不僅讓我懂得了學(xué)習(xí)方法，也懂得了做人做事的方法，讓我受益匪淺，在此向辛勤培育我的導(dǎo)師致以最衷心的感謝 在大學(xué) 學(xué)習(xí)期間， 遇到了很多志同道合又樂于助人的師兄弟和同學(xué)，我從他們那里得到很多幫助，受到很積極的影響，在此非常感謝他們 。 畢業(yè)在即，我謹(jǐn)向 陳老師、班主任老師以及自動化系的所有老師 表示最衷心的感謝和最美好的祝愿！ 感謝培養(yǎng)我了四 年的母校 —— 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)！ 最后，感謝養(yǎng)育我多年的父母，感謝他們這么多年對我默默 的無私的關(guān)愛和支持！ 他們是我信心和動力的來源。 最后，再次向所有給予我關(guān)心和幫助的老師、同學(xué)、朋友和家人表示感謝。最后，再次向所有給予我關(guān)心和幫助的老師、同學(xué)、朋友和家人表示感謝。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 30