【正文】 為系統(tǒng)的儲(chǔ)能元件。是否能連續(xù)供電，蓄電池的儲(chǔ)能作用極為關(guān)鍵。在不同的時(shí)間內(nèi)，光伏方陣發(fā)電量有很大差別，方陣的發(fā)電量不能滿足用電需要的時(shí)候，蓄電池釋放電能以便及時(shí)補(bǔ)足；在用電量的時(shí)候不足時(shí)，需用蓄電池把多余的電能儲(chǔ)存起來(lái)以備使用，所以要確定蓄電池容量需要參考方陣的發(fā)電量不足和過(guò)剩值。同樣，特殊環(huán)境下（如連續(xù)的陰雨天間的負(fù)載用電量）也需要用蓄電池供電。因此，確定蓄電池容量時(shí)還要考慮到此時(shí)的蓄電池耗電量。故可以確定蓄電池的計(jì)算容量為 式中：K代表安全系數(shù)，~；QL表示負(fù)載每天的平均耗電量，也就是工作電流與每天工作小時(shí)數(shù)的乘積；NL代表最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天數(shù)；To表示溫度修正系數(shù)，，Cc代表蓄電池的放電深度，101，101.本設(shè)計(jì)中蓄電池確定計(jì)算過(guò)程如下： 根據(jù)計(jì)算結(jié)果該地區(qū)蓄電池容量為1200Ah。一般的，燈具的實(shí)際效率可以用光源光效（lm/W）與電源效率（%）與、光照效率（%）、燈具效率（%）的乘積表示。下表為L(zhǎng)ED光源與普通日光燈的比較表33 LED光源與普通日光燈的比較光源類(lèi)型光源光效（lm/W）電源效率（%）光照效率（%）燈具效率（%）實(shí)際效率普通日光燈%%%LED燈具%%%可見(jiàn)，LED燈具的實(shí)際效率是普通日光燈3倍以上。因此，用15W的LED燈具完全可以代替現(xiàn)有的36W的T8電感式鎮(zhèn)流器的普通日光燈管。故本設(shè)計(jì)采用15W的LED燈具作為照明燈具[[] 周志敏、周紀(jì)海、紀(jì)愛(ài)華.《LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用》[J].北京：人民郵電出版社，.]。第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)圖41 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框圖由于單片機(jī)AT89S5AD轉(zhuǎn)換器ADC0809需要+5電壓供電，本設(shè)計(jì)電源電路采用LM7805集成穩(wěn)壓器作為穩(wěn)壓器件，220V電源整流濾波后送入LM7805穩(wěn)壓，便可以獲得5V電壓，而且電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。[[] 黃繼昌.《電子元器件應(yīng)用手冊(cè)》 [M]，北京人民郵電出版社，第152頁(yè)。]。圖42 電源電路單片機(jī)最小系統(tǒng)一般由單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路以及外圍電路構(gòu)成。時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)：?jiǎn)纹瑱C(jī)為一種時(shí)序電路，只有在配置時(shí)鐘信號(hào)后，方可以正常起到控制作用。單片機(jī)的18腳（X2）、19腳（X1）分別代表單片機(jī)內(nèi)反向放大器兩個(gè)端口即輸出端和輸入端，如果要組成單片機(jī)所需的時(shí)鐘電路，必須在單片機(jī)18腳（X2）和19腳（X1）之間連接一個(gè)特定值的晶振，然后附帶2個(gè)30PF的瓷片電容。尤其要注意的是，使用外部時(shí)鐘時(shí)，19腳（X1）與大地相連，18腳（XTAL2）引到外部時(shí)鐘信號(hào)上。復(fù)位電路的設(shè)計(jì)：在單片機(jī)啟動(dòng)或者正在工作時(shí)會(huì)由于干擾而使程序控制失控，或工作中程序在某個(gè)死循環(huán)時(shí)均要采取復(fù)位。51系列的單片機(jī)若需要復(fù)位，必須由外部電路完成，單片機(jī)的9管腳Reset為復(fù)位信號(hào)輸入端，信號(hào)從Reset引腳輸入，高電平有效，只要保持Reset引腳處于高電平的時(shí)間是2個(gè)機(jī)器周期，其就可以正常復(fù)位[[] 劉文濤.《單片機(jī)語(yǔ)言C51典型應(yīng)用設(shè)計(jì)》[M]，人民郵電出版社，第1102頁(yè)]。圖43 單片機(jī)最小系統(tǒng)及外圍電路 DCDC控制電路設(shè)計(jì)(充電電路)本設(shè)計(jì)DCDC變換器選用開(kāi)關(guān)電源中的BUCK電路，它主要完成兩方面的功能，一方面要實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤，一方面又要實(shí)現(xiàn)充電控制。電路設(shè)計(jì)主要是功率開(kāi)關(guān)管u和輸出濾波電感L的選擇。BUCK電路如圖44所示。圖44 BUCK電路①功率開(kāi)關(guān)管的選擇目前，對(duì)于功率不是很大的DCDC變換器在選擇開(kāi)關(guān)管時(shí)，通常首選的是MOSFET管與IGBT模塊；而大功率變換器在選擇開(kāi)關(guān)管時(shí)，考慮到MOSFET的功率、電壓等級(jí)等方面的不足的情況下，通常采用IGBT模塊；但是對(duì)于功率不是很大的DCDC變換器，首選的還是MOSFET。故本系統(tǒng)選用MOSFET作為開(kāi)關(guān)器件。器件是否能夠安全可靠的起到作用，選擇MOSFET的電壓、電流額定值是至關(guān)重要的。一般的時(shí)候，在選取MOSFET的額定值時(shí)，都會(huì)比實(shí)際值稍大一些，以便保證系統(tǒng)的可靠性。本設(shè)計(jì)的輸入電壓在5690V之間，90=182V以上的MOSFET。通常情況下，BUCK變換器的效率根據(jù)取值為η=80%，則計(jì)算流過(guò)電感的電流若此時(shí)電感上的紋波電流設(shè)定在則功率開(kāi)關(guān)管所要承受的電流峰值計(jì)算如下因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用IRF840：額定電壓500V，額定電流8A，.②輸出濾波電路的設(shè)計(jì)在BUCK轉(zhuǎn)換電路中，如何選擇好一個(gè)電感元件是很重要的，若是取值過(guò)大，平波效果較好，輸出電流紋波小，但系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢，同時(shí)增大電感體積，增加成本；若是取值過(guò)小，雖然系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)較快，但是流過(guò)電感的電流不連續(xù)，輸出電流的紋波很大。所以，必須選擇一個(gè)合適的電感。由圖不難看出，通過(guò)電感的電流等于直流電流IL0與鋸齒波電流△IL之和?！鳌？紤]到BUCK轉(zhuǎn)換器的特征，若電感恰好在臨界工作，則需滿足如下關(guān)系圖45 電感電流波形臨界電感就是此時(shí)電路的電感值，其值為式中，LC為臨界電感量；UO為輸出電壓；fs為開(kāi)關(guān)工作頻率；P0為變換器輸出功率；D為開(kāi)關(guān)管占空比。由于本系統(tǒng)的功率是300W，為小功率范疇，經(jīng)過(guò)BUCK電路后輸出的功率變?yōu)檎伎毡葹橛谑强傻门R界電感值若要滿足連續(xù)工作的要求，條件為所以應(yīng)該讓該狀態(tài)下的電感值高于臨界狀態(tài)下的值，即。若還要同時(shí)滿足能正常在連續(xù)狀態(tài)下工作，一般取，于是便可選取電感值為.就是我們常說(shuō)的MOSFET是NMOS和PMOS。該系統(tǒng)使用了N溝道的MOS管。該器件需要驅(qū)動(dòng)電路才能正常作用，本設(shè)計(jì)采用HCNW3120芯片實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)功能。由單片機(jī)控制PWM的輸出情況，通過(guò)該電路的放大功能，使NMOS正常工作。圖46 MOSFET驅(qū)動(dòng)電路由于太陽(yáng)能電池只能在白天進(jìn)行發(fā)電，無(wú)法滿足在夜間為負(fù)載（LED燈具）供電，或是不能夠在一些惡劣環(huán)境條件下作為供電源頭。為了確保供電的連續(xù)性，因此就需要設(shè)計(jì)備用電路，通過(guò)單片機(jī)的控制，控制切換電路自動(dòng)實(shí)現(xiàn)供電電源的轉(zhuǎn)換[[] 遲榮強(qiáng).《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》[M]，高等教育出版社，第156頁(yè)。]。本設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換電路原理圖如圖47圖47 切換電路由于AD轉(zhuǎn)換器測(cè)量最大設(shè)定范圍為5 V，因此要把蓄電池電壓成比例的縮小在5V內(nèi)，才能利用AD轉(zhuǎn)換功能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后再接入單片機(jī)，該系統(tǒng)電壓采樣電路由50K、10K的精密電阻構(gòu)成，電路圖如圖48所示[[] 姚金生、劉小利:《元器件》[M]，北京電子工業(yè)出版社，第172頁(yè)。[24] AT89C51 DATA SHEEP Philips Semiconductors [25] Yang. Y, Yi. J., Woo, ., and Kim. B.: ‘Optimum design for linearity and efficiency of microwave Doherty amplifier using a new load matching technique’, Microw. J., 2001, 44, (12), pp. 20–36[26] Vizimuller, P.: ‘RF design guidesystems, circuits, and equations’ (ArtechHouse, oston, MA, 1995)[6]R. Dye, “Visual ObjectOrientated Programming,” Dr. Dobbs MacintoshJournal, Sept. 1st ( 1991). ]。圖48 采樣電路 A/D轉(zhuǎn)換電路AT89S51單片機(jī)不能直接接收模擬信號(hào)，內(nèi)部也沒(méi)有AD轉(zhuǎn)換模塊，因此，采集獲取的電壓需要通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換方可送入單片機(jī)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了8位串行A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809。將采樣得到的信號(hào)從26管腳IN0(管腳A、B、C均置為低電平)輸入，從而單片機(jī)可以判斷電壓的具體情況。ADC0809應(yīng)用說(shuō)明（1）ADC0809內(nèi)部?jī)?nèi)置輸出鎖存器，能和AT89S51單片機(jī)直接連接。（2）初始化時(shí)，將ST和OE端口信號(hào)設(shè)置為低電平。（3）A，B，C端口的設(shè)置情況決定轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址。（4）在ST 端給出一個(gè)至少有100ns寬的正脈沖信號(hào)。（5）轉(zhuǎn)換完畢與否取決于EOC的信號(hào)情況。（6）當(dāng)EOC轉(zhuǎn)換成高電平時(shí)，這時(shí)將OE設(shè)置成相同電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就會(huì)給單片機(jī)。AD轉(zhuǎn)換電路由AD 轉(zhuǎn)換器AD0809，頻率發(fā)生器SUN7474構(gòu)成。AD0809 的工作頻率范圍為10KHZ1280KHZ，AT89S51的輸出頻率大小為2MHZ，無(wú)法滿足為AD0809 的提供工作時(shí)鐘的要求。本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了由AT89S1和SUN7474連接為AD0809 提供工作時(shí)鐘。在頻率為500KHZ 的時(shí)候。圖49 頻率發(fā)生器SUN7474電路AD0809采用脈沖啟動(dòng)方式啟動(dòng)，啟動(dòng)端口START開(kāi)啟后轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換才開(kāi)始。這就需要查詢(xún)程序等EOC變?yōu)榈碗娖胶笤匍_(kāi)始查詢(xún)，轉(zhuǎn)換成功后，EOC 輸出高電平，等到OE為高電平便將轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。程序設(shè)計(jì)時(shí)可通過(guò)改變EOC信號(hào)來(lái)決定單片機(jī)是否讀入已轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，抑或是在開(kāi)啟AD0809 后，設(shè)定適當(dāng)?shù)难訒r(shí)，單片機(jī)方可讀入被AD轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。圖410 ADC0809轉(zhuǎn)換電路單片機(jī)的IO口輸出電流很小4到20mA，所以要用三極管放大來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器。二極管的作用是防止三極管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)，繼電器產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)導(dǎo)致三極管eb擊穿。圖411 繼電器驅(qū)動(dòng)電路第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)圖51 系統(tǒng)總體流程圖圖52 干擾法MPPT測(cè)試流程圖圖53 線路切換流程圖圖54 恒壓充電流程圖 圖55恒流充電流程圖 AD轉(zhuǎn)換流程圖圖56 AD轉(zhuǎn)換流程圖致 謝在畢業(yè)設(shè)計(jì)論文完成之際，我謹(jǐn)向指導(dǎo)老師王貝貝表示誠(chéng)摯的敬意和衷心的感謝。王老師踏實(shí)的學(xué)習(xí)作風(fēng)、淵博精深的知識(shí)將會(huì)使我終生受益；他精益求精的科研精神、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度及務(wù)實(shí)的工作態(tài)度更是我學(xué)習(xí)的榜樣。在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，王老師在論文的選題、查找資料、相應(yīng)的設(shè)計(jì)工作以及論文的撰寫(xiě)等諸多方面都給予了很大的關(guān)心和悉心的指導(dǎo)。謹(jǐn)以此文獻(xiàn)給所有關(guān)心、支持和幫助過(guò)我的師長(zhǎng)、親人和朋友們！