【正文】 其內(nèi)含 192 字節(jié)的 RAM ， 4K 程序存儲(chǔ)器、 5 路 A/D 轉(zhuǎn)換及 2 路 PWM 波發(fā)生器，應(yīng)用時(shí)外圍電路極其簡(jiǎn)單，是理想的單相 逆變電源數(shù)字控制器。 PWM(Pulse Width Modulation)控制就是脈寬調(diào)制技術(shù)，即通過對(duì)一 系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效的獲得所需要的波形（含形狀和幅值 )。 如圖 51 所示為逆變環(huán)節(jié)主電路圖。 由于利用 C 語言開發(fā)單片機(jī)與匯編語言相比，具有易于操作、規(guī)范性好、適合模塊化處理且容易移植的優(yōu)點(diǎn)，所以本設(shè)計(jì)采用 C 語言作為編程語言。 和自己當(dāng)初預(yù)料的一樣，在剛開始仿真時(shí)，遇到了許多的問題，如 1602 液晶不顯示 ，系統(tǒng)工作狀態(tài)指示燈指示狀態(tài)不正確等等，調(diào)試很久才找到問題所在，經(jīng)修改才得以調(diào)試成功 。程序編寫后，進(jìn)行編譯，一開始發(fā)現(xiàn)了很多錯(cuò)誤，一下子把自己卡住了；后來通過查看相關(guān)資料，同時(shí)咨詢指導(dǎo)老師和同學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，在軟件的提示下，慢慢地修改，最終把出現(xiàn)的錯(cuò)誤都改正過來了。 軟件調(diào)試和仿真 為了檢驗(yàn)自己設(shè)計(jì)的單片機(jī)系統(tǒng)是否可以正常工作以及設(shè)計(jì)合理性，很有必要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真。 包括以下幾部分： 系統(tǒng) 主程序設(shè)計(jì)， 電壓采集轉(zhuǎn)換模塊， 顯示模塊和異常數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 252kw 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)光伏發(fā)電部分 CAP 1+1RRIN28CAP6CAP 25CAP 13CAP +2CAP 2+4RTOUT27ROUT29TIN210TIN111ROUT112RRIN113RTOUT114GND15VCC16U6MAX232C12CapC11CapC14CapC13CapVCC(+5v)TXDRXD162738495J1DB9C10Cap 圖 414 串口通信電路 本章對(duì)充放電控制器的原理以及具體的硬件實(shí)現(xiàn)電路進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并對(duì)電路中使用到的芯片也予以描述，使讀者通過閱讀可以清晰的明白控制器的設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)過程。 15 腳 GND、 16 腳 VCC（ +5v） 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 242kw 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)光伏發(fā)電部分 圖 413 MAX232 的引腳圖 按照串行通信原理，根據(jù) RS232 串口協(xié)議和 MAX 232 芯片的引腳功能，結(jié)合STC89C52 單片機(jī)串行中斷方式，本設(shè)計(jì)采用串口方式 1（ 10 位數(shù)據(jù)的異步通信）來構(gòu)建串口通信電路。 其中 13 腳（ R1IN）、 12 腳（ R1OUT）、 11 腳（ T1IN）、 14 腳（ T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。由 6 腳和 4 只電容構(gòu)成。 其 主要特點(diǎn)： （ 1）符合所有的 RS232C 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) （ 2）只需要單一 +5V 電源供電 （ 3） 片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生 +10V 和 10V 電壓 V+、V （ 4）功耗低，典型供電電流 5mA （ 5）內(nèi)部集成 2 個(gè) RS232C 驅(qū)動(dòng)器 （ 6）內(nèi)部集成兩個(gè) RS232C 接收器 （ 7） 高集成度，片外最低只需 4 個(gè)電容即可工作。 管腳名稱 功能 A0 A1 A2 可編程地址輸入端 SDA 串行數(shù)據(jù) /地址 SCL 串行時(shí)鐘 WP 寫保護(hù) Vcc 電源端， +～ 工作電壓 GND 地 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 232kw 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)光伏發(fā)電部分 本設(shè)計(jì)中加入串行通信電路的目的主要有三個(gè)：一是方便給單片機(jī)下載程序；二是使控制器具有遠(yuǎn)程通信或遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能；三是將控制器每天采集到數(shù)據(jù)的極限值和發(fā)生異常狀態(tài)時(shí)的數(shù)據(jù)記錄下來，供用戶查看。 WP7A11A22A33GND4SDA5VCC8SCLK624C02SDASCKVCC 圖 412 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路 串口通信電路 隨著單片機(jī)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用和計(jì)算機(jī)網(wǎng)路技術(shù)的普及，單片機(jī)的通信功能愈來愈顯得重要。 為了更好的使用AT24C02，首先來介紹其 各個(gè)引腳功能，如表 43 所示。 AT24C02 可有效解決掉電數(shù)據(jù)保存問題，可對(duì)所存在數(shù)據(jù)保存 100 年，并可多次擦寫，擦寫次數(shù)可達(dá)10 萬次以上。數(shù)據(jù)輸入端 D0D7 接單片機(jī)的 P0 口用于電壓數(shù)據(jù)的傳送。 表 42 1602 引腳功能表 引腳 符 號(hào) 名 稱 功 能 1 Vss 接地 0V 2 VDD 電路電源 5V177。在使用 1602 之前，我們首先查閱其使用手冊(cè)，對(duì)其進(jìn)行一定的了解。單片機(jī)的 引腳，用來實(shí)現(xiàn)片選； RD 、 WR 分別接單片機(jī)的 和 引腳，進(jìn)行讀寫控制； CLK、 CLKR、 GND 之間用電阻和電容構(gòu)成 RC 振蕩電路，用來給 ADC0804提供工作所需的脈沖。輸入單端正電壓時(shí) , VIN()接地 :而差動(dòng)輸入時(shí) , 直接加入 VIN(+) VIN(). AGND,DGND—— 模擬信號(hào)以及數(shù)字信號(hào)的接地 . VREF/2— 參考電平輸入，決定量化單位。 RD 為 1 時(shí)， DB0~DB7 處理高阻抗：RD 為 0 時(shí)，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)才會(huì)輸出。 ADC0804 就是這類集成 A/D轉(zhuǎn)換器。一般逐次比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器用到較多，本 設(shè)計(jì)采用 8 位并 行 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片 ADC0804。 這就是充電電路原蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 172kw 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)光伏發(fā)電部分 理。當(dāng)檢測(cè)到蓄電池的電壓低于 ， Q2關(guān)閉停止放電 ，關(guān)斷負(fù)載來實(shí)現(xiàn)欠壓關(guān)斷。電容 C5 是對(duì)蓄電池輸出電壓進(jìn)行濾波，以保證負(fù)載供電電路的穩(wěn)定性。而且 MOSFET 只有多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，不存在少數(shù)載流子的復(fù)合時(shí)間，因而開關(guān)頻率可以很高，非常適合作控制充放電開關(guān)。 充放電電路 充放電 電路 如圖 4=6 所示，電路 由防反充二極管 D濾波電容 C4 和 C 穩(wěn)壓管蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 162kw 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)光伏發(fā)電部分 D 續(xù)流二極管 D MOSFET 管 Q1 和 Q2 等構(gòu)成。串聯(lián)的電阻的目的是為了限制通過發(fā)光二極管的電流太大而將其燒毀。初步檢查可用示波器探頭監(jiān)視 RST 引腳，按下復(fù)位鍵，觀察是否有足夠幅度的波形輸出 (瞬時(shí)的 )，還可以通過改變復(fù)位電路 電阻和電 容值進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。本系統(tǒng)采用的是上電 +電平按鈕復(fù)位，上電復(fù)位是 通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。 12C633PFC733PFXTAL1XTAL2C810uFR1510KVCCRESTR141KS1SWPB 圖 42 時(shí)鐘電路 圖 43 復(fù)位電路 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 152kw 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)光伏發(fā)電部分 （ 2）復(fù)位電路 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。 （ 1）時(shí)鐘電路 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，此放大器的輸入 端 和輸出端分別是引腳 XTAL1 和 XTAL2，在 XTAL1 和 XTAL2 上外接時(shí)鐘源即可構(gòu)成時(shí)鐘電路，CPU 的所有操作均在時(shí)鐘脈沖同步下進(jìn)行。同時(shí)該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 STC89C52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能 ： 8k字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí) 器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 142kw 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)光伏發(fā)電部分 單片機(jī)最小系統(tǒng) STC89C52 的簡(jiǎn)介 STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash存儲(chǔ)器 ?？刂?MOSFET管導(dǎo)通的方式是脈沖寬度調(diào)制 (PWM)，根據(jù) 載荷 變化來調(diào)制 MOSFET 管柵的偏置，達(dá)到實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能。 硬件電路主要由以下幾部分組成：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)、充放電電路、光耦驅(qū)動(dòng)電路、A/D 轉(zhuǎn)換電路、 LCD 顯示電路、 E2PROM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、串口通信電路等。計(jì)算出每天消耗的瓦時(shí)數(shù) (包括逆變器的損耗 )： 逆變器的轉(zhuǎn)換效率為 90％，則當(dāng)輸出功率為 100W 時(shí)，則實(shí)際需要輸出功率應(yīng)為 100W/90％ =111W；若按每天使用 8 小時(shí)，則耗電量為 111W*8 小時(shí) =888Wh。太陽電池陣列的額定功率是在以下條件下定義的 ：當(dāng)日射 S=l000W／㎡；太陽電池溫度T=25；大氣質(zhì)量 AM= 時(shí)，太陽電池陣列輸出的最大功率便定義為它的額定功率。 VP=VF+VD+VT （６） 其中 VD=～ ，約等于 VF 太陽電池陣列輸出功率ＷＰ平板式太陽能電板。 IP=P(1+Q)/T （４） Q——按陰雨期富余系數(shù)， Q=～ 確定蓄電池浮充電壓 VF。 由負(fù)載額定電源，選取蓄電池公稱電壓，由蓄電池公稱電壓來確定蓄電池串聯(lián)個(gè)數(shù)及蓄電池浮充電壓 VF (V)，再考慮到太陽能電池因溫度升高而引起的溫升電壓 VT(v)及反充二極管 PN 結(jié)的壓降 VD(V)所造成的影響，則可計(jì)算出太陽能電池陣列的工作電壓 VP(V)，由太陽電池陣列工作電源 IP(A)與工作電壓 VP(V)，便可決定平板式太陽能板 發(fā)電功率 WP，從而設(shè)計(jì)出太陽能板容量，由設(shè)計(jì)出的容量 WP 與太陽能電池陣列工作電壓 VP，確定硅電池平板的串聯(lián)塊數(shù)與并聯(lián)組數(shù)。 如果把太陽電池短路，即回路負(fù)載電阻為零，則所有 PN 結(jié)附近的電子與空穴，由結(jié)的一邊，流經(jīng)外電路到達(dá)結(jié)的另一邊，產(chǎn)生了最大可能的電流，即短路電流記作 ISC。S） c：光速（ 3108m/s） λ：光子波長(zhǎng) 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 102kw 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)光伏發(fā)電部分 圖 31 PN結(jié)二極管 IV特性圖 但并非所有光子都能順利地通過太陽能電池將光能轉(zhuǎn)換為電能，因?yàn)樵诓煌墓庾V中光子所攜帶的能量不一樣。另外，還有其它類型的太陽電池。 太陽能電池 風(fēng)力發(fā)電機(jī) 微機(jī)控制系統(tǒng) 逆變器 蓄電池 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 92kw 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)光伏發(fā)電部分 3 光伏發(fā)電介紹 太陽能光伏電池的原理 太陽能光伏電池 (簡(jiǎn)稱光伏電池 )用于把太陽的光能直接轉(zhuǎn)化為電能。所以無論從硬件系統(tǒng)還是軟件系統(tǒng)都要對(duì)系統(tǒng)有保護(hù)作用。其次，還有些特殊要求如低溫時(shí)能大電流放電、維護(hù)簡(jiǎn)單或無需維護(hù)、自放電（析氫）特別慢等。采用 12V/150W 風(fēng)力發(fā)電機(jī)，當(dāng)風(fēng)力 ≥3m/s 工作， 10m/s 風(fēng)速時(shí)達(dá)到額定 150W 功率 。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 82kw 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)光伏發(fā)電部分 2 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 1 所示。我國屬季風(fēng)氣候區(qū)，一般冬季風(fēng)大，太陽輻射強(qiáng)度 ??；夏季風(fēng)小，太陽輻射強(qiáng)度大。丹麥的 和 Kllenbach（ 1981 年）提出了太陽能和風(fēng)能混合利用技術(shù)問題；美國的 （ 1981）研究太陽能 —— 風(fēng)能混合轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的氣象問題；前蘇聯(lián)的 等根據(jù)概率原理，統(tǒng)計(jì)出近似的太陽能風(fēng)能潛力的估計(jì)值；余華楊等（ 1987）也提出了太陽能、風(fēng)能發(fā)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換裝置。據(jù)專家預(yù)測(cè)，煤炭還可以開采221 年，石油還可以開采 39 年，天然氣只能用 60 年。美國政府為風(fēng)力機(jī)行業(yè)提供 40%的信貸；德國政府也給風(fēng)力機(jī)投資者提供資助，資助金額最高達(dá)單臺(tái)風(fēng)力機(jī)投資的 60%；丹麥政府對(duì)風(fēng)力機(jī)投資者提供資助， 20 世紀(jì)80 年代初期為 30%，以后逐年減少，到 1990 年資助完全取消。第三，全球有豐富的風(fēng)能資源?，F(xiàn)代風(fēng)力機(jī)技術(shù)是現(xiàn)代高科技的完善組合。全世界風(fēng)力發(fā)電迅猛發(fā)展的原因主要有一下幾個(gè)：第一，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)比較成熟。 1954 年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們第一次用晶體硅材料制成了 光伏電池，光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá) 4%。 風(fēng)光發(fā)電的發(fā)展概況 光伏發(fā)電技術(shù) 1839 年，法國物理學(xué)家 EdmondBecquerel 意外 的發(fā)現(xiàn)，用兩片金屬浸入溶液結(jié)構(gòu)的付打電池在 光照下會(huì)產(chǎn)生額外的電勢(shì) ，他將這種現(xiàn)象稱為 “ 光生付打效應(yīng)（ Photovoltaic Effect） ” 。 風(fēng)是地球上的一種自然現(xiàn)象，它是由太陽輻射造成地球表面受熱不均引起的，引起大氣層壓力分布不均，以致空氣流動(dòng)所形成的動(dòng)能稱為風(fēng)能。而光伏發(fā)電技術(shù)是太陽能利用技術(shù)中最具有發(fā)展前景的方式之一。隨著礦物燃料的日益枯竭和全球環(huán)境的日益惡化，很多國家都在認(rèn)真探索能源多樣化的途徑，積極開展新能源和可再生能源的研究開發(fā)工作。 Proteus sim