【正文】 單片機通蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 312kw 風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計光伏發(fā)電部分 過內(nèi)部軟件產(chǎn)生兩路 PWM 控制信號，然后經(jīng)過邏輯門變換電路變換成逆變?nèi)珮蛩璧乃穆夫?qū)動信號，再經(jīng)專用驅(qū)動芯片 TLP250 隔離放大后，分別加到逆變?nèi)珮蛩膫€ IGBT 的柵極，進行驅(qū)動控制。 PIC16F73 最高時鐘頻率為 20MHZ，每條指令執(zhí)行周期 200ns，由于大多數(shù)指令執(zhí)行時間為一個周期，因此速度相當(dāng)快。 控制芯片 控制芯片為 Microchip 公司的 PIC16F73 單片機。 圖 51 逆變電路的拓撲圖 控制方法 對于光伏逆變電源的逆變部分，在這里 采用脈寬調(diào)制方式，得到修正正弦波。對輸入的直流電進行 PWM 調(diào)制，經(jīng)過 LC 濾波輸出。 單相逆變電路最常用的結(jié)構(gòu)有半橋和全橋兩種，半橋電路結(jié)構(gòu)簡單，但輸出電壓低；全橋電路相對復(fù)雜，但控制靈 活，且輸出電壓是半橋電路的兩倍，因此逆變主電路采用單相全橋電壓型。按蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 292kw 風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計光伏發(fā)電部分 照 C 語言模塊化程序設(shè)計方法，論文編制了系統(tǒng)主程序和各個子程序模塊來實現(xiàn) PWM 脈寬調(diào)制控制策略和各種保護，完成了軟件設(shè)計任務(wù) 。 正常工作時的狀態(tài)： 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 282kw 風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計光伏發(fā)電部分 圖 416 正常工作狀態(tài)仿真 其工作原理如下，單片機在軟件程序控制下，控制著各個部分硬件電路有序工作，把從模數(shù)轉(zhuǎn)換器得到的蓄電池的電壓值，用 1602 液晶去顯示，同時綠燈亮起表示系統(tǒng)正在充電。 系統(tǒng)共三種狀態(tài)：正常充電、過充、過放。 使用 protues 進行仿真，首先要畫電路圖， 電路 圖 由以上介紹的幾部分組成 ，但因為此版本中沒有 STC89C52 單片機，所以用 AT89C52 代替 ，畫好的電路圖如圖 416 所示 。 程序調(diào)試成功后，下一步就是軟 件仿真，是檢驗程序運行是否正確的關(guān)鍵所在，更是優(yōu)化系統(tǒng)所必須的。當(dāng)然在編寫程序進行軟件實現(xiàn)過程中，遇到的第一個問題就是：程序的調(diào)試。通過仿真可以看出系統(tǒng)硬件設(shè)計的不合理部分，以方便改善使得系統(tǒng)更加合理；同時更重要的是驗證自己編寫的軟件程序是否 已經(jīng)實現(xiàn)其功能，完成了相應(yīng)的設(shè)計要求和設(shè)計任務(wù)。 蓄電池電壓的采集、轉(zhuǎn)換顯示 和 異常數(shù)據(jù)的存儲 都在測控子程序中進行 ，系統(tǒng) 應(yīng)用 主 程序采用模塊化結(jié)構(gòu) ，首先完成初始化，然后就開始按順序調(diào)用各個模塊子程序，通過系統(tǒng)自檢和控制指令來實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和電路控制，有效的控制蓄電池充放電。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 262kw 風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計光伏發(fā)電部分 系統(tǒng)主程序設(shè)計 系統(tǒng) 主程序流程圖如圖 415 所示 。系統(tǒng)軟件主要完成 蓄電池電壓 采集 轉(zhuǎn)換 ， PWM 脈沖充電控制、 實時 LCD 顯示， 異常 報警 等。 太陽能充電控制器的軟件設(shè)計 軟件設(shè)計采用 C 語言來實現(xiàn)，受 C 語 言模塊化編程設(shè)計思想的啟發(fā)， 本系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計思路，即整個控制軟件由許多獨立的 子 程序 （子函數(shù)） 模塊組成，它們之間通過 函數(shù)調(diào)用實現(xiàn) 連接。當(dāng)然單片機和 DB9 要共地，這是實現(xiàn)串行通信的前提條件。電路如下圖 414 所示。 第三部分是供電。 8 腳（ R2IN）、 9 腳（ R2OUT）、 10 腳（ T2IN）、 7 腳（ T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。由 1 1 1 14 腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。功能是產(chǎn)生 +12v和 12v 兩個電源，提供給 RS232 串口電平的需要。 第一部分是電荷泵電路。 了解芯片的主要特點之后，接下來我們來認識 MAX232 它的各個引腳的功能，即有什么作用，以更好地 設(shè)計串口通信電路。 MAX232 芯片是專門為電腦的 RS232 標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片 ,使用+5v 單電源供電。由于單片機的電平和計算機電平不兼容，設(shè)計中采用 MAX232 芯片進行 TTL 電平和 RS232 電平之間的轉(zhuǎn)換。由于并行通信存在使用傳輸線較多，長距離傳送成本高且收、發(fā)方的各位同時接受存在困難等諸多問題，所以在現(xiàn)代 單片機測控系統(tǒng)中，信息的交換多采用串行通信方式。單片機通信是指單片機與計算機或單片機與單片機之間的信息交換，不過通常使用的是單片機與計算機之間的通信。 根據(jù)各引腳的 功能，依據(jù) CI2 總線系統(tǒng)的典型硬件連接圖，AT24C02 與單片機連接構(gòu)成的數(shù)據(jù)存儲電路如圖 412 所示。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 222kw 風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計光伏發(fā)電部分 表 43 AT24C02 管腳描述 I2C 串行總線一般有兩根信號線，一根是雙向的數(shù)據(jù)線 SDA，另一根是時鐘線 SCL。該器件通過 I2C 總線接口進行操作，有一個專門的寫保護功能。 AT24C02 是一個 2K 位串行 CMOS E2PROM， 內(nèi)部含有 256 個字節(jié)， 采用 先進CMOS 技術(shù)實質(zhì)上減少了器件的功耗。為了解決這一難題，本設(shè)計采用具有 I2C 總線接口的串行 E2PROM 器件，這里選擇 AT24C02 芯片。 E2PROM 數(shù)據(jù)存儲電路 為了把電路發(fā)生異常時的蓄電池電壓記錄下來，需要用存儲芯片進行數(shù)據(jù)保存。液晶 3 端通過接一個 10K 電位器接地來調(diào)節(jié)顯示對比度。10% 3 VO 液晶 顯示對比度調(diào)節(jié)端 用于調(diào)節(jié)對比度 4 RS 寄存器選擇信號 H:數(shù)據(jù)寄存器 L:指令寄存器 5 R/W 讀 /寫信號 H:讀 L:寫 6 E 片選信號 下降沿觸發(fā) ,鎖存數(shù)據(jù) 714 DB0DB7 數(shù)據(jù)線 數(shù)據(jù)傳輸 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 212kw 風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計光伏發(fā)電部分 123456789101112131415161602LCDVCCR2110kR2210VCCRSR/WEND0D1D2D3D4D5D6D7 圖 411 電壓顯示電路 根據(jù) 1602 的技術(shù)參數(shù)和引腳功能， 1602 與單片機連接構(gòu)成的 電壓顯示電路如圖411 所示。 1602 引腳功能 如表 32 所示。從芯片手冊中，可以得到 1602 液晶的主要技術(shù)資料，如表 41 所示，通過此表我們可以知道 1602工作電壓和顯示容量，可以驗證設(shè)計選擇的是否合適。為了更好的顯示電壓值，同時擴展自己學(xué)習(xí)芯片的能力，本設(shè)計用液晶 1602 來顯示蓄電池的電壓值。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 202kw 風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計光伏發(fā)電部分 蓄電池的電壓采集信號 ADIN 從 6 腳引入， 在內(nèi)部采集轉(zhuǎn)換后，從數(shù)字輸出端輸出到單片機的 P1 口，通過讀 P1 口數(shù)據(jù)，便可以得到蓄電池的電壓，實現(xiàn)實時在線檢測。 BT1Battery20KR310KR5ADINBAT+BAT 圖 49 電壓采集電路 （ 2） ADC0804 構(gòu)成的典型 A/D 轉(zhuǎn)換電路 CS1RD2WR3CLOCK4INTR5IN6IN7AGND8VREF/29DGND10D711D612D513D414D315D216D117D018CLKR19VCC20U5AD0804VCC10kR1710KR1910KR20VCCCSADRDWRC9CapP10P11P12P13P14P15P16P17ADIN 圖 410 A/D 轉(zhuǎn)換電路 按照芯片手冊中 ADC0804 的典型接法，系統(tǒng)中設(shè)計的 A/D 轉(zhuǎn)換電路如 410 所示。 DB0~DB7— 三態(tài)特性數(shù)字信號輸出端 . VCC: 電源供應(yīng)以及作為電路的參考電壓 . 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 192kw 風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計光伏發(fā)電部分 ADC0804 外圍接線電路 （ 1） 電壓采集電路 如 圖 49 所示，電壓采集電路使用兩個串聯(lián)的電阻，大小比例為 2:1，然后并聯(lián)在需要檢測的電壓兩端，從兩個電阻中間采集電壓。 VIN(+) VIN() —— 差動模擬電壓輸入。 WR — 用來啟動轉(zhuǎn)換的控制輸入，相當(dāng)于 ADC 的轉(zhuǎn)換開始（ CS =0 時），當(dāng) WR 由 1 變?yōu)? 0 時，轉(zhuǎn)換器被清除：當(dāng) WR 回到 1 時，轉(zhuǎn)換正式開始。 RD — 外部讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的控制輸出信號。 ADC0804 為一只具有 20引腳 并行 8位 CMOS工藝逐次比較型 的 集成 A/D 轉(zhuǎn)換器， 其規(guī)格如下： (1) 高阻抗?fàn)顟B(tài)輸出 ， 分辨率： 8 位 (0~255) (2) 存取時間： 135 us ； 轉(zhuǎn)換時間： 100 us (3) 總誤差： 正負 1LSB 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 182kw 風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計光伏發(fā)電部分 (4) 工作溫度： 0 度 ~70 度； (5) 模擬輸入電壓范圍： 0V~5V (6) 參考電壓： ； 工作電壓： 5V (7) 輸出為 三態(tài)結(jié)構(gòu)，可直接連接在數(shù)據(jù)總線上。 AD 轉(zhuǎn)換器最主要的技術(shù)參數(shù)是轉(zhuǎn)換速度和轉(zhuǎn)換精度，由于逐次比較型兼有并行 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度高和雙積分型轉(zhuǎn)換精度高的優(yōu)點，所以得到普遍應(yīng)用。因為蓄電池電壓的采集轉(zhuǎn)換在系統(tǒng)中極為重要 ，所以下面對所選 ADC0804 芯片及在本系統(tǒng)中是典型連接電路予以介紹。 市場中集成的 A/D 轉(zhuǎn)換器品種很多，選用時需要綜合考慮各種因素進行選取。 M0S 管 Q2 控制著放電電路，其原理與 Q1 相似。 M0S 管 Q1 控制著充電電路， 當(dāng) 充電控制 信號 PWM為低電平時，光耦內(nèi)部的發(fā)光二極管的電流近似為零， 右側(cè)三極管不導(dǎo)通， 輸出端兩管腳間的電阻很大，相當(dāng)于開關(guān) “斷開 ”，輸出端 K1 被抬高，電阻 R9 右側(cè)被穩(wěn)壓管 D2 穩(wěn)壓到 12V 左右， MOSEFT 的 Vgs0， MOS 管 Q1 開啟，太陽能極板開始對蓄電池充電；當(dāng) 充電控制器信號 為高電平時，光耦內(nèi)部的發(fā)光二極管發(fā)光， 三極管導(dǎo)通， 輸出端兩管腳間的電阻變小，相當(dāng)于開關(guān) “接通 ”，此時從 U2 輸入的電壓經(jīng)光耦流向接地端， K1處的電壓接近為零， MOSEFT 的 Vgs0， Q1 截止，充電電路關(guān)斷 。 光耦 驅(qū)動 電路 為了增加系統(tǒng)的可靠性，本設(shè)計用光電耦 合器實現(xiàn)單片機控制電路和充放電電路的隔離。 圖 46 充放電電路 按程序設(shè)計當(dāng)檢測到蓄電池的電壓低于 12V，充電模式為均充， Q1 為完全導(dǎo)通狀態(tài)，也就是導(dǎo)通的脈沖占空比最大；當(dāng)檢測到蓄電池的電壓在 ，充電模式為浮充， Q1 導(dǎo)通與不導(dǎo)通的占空比例變小 ， ；當(dāng)檢測到蓄電池的電壓等于 15V 左右 ， Q1截止 使 充電停止 ，同時 Q2 也關(guān)閉來關(guān)斷負載 。圖中穩(wěn)壓管 D2 用來對蓄電池進行穩(wěn)壓作用。 電容 C4 是太陽能電池板輸出電壓濾波，使得更穩(wěn)定地給蓄電池充電。設(shè)計中采用 IRL2703 N 溝道 MOSFET 管， N 溝道 MOSFET 的導(dǎo)通電壓 Vth0。所使用的 MOSFET 是電壓控制單極性金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，所需驅(qū)動 功率較小。二極管 D1 是為了 防止 反充，當(dāng)陰天或晚上蓄電池的電壓高于太陽能電池 板 的電壓時， D1 就生效 ，可以防止蓄電池電流流向太陽能電池板 。 蜂鳴器報警 電路圖如圖45 所示 。 330R23LED1LED2LED3330R24330R25VCCLED1LED2LED3 LS1BellVCCQ5NPN85501KR26beep 圖 44 工作狀態(tài)指示燈電路 圖 45 蜂鳴器報警電路 （ 4）蜂鳴器報警電路 報警電路采用蜂鳴器來發(fā)出報警聲音，由于 STC89C52 輸出引腳 的驅(qū)動能力較弱，所以蜂鳴器要加三極管 進行 驅(qū)動 。其中 LED1 為正 常充電指示燈， LED2 為過壓指示燈， LED3 為欠壓指示燈。 （ 3）工作狀態(tài)指示燈電路 本設(shè)計可以時刻檢測蓄電池電壓，為了更好的進行監(jiān)控，要對整個電路的工作狀態(tài)進行指示，這是很有必要的。一個單片機系統(tǒng)能否正常運行，首先要檢查是否能復(fù)位成功。按鈕復(fù)位是當(dāng)按鈕按下后，電源通過電阻R14 施加到復(fù)位端上，實現(xiàn)單片機復(fù)位。 單片機的復(fù)位電路如圖 43 所示。其主要功能是把 PC 初始化為 0000H，使單片機從0000H 單元開始執(zhí)行程序。 電路中 C C7 是反饋電容，其值在 5pF~30pF 之間選取 ， 本電路選用的電容為 30pF，晶振頻率為 。片內(nèi)振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率，一般多在 ~12MHz 之間選取。本設(shè)計 單片機 最小系統(tǒng)擴展 電路包括上電復(fù)位電路， 時鐘電路 ， 工作 指