【正文】 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書30。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。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。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書28參 考 文 獻(xiàn)[1] [J].電氣時代，2022，(3)：l6－20[2] :[3] :97107[4] ：123127[5] 鐘勇. 風(fēng)光互補發(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).2022[6] 趙強. . 2022年第3期[7] 任富理. 邊遠(yuǎn)站點利用風(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).2022[8] (內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文).2022[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).2022[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).2022內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書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。針對這一特點，本文設(shè)計了電源變換模塊，實現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換和傳輸，為整個控制系統(tǒng)的實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。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?，F(xiàn)代電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)、控制理論為深入研究小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)提供了強有力的理論幫助和技術(shù)支持。其電路圖如圖37，圖37 輸出保護(hù)電路 統(tǒng)軟件的實現(xiàn)本節(jié)主要是介紹了控制系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)，本文對蓄電池的充放電主要是通過對單SHCN1R+23GDI567OUT8MAXEPort內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書26片機的編程來實現(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＜u 2U＜u 1 壓放電終止 恒壓充電Uu2浮充充電結(jié)束缺電報警內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書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)載的隨機性及不確定性，使得其對蓄電池的充放電控制較為復(fù)雜。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)計算 5R選擇3 ?的水泥進(jìn)行放電。圖35 電壓檢測2同樣，圖中 3R和 4為分壓電阻， 3D和 4起到保護(hù)單片機的作用， 2C為濾波電容，其中 選擇為49 ?K， R為1 。圖34 電壓檢測1ESGNTULVAPort*力Bin+u34cl5內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書24這里風(fēng)力發(fā)電機發(fā)出的額定電壓為24 v， v,所以，1R選擇了19 ?K， 2R選擇了1 K。 控制器電路圖的設(shè)計系統(tǒng)由兩個DCDC變換芯片、兩個電壓采集電路、單片機、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：充電時單片機通過內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器實時采集充電時風(fēng)力發(fā)電機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；放電時單片機通過內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器實時采集放電時蓄電池兩端的電壓從而實時的發(fā)出適合的指令進(jìn)行放電。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。從 0xFE00 到 0xFFFF 的 512 字節(jié)被內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書22保留，由工廠使用。 MCU 的程序存儲器包含 64K 字節(jié)的 FLASH。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） 。 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） 。數(shù)據(jù) RAM 的低 128 字節(jié)可用直接或間接尋址方式訪問。它包括 256 字節(jié)的數(shù)據(jù) RAM，其中高 128 字節(jié)為雙映射。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。MCU 內(nèi)部有一個獨立運行的時鐘發(fā)生器，在復(fù)位后被默認(rèn)為系統(tǒng)時鐘。 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。在設(shè)計一個多任務(wù)實時系統(tǒng)時，這些增加的中斷源是非常有用的。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。表33內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書21CIP51 工作在最大系統(tǒng)時鐘頻率 25MHz 時，它的峰值性能達(dá)到 25MIPS。 CIP51 共有 111 條指令。在一個標(biāo)準(zhǔn)的 8051 中，除 MUL 和 DIV 以外所有指令都需要 12 或 24 個系統(tǒng)時鐘周期，最大系統(tǒng)時鐘頻率為 1224MHz。CIP51 內(nèi)核具有標(biāo)準(zhǔn) 8052 的所有外設(shè)部件，包括 5 個 16 位的計數(shù)器/定時器、兩個全雙工 UART、256 字節(jié)內(nèi)部 RAM、128 字節(jié)特殊功能寄存器（SFR）地址空間及 8/4 個字節(jié)寬的 I/O 端口。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書20圖 31 C8051F020引腳圖與 8051 完全兼容 C8051F020 系列器件使用 Silicon Labs 的專利 CIP51 微控制器內(nèi)核。端口 I/O、/RST 和 JTAG 引腳都容許 5V 的輸入信號電壓。 在使用 JTAG 調(diào)試時， 所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運行。片內(nèi) JTAG 調(diào)試電路允許使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品 MCU 進(jìn)行非侵入式（不占用片內(nèi)資源） 、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。所有模擬和數(shù)字外設(shè)均可由用戶固件使能/禁止和配置。 本文選用了 C8051F020 器件是完全集成的混合信號系統(tǒng)級 MCU 芯片，具有 64 個數(shù)字 I/O 引腳（C8051F020） 。典型值為3v。片內(nèi)時鐘源，內(nèi)置電源檢測、看門狗定時器。864K Flash 存儲器。% 輸出電壓： 輸出功率：100300w 單片機的選擇本文選用了C8051F系列的單片機，其系列單片機的特點為：片內(nèi)資源10% 響應(yīng)速度 400us 電壓調(diào)整率(主路)：177。對DCDC芯片的選擇有以下要求：① 輸出電壓可調(diào)；② 輸出功率與發(fā)電機的功率相匹配；③ 輸入電壓與發(fā)電機的輸出電壓相匹配；根據(jù)以上要求本文選擇了:產(chǎn)品品牌：尖諾 產(chǎn)品型號：JDM15048S15內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書18輸入特性：電壓范圍 24VDC(額定值) 1836 VDC 輸出特性：電壓精度：177。 cy為蓄電池放電深度，％；三 風(fēng)力發(fā)電機功率的選擇風(fēng)力發(fā)電機實際的輸出功率公式為 （33）式中： WP為機組的額定輸出功率，w； 1V為實際風(fēng)速， sm/； V為額定風(fēng)速，sm/； 設(shè)計實例1. 設(shè)計目標(biāo)本文設(shè)計的供電系統(tǒng)的要求是：可以在連續(xù)兩天無風(fēng)的情況下持續(xù)提供10w 12v的電流為野外無電地區(qū)獨立運行的小型設(shè)備提供電力。二、蓄電池的選擇風(fēng)力發(fā)電機所發(fā)出的實際功率是受風(fēng)速影響的，不是一個常量，所以，風(fēng)力發(fā)電機和蓄電池的容量選擇都是可用電量來確定的。要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀?，合理確定風(fēng)力發(fā)電機發(fā)額定風(fēng)速，這樣才能充分的利用當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)力能源，最大限度的發(fā)揮風(fēng)力機發(fā)效率。1 額定風(fēng)速 一般把風(fēng)力發(fā)電機產(chǎn)生額定輸出功率時的最低風(fēng)速稱為額定風(fēng)速，對風(fēng)能的利用水平而言，具有相同結(jié)構(gòu)形式及功率發(fā)兩臺風(fēng)力發(fā)電機組，額定風(fēng)速較低的性能更好些。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書15第三章 供電系統(tǒng)電路的硬件設(shè)計及軟件實現(xiàn)獨立小型風(fēng)力發(fā)電機盡管裝機容量較小，技術(shù)不太復(fù)雜，但為了安全可靠的運行，必須做好風(fēng)力發(fā)電機、蓄電池以及相關(guān)芯片的選型。 控制器的其他功能控制器除了對蓄電池進(jìn)行充放電控制之外，還控制輸出保護(hù)功能。開始時脈沖控制器以寬脈沖充電，隨著充電電壓的上升，充電脈沖寬度逐漸變窄，平均充電電流減小，當(dāng)充電電壓達(dá)到預(yù)定電壓時，充電脈沖寬度變?yōu)榱?。此外，還可以將開關(guān)元件換成大功率的半導(dǎo)體器件按，通過線性控制實現(xiàn)對蓄電池充電的平滑調(diào)節(jié)。（2）多階控制器多階控制器的原理是：其核心部件是一個受充電電壓控制的“多階充電信號發(fā)生器”。 控制器的類型應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制其主要由旁路控制器、多階控制器和脈沖控制器。這種方法有初期電流過大，極板深處的硫酸鉛不易還原的缺陷，故僅在小功率的簡單系統(tǒng)中大量使用。恒流充電法在充電過程中保持充電電流始終不變，充電電壓自動逐漸升高，該方法的缺點是充電后期水分解多，易使活性物質(zhì)脫落，故較少采用。新舊電池也不要混用，否則會降低新電池的壽命。所以，要盡量避免閥控式蓄電池深度放電。4)電池的周期壽命取決于放電率、放電深度和充電方式，其中最重要的因素是放電深度。長時間存放的電池每六個月必須充電一次。反之，則要升高浮充電壓。當(dāng)溫度以25℃為原點進(jìn)行變化時，必須進(jìn)行溫度補償。2)，48v系統(tǒng)的浮充電壓應(yīng)。這樣可以提高蓄電池的使用壽命。4)長期浮充電蓄電池長期工作在浮沖狀態(tài)下，只充電不放電，這種工作狀態(tài)會造成蓄電池陽極的鈍化，使電池的內(nèi)阻急劇增大，實際容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其標(biāo)準(zhǔn)容量，從而導(dǎo)致電池所能提供的后備時間大大縮短，減少了其使用壽命。蓄電池的充電電壓過高時，將會出現(xiàn)過充現(xiàn)象，此時正極柵板由于析氧反應(yīng)，水不斷的被消耗， ?H增加，從而導(dǎo)致正極附近的酸度增高，柵板與電解液反應(yīng)加速，析出的氣體由于一部內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書12分排出，不可能全部還原為水，蓄電池內(nèi)部的電解液濃度增加，這樣也會促使柵板的腐蝕加速，活性物質(zhì)減少，導(dǎo)致蓄電池的容量和壽命減少。3)過度充電蓄電池的充電電壓也是影響其壽命的重要因素。蓄電池被過度放電到輸出電壓為OV時，會導(dǎo)致電池內(nèi)部有大量的硫酸鉛被吸附到電池的陰極表面，形成電池陰極的“硫酸鹽化”。蓄電池為負(fù)載供電期間，若控制器突發(fā)故障或者過放控制點設(shè)置過低時，均會可能導(dǎo)致過放現(xiàn)象的發(fā)生。生產(chǎn)廠家一般要求蓄電池的運行環(huán)境溫度為15一25℃，當(dāng)環(huán)境溫度超過25℃后，每升高8℃，電池壽命就要縮短一半。溫度高時，蓄電池內(nèi)部電解液與極板的化學(xué)反應(yīng)加速，電解