太陽能最大功率跟蹤控制器的設計與實現(xiàn)畢業(yè)論文設計-文庫吧資料
2025-07-04 13:01本頁面
【正文】 ：/*位定義，其中P0^0為PWM輸出，P1^0~P1^4為TLC2543接口，P0^3~P0^7為液晶接口*/ sbit pwm_out=P0^0。根據(jù)MPPT的算法思路，結合A/D轉換、PWM以及各初始化程序，此流程圖體現(xiàn)出了本設計的核心程序思想。定時器賦初值的原則（定時器0）：TH0=（65536N）/256，TL0=（65536N）%256，其中N為定時時間，單位為us。芯片處于轉換的狀態(tài)下時，信號EOC為高電平，轉換結束時為低電平，驅動程序的編寫按照此時序圖。 TLC2543時序圖，TLC2543的數(shù)據(jù)傳輸是在信號為低電平的情況下進行的，這是個片選信號。 設計思路軟件的部分主要包括A/D、PWM、液晶屏n51以及系統(tǒng)思路的算法。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。電容C1=30pf、C2=30pf與晶振Y1共同組合構成單片機系統(tǒng)的振蕩電路，兩個電容用于電路的起振，給MCU提供系統(tǒng)時鐘，單片機指令的執(zhí)行都是需要時鐘信號的激勵才能完成，此電路就好比人類的心臟一樣。其信號分別從A/D轉換器的0和1通道輸入。由于這款單片機內部沒有A/D，所以只能夠通過外部擴展，采用TI（美國德州儀器）的12位A/D轉換器TLC2543，11個模擬輸入通道，SPI接口。產生脈寬調制波控制場效應管的導通占空比，實現(xiàn)輸出直流電壓的可調節(jié)。簡潔的電路囊括了濾波、采樣、開關等幾部分，使得整個電路的設計變得簡單、目的非常明確。所以，此處也成為了系統(tǒng)的一個缺陷。由于控制部分電路的供電電壓為+5V，為了方便起見，采用三端集成穩(wěn)壓片LM7805將太陽能電池板輸出的電壓轉換為+5V，LM7805輸出穩(wěn)定的+5V電壓，[10]。在此接在電壓的低側作為開關用，使用PWM控制通斷從而控制輸出電壓值。電流檢測與電壓采樣的處理都由軟件實現(xiàn)。由于太陽能電池板的輸出電壓最大能夠達到22V，所以用兩電阻R1=270kΩ、R2=30kΩ進行分壓，測R2兩端的電壓，由于10倍關系，從而可以得到太陽能電池板的輸出電壓。電感L1用于濾除電壓信號的交流分量，降低來自PWM控制信號的干擾、提高A/D采樣結果的準確度、穩(wěn)定輸出。 轉換部分硬件原理圖太陽能電池板的參數(shù)在前面已經給出，硬件電路圖各元器件參數(shù)的選擇就是根據(jù)太陽能電池板的參數(shù)來決定的。 轉換模塊電路設計轉換電路是用于太陽能電池板和負載之間，通過控制電壓，將不控的直流輸入變?yōu)榭煽氐闹绷鬏斎?。由?1，要想得到功率，就需要知道電壓與電流。根據(jù)此方案的原理，本系統(tǒng)既需要硬件電路對太陽能電池板的信號進行處理，也需要程序來進行擾動控制，實現(xiàn)算法。這種方法硬件成本低、算法實現(xiàn)容易。接下來對這幾種方法的各自優(yōu)缺點進行系統(tǒng)對比，最終選擇出本設計的最佳方案。在實際應用中，方程式23很難滿足，工程應用中引入一個誤差因子E，當 E （式26）滿足式26，就可認為式23成立，從而得出最大功率點。在最大功率點處其斜率為零。在調節(jié)太陽能電池板工作點時，依據(jù)這個參考電壓進行調節(jié)[9]。其具體方法是：先測太陽能電池板第i時刻的電壓Vi和電流Ii，由式21計算出功率Pi，然后與第i1時刻的功率進行比較。方案二：擾動觀察法。在同一溫度條件下，不同光照下的最大功率點幾乎在一條垂直線上，這表示著最大功率點應該是對應著某一個固定電壓值的，這就是恒壓法的理論[8]。本設計所使用的電池板的參數(shù)：開路電壓Voc=，短路電流Isc=，最大功率點電壓Vmp=，最大功率點電流Imp=。：同一光照強度下，在一個輸出電壓范圍內其輸出電流基本上保持不變；然而在某個輸出電壓值之后其輸出電流急劇下降，根據(jù)功率的定義式：P（W）=U（V）*I（A） （式21） 常溫下太陽能電池板在不同光照下的輸出伏安特性曲線 常溫下太陽能電池板在不同光照下的輸出功率曲線：在常溫下，某個光照強度時太陽能電池板的輸出總存在一個最大功率點。 太陽能電池板特性系統(tǒng)方案的設計要依據(jù)太陽能電池板的特性來進行。本設計方案論證的重心放在最大功率跟蹤控制的算法上面，關于主控芯片的選取，利用51系列單片機來實現(xiàn)。只有在知道太陽能電池板的特性的情況下，才能找準系統(tǒng)設計的方向，然后再根據(jù)方向尋找路徑。通過分析以上指標，初步確定系統(tǒng)所需的核心元器件有：CPU、場效應開關管、液晶顯示屏。根據(jù)MPPT思想，設計一個控制器，能夠使太陽能電池板以最大功率輸出，從而達到提升轉換效率的目的。但是在設計一個新的系統(tǒng)的同時，也應當考慮到新系統(tǒng)是否能最終給人們帶來更好的價值，這個就需要去綜合各個方面進行考慮。所以，可以考慮下一步來設計“最強光強點跟蹤”控制器。雖然在一天當中太陽的光照強度是不變的，但是可以讓太陽能電池板接收的光照一直保持在最強狀態(tài)?，F(xiàn)在在效率方面的提升也只是局限于其它環(huán)境條件不變的情況，如光強、溫度等，其成本也還是比較高的，接下來要向多方面努力改進。電壓采樣使用電阻分壓，電流采樣使用電流檢測模塊ACS712ELC20A[7]。采用51單片機STC89C52RC作為主控芯片，控制輸出PWM信號、A/D轉換以及液晶顯示。原理圖與PCB圖的設計采用電子CAD繪圖軟件Protel 99 SE[4]。除了這些MPPT控制器外，也還有一些普通的控制器，但是普通的控制器只能做到將效率提升到50%左右，這樣的效果不是很明顯，當然其售價也要便宜很多，目前MPPT控制器也正在逐步替代普通控制器。比如說美國德州儀器半導體的MPPT控制IC：SM72442，通過輸出四路PWM（脈沖寬度調制）波來控制轉換電路的輸出，集成了12位的A/
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