【正文】 的變化引起的功率改變，因此在外部環(huán)境條件劇烈變化的情況下會(huì)不可避免的出現(xiàn)偏離實(shí)際 MPP 的情況。使用擾動(dòng)觀察法時(shí)，如果dp/dv0,則應(yīng)該控制朝使輸出電壓減小的方向施加擾動(dòng),反之則應(yīng)控制朝使輸出電壓增大的方向擾動(dòng)。擾動(dòng)觀察法時(shí)，在最大功率點(diǎn)左側(cè)時(shí)dP/dV0，控制太陽(yáng)能光伏電池向輸出電壓增大的方向前進(jìn)；在最大功率點(diǎn)右側(cè)時(shí)dP/dV0,控制太陽(yáng)能光伏電池向輸出電壓減小的方向進(jìn)行。增量電導(dǎo)法具有控制效果好!控制穩(wěn)定性高!無(wú)振蕩等優(yōu)點(diǎn),但是該方法對(duì)太陽(yáng)能光伏電池輸出電壓和輸出電流等參數(shù)有較高的采樣精度,計(jì)算過(guò)程也較為復(fù)雜,硬件設(shè)備成本相對(duì)較高此外,控制的初始參數(shù)設(shè)置對(duì)系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程中的跟蹤性能有比較大的影響,設(shè)置不當(dāng)可能會(huì)造成較大的能量損失。本文第二章講述了太陽(yáng)能光伏電池的工作原理及溫度和光照強(qiáng)度是影響太陽(yáng)能光伏電池輸出的兩個(gè)主要環(huán)境因素。若環(huán)境溫度變化不大，可近似認(rèn)為太陽(yáng)能光伏電池是處在某一恒定溫度下，則太陽(yáng)能光伏電池在不同光照強(qiáng)度下的輸出功率特性曲線如圖33所示。因此,控制太陽(yáng)能光伏電池輸出電壓工作在最大功率點(diǎn)電壓處,則太陽(yáng)能光伏電池就會(huì)工作在最大功率點(diǎn)。恒定電壓控制法忽略了溫度對(duì)太陽(yáng)能電池板開(kāi)路電壓的影響,而由第二章中太陽(yáng)能光伏電池的伏安特性曲線可知,太陽(yáng)能電池的輸出的最大功率在不同溫度以及不同強(qiáng)度的太陽(yáng)光照下具有不同最大功率點(diǎn)。 幾種最大功率跟蹤算法的比較上一節(jié)論述了幾種常見(jiàn)的最大功率跟蹤算法的控制原理,分析了它們各自的特點(diǎn)。表 31 三種主要的MPPT算法優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比MPPT方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)恒定電壓法原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)效率較低、存在能量損失擾動(dòng)觀察發(fā)跟蹤準(zhǔn)確，轉(zhuǎn)換效率高存在振蕩問(wèn)題、跟蹤速度與穩(wěn)態(tài)誤差相互制約增量電導(dǎo)法跟蹤精確、穩(wěn)定性較好、能量利用率高算法復(fù)雜、計(jì)算較多，不易于硬件實(shí)現(xiàn)由表31可以看出，恒定電壓法雖原理簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn),但是精度較低、能量損失較大,不符合本課題的設(shè)計(jì)要求。因此,增量電導(dǎo)法實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為困難,硬件成本較高。因此,結(jié)合本課題需要和擾動(dòng)觀察法的特點(diǎn),本文采取一種變步長(zhǎng)的擾動(dòng)觀察最大功率跟蹤策略來(lái)實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能光伏電池的最大功率跟蹤。不同的是,變步長(zhǎng)的擾動(dòng)觀察法擾動(dòng)電壓不是恒定不變的,當(dāng)U距離最大功率點(diǎn)Up較遠(yuǎn)時(shí),電壓擾動(dòng)的步長(zhǎng)U較大,跟蹤速率較快；當(dāng)U距離最大功率點(diǎn)Up接近時(shí),電壓擾動(dòng)的步長(zhǎng)U減小,增大最大功率點(diǎn)跟蹤的精度。為了避免擾動(dòng)觀察法的最大功率點(diǎn)左右振蕩的問(wèn)題,引入擾動(dòng)停止參數(shù)。此時(shí),系統(tǒng)繼續(xù)采集著太陽(yáng)能電池板電壓和電流,一旦當(dāng)功率的變化量|dP|時(shí),立即恢復(fù)電壓的擾動(dòng)。圖34 變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀察法控制流程 蓄電池智能充電策略蓄電池是本系統(tǒng)儲(chǔ)能環(huán)節(jié),充放電效率及使用壽命是關(guān)鍵所在。有效、科學(xué)地使用蓄電池,對(duì)提高蓄電池的使用效率、延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命十分關(guān)鍵。目前主要的充電方法有兩種:快速式充電法和三段式充電法。它主要包括以下幾種方式: 脈沖式充電法脈沖充電法是采用脈沖電流對(duì)電池進(jìn)行間歇式充電,即先以一脈沖電流對(duì)鉛酸蓄電池充電一段時(shí)間,然后間歇一段時(shí)間,接著再用脈沖電流進(jìn)行充電,再間歇一段時(shí)間,如此周而復(fù)始至蓄電池充滿(mǎn)電。脈沖電流使蓄電池獲得電量,而間歇期使蓄電池經(jīng)充電時(shí)的析氣有時(shí)間重新化合而被吸收掉,同時(shí)使?jié)舛炔顦O化自然而然的得以消除,從而減輕了蓄電池的內(nèi)壓,使下一輪的充電能夠更加順利的進(jìn)行,蓄電池可以吸收更多的電量。變電流間歇充電法變電流間歇充電法與脈沖式充電法的最大不同之處在于將充電時(shí)的脈沖電流改變成了電流逐漸減小的間歇式電流。充電后期采用恒定電壓充電,直至蓄電池充滿(mǎn)。在每個(gè)恒壓充電階段,充電電流都將按照蓄電池的馬斯特性曲線自然下降,具有符合電池充電電流可接受率隨著充電的進(jìn)行逐漸下降的特點(diǎn)。此種充電方式適用于充電能源無(wú)限,而且充電耗時(shí)較長(zhǎng)的場(chǎng)合。l)第一階段恒流充電:在此階段,充電電路的輸出等效于電流源。其實(shí)恒流階段就是為了防止由于蓄電池荷電狀態(tài)太低,直接采用恒壓充電使得充電電流過(guò)大,加速電池極化,析氣等問(wèn)題降低蓄電池使用壽命。2)第二階段恒壓充電:在恒壓階段,充電電路對(duì)蓄電池提供一個(gè)較高電壓,同時(shí)檢測(cè)充電電流。通過(guò)本章前面的分析,我們知道此電壓需補(bǔ)償溫度對(duì)蓄電池電壓的影響。充電狀態(tài)進(jìn)入下一階段。在分析三段式充電法之前,我們不妨先分析蓄電池的馬斯定律:對(duì)蓄電池充電時(shí)有最大可接受電流,見(jiàn)下式： （31）其中為最大初始充電電流，為電流衰減指數(shù)又稱(chēng)為充電接受率。析氣更嚴(yán)重,不但影響蓄電池的充電效率,同時(shí)降低使用壽命。與快充相比,三段式充電法更注重于蓄電池本身特性而非充電速度。太陽(yáng)能系統(tǒng)與市電系統(tǒng)最大不同之處在于,太陽(yáng)能是有限的，任何時(shí)候的功率輸出都是可變的，而市電的輸入能量可以認(rèn)為是無(wú)限的,只要電路參數(shù)允許，都可以達(dá)到我們所需的功率。當(dāng)太陽(yáng)輻射能量不是足夠強(qiáng)大時(shí),第一階段的恒流充電亦無(wú)法實(shí)現(xiàn)。當(dāng)蓄電池的最大可接受電流大于太陽(yáng)能電池板的最大可供電流時(shí),智能策略控制控制系統(tǒng)工作于MPPT狀態(tài),最大效率使用太陽(yáng)能同時(shí)不影響蓄電池使用壽命。4 基于ATmega16單片機(jī)的程序調(diào)試 ATmega16單片機(jī)概述1）.高性能、低功耗8位AVR微處理器；2).先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)擁有131條指令，指令的執(zhí)行時(shí)間短；它擁有32個(gè)8位的通用工作寄存器，并且所有的寄存器都已直接與運(yùn)算邏單元(ALU) 相連接，使得其一條指令可以在短短一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)地訪問(wèn)兩個(gè)獨(dú)立的寄存器，代碼效率高，相對(duì)普通的CISC 微控制器最高至10 倍的數(shù)據(jù)吞吐率；全靜態(tài)工作；工作于16MIPS,兩個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器。4)．JTAG接口支持符合JTAG標(biāo)準(zhǔn)（）的邊界掃描功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)支持?jǐn)U展的片內(nèi)在線調(diào)試，除此之外，通過(guò)JTAG接口還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)Flash、EEPROM、熔絲位還有鎖定位進(jìn)行編程處理。 ATmega16引腳配置　　　　　　　　　 圖41　ATmega16引腳圖ATmega16是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8 位CMOS微控制器。 ATmega16引腳功能描述　　1).Vcc　　數(shù)字電路的電源　　2).GND地。端口A是8位的雙向性的I/O口，其擁有可編程的內(nèi)部上位電阻。作為輸入使用時(shí)，假使內(nèi)部上拉電阻是使能狀態(tài)，與此同時(shí)端口又被外部的電路的電位拉低時(shí)，端口A將會(huì)輸出電流?！　?).端口B端口B(PB7～PB0)擁有端口A的全部特點(diǎn)，但端面口B是雙向的I/口，還可以用做其他不同的特殊用途?！　?).端口D端口D(PD7～PD0)擁有端口B的全部特點(diǎn)。　　7).RESET 復(fù)位輸入引腳?！　?).XTAL2 反向振蕩放大器的輸出端。如果在使用過(guò)程中無(wú)需用到ADC功能時(shí)，那么就必有把AVCC引腳與VCC直接相連?！　?1).AREF A/D 的模擬基準(zhǔn)電壓輸入引腳。表42 參考電源選擇位REFS1REFS0參考電壓00AREF，內(nèi)部Vref關(guān)閉01AVCC，AREF引腳外加濾波電容10保留11，AREF引腳外加濾波電容 Bit5 在轉(zhuǎn)換結(jié)果左對(duì)齊的情況下，選擇位則被寫(xiě)為“0”時(shí)，而結(jié)果為右對(duì)齊，反之則為左對(duì)齊。必須注意的如果ADLAR的值發(fā)生了改變，是會(huì)立即影響到ADC數(shù)據(jù)寄存器中的內(nèi)容的，與是否有轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換是無(wú)關(guān)的。表43 右對(duì)齊15141312111098ADC9ADC8ADC7ADC6ADC5ADC4ADC3ADC2ADC1ADC076543210表44 左對(duì)齊15141312111098ADC9ADC8ADC7ADC6ADC5ADC4ADC3ADC2ADC1ADC076543210Bit4:0 模擬信號(hào)的輸入通道以及增益的選擇位。也可以選擇差分通道增益。如表45表45 模擬信號(hào)的輸入通道MUX400000000001000100001100100001010011000111單端輸入ADC0ADC1ADC2ADC3ADC4ADC5ADC6ADC7 ADCSRA 控制以及狀態(tài)寄存器 ADCSRA控制以及狀態(tài)寄存器Bit76543210ADENADSCADATEADIFADIEADPS2ADPS1ADPS0讀/寫(xiě)R/WR/WR/WR/WR/WR/WR/WR/W初始值00000000 Bit7_ADEN ADC使能位，該位寫(xiě)“1”使能ADC，寫(xiě)“0”關(guān)閉ADC。在單次轉(zhuǎn)換模式的情況下，如果此時(shí)寫(xiě)入“1”則表示著只啟動(dòng)一次轉(zhuǎn)換。如果ADATE被置位，則表示啟Atmega16單片機(jī)的ADC自動(dòng)觸發(fā)功能。在ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)束的病況下，而且在更新了數(shù)據(jù)寄存器之后， 則ADIF 置位。若ADIE 及SREG置位， ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷即被使能。這3位可設(shè)置XTAL 和ADC 輸入時(shí)鐘之間的分頻因子。在COM1A1:0(COM1B1:0)的一位或兩位被寫(xiě)入1”的時(shí)候，那么OC1A(OC1B) 輸出功能將取代I/O 端口的功能。如果把OC1A(OC1B) 直接和物理引腳相連了，那么決定COM1x1:0 的功能的是對(duì)WGM13:0 的設(shè)置。當(dāng)我們?yōu)榱伺c未來(lái)器件兼容，而且要在PWM 模式下TCCR1A 寫(xiě)入時(shí)，F(xiàn)OC1A/FOC1B必須清零。OC1A/OC1B 的輸出值是會(huì)受COM1x1:0 的設(shè)置影響的。 在CTC 模式下，如果將OCR1A 作為T(mén)OP 值，則 FOC1A/FOC1B 選通就將發(fā)生既不會(huì)產(chǎn)生中斷也將無(wú)法方便地清除定時(shí)器的情況，在這個(gè)時(shí)候，F(xiàn)OC1A/FOC1B 位中的值就將總是讀為0。WGM13:0為其它的值時(shí)為普通端口操作，非OC1A/OC1B功能10比較匹配時(shí)清零OC1A/OC1B,OC1A/OC1B在TOP時(shí)置位11比較匹配時(shí)置位OC1A/OC1B,OC1A/OC1B在TOP時(shí)清零 T/C1 控制寄存器B TCCR1B表 410 T/C1控制寄存器BBit76543210ICNC1:ICES1WGM13WGM13CS12CS11CS10讀/寫(xiě)R/WR/WR/WR/WR/WR/WR/WR/W初始值00000000Bit 7_ICNC1: 此為輸入捕捉噪聲抑制器，置位ICNC1可以使能輸入捕捉噪聲達(dá)到抑制功能的效果。如果所得到的4 個(gè)采樣值都是相等的，那么采樣值信號(hào)將送入到邊沿檢測(cè)器中。 Bit 6_ICES1: 此為輸入捕捉觸發(fā)沿選擇器。在單片機(jī)按照ICES1 的設(shè)置的情況下，如果捕獲到了一個(gè)事件，那么這個(gè)時(shí)候的計(jì)數(shù)器內(nèi)儲(chǔ)存的數(shù)值被將會(huì)被復(fù)制到ICR1 的寄存器中。而如果在這個(gè)時(shí)候發(fā)生中斷使能事件，ATmega16單片機(jī)的輸入捕捉事件功能則即被觸發(fā)。為了保證與將來(lái)器件的兼容性，在需要寫(xiě)入TCCR1B的時(shí)候，則該位就一定要寫(xiě)入0”。 T/C1最簡(jiǎn)單的工作為一般模式（WGM[3:O]＝0），在這個(gè)時(shí)候計(jì)數(shù)器是作為單向加1的，當(dāng)寄存器TCN1的計(jì)數(shù)值計(jì)數(shù)到了0xFFFF的時(shí)候，如果下一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖到來(lái)，則計(jì)數(shù)器各個(gè)位將置為0（0x0000）,并申請(qǐng)上級(jí)中斷，另外可作為計(jì)數(shù)器的第17位使用，那么用戶(hù)就可以在任何時(shí)候通過(guò)定義TCNT1寄存器的初值來(lái)調(diào)整計(jì)數(shù)器溢出的時(shí)間間隔。如果要方便地控制比較匹配輸出頻率，可以改變OCR1A/ICR1的值來(lái)設(shè)置，同時(shí)也方便了外部事件計(jì)數(shù)的應(yīng)用。標(biāo)志在OCF1A/ICF1可以用于申請(qǐng)中斷，如果MCU響應(yīng)匹配中斷，用戶(hù)可以在為斷服務(wù)程序中修改OCR1A/ICR1寄存器的值。在CTC模式下產(chǎn)生波形輸出時(shí)，OC1A的輸出方式要設(shè)為觸發(fā)方式。其他的輸出頻率由下式確定：在上面的公式中，N的可以是6256或者是1024。T/C1工作在快速PWM模式可以產(chǎn)生高速的PWM波形。處于正向比較匹配輸出模式中的情況下，當(dāng)TCN1的計(jì)數(shù)值與OCR1A/OCR1B的值相同匹配時(shí)置位OC1A/OC1B，而當(dāng)被計(jì)數(shù)的值從原來(lái)的TOP返回到0x0000時(shí)， OC1A/OC1B就將會(huì)被清零。快速PWM模式采用計(jì)數(shù)方式為單程計(jì)數(shù)，使得它所產(chǎn)生的PWM波的頻率相對(duì)另外兩種模式高一倍?？焖貾WM的精度由固定的10位來(lái)定義同樣還可以通過(guò)設(shè)置寄存器OCR1A、ICR1內(nèi)的值來(lái)定義：最小精度為2位，最大精度為16位。如果使用寄存器OCR1A，ICR1設(shè)定上限作為計(jì)數(shù)器的TOP值，更新OCR1A、ICR1R過(guò)程是不同。寄存器OCR1A帶有輔助緩沖器，當(dāng)更新OCR1時(shí)，數(shù)據(jù)只是寫(xiě)入到輔助緩沖器中，而OCR1A仍保持原TOP，等到TCNT1與原來(lái)的TOP值相等匹配時(shí)，在TCNT1清0，TOV1置位時(shí)，輔助緩沖器中數(shù)據(jù)才進(jìn)入OCR1A,使OCR1A真正得到更新。