【正文】 開關(guān)元件斷開 耗能負(fù)載，同時(shí)接通蓄電池的充電回路。多階充電信號(hào)發(fā)生器根據(jù)充電電壓的不同，產(chǎn)生多階充電信號(hào)，控制開關(guān)元件按順序接通，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池組充電電壓和電流的調(diào)節(jié)。 （ 3）脈沖控制器 脈沖控制器的控制原理是：其核心器件是一個(gè)受充電電壓調(diào)治的“充電脈沖發(fā)生器 ” ，脈沖控制器以“斬波”方式工作，對(duì)蓄電池進(jìn)行脈沖充電。充電終止。 本文使用的控制器主要的器件是單片機(jī)，通過對(duì)單片機(jī)的編程對(duì)蓄電池的充放電進(jìn)行控制。 發(fā)電機(jī) 、蓄電池的選擇 一、 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的選擇條件 風(fēng)力發(fā)電機(jī)以風(fēng)作為動(dòng)力，就要要求風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝地點(diǎn)風(fēng)力資源必須滿足一定的條件，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般要求當(dāng)?shù)啬昶骄L(fēng)速在 3m/s以上，全年 3 sm/20有效風(fēng)累計(jì)時(shí)數(shù)在 3000h左右，全年 3 sm/20 有效風(fēng)能密度要達(dá)到 2/100 mw 。我國(guó)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的額定風(fēng)速有 sm/5 、 sm/8 和 sm/10 三種，選擇風(fēng)力發(fā)電機(jī)時(shí)。 2 工作風(fēng)速范圍 由于風(fēng)力的大小是時(shí)刻變化的，風(fēng)力發(fā)電機(jī)不可能全部利用，只能利用一個(gè)范圍的風(fēng)速，利用風(fēng)速的下限稱為切入風(fēng)速，即風(fēng)能裝置能驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)最低風(fēng)速， 利用風(fēng)速的上限稱為切出風(fēng)速，這個(gè)風(fēng)速下風(fēng)能裝置輸出功率就是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最大功率，一般切出風(fēng)速越高，可利用的風(fēng)速范圍就越大，選擇合適的切入風(fēng)速、切出風(fēng)速是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基本參數(shù)。 負(fù)載用電量的計(jì)算 負(fù)載用電量可用公式 TPW ll ?? （ 31） 式中： lW 為負(fù)荷的用電量， kwh ； lP 為計(jì)算負(fù)荷， w； T 為負(fù)荷的平均利用小時(shí)數(shù)， h； 蓄電池容量的計(jì)算 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 16 蓄電池的容量可根據(jù)公式 Q = （ 32） 式中： LW 為負(fù)荷日消耗量， wh ； bU 為蓄電池組端電壓， v。 TPW ll ?? =10 24 2=480wh 3. 蓄電池容量的計(jì)算 = =50ah 這里選擇了容量為 65ah 電壓為 12v的鉛酸蓄電池，其具體的參數(shù)如表： 表 31 標(biāo)準(zhǔn)電壓 12v 標(biāo)準(zhǔn)容量 65ah（ 20HR） 外殼材料 ABS塑料 內(nèi)阻（ 25℃） 10 ?m 自放電（ 20℃） 每周＜ % 浮充壽命 69年 使用溫度范圍 20℃ — +45℃ 電池外形尺寸（長(zhǎng) *寬 *高） 330*171*172mm 充電方法 循環(huán)使用 浮充使用 充電電壓 — 最大電流 充電時(shí)間 12h （ 60%DOD） ＞ 48h cbLyUW?cbLyUWQ ?? ?PVVPW ?? 31 )(內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 17 24h （ 100%DOD） 按滿發(fā)時(shí)數(shù)每天 6小時(shí)計(jì)算，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定功率選 150w就可以滿足條件 即： 150 6=900wh 大于負(fù)載用電量； 本文選用的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)是 表 32 品牌 奧風(fēng) 型號(hào) 200W 額定功率 200（ W） 輸出電壓 24（ V） 額定風(fēng)速 8（ m/s） 葉片數(shù)目 3 片 風(fēng)輪直徑 （ m） 啟動(dòng)風(fēng)速 /秒 安全風(fēng)速 40米 /秒 DCDC 變換芯片 及單片機(jī)的選擇 DCDC 芯片的選擇 DCDC變換芯片是介于風(fēng)力發(fā)電機(jī)與蓄電池之間的中間的重要的器件，由于風(fēng)速不穩(wěn)定，風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的電壓也隨著變化，這樣對(duì)蓄電池充電會(huì)對(duì)蓄電池的受用壽命有很大的影響，所以，這里采用一個(gè) DCDC變換芯片對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。1 電流限制點(diǎn)： 120%（ typ） 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 18 輸出電壓調(diào)整范圍： 177。% 輸 出 電 流 215A 任選 負(fù)載調(diào)整率（主路）： 177。 812位多通道 ADC。 12路 12位 DAC。 12路電壓比較器。 內(nèi)部或外部電壓基準(zhǔn)。 內(nèi)置溫度傳感器。 16位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器列陣可用于 PWM等。 35個(gè)通用 16位定時(shí)器。 864個(gè)通用 I/O口 主要特點(diǎn) I/O、 RST、 JTAG引腳均勻許 5v電壓輸入。 高速的（ 20MIPS25MIPS）與 8051全兼容的 CIP51內(nèi)核。下面列出了一些主要特性 ； 1. 高速、流水線結(jié)構(gòu)的 8051 兼容的 CIP51 內(nèi)核（可達(dá) 25MIPS） 2. 全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口（片內(nèi)） 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 19 3. 真正 12 位 （ C8051F020）、 100 ksps 的 8 通道 ADC， 帶 PGA 和模擬多路開關(guān) 4. 真正 8 位 500 ksps 的 ADC，帶 PGA 和 8 通道模擬多路開關(guān) 5. 兩個(gè) 12 位 DAC，具有可編程數(shù)據(jù)更新方式 6. 64K 字節(jié)可在系統(tǒng)編程的 FLASH 存儲(chǔ)器 7. 4352（ 4096+256）字節(jié)的片內(nèi) RAM 8. 可尋址 64K 字節(jié)地址空間的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口 9. 硬件實(shí)現(xiàn)的 SPI、 SMBus/ I2C 和兩個(gè) UART 串行接口 10. 5 個(gè)通用的 16 位定時(shí)器 11. 具有 5 個(gè)捕捉 /比較模塊的可編程計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器陣列 12. 片內(nèi)看門狗定時(shí)器、 VDD 監(jiān)視器和溫 度傳感器 具有片內(nèi) VDD 監(jiān)視器、看門狗定時(shí)器和時(shí)鐘振蕩器的 C8051F020 是真正能獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)。 FLASH 存儲(chǔ)器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并允許現(xiàn)場(chǎng)更新 8051 固件。該調(diào)試系統(tǒng)支持觀察和修改存儲(chǔ)器和寄存器，支持?jǐn)帱c(diǎn)、觀察點(diǎn)、 單步及運(yùn)行和停機(jī)命令。每個(gè) MCU 都可在工業(yè)溫度范圍（ 45℃到 +85℃）內(nèi)用 的電壓工作。 C8051F020 為 100 腳 。 CIP51與 MCS51TM 指令集完全兼容，可以使用標(biāo)準(zhǔn) 803x/805x 的匯編器和編譯器進(jìn)行軟件開發(fā)。 CIP51 采用流水線結(jié)構(gòu)，與標(biāo)準(zhǔn)的 8051 結(jié)構(gòu)相比指令執(zhí)行速度有很大的提高。而對(duì)于 CIP51 內(nèi)核， 70%的指令的執(zhí)行時(shí)間為 1 或 2 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，只有 4 條指令 的執(zhí)行時(shí)間大于 4 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期。下表列出了指令條數(shù)與執(zhí)行時(shí)所需的系統(tǒng)時(shí)鐘周期數(shù)的關(guān)系。 C8051F020 系列 MCU 對(duì) CIP51 內(nèi)核和外設(shè)有幾項(xiàng)關(guān)鍵性的改進(jìn)，提高了整體性能，更易于在最終應(yīng)用中使用。一個(gè)中斷驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)需要較少的 MCU 干預(yù)，因而有更高的執(zhí)行效率。 MCU 可有多達(dá) 7 個(gè)復(fù)位源：一個(gè)片內(nèi) VDD 監(jiān)視器、一個(gè)看門狗定時(shí)器、一個(gè)時(shí)鐘丟失檢測(cè)器、一個(gè)由比較器 0 提供的電壓檢測(cè)器、一個(gè)軟件強(qiáng)制復(fù)位、 CNVSTR 引腳及 /RST 引腳 /RST 引腳是雙向的，可接受外部復(fù)位或?qū)?nèi)部產(chǎn)生的上電復(fù)位信號(hào)輸出到 /RST 引腳。在一次上電復(fù)位之后的 MCU 初始化期間， WDT 可以被永久性使能。如果需要，時(shí)鐘源可以在運(yùn)行時(shí)切換到外部振蕩器，外部振蕩器可以使用晶體、陶瓷諧振器、電容、 RC 或外部時(shí)鐘源產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘。 CIP51 有標(biāo)準(zhǔn)的 8051 程序和數(shù)據(jù)地址配置。用間接尋址訪問通用 RAM 的高 128 字節(jié)，用直接尋址訪問 128 字節(jié)的 SFR 地址空間。前 32 個(gè)字節(jié)為 4 個(gè)通用寄存器區(qū)，接下來的 16 字節(jié)既可以按字節(jié)尋址也可以按位尋址。這個(gè)片內(nèi)的 4K字節(jié) RAM 塊可以在整個(gè) 64K外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間中被尋址（以 4K 為邊界重疊） 。 EMIF 可以被配置為地址 /數(shù)據(jù)線復(fù)用方式或非復(fù)用方式。該存儲(chǔ)器以 512 字節(jié)為一個(gè)扇區(qū)，可以在系統(tǒng)編程，且不需特別的外部編程電壓。還有一個(gè)位于地址 0x10000 0x1007F 的 128 字節(jié)的扇區(qū)，該扇區(qū)可作為一個(gè)小的軟件常數(shù)表使用。該 JTAG 接口完全符合 IEEE 規(guī)范，為生產(chǎn)和測(cè)試提供完全的邊界掃描功能。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 23 系統(tǒng)電路圖組成 充電主電路其實(shí)是一個(gè)升降壓斬波電路 圖 33 充電主電路 ①、風(fēng)速是不可控的，所以輸出的電壓也是隨著變化的，給蓄電池充電電壓在一定范圍的，所以需要對(duì)發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓進(jìn)行檢測(cè)傳給單片機(jī)來控制，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓超出了單片機(jī)所能承受的電壓，這里采用了分壓電路如圖 34所示， 1R 和 2R是分壓電阻， 1D 和 2D 為二極管這里起到保護(hù)作用，為了使進(jìn)入單片機(jī)的電壓更加穩(wěn)定這里加入了電容 1C ，起到濾波作用。 ②、為了監(jiān)控蓄電池兩端的電壓，因蓄電池兩端的電壓在 12v 左右 不可能直接送往單片機(jī)的電壓比較器，所以在這里又使用了分壓電路，分壓后的電壓在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)可以直接送到單片機(jī)進(jìn)行比較，這樣來控制蓄電池的充放電。 放電控制電路 對(duì)蓄電池充電 是一個(gè)復(fù)雜的過程，首先檢測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓是否超出了額定電壓，如果超出了，則需要一個(gè)放電電路來消耗多余的電能，否則，會(huì)對(duì)蓄電池造成很大的損害。 R3RESR4RESGNDD3TUNNELD4TUNNELVCCC2ECAPPortPortGNDR6RESR7RESVCCPortQ?MOSFET PR5RESGND內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 25 輸出保護(hù)電路 輸出保護(hù)電路是防止負(fù)載電路短路或電流 過大等情況發(fā)生，在這里采用了 MAX471芯片來采集負(fù)載輸出電路中的電流的大小送給單片機(jī)，通過單片機(jī)的判斷來保護(hù)輸出電路。研究簡(jiǎn)單、高效、可靠、低價(jià)和使用方便的小型風(fēng)電系統(tǒng)對(duì)于進(jìn)一步的推廣與應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 本文的小 型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)采用風(fēng)力機(jī)和永磁同步發(fā)電機(jī)直軸連接 ， 對(duì)于充放電部分，通過對(duì)比采取了適合小型風(fēng)力發(fā)電的蓄電池的充電模式，既恒壓 —— 浮充的模式，以 C8051F020單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)硬件電路，并對(duì)系統(tǒng)各部分功能做出了詳細(xì)的介紹。所以本文利用蓄電池作為所有控制芯片的電能來源，因?yàn)樾铍姵厥遣⒙?lián)接在傳輸線上的，所以不可能利用簡(jiǎn)單的電阻分壓的方法獲得控制電源。 但是 盡管對(duì)本課題的 做了不少的工作，但由于時(shí)間及個(gè)人能力有限，真正實(shí)現(xiàn)完 整的小型風(fēng)力供 電系統(tǒng) 充放電控制 ，還存在較多的困難，這將在 以后的學(xué)習(xí)中，繼續(xù)加以深入的 研究， 在設(shè)計(jì)過程中，考慮到個(gè)人的能力 難免有一些漏洞，希望各位老師指出錯(cuò)誤，我將 虛心地接受并加以改進(jìn)。本文是在我的導(dǎo)師 陳愛國(guó) 教 授 的悉心指導(dǎo)下完成的。 畢業(yè)在即，我謹(jǐn)向 陳老師、班主任老師以及自動(dòng)化系的所有老師 表示最衷心的感謝和最美好的祝愿！ 感謝培養(yǎng)我了四 年的母校 —— 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)！ 最后，感謝養(yǎng)育我多年的父母，感謝他們這么多年對(duì)我默默 的無私的關(guān)愛和支持！ 他們是我信心和動(dòng)力的來源。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