【正文】 監(jiān)測的過程中，一旦發(fā)現(xiàn)檢測 電壓 值連續(xù)超出閾值范圍，便啟動自身報警電路，即當(dāng) 電壓 超過 程序 設(shè)定的最高 值 或最低 值 時， 單片機的 引腳 (beep端 )輸出低電平， 三極管 隨之 導(dǎo)通， 驅(qū)動 蜂鳴器發(fā)出報警信號。 充放電電路 充放電 電路 如圖 4=6 所示，電路 由防反充二極管 D濾波電容 C4 和 C 穩(wěn)壓管蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 162kw 風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計光伏發(fā)電部分 D 續(xù)流二極管 D MOSFET 管 Q1 和 Q2 等構(gòu)成。 分析可知， 通過控制 MOSFET 管 閉合 和 斷開的時間（即 PWM—脈沖寬度調(diào)制），就可以控制輸出電壓。而且 MOSFET 只有多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，不存在少數(shù)載流子的復(fù)合時間，因而開關(guān)頻率可以很高，非常適合作控制充放電開關(guān)。 當(dāng)光耦U2 斷開 時，由于 Q1 的 G 極電壓 接近蓄電池電壓 ， S 極是接地，使得 Vgs0，當(dāng) G 極電壓達(dá)到一定值時， Q1 導(dǎo)通 。電容 C5 是對蓄電池輸出電壓進(jìn)行濾波，以保證負(fù)載供電電路的穩(wěn)定性。當(dāng)用戶將蓄電池反 接至控制器時，續(xù)流二極管 D3 可以進(jìn)行續(xù)流，從而保護(hù)控制器不被毀壞。當(dāng)檢測到蓄電池的電壓低于 ， Q2關(guān)閉停止放電 ，關(guān)斷負(fù)載來實現(xiàn)欠壓關(guān)斷。光耦驅(qū)動電路如圖 47 所示。 這就是充電電路原蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 172kw 風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計光伏發(fā)電部分 理。 1243U2Q817Q3NPN805010KR7500R610KR8200R9VCC(5V)PWMPV+K11243U3Q817Q4NPN805010KR11500R1010KR12200R13VCC(5V)FUZAIBAT+K2 圖 47 光耦驅(qū)動電路 A/D 轉(zhuǎn)換電路 本系統(tǒng)設(shè)計的 STC89C52 單片機沒有內(nèi)置的 A/D 轉(zhuǎn)換模塊，因此 需要先 采集 蓄電池 的電壓 ，然后 經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換才可接入單片機。一般逐次比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器用到較多，本 設(shè)計采用 8 位并 行 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片 ADC0804。 ADC0804 的簡介 AD 轉(zhuǎn)換就是模數(shù)轉(zhuǎn)換，顧名思義，就是把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。 ADC0804 就是這類集成 A/D轉(zhuǎn)換器。 ADC0804 引腳 圖如圖 48 所示，其各個引腳的 功能 ： CS — 芯片片選信號輸入端，低電平有效，一旦 CS 有效，表明 A/D 轉(zhuǎn)換器別選中，可啟動工作。 RD 為 1 時， DB0~DB7 處理高阻抗：RD 為 0 時，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)才會輸出。 圖 48 ADC0804 引腳圖 CLK IN— 時鐘信號輸入端 CLK R：內(nèi)部時鐘發(fā)生器的外接電阻端，與 CLK 配合可有芯片自身產(chǎn)生時鐘脈沖，其振蕩頻率為 1/（ ） INTR — 中斷請求信號輸出 ,端，低地平動作 .，表明本次轉(zhuǎn)換已完成。輸入單端正電壓時 , VIN()接地 :而差動輸入時 , 直接加入 VIN(+) VIN(). AGND,DGND—— 模擬信號以及數(shù)字信號的接地 . VREF/2— 參考電平輸入，決定量化單位。由分壓公式得出采集的電壓為 ADIN，當(dāng)蓄電池充滿電時電壓大概為 ，計算出采集到的電壓為 ，符合 A/D 轉(zhuǎn)換芯片的 ADC0804 的輸入值。單片機的 引腳，用來實現(xiàn)片選； RD 、 WR 分別接單片機的 和 引腳，進(jìn)行讀寫控制； CLK、 CLKR、 GND 之間用電阻和電容構(gòu)成 RC 振蕩電路，用來給 ADC0804提供工作所需的脈沖。 LCD 顯示電路 液晶具有體積小、功耗低，顯示清晰的優(yōu)點，所以比較適合作顯示使用。在使用 1602 之前，我們首先查閱其使用手冊，對其進(jìn)行一定的了解。 表 41 1602 的主要技術(shù)參數(shù) 顯示容量 16? 2 個字符 芯片工作電壓 ~ 工作電流 （ ） 模塊最佳工作電壓 字符尺寸 ? （ W? H） mm 顯然， 1602 液晶可以滿足要求，接下來介紹其各個引腳的功能，為后面設(shè)計電壓顯示電路做準(zhǔn)備。 表 42 1602 引腳功能表 引腳 符 號 名 稱 功 能 1 Vss 接地 0V 2 VDD 電路電源 5V177。 EN 使能 端接單片機的 引腳，用來實現(xiàn)片選； RS 接單片機 引腳，進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令選擇； R/W 接單片機 引腳，進(jìn)行讀寫控制； 為防止直接加 5V 電壓燒壞背光燈，在 15 腳串接一個 10 的電阻用于限流。數(shù)據(jù)輸入端 D0D7 接單片機的 P0 口用于電壓數(shù)據(jù)的傳送。若采用普通存儲器，在掉電時需要備用電池供電，并需要在硬件上增加掉電檢測電路，但存在電池不可靠及擴 展芯片占用單片機過多口線的缺點。 AT24C02 可有效解決掉電數(shù)據(jù)保存問題，可對所存在數(shù)據(jù)保存 100 年，并可多次擦寫，擦寫次數(shù)可達(dá)10 萬次以上。 AT24C02 內(nèi)部 有一個 8 字節(jié)頁寫 入數(shù)據(jù) 緩沖器。 為了更好的使用AT24C02，首先來介紹其 各個引腳功能，如表 43 所示。所有接到 I2C 總線設(shè)備上的串行數(shù)據(jù) SDA 都接到總線的 SDA 上，各設(shè)備的時鐘線 SCL接到總線的 SCL 上。 WP7A11A22A33GND4SDA5VCC8SCLK624C02SDASCKVCC 圖 412 數(shù)據(jù)存儲電路 串口通信電路 隨著單片機系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用和計算機網(wǎng)路技術(shù)的普及，單片機的通信功能愈來愈顯得重要。通信有并行和串行兩種方式。 管腳名稱 功能 A0 A1 A2 可編程地址輸入端 SDA 串行數(shù)據(jù) /地址 SCL 串行時鐘 WP 寫保護(hù) Vcc 電源端， +～ 工作電壓 GND 地 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 232kw 風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計光伏發(fā)電部分 本設(shè)計中加入串行通信電路的目的主要有三個：一是方便給單片機下載程序；二是使控制器具有遠(yuǎn)程通信或遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能；三是將控制器每天采集到數(shù)據(jù)的極限值和發(fā)生異常狀態(tài)時的數(shù)據(jù)記錄下來，供用戶查看。而且系統(tǒng)采用易于實現(xiàn)的異步串行通信方式，用最簡單也最實用的奇偶校驗作為串行通信錯誤校驗方式。 其 主要特點： （ 1）符合所有的 RS232C 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) （ 2）只需要單一 +5V 電源供電 （ 3） 片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生 +10V 和 10V 電壓 V+、V （ 4）功耗低，典型供電電流 5mA （ 5）內(nèi)部集成 2 個 RS232C 驅(qū)動器 （ 6）內(nèi)部集成兩個 RS232C 接收器 （ 7） 高集成度，片外最低只需 4 個電容即可工作。其引腳圖如圖 413 所示。由 6 腳和 4 只電容構(gòu)成。 第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。 其中 13 腳（ R1IN）、 12 腳（ R1OUT）、 11 腳（ T1IN）、 14 腳（ T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。 TTL/CMOS 電平從 T1IN、 T2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 RS232 電平從 T1OUT、 T2OUT 送到電腦 DB9 插頭； DB9 插頭的 RS232 數(shù)據(jù)從 R1IN、 R2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)后從 R1OUT、 R2OUT 輸出。 15 腳 GND、 16 腳 VCC（ +5v） 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 242kw 風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計光伏發(fā)電部分 圖 413 MAX232 的引腳圖 按照串行通信原理，根據(jù) RS232 串口協(xié)議和 MAX 232 芯片的引腳功能，結(jié)合STC89C52 單片機串行中斷方式，本設(shè)計采用串口方式 1（ 10 位數(shù)據(jù)的異步通信）來構(gòu)建串口通信電路。 設(shè)計中 T1IN 連接 CMOS 電平的單片機的串行發(fā)送端； T1OUT 連接電腦的 RS232C串口的接收端 PCRXD；同理， R1IN 連接電腦的 RS232C 串口的發(fā)送端 PCTXD； R1OUT連接 CMOS 電平的單片機的串行接收端。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 252kw 風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計光伏發(fā)電部分 CAP 1+1RRIN28CAP6CAP 25CAP 13CAP +2CAP 2+4RTOUT27ROUT29TIN210TIN111ROUT112RRIN113RTOUT114GND15VCC16U6MAX232C12CapC11CapC14CapC13CapVCC(+5v)TXDRXD162738495J1DB9C10Cap 圖 414 串口通信電路 本章對充放電控制器的原理以及具體的硬件實現(xiàn)電路進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并對電路中使用到的芯片也予以描述，使讀者通過閱讀可以清晰的明白控制器的設(shè)計思路和實現(xiàn)過程。既便于調(diào)試，連接，又便于移植、修改。 包括以下幾部分： 系統(tǒng) 主程序設(shè)計， 電壓采集轉(zhuǎn)換模塊， 顯示模塊和異常數(shù)據(jù)存儲模塊。 開 始初 始 化主 函 數(shù) 和 子 函 數(shù)蓄 電 池 電 壓采 集 轉(zhuǎn) 換V b a t 0V b a t 1 4 . 5 V蓄 電 池 反 接關(guān) 閉 充 放 電 電 路停 止 充 電關(guān) 斷 負(fù) 載P W M 浮 充 充 電直 充 充 電NYYYYNNNN關(guān) 斷 負(fù) 載開 啟 充 電結(jié) 束NV b a t 1 2 VV b a t 1 0 . 8 V 圖 415 系統(tǒng) 主程序流程圖 系統(tǒng) 主程 序是整個 電壓 測控系統(tǒng)中最重要的程序，是一個順序執(zhí)行的無限循環(huán)程序。 軟件調(diào)試和仿真 為了檢驗自己設(shè)計的單片機系統(tǒng)是否可以正常工作以及設(shè)計合理性，很有必要對系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真。 軟件調(diào)試的過程：首先根據(jù)太陽能充電控制器軟件設(shè)計要完成的設(shè)計任務(wù)，蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 272kw 風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計光伏發(fā)電部分 然后按照 C 語言模塊化設(shè)計的編程方法，設(shè)計出各個子模塊和主程序的算法流程圖，最后在 KEIL C51 中去編寫相應(yīng)的程序去實現(xiàn)。程序編寫后，進(jìn)行編譯，一開始發(fā)現(xiàn)了很多錯誤，一下子把自己卡住了；后來通過查看相關(guān)資料，同時咨詢指導(dǎo)老師和同學(xué)的經(jīng)驗，在軟件的提示下，慢慢地修改，最終把出現(xiàn)的錯誤都改正過來了。 Proteus 軟件為單片機系統(tǒng)提供了良好的仿真環(huán)境，所以程序調(diào)試完成后，把在 KEIL 中生成的目標(biāo)文件 HEX 文件，下載在仿真系統(tǒng)的單片機中，進(jìn)行 KEIL 和 proteus 聯(lián)合調(diào)試，看系統(tǒng)是否能正常工作。 和自己當(dāng)初預(yù)料的一樣，在剛開始仿真時，遇到了許多的問題，如 1602 液晶不顯示 ，系統(tǒng)工作狀態(tài)指示燈指示狀態(tài)不正確等等，調(diào)試很久才找到問題所在，經(jīng)修改才得以調(diào)試成功 。這里僅列出系統(tǒng)在正常工作狀態(tài)下的仿真圖，如下圖 416 所示，以便更形象的看出充電控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計和實現(xiàn)功能。 由于利用 C 語言開發(fā)單片機與匯編語言相比，具有易于操作、規(guī)范性好、適合模塊化處理且容易移植的優(yōu)點，所以本設(shè)計采用 C 語言作為編程語言。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 302kw 風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計光伏發(fā)電部分 5 逆變主電路的設(shè)計 獨立光伏發(fā)電 系統(tǒng)逆變電路的設(shè)計主要包括逆變主電路的設(shè)計、控制電路、驅(qū)動電路等的設(shè)計。 如圖 51 所示為逆變環(huán)節(jié)主電路圖。采用電壓瞬時值反饋，對輸出電壓進(jìn)行采樣隔離，反饋信號送給控制芯片，通過 PWM 生成環(huán)節(jié)產(chǎn)生各功率管的開關(guān)信號，控制功率管的通斷，使輸出電壓盡可能跟蹤給定信號。 PWM(Pulse Width Modulation)控制就是脈寬調(diào)制技術(shù)，即通過對一 系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效的獲得所需要的波形（含形狀和幅值 )。 PIC 單片機是采用 RISC結(jié)構(gòu)的高性價比嵌入式控制器，采取數(shù)據(jù)總線和地址總線分離的 Harvard 雙總線結(jié)構(gòu)，具有很高的流水處理速度。其內(nèi)含 192 字節(jié)的 RAM ， 4K 程序存儲器、 5 路 A/D 轉(zhuǎn)換及 2 路 PWM 波發(fā)生器，應(yīng)用時外圍電路極其簡單，是理想的單相 逆變電源數(shù)字控制器。 控制電路 供電電源 由于本文設(shè)計的光伏發(fā)電系統(tǒng)只有蓄電池提供的 12V 電壓，故此芯片的 5V供電電源需要進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，采用 78L05 三端集成穩(wěn)壓器 ，其電路接法如圖 52所示： 圖 52 78L05 電平轉(zhuǎn)換電路 時序和死區(qū)電路 在電路工作中 ,開關(guān)管的關(guān)斷時 間往往長于接通建立時間 ,會出現(xiàn)上下橋臂直通的危險 ,為此 ,