【正文】 荷的變化，不斷的對蓄電池的工作狀態(tài)進(jìn)行切換和調(diào)節(jié)，使其在充電、放電或浮充等多種工作情況下運行，從而保證風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的連續(xù)性和穩(wěn)定性，當(dāng)風(fēng)力很大致使產(chǎn)生的電能過剩時，蓄電池將多余的電能儲存起來；反之，當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量不足時，蓄電池向負(fù)載補充電能，并保持供電電壓的穩(wěn)定，同時保護(hù)蓄電池不受過度充放的損害，控制器通過檢測蓄電池兩端的電壓狀態(tài)，可以發(fā)出蓄電池繼續(xù)放電、減少放電或停止充電的指令。（1）旁路控制器 旁路控制器的原理是控制器檢測電路監(jiān)控蓄電池端電壓，當(dāng)達(dá)到標(biāo)志著電池充滿的電壓閥值時，開關(guān)元件接通負(fù)載將蓄電池旁路，過充電流將開關(guān)元件轉(zhuǎn)移到耗能負(fù)載，將多于的功率變?yōu)闊崮?；?dāng)蓄電池端電壓下降到恢復(fù)充電的電壓時，開關(guān)元件斷開耗能負(fù)載，同時接通蓄電池的充電回路。多階充電信號發(fā)生器根據(jù)充電電壓的不同，產(chǎn)生多階充電信號，控制開關(guān)元件按順序接通，實現(xiàn)對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，通過對單片機的編程對蓄電池的充放電進(jìn)行控制。 發(fā)電機、蓄電池的選擇一、風(fēng)力發(fā)電機的選擇條件風(fēng)力發(fā)電機以風(fēng)作為動力，就要要求風(fēng)力發(fā)電機安裝地點風(fēng)力資源必須滿足一定的條件，根據(jù)經(jīng)驗，風(fēng)力發(fā)電機一般要求當(dāng)?shù)啬昶骄L(fēng)速在3m/s以上，全年3sm/20有效風(fēng)累計時數(shù)在3000h左右，全年3 sm/20有效風(fēng)能密度要達(dá)到 2/10mw。我國小型風(fēng)力發(fā)電機組的額定風(fēng)速有 sm/ /8和 s/10三種，選擇風(fēng)力發(fā)電機時。2 工作風(fēng)速范圍 由于風(fēng)力的大小是時刻變化的，風(fēng)力發(fā)電機不可能全部利用，只能利用一個范圍的風(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)動發(fā)電機發(fā)最低風(fēng)速，利用風(fēng)速的上限稱為切出風(fēng)速，這個風(fēng)速下風(fēng)能裝置輸出功率就是風(fēng)力發(fā)電機的最大功率，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)電機的基本參數(shù)。負(fù)載用電量的計算負(fù)載用電量可用公式 TPWll?? （31）式中： lW為負(fù)荷的用電量， kwh； lP為計算負(fù)荷，w； T為負(fù)荷的平均利用小時數(shù)，h；蓄電池容量的計算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。 TPWll??=10242=480wh3. 蓄電池容量的計算 = =50a這里選擇了容量為65 ah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*寬*高） 330*171*172cLyW?PW??3)(充電方法 循環(huán)使用 浮充使用充電電壓 —最大電流 充電時間 12h（60%DOD）24 （100%DOD）＞48 h按滿發(fā)時數(shù)每天6小時計算，風(fēng)力發(fā)電機的額定功率選150w就可以滿足條件即：1506=900 wh大于負(fù)載用電量；本文選用的小型風(fēng)力發(fā)電機是 表 32品牌 奧風(fēng)型號 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）啟動風(fēng)速 安全風(fēng)速 40米/秒 DCDC 變換芯片及單片機的選擇 DCDC 芯片的選擇DCDC變換芯片是介于風(fēng)力發(fā)電機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)電機輸出的電壓也隨著變化，這樣對蓄電池充電會對蓄電池的受用壽命有很大的影響，所以，這里采用一個DCDC變換芯片對蓄電池進(jìn)行充電。1 電流限制點：120%（typ） 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/計數(shù)器列陣可用于PWM等。35個通用16位定時器。864個通用I/O口主要特點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)） 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 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)存儲器接口 9. 硬件實現(xiàn)的 SPI、SMBus/ I2C 和兩個 UART 串行接口 10. 5 個通用的 16 位定時器 11. 具有 5 個捕捉/比較模塊的可編程計數(shù)器/定時器陣列 12. 片內(nèi)看門狗定時器、VDD 監(jiān)視器和溫度傳感器 具有片內(nèi) VDD 監(jiān)視器、看門狗定時器和時鐘振蕩器的 C8051F020 是真正能獨立工作的片上系統(tǒng)。FLASH 存儲器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲，并允許現(xiàn)場更新 8051 固件。該調(diào)試系統(tǒng)支持觀察和修改存儲器和寄存器，支持?jǐn)帱c、觀察點、 單步及運行和停機命令。每個 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。而對于 CIP51 內(nèi)核，70%的指令的執(zhí)行時間為 1 或 2 個系統(tǒng)時鐘周期，只有 4 條指令的執(zhí)行時間大于 4 個系統(tǒng)時鐘周期。下表列出了指令條數(shù)與執(zhí)行時所需的系統(tǒng)時鐘周期數(shù)的關(guān)系。C8051F020 系列 MCU 對 CIP51 內(nèi)核和外設(shè)有幾項關(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。一個中斷驅(qū)動的系統(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 個復(fù)位源：一個片內(nèi) VDD 監(jiān)視器、一個看門狗定時器、一個時鐘丟失檢測器、一個由比較器 0 提供的電壓檢測器、一個軟件強制復(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，時鐘源可以在運行時切換到外部振蕩器，外部振蕩器可以使用晶體、陶瓷諧振器、電容、RC 或外部時鐘源產(chǎn)生系統(tǒng)時鐘。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 個字節(jié)為 4 個通用寄存器區(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。這個片內(nèi)的 4K字節(jié) RAM 塊可以在整個 64K 外部數(shù)據(jù)存儲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。該存儲器以 512 字節(jié)為一個扇區(qū)，可以在系統(tǒng)編程，且不需特別的外部編程電壓。還有一個位于地址 0x10000 0x1007F 的 128 字節(jié)的扇區(qū)，該扇區(qū)可作為一個小的軟件常數(shù)表使用。該 JTAG 接口完全符合 IEEE 規(guī)范，為生產(chǎn)和測試提供完全的邊界掃描功能。 系統(tǒng)電路圖組成充電主電路其實是一個升降壓斬波電路圖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，所以需要對發(fā)電機發(fā)出的電壓進(jìn)行檢測傳給單片機來控制，因為發(fā)電機發(fā)出的電壓超出了單片機所能承受的電壓，這里采用了分壓電路如圖34所示，1R和 2是分壓電阻， 1D和 2為二極管這里起到保護(hù)作用，為了使進(jìn)入單片機的電壓更加穩(wěn)定這里加入了電容 C，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12 左右不可能直接送往單片機的電壓比較器，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進(jìn)行比較，這樣來控制蓄電池的充放電。放電控制電路對蓄電池充電是一個復(fù)雜的過程，首先檢測風(fēng)力發(fā)電機發(fā)出的電壓是否超出了額定電壓，如果超出了，則需要一個放電電路來消耗多余的電能，否則，會對蓄電池造成很大的損害。ESGNTULVAPort67Q?MOF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，通過單片機的判斷來保護(hù)輸出電路。研究簡單、高效、可靠、低價和使用方便的小型風(fēng)電系統(tǒng)對于進(jìn)一步的推廣與應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實意義。本文的小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)采用風(fēng)力機和永磁同步發(fā)電機直軸連接，對于充放電部分，通過對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單片機為核心，設(shè)計了控制系統(tǒng)硬件電路，并對系統(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，因為蓄電池是并聯(lián)接在傳輸線上的，所以不可能利用簡單的電阻分壓的方法獲得控制電源。但是盡管對本課題的做了不少的工作，但由于時間及個人能力有限，真正實現(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)計過程中，考慮到個人的能力難免有一些漏洞，希望各位老師指出錯誤，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?！獌?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我默默的無私的關(guān)愛和支持！他們是我信心和動力的來源。最后，再次向所有給予我關(guān)心和幫助的老師、同學(xué)、朋友和家人表示感