【正文】 圖 36 主控制回路原理圖 光伏電池通過一正偏二極管、繼電開關(guān)與蓄電池連接起來?？刂破髂軌蛟谌魏螚l件下 (陽光充足或長期陰雨天 )確保蓄電池組不因過充 電 或過放 電 而 被損壞，最大程度的利用太陽能?？刂破饔? STC12C5410AD 和 SG3525 組成。 SG3525 根據(jù) EA 的值調(diào)整 PWM_0_O 來控制 Buck 電路，如果無偏差時，按照原來固定脈寬輸出，如有偏差時， SG3525 改變 PWM_0_O 的輸 20 出脈寬進 行調(diào)整。整個電路形成一個閉環(huán)控制。本系統(tǒng)還設(shè)計了市電備用， STC12C5410AD 根據(jù)預(yù)先設(shè)定的情況對繼電開關(guān)進行控制，繼電器的控制如下表所示。 STC12C5410AD 通過電阻分壓對蓄電池的端電壓進行 AD 采樣檢測，當(dāng)白天光照強烈導(dǎo)致電池板輸出電壓過高，STC12C5410AD 檢測到蓄電池過壓時，控制器斷開太陽能板的充電開關(guān) KA，停止對蓄電池充電，以實現(xiàn)過壓保護功能；如果在夜間出現(xiàn)蓄電池所儲存的電量不足或者遇到連續(xù)陰雨天時， STC12C5410AD 檢測蓄電池處于欠壓狀態(tài)，開啟市電備用開關(guān) KC，切換開關(guān) KB 工作在市電備用狀態(tài)。當(dāng) STC12C5410AD 檢測到電路欠壓故障時，關(guān)閉 SG3525 工作，以實現(xiàn)欠壓保護功能?？鄢刂破髋c逆變器的損耗，需要大約兩千五百瓦的太陽能電池板，而市場上常見的是一百瓦與二百五十瓦的電池板居多，所以本案 中選擇了十塊二百五十瓦的單晶硅太陽能電池板。 本電池板的規(guī)格是 1935MM *986MM *50MM。電流為 。面積足夠在本案的一百平方米的房屋頂棚上搭建這些電池板。 圖 42 逆變器 此逆變器凈重： 48KG 尺寸：長 470MM 寬 22MM 高 555MM。5% /50Hz177。 125150%,10 秒 。保護 噪音 45dB 運行環(huán)境溫度 040 攝氏度 貯存環(huán)境溫度 15 +50 攝氏度 運行 /貯存環(huán)境相對濕度 090%無結(jié)露 運行環(huán)境海拔高度 03,000 米 貯存環(huán)境海拔高度 015,000 米 該逆變器還具有以下優(yōu)點： 1) 該逆變器使用 CPU 控制。 2) 單鍵智能開關(guān)機設(shè)計方便操作。 4) 完善的過載保護設(shè)計可有效保護逆變器的安全運行，當(dāng)負載大于 100%200%時逆變器將于 30 秒左右自動關(guān)機，當(dāng)負載大于 150%逆變器會立即自動關(guān)機。 太陽能控制器的選擇 本案中選擇的是 48V， 60A 的大功率控制器， 本控制器的尺寸為 260*170*140mm，重量為 3 KG。如下圖： 圖 44 控制器指示燈 接線方式太陽能電池板的正極輸出連接到控制器的 BOL+，蓄電池的正極連接到 BAY+，太陽能電池板的負極與蓄電池的負極共同接到 DAY，控制器的 LOAD屬于輸出負極，如下圖所示： 24 圖 45 控制器的連接方式 表 4 控制器的 技術(shù)規(guī)格 型號 48V60A 額定功率（ W） 3000W 額定充電電流（ A） 60A 額定電壓（ V） 48V 太陽能輸入 額定電壓（ V） 48V 輸入路數(shù) 單路 額定功率 (Wp) S1 1500 S2 1500 電池 過充保護電壓（ V） 過充恢復(fù)電壓（ V） 恒壓充電電壓（ V） 54V 過放報警電壓（ V） 40V 直流負載 額定電壓（ V） 48 V 額定電流（ A） 60 A 電池過放保護電壓 44V 其他 太陽能電池與 蓄電池間壓降 (V) ≤ 蓄電池與負 載間壓降（ V） ≤ 排風(fēng)扇啟動溫度 55℃ 環(huán)境溫度 090%最大，不凝結(jié) 25 保護功能 夜間防反充電；蓄電池過充、過放保護；太陽能接反 控制方式 PWM 脈寬調(diào)制 外觀尺寸：深 *寬 *高（ mm） 260*170*140mm 凈重（ kg） 3 KG 表 5 簡易故障的處理 故障現(xiàn)象 可能的原因 確決方法 面板 “BATTERY” 指示燈不亮 蓄電池連接不正確 檢查蓄電池的連接并更改 電纜線損壞 更換合適的電纜線 面板 “LOAD” 指示燈不亮 蓄電池電壓低 待蓄電池充滿后恢復(fù) 機器內(nèi)部故障 無 蓄電池的選擇 本案中選中膠體蓄電池（電力型，免 維護） 電壓： 12V 容量： 200AH 圖 46 蓄電池 本電池的選擇是依據(jù)蓄電池的容量來選中的，蓄電池的容量 Bc 計算公式為： Bc=A╳ QL╳ NL ╳ T0 / Cc Ah = 1 .4╳ 160╳ 3╳ = 1152 Ah ≈ 1200 Ah 式中： A 為安全系數(shù)，取 1. 1~ 之間 。 NL 為最長連續(xù)陰雨天數(shù) 。為溫度修正系數(shù)，一般在 0℃ 以上取 1； 10℃ 以上取 ； 10℃ 以下取 ； Cc 為蓄電池放電深度，一般鉛酸蓄電池取 。 軟件的 設(shè)計 主程序模塊 整個主程序系統(tǒng)流程如圖所示： 27 開 機系 統(tǒng) 初 始 化開 啟 中 斷開 啟 D A 轉(zhuǎn) 換是 否 充 電蓄 電 池 允 許 充 電蓄 電 池 電 壓 D A 采 樣數(shù) 據(jù) 處 理是 否 正 常聲 光 報 警白 天 異 常 情 況 處 理是 否 放 電蓄 電 池 禁 止 充 電蓄 電 池 電 壓 D A 采 樣數(shù) 據(jù) 處 理是 否 正 常聲 光 報 警夜 晚 異 常 情 況 處 理電 量 不 足市 電 備 用關(guān) 閉 備 用 電否否是是是否是否否是 圖 47 主程序流程圖 中斷服務(wù)模塊 本設(shè)計采用中斷將時間分割成片段，時間段的長度可以根據(jù)實際情況來定（比如 10ms），也把事件分割成片段，不同片段做不同事件片段，每個事件交叉做，直至全部事件輪做一次，這樣可以充分利用資源，而不用因為延時等特殊功能而浪費 CPU 時間，從而提高效率。每個 I/O 引腳工作模式都可以通過設(shè)置內(nèi)部控制寄存器 PnM0 和 PnM1（ n 為 0~3 四個端口，每個寄存器都有八個位 ) 中兩個相對應(yīng)的位來實現(xiàn)獨立設(shè)置。 表 6 PnM 口工作模式設(shè)置 PnM0 [7： 0] PnM1 [7： 0] A/D 轉(zhuǎn) 換 所 需 時 間 0 0 準雙向口（傳統(tǒng) 8051 I/O 口模式） 0 1 推挽輸出（強上拉輸出） 1 0 僅為輸入高阻 (該 I/O 口需作為 A/D 使用，可選此模式 ) 1 1 開漏 (如果該 I/O 口需作為 A/D 使用，可選此模式 ) 2 A/D 采樣模塊 ST12C5410AD 內(nèi)置 8 路 10 位高速 A/D 轉(zhuǎn)換器，電壓輸入型，與 P1 端口 復(fù)用，速度均可達到 100KHz(10 萬次 /秒 )。上電復(fù)位后 P1 口為弱上拉型 I/O 口，因此，先將 P1 口中作為 A/D 使用的口設(shè)置為開漏模式，本設(shè)計將 作為 A/D 口，即對 P1M0 和 P1M1 寄存器中 .2 的位置“ 1”，其中 P1M0 和 P1M1 地址： 91h、 92h。 ADC_CONTR 寄存器的地址為 C5H，啟動 AD 轉(zhuǎn)換前一定要確認 AD 電源已打開， AD 轉(zhuǎn)換結(jié)束后關(guān)閉 AD 電源可降低功。 A/D 子程序流程如圖所示： 入 口設(shè) 置 I / O 凱 漏選 擇 轉(zhuǎn) 換 通 道開 啟 轉(zhuǎn) 換轉(zhuǎn) 換 完 成 否讀 取 結(jié) 果返 回是否 圖 49 A/D 子程序流程圖 其中，要注意幾點：初次打開內(nèi)部 A/D 轉(zhuǎn)換模擬電源，需適當(dāng)延時，等內(nèi)部模擬電源穩(wěn)定后，再 啟動 A/D 轉(zhuǎn)換；啟動 A/D 轉(zhuǎn)換后，在 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束之前，不改變?nèi)魏?I/O 口的狀態(tài)，有利于高精度 A/D 轉(zhuǎn)換；不管是 A/D 轉(zhuǎn)換完成后由該位申請產(chǎn)生中斷，還是由軟件查詢該標(biāo)志 30 位 A/D 轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換完成后， ADC_FLAG=1，一定要軟件清 0。根據(jù) ADC 的工作原理，不同的輸入電壓對應(yīng)不同的數(shù)字量，再將轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量送 CPU 處理。模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)果計算公式如下： (ADC DATA[7:0],ADC LOW2[1:0])= VccVin?1024 （ ） 其中 Vin 為模擬輸入通道輸入電壓， Vcc 為單片機實際工作電壓，用單片機工作電壓作為模擬參考電壓。初始化后，單片機將采集來的數(shù)據(jù)與存在里面的常數(shù)進行比較，并對比較結(jié)果進行處理。子程序流程 [48]如圖所示： 31 入 口數(shù) 據(jù) 緩 沖 器 取 數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù) 在 0 0 H E A H正 常 工 作正 常 工 作 標(biāo) 志欠 壓數(shù) 據(jù) 在 0 0 H B 3 H欠 壓 標(biāo) 志欠 壓 報 警 標(biāo) 志數(shù) 據(jù) 大 于 E A H過 壓過 壓 標(biāo) 志過 壓 報 警 標(biāo) 志返 回 圖 410 數(shù)據(jù)判據(jù)處理子程序流程圖 4 PWM 信號模塊 電路通過控制 PWM_1 和 PWM_2 信號，使 VT1 和 VT2 交替開啟和關(guān)斷，從而實現(xiàn) DC/AC 逆變。當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)陰雨天氣或者夜間蓄電池供電不足需要市電備用時，關(guān)閉 PWM 信號輸出，停止 DC/AC 逆變。 入 口開 啟 中 斷 T 0是 否 欠 壓 狀 態(tài)開 啟 P W M 輸 出返 回關(guān) 閉 P W M 輸 出是否 32 圖 411 PWM 輸出子程序流程 5 異常情況處理模塊 異常情況時 是 指蓄電池端電壓在白天出現(xiàn)的過壓或欠壓和夜間出現(xiàn)的欠壓狀態(tài)。白天出現(xiàn)過 電 壓情況時：當(dāng)蓄電池端電壓出現(xiàn)過壓時，說明蓄電池電已充滿，此時無需給蓄電池充電。白天出現(xiàn)欠壓情況時：當(dāng)蓄電池端電壓出現(xiàn)欠壓狀態(tài)時，說明天氣可能是陰雨天（不考慮出現(xiàn)物體遮住光伏電池板）。 其異常情況處理子程序流程圖如圖 412 所示。如出現(xiàn)其它情況，說明電路出現(xiàn)故障。 33 入 口 入 口是 否 正 常 工 作 標(biāo) 志 是 否 正 常 工 作 標(biāo) 志是 否 欠 壓 標(biāo) 志 是 否 欠 壓 標(biāo) 志K A : O F FK B : O F FK C : O NK A : O F FK B : O F FK C : O F F綠 燈 ： 滅紅 燈 ： 亮黃 燈 ： 滅綠 燈 ： 滅紅 燈 ： 亮黃 燈 ： 亮K A : O F FK B : O NK C : O F F綠 燈 ： 滅紅 燈 ： 滅黃 燈 ： 亮K A : O F FK B : O F FK C : O N綠 燈 ： 滅紅 燈 ： 亮黃 燈 ： 滅聲 音 報 警返 回聲 音 報 警故 障 處 理聲 音 報 警返 回過 壓 標(biāo) 志否 否是是 圖 412 白天異常情況處理流程圖 圖 413 夜間異常情況處理流程圖 5 結(jié)論 本次畢業(yè)設(shè)計以太陽能家用供電系統(tǒng)為研究對象，設(shè)計了一種太陽能家用供電系統(tǒng)控制器，此控制器具有自動穩(wěn)壓調(diào)壓功 能；電路故障自動報警；市電備用，以保證設(shè)備不斷電；還具有過壓、欠壓保護等功能。本設(shè)計取得了一些進展，市電備用切換、過壓欠壓保護、聲光報警功能，同時還產(chǎn)生兩路 50Hz 的方波作為 DC/AC 逆變器的驅(qū)動信號，運行可靠。此外還可以進一 步深入研究，如：輸出正弦波電壓、供 LED 照明、負載保護、輸出顯示等其他控制功能的實現(xiàn)，并往與市電并網(wǎng)方向發(fā)展。從論文選題、查閱文獻資料、撰寫文章，到最后定稿，無一不傾注著導(dǎo)師的大量心血 和汗水。兩年多的研究生學(xué)習(xí)生活中，導(dǎo)師還竭盡所能為我的論文完成提供便利條件，這是我的論文能按時完成的有利保證。同時，更要感謝長春工程學(xué)院給我這樣一個平臺來完善自己，強化自己，使自己成為一名能為社會作出貢獻的青