小型風(fēng)力供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文-資料下載頁(yè)

　　

【正文】 振蕩器的 C8051F020 是真正能獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)。所有模擬和數(shù)字外設(shè)均可由用戶固件使能/禁止和配置。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。片內(nèi) JTAG 調(diào)試電路允許使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品 MCU 進(jìn)行非侵入式（不占用片內(nèi)資源） 、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。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。 在使用 JTAG 調(diào)試時(shí)， 所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運(yùn)行。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。端口 I/O、/RST 和 JTAG 引腳都容許 5V 的輸入信號(hào)電壓。C8051F020 為 100 腳 。 圖 31 C8051F020引腳圖與 8051 完全兼容 C8051F020 系列器件使用 Silicon Labs 的專利 CIP51 微控制器內(nèi)核。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 內(nèi)核具有標(biāo)準(zhǔn) 8052 的所有外設(shè)部件，包括 5 個(gè) 16 位的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器、兩個(gè)全雙工 UART、256 字節(jié)內(nèi)部 RAM、128 字節(jié)特殊功能寄存器（SFR）地址空間及 8/4 個(gè)字節(jié)寬的 I/O 端口。 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。在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 8051 中，除 MUL 和 DIV 以外所有指令都需要 12 或 24 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，最大系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為 1224MHz。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。 CIP51 共有 111 條指令。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。表33CIP51 工作在最大系統(tǒng)時(shí)鐘頻率 25MHz 時(shí)，它的峰值性能達(dá)到 25MIPS。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。擴(kuò)展的中斷系統(tǒng)向 CIP51 提供 22 個(gè)中斷源（標(biāo)準(zhǔn) 8051 只有 7 個(gè)中斷源） ，允許大量的模擬和數(shù)字外設(shè)中斷微控制器。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。在設(shè)計(jì)一個(gè)多任務(wù)實(shí)時(shí)系統(tǒng)時(shí)，這些增加的中斷源是非常有用的。 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。 除了 VDD 監(jiān)視器和復(fù)位輸入引腳以外，每個(gè)復(fù)位源都可以由用戶用軟件禁止；使用 MONEN 引腳使能/禁止 VDD 監(jiān)視器。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。MCU 內(nèi)部有一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的時(shí)鐘發(fā)生器，在復(fù)位后被默認(rèn)為系統(tǒng)時(shí)鐘。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。時(shí)鐘切換功能在低功耗系統(tǒng)中是非常有用的，它允許 MCU 從一個(gè)低頻率（節(jié)電）外部晶體源運(yùn)行，當(dāng)需要時(shí)再周期性地切換到高速（可達(dá) 16MHz）的內(nèi)部振蕩器。CIP51 有標(biāo)準(zhǔn)的 8051 程序和數(shù)據(jù)地址配置。它包括 256 字節(jié)的數(shù)據(jù) RAM，其中高 128 字節(jié)為雙映射。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。數(shù)據(jù) RAM 的低 128 字節(jié)可用直接或間接尋址方式訪問。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。 C8051F020 中的 CIP51 還另有位于外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間的 4K 字節(jié)的 RAM 塊和一個(gè)可用于訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的外部存儲(chǔ)器接口（EMIF） 。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） 。外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間可以只映射到片內(nèi)存儲(chǔ)器、只映射到片外存儲(chǔ)器、或兩者的組合（4K 以下的地址指向片內(nèi)，4K 以上的地址指向 EMIF） 。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。 MCU 的程序存儲(chǔ)器包含 64K 字節(jié)的 FLASH。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。從 0xFE00 到 0xFFFF 的 512 字節(jié)被保留，由工廠使用。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。C8051F020 系列具有片內(nèi) JTAG 邊界掃描和調(diào)試電路， 通過 4 腳 JTAG 接口并使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)中的產(chǎn)品器件就可以進(jìn)行非侵入式、全速的在系統(tǒng)調(diào)試。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。 控制器電路圖的設(shè)計(jì)系統(tǒng)由兩個(gè)DCDC變換芯片、兩個(gè)電壓采集電路、單片機(jī)、放電電路和輸出保護(hù)電路組成，原理圖如圖32所示，其工作原理如下：充電時(shí)單片機(jī)通過內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)時(shí)采集充電時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的電壓和蓄電池兩端的電壓，從而調(diào)節(jié)DCDC芯片的輸出電壓給蓄電池分階段的充電；放電時(shí)單片機(jī)通過內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)時(shí)采集放電時(shí)蓄電池兩端的電壓從而實(shí)時(shí)的發(fā)出適合的指令進(jìn)行放電。 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 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(jī)的電壓更加穩(wěn)定這里加入了電容 C，起到濾波作用。圖34 電壓檢測(cè)1ESGNTULVAPort*力Bin+u34cl5這里風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的額定電壓為24 v， v,所以，1R選擇了19 ?K， 2R選擇了1 K。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(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。圖35 電壓檢測(cè)2同樣，圖中 3R和 4為分壓電阻， 3D和 4起到保護(hù)單片機(jī)的作用， 2C為濾波電容，其中 選擇為49 ?K， R為1 。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。放電電路由一個(gè)MOSFET管、一個(gè)放電電阻及部分其它電阻組成，其電路圖如圖36所示，圖36 放電電路圖中 5R為放電電阻，根據(jù)計(jì)算 5R選擇3 ?的水泥進(jìn)行放電。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(jī)，通過單片機(jī)的判斷來保護(hù)輸出電路。其電路圖如圖37，圖37 輸出保護(hù)電路 統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)本節(jié)主要是介紹了控制系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)，本文對(duì)蓄電池的充放電主要是通過對(duì)單SHCN1R+23GDI567OUT8MAXEPort片機(jī)的編程來實(shí)現(xiàn)的，充放電的流程圖如圖圖38 蓄電池充放電流程圖開始初始化電壓采集U1＜U＜u 2U＜u 1 壓放電終止 恒壓充電Uu2浮充充電結(jié)束缺電報(bào)警第四章 結(jié)論對(duì)于小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，由于風(fēng)能和負(fù)載的隨機(jī)性及不確定性，使得其對(duì)蓄電池的充放電控制較為復(fù)雜。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。現(xiàn)代電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制理論為深入研究小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)提供了強(qiáng)有力的理論幫助和技術(shù)支持。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。由于小型風(fēng)力發(fā)電大多位于遠(yuǎn)離電網(wǎng)的地方，沒有比較穩(wěn)定的電源，但要想使控制系統(tǒng)按要求工作，就必須提供比較穩(wěn)定的電源。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。針對(duì)這一特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了電源變換模塊，實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換和傳輸，為整個(gè)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。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)。參 考 文 獻(xiàn)[1] [J].電氣時(shí)代，2022，(3)：l6－20[2] :[3] :97107[4] ：123127[5] 鐘勇. 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中蓄電池充放電控制器的研究(合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文).2022[6] 趙強(qiáng). . 2022年第3期[7] 任富理. 邊遠(yuǎn)站點(diǎn)利用風(fēng)力發(fā)電的供電系統(tǒng)研究(重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文).2022[8] (內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文).2022[9] 楊慧杰. 戶用小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的研制(北京工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文).2022[10] 蔣云龍. 離網(wǎng)型智能化風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制器的研制(西安工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文).2022致 謝時(shí)光飛逝，轉(zhuǎn)眼間四年的大學(xué)求學(xué)生涯即將結(jié)束。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。陳老師淵博的學(xué)識(shí)、忘我的工作熱情、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和認(rèn)真的工作作風(fēng)深深地影響了我，不僅讓我懂得了學(xué)習(xí)方法，也懂得了做人做事的方法，讓我受益匪淺，在此向辛勤培育我的導(dǎo)師致以最衷心的感謝在大學(xué)學(xué)習(xí)期間，遇到了很多志同道合又樂于助人的師兄弟和同學(xué)，我從他們那里得到很多幫助，受到很積極的影響，在此非常感謝他們。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)、朋友和家人表示感謝。最后，再次向所有給予我關(guān)心和幫助的老師、同學(xué)、朋友和家人表示感謝