基于單片機控制的太陽能供電地下停車場照明控制系統設計畢業論文-資料下載頁

　　

【正文】 為系統的儲能元件。是否能連續供電，蓄電池的儲能作用極為關鍵。在不同的時間內，光伏方陣發電量有很大差別，方陣的發電量不能滿足用電需要的時候，蓄電池釋放電能以便及時補足；在用電量的時候不足時，需用蓄電池把多余的電能儲存起來以備使用，所以要確定蓄電池容量需要參考方陣的發電量不足和過剩值。同樣，特殊環境下（如連續的陰雨天間的負載用電量）也需要用蓄電池供電。因此，確定蓄電池容量時還要考慮到此時的蓄電池耗電量。故可以確定蓄電池的計算容量為 式中：K代表安全系數，~；QL表示負載每天的平均耗電量，也就是工作電流與每天工作小時數的乘積；NL代表最長連續陰雨天數；To表示溫度修正系數，，Cc代表蓄電池的放電深度，101，101.本設計中蓄電池確定計算過程如下： 根據計算結果該地區蓄電池容量為1200Ah。一般的，燈具的實際效率可以用光源光效（lm/W）與電源效率（%）與、光照效率（%）、燈具效率（%）的乘積表示。下表為LED光源與普通日光燈的比較表33 LED光源與普通日光燈的比較光源類型光源光效（lm/W）電源效率（%）光照效率（%）燈具效率（%）實際效率普通日光燈%%%LED燈具%%%可見，LED燈具的實際效率是普通日光燈3倍以上。因此，用15W的LED燈具完全可以代替現有的36W的T8電感式鎮流器的普通日光燈管。故本設計采用15W的LED燈具作為照明燈具[[] 周志敏、周紀海、紀愛華.《LED驅動電路設計與應用》[J].北京：人民郵電出版社，.]。第4章 系統硬件設計圖41 系統設計總體框圖由于單片機AT89S5AD轉換器ADC0809需要+5電壓供電，本設計電源電路采用LM7805集成穩壓器作為穩壓器件，220V電源整流濾波后送入LM7805穩壓，便可以獲得5V電壓，而且電路結構簡單。[[] 黃繼昌.《電子元器件應用手冊》 [M]，北京人民郵電出版社，第152頁。]。圖42 電源電路單片機最小系統一般由單片機、晶振電路、復位電路以及外圍電路構成。時鐘電路的設計：單片機為一種時序電路，只有在配置時鐘信號后，方可以正常起到控制作用。單片機的18腳（X2）、19腳（X1）分別代表單片機內反向放大器兩個端口即輸出端和輸入端，如果要組成單片機所需的時鐘電路，必須在單片機18腳（X2）和19腳（X1）之間連接一個特定值的晶振，然后附帶2個30PF的瓷片電容。尤其要注意的是，使用外部時鐘時，19腳（X1）與大地相連，18腳（XTAL2）引到外部時鐘信號上。復位電路的設計：在單片機啟動或者正在工作時會由于干擾而使程序控制失控，或工作中程序在某個死循環時均要采取復位。51系列的單片機若需要復位，必須由外部電路完成，單片機的9管腳Reset為復位信號輸入端，信號從Reset引腳輸入，高電平有效，只要保持Reset引腳處于高電平的時間是2個機器周期，其就可以正常復位[[] 劉文濤.《單片機語言C51典型應用設計》[M]，人民郵電出版社，第1102頁]。圖43 單片機最小系統及外圍電路 DCDC控制電路設計(充電電路)本設計DCDC變換器選用開關電源中的BUCK電路，它主要完成兩方面的功能，一方面要實現最大功率點跟蹤，一方面又要實現充電控制。電路設計主要是功率開關管u和輸出濾波電感L的選擇。BUCK電路如圖44所示。圖44 BUCK電路①功率開關管的選擇目前，對于功率不是很大的DCDC變換器在選擇開關管時，通常首選的是MOSFET管與IGBT模塊；而大功率變換器在選擇開關管時，考慮到MOSFET的功率、電壓等級等方面的不足的情況下，通常采用IGBT模塊；但是對于功率不是很大的DCDC變換器，首選的還是MOSFET。故本系統選用MOSFET作為開關器件。器件是否能夠安全可靠的起到作用，選擇MOSFET的電壓、電流額定值是至關重要的。一般的時候，在選取MOSFET的額定值時，都會比實際值稍大一些，以便保證系統的可靠性。本設計的輸入電壓在5690V之間，90=182V以上的MOSFET。通常情況下，BUCK變換器的效率根據取值為η=80%，則計算流過電感的電流若此時電感上的紋波電流設定在則功率開關管所要承受的電流峰值計算如下因此，系統設計選用IRF840：額定電壓500V，額定電流8A，.②輸出濾波電路的設計在BUCK轉換電路中，如何選擇好一個電感元件是很重要的，若是取值過大，平波效果較好，輸出電流紋波小，但系統的動態響應較慢，同時增大電感體積，增加成本；若是取值過小，雖然系統動態響應較快，但是流過電感的電流不連續，輸出電流的紋波很大。所以，必須選擇一個合適的電感。由圖不難看出，通過電感的電流等于直流電流IL0與鋸齒波電流△IL之和。△。考慮到BUCK轉換器的特征，若電感恰好在臨界工作，則需滿足如下關系圖45 電感電流波形臨界電感就是此時電路的電感值，其值為式中，LC為臨界電感量；UO為輸出電壓；fs為開關工作頻率；P0為變換器輸出功率；D為開關管占空比。由于本系統的功率是300W，為小功率范疇，經過BUCK電路后輸出的功率變為占空比為于是可得臨界電感值若要滿足連續工作的要求，條件為所以應該讓該狀態下的電感值高于臨界狀態下的值，即。若還要同時滿足能正常在連續狀態下工作，一般取，于是便可選取電感值為.就是我們常說的MOSFET是NMOS和PMOS。該系統使用了N溝道的MOS管。該器件需要驅動電路才能正常作用，本設計采用HCNW3120芯片實現驅動功能。由單片機控制PWM的輸出情況，通過該電路的放大功能，使NMOS正常工作。圖46 MOSFET驅動電路由于太陽能電池只能在白天進行發電，無法滿足在夜間為負載（LED燈具）供電，或是不能夠在一些惡劣環境條件下作為供電源頭。為了確保供電的連續性，因此就需要設計備用電路，通過單片機的控制，控制切換電路自動實現供電電源的轉換[[] 遲榮強.《單片機原理及接口技術》[M]，高等教育出版社，第156頁。]。本設計轉換電路原理圖如圖47圖47 切換電路由于AD轉換器測量最大設定范圍為5 V，因此要把蓄電池電壓成比例的縮小在5V內，才能利用AD轉換功能進行轉換，然后再接入單片機，該系統電壓采樣電路由50K、10K的精密電阻構成，電路圖如圖48所示[[] 姚金生、劉小利:《元器件》[M]，北京電子工業出版社，第172頁。[24] AT89C51 DATA SHEEP Philips Semiconductors [25] Yang. Y, Yi. J., Woo, ., and Kim. B.: ‘Optimum design for linearity and efficiency of microwave Doherty amplifier using a new load matching technique’, Microw. J., 2001, 44, (12), pp. 20–36[26] Vizimuller, P.: ‘RF design guidesystems, circuits, and equations’ (ArtechHouse, oston, MA, 1995)[6]R. Dye, “Visual ObjectOrientated Programming,” Dr. Dobbs MacintoshJournal, Sept. 1st ( 1991). ]。圖48 采樣電路 A/D轉換電路AT89S51單片機不能直接接收模擬信號，內部也沒有AD轉換模塊，因此，采集獲取的電壓需要通過A/D轉換方可送入單片機。本系統設計采用了8位串行A/D轉換芯片ADC0809。將采樣得到的信號從26管腳IN0(管腳A、B、C均置為低電平)輸入，從而單片機可以判斷電壓的具體情況。ADC0809應用說明（1）ADC0809內部內置輸出鎖存器，能和AT89S51單片機直接連接。（2）初始化時，將ST和OE端口信號設置為低電平。（3）A，B，C端口的設置情況決定轉換的哪一通道的地址。（4）在ST 端給出一個至少有100ns寬的正脈沖信號。（5）轉換完畢與否取決于EOC的信號情況。（6）當EOC轉換成高電平時，這時將OE設置成相同電平，轉換的數據就會給單片機。AD轉換電路由AD 轉換器AD0809，頻率發生器SUN7474構成。AD0809 的工作頻率范圍為10KHZ1280KHZ，AT89S51的輸出頻率大小為2MHZ，無法滿足為AD0809 的提供工作時鐘的要求。本設計設計了由AT89S1和SUN7474連接為AD0809 提供工作時鐘。在頻率為500KHZ 的時候。圖49 頻率發生器SUN7474電路AD0809采用脈沖啟動方式啟動，啟動端口START開啟后轉換器轉換才開始。這就需要查詢程序等EOC變為低電平后再開始查詢，轉換成功后，EOC 輸出高電平，等到OE為高電平便將轉換數據輸出。程序設計時可通過改變EOC信號來決定單片機是否讀入已轉換的數據，抑或是在開啟AD0809 后，設定適當的延時，單片機方可讀入被AD轉換的數據。圖410 ADC0809轉換電路單片機的IO口輸出電流很小4到20mA，所以要用三極管放大來驅動繼電器。二極管的作用是防止三極管由導通變為截止時，繼電器產生感應電動勢導致三極管eb擊穿。圖411 繼電器驅動電路第5章 系統軟件設計圖51 系統總體流程圖圖52 干擾法MPPT測試流程圖圖53 線路切換流程圖圖54 恒壓充電流程圖 圖55恒流充電流程圖 AD轉換流程圖圖56 AD轉換流程圖致 謝在畢業設計論文完成之際，我謹向指導老師王貝貝表示誠摯的敬意和衷心的感謝。王老師踏實的學習作風、淵博精深的知識將會使我終生受益；他精益求精的科研精神、嚴謹的治學態度及務實的工作態度更是我學習的榜樣。在畢業設計期間，王老師在論文的選題、查找資料、相應的設計工作以及論文的撰寫等諸多方面都給予了很大的關心和悉心的指導。謹以此文獻給所有關心、支持和幫助過我的師長、親人和朋友們！