太阳能光伏存储技术的研究_毕业论文(编辑修改稿)

太阳能光伏存储技术的研究_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

P145P15/MOSI6P16/MISO7P17/SCK8P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P20(A8)21P21(A9)22P22(A1023P23(A11)24P24(A12)25P25(A13)26P26(A14)27P27(A15)28PSEN29ALE/P30P31/TXD11P30/RXD10 图 31 STC89C52 引脚图 这里仅详细介绍编程引脚： （ 1） RST：复位输入。 晶振工作 时， RST 引 脚持续 2 个机器周期高电平将使单片机复位。 看门狗计时完成后， RST 脚输出 96 个晶振周期的高电平。 特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能无效。 DISRTO 默认状态下，复位高电平有效。 （ 2） ALE/ PROG ：地址锁存控制信号 (ALE)是访问外部程序存储器时，锁存低 8 位地址的输出脉冲。 在 flash 编程时，此引脚 (PROG )也用作编程输入脉冲。 在一般情况下， ALE 以晶振六分之一的 振荡 频率输出脉冲，可作为外部定时器或时钟使用。 如果需要，通过将地址为 8EH 的 SFR 的第 0 位置 “ 1” ， ALE 操作将无效。 这一位置 “ 1” ， ALE 仅在执行 MOVX 或 MOVC 指令时有效。 否则， ALE 将被微弱拉高。 这个 ALE 使能标志位 (地址为 8EH 的 SFR 的第 0 位 )的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。 第三 章 系统硬件电路设计 （ 3） PSEN ：外部程序存储器选通信号 (PSEN )是外部程序存储器选通信号。 当 STC89C52 从外部程序存储器执行外部代码时， PSEN 在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时， PSEN 将不被激活。 （ 4） EA /VPP：访问外部程序存储器控制信号。 为使能从 0000H 到 FFFFH的外部程序存储器指令， EA必须接 GND。 为了执行内部程序指令， EA 应该接VCC。 在 flash 编 程 期间， EA也接收 12 伏 Vpp 电压。 单片机的最小系统及扩展电路 单片机是系统的主控芯片，为了使整个电路得到很好的控制，首先必须构建最小系统是单片机可以工作起来。 本设计 单片机 最小系统扩展 电路包括上电复位电路， 时钟电路 ， 工作 指示灯 和蜂鸣器报警电路等。 （ 1）时钟电路 单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，此放大器的输入端 和输出端分别是引脚 XTAL1 和 XTAL2，在 XTAL1 和 XTAL2 上外接时钟源即可构成时钟电路， CPU 的所有操作均在时钟脉冲同步下进行。 片内振荡器的振荡频率非常接近晶振频率，一般多在 ~12MHz 之间选取。 时钟电路如图 32 所示。 电路中 C C7 是反馈电容，其值在 5pF~30pF 之间选取 ， 本电路选用的电容为 30pF，晶振频率为。 （ 2）复位电路 复位是单片机的初始化操作。 其主要功能是把 PC 初始化为 0000H，使单片机从 0000H 单元开始执行程序。 除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。 单片机的复位电路 如图 33 所示。 本系统采用的是上电 +电平按钮复位，上电复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。 按钮复位是当按钮按下后，第三 章 系统硬件电路设计 电源通过电阻 R14 施加到复位端上，实现单片机复位。 复位电路虽然简单，但其作用非常重要。 一个单片机系统能否正常运行，首先要检查是否能复位成功。 初步检查可用示波器探头监视 RST 引脚，按下复位键，观察是否有足够幅度的波形输出 (瞬时的 )，还可以通过改变复位电路 电阻和电 容值进行实验。 12C633PFC733PFXTAL1XTAL2C810uFR1510KVCCRESTR141KS1SWPB 图 32 时钟电路 图 33 复位电路 （ 3）工作状态指示灯电路 本设计可以时刻检测蓄电 池电压，为了更好的进行监控，要对整个电路的工作状态进行指示，这是很有必要的。 工作状态指示灯电路如图 34 所示。 其中LED1 为正常充电指示灯， LED2 为过压指示灯， LED3 为欠压指示灯。 串联的电阻的目的是为了限制通过发光二极管的电流太大而将其烧毁。 （ 4）蜂鸣器报警电路 报警电路采用蜂鸣器来发出报警声音，由于 STC89C52 输出引脚 的驱动能力较弱，所以蜂鸣器要加三极管 进行 驱动。 在对蓄电池电压 实时监测的过程中，一旦发现检测 电压 值连续超出阈值范围，便启动自身报警电路，即当 电压 超过 程序 设定的最高 值 或最低 值 时， 单片机的 引脚 (beep 端 )输出低电平， 三极管 随之 导通， 驱动 蜂鸣器发出报警信号。 蜂鸣器报警 电路图如图 35 所示。 第三 章 系统硬件电路设计 330R23LED1LED2LED3330R24330R25VCCLED1LED2LED3 LS1BellVCCQ5NPN85501KR26beep 图 35 工作状态指示灯电路 图 35 蜂鸣器报警电路 充放电电路 充放电 电路 如图 36 所示，电路 由防反充二极管 D滤波电容 C4 和 C稳压管 D 续流二极管 D MOSFET 管 Q1 和 Q2 等构成。 二极管 D1 是为了防止 反充，当阴天或晚上蓄电池的电压高于太阳能电池 板 的电压时， D1 就生效 ，可以防止蓄电池电流流向太阳能电池板。 分析可知， 通过控制 MOSFET 管 闭合和 断开 的时间（即 PWM—脉冲宽度调制），就可以控制输出电压。 所使用的MOSFET 是电压控制单极性金属氧化物半导体场效应晶体管，所需驱动功率较小。 而且 MOSFET 只有多数载流子参与导电，不存在少数载流子的复合时间，因而开关频率可以很高，非常适合作控制充放电开关。 设计中采用 IRL2703 N沟道 MOSFET 管， N 沟道 MOSFET 的导通电压 Vth0。 当光耦 U2 断开 时，由于 Q1 的 G 极电压 接近蓄电池电压 ， S 极是接地，使得 Vgs0，当 G 极电压达到一定值时， Q1 导通。 电容 C4 是太阳能电池板输出电压滤波，使得更稳定地给蓄电 池充电。 电容 C5 是对蓄电池输出电压进行滤波，以保证负载供电电路的稳定性。 图中稳压管 D2 用来对蓄电池进行稳压作用。 当用户将蓄电池反接至控制器时，续流二极管 D3 可以进行续流，从而保护控制器不被毁坏。 按程序设计当检测到蓄电池的电压低于 12V，充电模式为均充， Q1 为完全导通状态，也就是导通的脉冲占空比最大；当检测到蓄电池的电压在 ， 第三 章 系统硬件电路设计 太阳能电池板20KR210KR4100uFC4100uFC5D212v15VDCQ1MOSFETNQ2MOSFETND11N4148D31N4148BT1Battery20KR310KR51KR1PV+K1ADIN充电电路开关蓄电池电压采集放电电路开关K2DS4LampBAT+BATPV 图 36 充放电电路 充电模式为浮充， Q1 导通与不导通的占空比例变小 ， 当检测到蓄电池的电压等于 15V 左右 ， Q1 截止 使 充电停止 ，同时 Q2 也关闭来关断负载。 当检测 到蓄电池的电压低于 ， Q2 关闭停止放电 ，关断负载来实现欠压关断。 光耦 驱动 电路 为了增加系统的可靠性，本设计用光电耦合器实现单片机控制电路和充放电电路的隔离。 光耦驱动电路如图 37 所示。 M0S 管 Q1 控制着充电电路， 当 充电控制 信号 PWM 为低电平时，光耦内部的发光二极管的电流近似为零， 右侧三极管不导通， 输出端两管脚间的电阻很大，相当于开关 ―断开 ‖，输出端 K1 被抬高，电阻 R9 右侧被稳压管 D2 稳压到 12V 左右， MOSEFT 的 Vgs0， MOS 管Q1 开启，太阳能极板开始对蓄电池充电； 当 充电控制器信号 为高 电平时，光耦内部的发光二极管发光， 三极管导通， 输出端两管脚间的电阻变小，相当于开关 ―接通 ‖，此时从 U2 输入的电压经光耦流向接地端， K1 处的电压接近为零，MOSEFT 的 Vgs0， Q1 截止，充电电路关断。 这就是充电电路原理。 M0S 管Q2 控制着放电电路，其原理与 Q1 相似。 第三 章 系统硬件电路设计 1243U2Q817Q3NPN805010KR7500R610KR8200R9VCC(5V)PWMPV+K11243U3Q817Q4NPN805010KR11500R1010KR12200R13VCC(5V)FUZAIBAT+K2 图 37 光耦驱动电路 A/D 转换电路 本系统设计的 STC89C52 单片机没有内置的 A/D 转换模块，因此 需要先 采集 蓄电池 的电压 ，然后 经 A/D 转换才可接入单片机。 市场中集成的 A/D 转换器品种很多，选用时需要综合考虑各种因素进行 选取。 一般逐次比较型 A/D 转换器用到较多，本 设计采用 8 位并 行 A/D 转换器芯片 ADC0804。 因为蓄电池电压的采集转换在系统中极为重要，所以下面对所选 ADC0804 芯片及在本系统中是典型连接电路予以介绍。 ADC0804 的简介 AD 转换就是模数转换， 顾名思义，就是把模拟信号转换成数字信号。 AD转换器最主要的技术参数是转换速度和转换精度，由于逐次比较型兼有并行 A/D转换器转换速度高和双积分型转换精度高的优点，所以得到普遍应用。 ADC0804就是这类集成 A/D 转换器。 ADC0804 为一只具有 20 引 脚 并行 8 位 CMOS 工艺逐次比较型 的 集成 A/D 转换器， 其规格如下： 第三 章 系统硬件电路设计 (1) 高阻抗状态输出 ， 分辨率： 8 位 (0~255) (2) 存取时间： 135 us ； 转换时间： 100 us (3) 总误差： 正负 1LSB (4) 工作温度： 0 度 ~70 度； (5) 模拟输入电压范围： 0V~5V (6) 参考电压： ； 工作电压： 5V (7) 输出为 三态结构，可直接连接在数据总线上。 ADC0804 引脚 图如图 38 所示，其各个引脚的 功能 ： CS — 芯片片 选信号输入端，低电平有效，一旦 CS 有效，表明 A/D 转换器别选中，可启动工作。 RD— 外部读取转换结果的控制输出信号。 RD为 1 时， DB0~DB7 处理高阻抗： RD 为 0 时，数字数据才会输出。 WR — 用来启动转换的控制输入，相当于 ADC 的转换开始（ CS =0 时），当 WR 由 1 变为 0 时，转换器被清除：当 WR 回到 1 时，转换正式开始。 图 38 ADC0804 引脚图 CLK IN— 时钟信号输入端 第三 章 系统硬件电路设计 CLK R：内部时钟发生器的外接电阻端，与 CLK 配合可有芯片自身产生时钟脉冲，其振荡频率为 1/（ ） INTR — 中断请求信号输出 ,端，低地平动作 .，表明本次转换已完成。 VIN(+) VIN() —— 差动模拟电压输入。 输入单端正电压 时 , VIN()接地 :而差动输入时 , 直接加入 VIN(+) VIN(). AGND,DGND—— 模拟信号以及数字信号的接地 . VREF/2— 参考电平输入，决定量化单位。 DB0~DB7— 三态特性数字信号输出端 . VCC: 电源供应以及作为电路的参考电压 . ADC0804 外围接线电路 （ 1） 电压采集电路 如 图 39 所示，电压采集电路使用两个串联的电阻，大小比例为 2:1，然后并联在需要检测的电压两端，从两个电阻中间采集电压。 由分压公式得出采集的电压为 ADIN，当蓄电池充满电时电 压大概为 ，计算出采集到的电压为，符合 A/D 转换芯片的 ADC0804 的输入值。 BT1Battery20KR310KR5ADINBAT+BAT 图 39 电压采集电路 （ 2） ADC0804 构成的典型 A/D 转换电路 第三 章 系统硬件电路设计 按照芯片手册中 ADC0804 的典型接法，系统中设计的 A/D 转换电路如 311所示。 单片机的 引脚，用来实现片选； RD、。