基于單片機(jī)的風(fēng)光互補(bǔ)控制器

基于單片機(jī)的風(fēng)光互補(bǔ)控制器摘要：本文對(duì)以風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電的家居供電系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)，便利用了太陽(yáng)能和風(fēng)能，這套控制系統(tǒng)以單片機(jī)STC89C52為主，外設(shè)器件為輔，將上述兩種能源轉(zhuǎn)換成電能，為家居用電提供電能。本設(shè)計(jì)包含的器件主要太陽(yáng)能電池組，風(fēng)力發(fā)電機(jī)，太陽(yáng)能專(zhuān)用蓄電池，風(fēng)光互補(bǔ)控制器等，能夠?qū)揖庸╇娤到y(tǒng)起到保護(hù)和調(diào)節(jié)的作用。關(guān)鍵詞：風(fēng)光互補(bǔ)家居供電系統(tǒng)單片機(jī)STC89C521.研究背景人類(lèi)的生存與能量是密不可分。能源是人類(lèi)文明進(jìn)步的最基本動(dòng)力。自21世紀(jì)初以來(lái)，人數(shù)急劇上升。隨著人們對(duì)現(xiàn)代化的呼聲越來(lái)越高，能源的數(shù)量和質(zhì)量受到越來(lái)越多的關(guān)注。然而諸如煤、石油和天然氣的現(xiàn)有化石資源變得越來(lái)越稀缺，并且難以滿(mǎn)足當(dāng)前的人類(lèi)需求，這才催生了太陽(yáng)能，潮汐能，風(fēng)能等環(huán)保新能源的應(yīng)用，并且正逐漸受到人們的關(guān)注和發(fā)展。2．課題研究?jī)?nèi)容本文基于當(dāng)前背景下人們對(duì)于清潔能源的要求，設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的風(fēng)光互補(bǔ)控制器，充分利用風(fēng)能和光能兩種清潔能源發(fā)電用來(lái)滿(mǎn)足家庭生活用電的需求，并且具有對(duì)家居供電系統(tǒng)起到保護(hù)和調(diào)節(jié)作用的功能。系統(tǒng)主要包含硬件設(shè)計(jì)以及軟件設(shè)計(jì)兩部分內(nèi)容，以下將進(jìn)行具體介紹。系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和流程3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理控制器是家居風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，它承擔(dān)了系統(tǒng)軟件輸出功率轉(zhuǎn)換的任務(wù)，并考慮了各種發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。電池充電操作過(guò)程完成。當(dāng)電流達(dá)到最小預(yù)設(shè)值時(shí)，將執(zhí)行完全充電和放電，以填補(bǔ)可充電電池對(duì)鋰電池壽命的損害。當(dāng)風(fēng)速互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)軟件中沒(méi)有輸出功率輸出時(shí)，電池將被充電和放電。當(dāng)蓄電池在過(guò)放電的情況下下充電時(shí)，將斷開(kāi)負(fù)載并斷開(kāi)供電；當(dāng)蓄電池的工作電壓高于啟動(dòng)電壓時(shí)，蓄電池將再次充電。3.2系統(tǒng)控制流程根據(jù)中風(fēng)力發(fā)電機(jī)，太陽(yáng)能陣列電池和蓄電池的特性，基于單片機(jī)的家居供電系統(tǒng)風(fēng)光互補(bǔ)控制器的控制流程如見(jiàn)圖3-2。圖3-2風(fēng)光互補(bǔ)控制器控制流程

4．硬件電路的設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)功能分析本系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)電路是根據(jù)ASTC89C52單片式風(fēng)機(jī)保護(hù)電路+采用太陽(yáng)能碳酸電池板保護(hù)電路+采用風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電降壓保護(hù)能源電路+采用太陽(yáng)能碳酸鋰電池板的充電降壓保護(hù)能源電路+直流升壓能源電路+直流穩(wěn)壓電源線(xiàn)路+交流電源保護(hù)電路等技術(shù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。主要技術(shù)功能分別主要包括以下三點(diǎn)1、采用智能風(fēng)機(jī)和新型太陽(yáng)能動(dòng)力電池板等作為主要?jiǎng)恿﹄娫打?qū)動(dòng)的碳酸鋰電池可以進(jìn)行快速充電,并且同時(shí)具有一個(gè)充電電路保護(hù)控制電路及一個(gè)穩(wěn)壓電源回路。2、鋰電池電壓提高了直流升壓至24V時(shí)并停止直流充電,并向使用單片式手機(jī)及智能家居需要使用電子系統(tǒng)設(shè)備提供直流供電。3、供電控制系統(tǒng)具備手動(dòng)和自動(dòng)開(kāi)關(guān)功能。4.2模塊電路的設(shè)計(jì)4.2.1STC89C52單片機(jī)核心系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)STC89C52單片上電機(jī)最小驅(qū)動(dòng)控制電路系統(tǒng)功能描述:STC89C52單片上電機(jī)最小驅(qū)動(dòng)控制電路系統(tǒng)的工作電路主要組成有電源復(fù)位控制電路、時(shí)鐘信號(hào)控制器和驅(qū)動(dòng)電源電路控制器。在我們擁有了這三個(gè)組成部分的控制電路之后,單片硅電機(jī)就可以能夠正常工作運(yùn)行。4.2.2二擋撥動(dòng)開(kāi)關(guān)檢測(cè)電路設(shè)計(jì)撥動(dòng)手柄啟動(dòng)器的主要工作作用原理主要是通過(guò)同時(shí)撥動(dòng)一個(gè)啟動(dòng)器的兩個(gè)手柄,使啟動(dòng)電路相互之間接通或者相互斷開(kāi),從而直接啟動(dòng)達(dá)到同時(shí)切換該啟動(dòng)電路的主要工作目的。4.2.3太陽(yáng)能發(fā)電電路設(shè)計(jì)太陽(yáng)能電池板選用多晶太陽(yáng)能電池板，工作時(shí)只需要有充足的陽(yáng)光照射就可以正常運(yùn)行，運(yùn)行時(shí)發(fā)電即發(fā)即用，非存電產(chǎn)品。太陽(yáng)能發(fā)電板發(fā)電方法：將太陽(yáng)能板置于室外無(wú)遮擋陽(yáng)光的地方，根據(jù)季節(jié)變化，太陽(yáng)能板與地面的角度在30-60度之間調(diào)整，正常是中午12點(diǎn)左右效果最佳，早晚可能達(dá)不到標(biāo)稱(chēng)。4.2.4風(fēng)能發(fā)電電路設(shè)計(jì)本解決系統(tǒng)中分別通過(guò)選擇24V微型高壓風(fēng)力驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)等電源模塊芯片作為驅(qū)動(dòng)風(fēng)力發(fā)電控制元件,風(fēng)機(jī)在高速運(yùn)行發(fā)電后經(jīng)過(guò)后的L7805CV芯片的二次穩(wěn)壓后,將驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)高速運(yùn)行發(fā)電后的額定工作電壓長(zhǎng)期保持在24V,然后,在經(jīng)過(guò)后的TP4056模塊對(duì)各種鋰電池芯片進(jìn)行了二次充放電,同時(shí)由于各種鋰電池的額定實(shí)際工作電壓控制范圍大約為20V-36V,而本解決方案中所應(yīng)用設(shè)計(jì)的各種微型單片機(jī)等電源控制電路均要求可以長(zhǎng)期保持24V。所以我們需要利用一個(gè)升壓設(shè)備控制系統(tǒng)模塊把20的直流工作電壓進(jìn)行上調(diào)一直到24V,從而給該升壓設(shè)能夠提供直流供電。4.2.5TP4056鋰電池充電模塊電路設(shè)計(jì)TP4056是一種全新的新型單節(jié)電式鋰離子充電太陽(yáng)能動(dòng)力電池，它可以采用恒定的電池電流/一個(gè)恒定的電池電壓方式進(jìn)行線(xiàn)性化快速充電。它的底部分別帶有散熱片的尺寸SOP8/MSOP8封閉包裝和更小的外部散熱元件封裝個(gè)數(shù),這就直接使得了TP4056成為便攜式手機(jī)應(yīng)用程序中的一個(gè)理想散熱選項(xiàng)。TP4056的其他功能包括電池溫度檢測(cè)、低壓鎖存器、自動(dòng)再充電和顯示充電結(jié)束狀態(tài)。這個(gè)模塊的周邊電路簡(jiǎn)單，具有出色的保護(hù)性能和高充電精度。4.2.6USB-24V升壓模塊電路設(shè)計(jì)本USB-24V升溫降壓轉(zhuǎn)換模塊被分別稱(chēng)為提升DC-DC模塊升溫降壓轉(zhuǎn)換模塊(0.9V~24V)或提升24V600MA升壓模塊,本機(jī)在系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)中只要選擇好了DC-DC模塊升溫降壓這個(gè)模塊后就可以直接實(shí)現(xiàn)20V鋰電池的直流升壓至24V的升壓轉(zhuǎn)換。4.2.7控制器完整電路圖設(shè)計(jì)本文所設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的家居用電風(fēng)光互補(bǔ)控制器完整電路如圖4-2所示圖4-2風(fēng)光互補(bǔ)控制器完整電路

5.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的風(fēng)光互補(bǔ)控制器完成了風(fēng)能和光能到電能的轉(zhuǎn)化，并且實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)的智能控制以及對(duì)蓄電池的充放電保護(hù)，使蓄電池能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定輸出，具有對(duì)家居供電系統(tǒng)起到保護(hù)和調(diào)節(jié)作用。6．總結(jié)本設(shè)計(jì)由STC89C52單片機(jī)電路+太陽(yáng)能電池板電路+風(fēng)機(jī)發(fā)電電路+鋰電池充電保護(hù)電路+升壓電路+穩(wěn)壓電路2檔撥動(dòng)開(kāi)關(guān)電路+電源電路設(shè)計(jì)而成。能利用太陽(yáng)能和風(fēng)能同時(shí)發(fā)電，通過(guò)蓄電池蓄電并給家具用電系統(tǒng)供電，并滿(mǎn)足了家居用電的安全性需求。參考文獻(xiàn)[1]李坦.風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的控制研究[D].蘭州交通大學(xué)，2013.[2]滕志飛.風(fēng)光互補(bǔ)分布式發(fā)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研制[D].沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)，2013.[3]HighPerformanceModifiedModelPredictiveControlofaVoltageSourceInve