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根据MCU的光伏控制系统
来源:http://elnk5j.cn 责任编辑:环亚ag88手机版 更新日期:2019-02-21 07:14
根据MCU的光伏控制系统 摘 要 : 本文构建一种依据微处理器的中、小功率光伏操控体系。从硬件、软件方面完善体系对蓄电池充放电及其负载的办理和维护。体系选用了LCD、键盘和异步串行通讯,加强了体系的实时监控性和长途办理,便利了对单个体系或多个互联体

  根据MCU的光伏控制系统

  摘 要 : 本文构建一种依据微处理器的中、小功率光伏操控体系。从硬件、软件方面完善体系对蓄电池充放电及其负载的办理和维护。体系选用了LCD、键盘和异步串行通讯,加强了体系的实时监控性和长途办理,便利了对单个体系或多个互联体系的维护和监管。本体系已运用于多个太阳能光伏产品系列,并获得满意的作用。

  作 者: 计长安, 张秀彬, 何斌, 曾国辉, 周雪莲

  关键词 : MCU 太阳能 光伏体系 异步串行通讯


1、导言

跟着绿色动力概念的家喻户晓,关于太阳能的运用正逐渐遍及。太阳能发电具有杰出的长处,如:体系运转本钱低、简直不需求维护、体系可接连作业且具有杰出的模块化特色、太阳能电源体系的直流输出电压十分安稳、在没有电网的当地太阳能为灵敏选取站址供给可能,等等。太阳能发电体系相关于电网在安稳性方面有更牢靠的保证。

近年,电力电子的开展使得太阳能光电产品遍及到咱们日子的方方面面,从小功率的照明、景象装修,以及中小功率的岛屿、山区日子用电体系,以至于军工方面的大功率太阳能移动备用电站。太阳能光电产品必将跟着的技能晋级以及相关技能的一日千里开展,太阳能发电技能步入人们更宽广的日常日子中已经成为十分实际的作业。

光伏体系的中心在于逻辑操控环节,它不只背负对整个体系的情况操控,还得保证体系的安全运转,一起供给所需的人机交互接口。逻辑操控环节的合理规划,既是完美充电进程的保证,也是体系寿数的保证,一起还为体系各模块供给维护功用。跟着MCU在各个领域的日益遍及,其高性价比愈加实际出其杰出的优越性。以下论述以MCU为中心操控器中、小功率太阳能光伏体系结构和功用。

2、体系概述及构成

本文所述光伏体系,其结构原理图如图1所示。

  




1) 对体系情况的操控,首要包含MCU经过MOSFET操控模块完结对蓄电池的优化充电,依照铅酸蓄电池的特性,充电进程选用双标三阶段浮充法,把充电的进程分为三个阶段(参见图2)。

  

  


第一阶段: 大电流灌充阶段 (high current bulk charge state)由电压采样电路获取蓄电池的电压情况,当电压小于过规范开路电压(Voc)时,太阳能电源以其所获的最大电流对蓄电池充电(最大电流对不同功率的体系取值不同,可按C/5充电率取值,其间C为蓄电池容量),因为太阳能电池的电流与天气情况有关,所以大电流的取值将在必定规模之内。坚持大电流充电至Voc,进入下一阶段。第一阶段的充电程度可达70%-90%。

第二阶段: 过电压恒充阶段 (over charge state) 以安稳的过规范电压(Voc)充电,直到充电率降至Ioct进入下一阶段充电进程。第二阶段的充电程度近100%。

第三阶段: 浮充阶段 (float charge state) 以安稳准确的浮充电压Vf进行浮充。蓄电池充溢后,以浮充方法保持电压。浮充电压的挑选对蓄电池的寿数尤为重要,即便5%的差错也将使得蓄电池的寿数缩短一半。

2) 对太阳能电池和负载的维护,逻辑操控体系避免负载对蓄电池构成过放电,放电过深会严峻损坏蓄电池。一起也要供给短路、负载过压维护。

3) 逻辑操控体系还供给了用户操作界面,显现充电或放电情况、显现蓄电池电压、容量多少及充放电电流的大孝显现数据、记载数据、宣布告警信号和灯火显现和进行长途通讯等功用,使得光伏体系的维护和检修愈加便利。

2.1 光伏体系逻辑操控的硬件结构

光伏体系逻辑操控的硬件结构框图(图3),其首要构成包含以下首要部分:

  

  

MCU:选用Microchip公司的PIC16C5x系列产品,其高速度、低作业电压、低功耗、较大的输入输出直接驱动才能、一次性编程芯片的低价值、小体积等,都极具微弱的竞争力。PIC16C5x系列单片机选用精简指令集,作业频率从DC-20MHZ,体系为哈佛结构,数据总线和指令总线各自独立分隔,7 个特别功用寄存器,2级子程序仓库,作业电源规模大从2.5V-6V,内部自振式看门狗(WDT),内部寄存器组(RAM)有25-72个,有内部复位电路,低功耗方式,耗电小于10uA,内带一个8位守时器/计数器,具有保密位(保密熔丝可在程序烧写时挑选将其熔断,则程序不能被读出复制,一起供给四种可选振动方法:低本钱的阻容(RC)振动;规范晶体,陶瓷振动(XT);高速晶体/陶瓷振动(HS);低功耗,低频晶体振动(LP)。PIC16C5x有 2-20根双向可独立编程的I/O口,且每根I/O口线都可由程序来编程决议其输入/输出方向。

电流采样模块、电压采样模块:依据体系的功率,能够选用电阻组件或互感器,如国产CT系列互感器,GMR电流互感器等,其一次侧电流可按C/5(C为蓄电池容量)考虑。

电源模块:由铅酸蓄电池供给电源,经过78xx等电源芯片为MCU保证安稳的作业电源(2.5V-6V)。

键盘输入:可选用规范的行列式键盘(或在光伏体系中预留接口,在需求设守时接入),也可订制专用的簿膜按键。
LCD显现:因为液晶显现器具有功耗极低、体积孝重量轻等特色,所以适用于铅酸蓄电池供电的体系。

长途通讯接口:体系选用异步串行通讯,在PIC16C5x内部没有异步串行通讯口,可用软件来完结异步串行通讯(RS-232规范的异步串行通讯),成果证明作业十分牢靠、安稳。一起用软件来完结串行通讯,也降低了体系的硬件本钱。

MOSFET操控模块:MCU的体系逻辑操控信号,经过MOSFET操控模块构成MOSFET的门极操控电压,来完结对体系的情况及维护逻辑操控。

此外,考虑体系可运用于不同的功率,关于所运用的MOSFET和大功率开关管都留有足够的裕量,来满意不同体系的要求。一起体系中还给出一些LED,为了便于直接调查体系的情况和呈现的问题,


2.2 光伏体系逻辑操控的软件部分

本光伏体系适用于多种中、小功率的光伏使用体系,关于详细的光伏使用体系其硬件、软件可稍作详细更改,根本的主程序是初始化时,完结PIC16C5x的 I/O装备和中止设置,在循环等候进程中,收集判别体系所在的情况,并进入相应的情况处理子程序,一起等候键盘输入和串行通讯的开始位,流程参见图4。

  

  

异步串行通讯是经过设置通用I/O口,以软件方式来完结异步串行通讯。一起体系经过键盘的输入,来操控LCD的显现内容,由LCD在线显现体系所在的情况,标明体系充电或放电情况。也可挑选显现蓄电池电压、容量及充放电电流的大校所有这些数据可在需求时经过串行通讯传送给上位机进行进一步处理,将使得光伏的维护和检修愈加便利。这部分程序流程可参阅通用的异步串行通讯程序和液晶显现程序。


3、光伏体系逻辑操控的使用实例

   光伏体系逻辑操控可广泛使用与中小功率太阳能体系,如在太阳能路灯和太阳能草坪灯方面的使用。因为太阳能供电的共同长处,近年来得到迅速开展。草坪灯、路灯等中小功率设备,以照明和装修为意图,满意移动性要求,战胜电路铺设困难,合适防水要求,这些都使得由太阳能电池供电的体系显现出特有的优势。

太阳能电池可选用30瓦左右晶体硅太阳电池组件,照明器材当功率为1瓦左右,可选用高亮度LED组件,功率大于1瓦以上,可选用直流高效节能灯。当体系装备12V10AH左右的免维护铅酸蓄电池,太阳光照一天,可照明12小时。阴雨2天正常作业。

体系具有浮充、蓄电池过充、过放维护功用。使蓄电池更牢靠地持久作业。此外,光伏操控体系还具有蓄电池开路、短路、接反、防反充电、负载过电压、输出负载短路等完善的维护功用,并可实时显现体系的情况,对充电电压、电流,放电电压、电流等处以LCD和LED显现。一起也为长途操控与通讯供给了接口,便于对多个体系进行全体办理,便于全体维护,进步体系的性价比。体系流程图把体系情况分为三个情况:

情况1--蓄电池电压过低,不能再放电,不然影响蓄电池寿数;
情况2--蓄电池电压正常,可进行充放电;
情况3--蓄电池电压过高,对负载有损伤,需进行放电后,方可接入负载。关于照明体系还可加上感光器材,完结灯的自动操控,体系操控逻辑流程示意图参见图5。

  

  

4、小结

跟着国际动力的严重,环保认识的加强,对太阳能的运用越来越遭到人们的注重。本篇所述依据MCU的光伏操控体系,完善了太阳能充电体系,使其对铅酸蓄电池的充放愈加合理,对负载的维护也愈加完善。一起供给在线的电流、电压显现和与上位机通讯。本体系经过了实践的查验,证明了其合理性和实用性。


参阅文献

1 武锋 PIC系列单片机的开发使用技能 北京航空航天大学出版社 1998.8:148-150
2 朱松然 蓄电池手册 天津大学出版社 2000.4:53 -73
3 李进国 金新民 小功率光伏并网逆变器操控体系的规划 北方交通大学学报 2003年02期
4 Lashway, C. Photovoltaic system testing techniques and results, Energy Conversion, IEEE Transactions on , Volume: 3 , Issue: 3 , Sept. 1988 Pages:503 - 506
5 PIC16C5X Datasheets, Microchip Technology

  (修改:xiaoyao)
 

  

   MCU太阳能光伏体系异步串行通讯

 
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