于基單片機(jī)控制的太陽能供電地下場照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)-畢業(yè)設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)控制的太陽能供電地下聽策劃出照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要在這個(gè)科技飛速發(fā)展的時(shí)代，能源是人類經(jīng)濟(jì)及文化活動的動力來源。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人口的增加和社會生活水平的提高，未來世界能源消費(fèi)量將持續(xù)增長，世界上的化石能源消費(fèi)總量總有一天將達(dá)到極限。開發(fā)利用可再生能源和各種綠色能源以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展是人類必須采取的措施。從能源供應(yīng)的諸多因素考慮，太陽能無疑是符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的理想的綠色能源。隨著城市的不斷發(fā)展，人口的急劇增加，人均擁有車輛數(shù)的增大，停車問題越發(fā)嚴(yán)峻。停車場也逐漸的朝地下空間發(fā)展。然而地下停車場的照明又給社會增添了新的煩惱。為此，提供一個(gè)合理的地下照明系統(tǒng)是時(shí)代發(fā)展的迫切要求。本設(shè)計(jì)采用LED燈具作為系統(tǒng)的照明光源，采用太陽能光伏發(fā)電與市電交互為LED燈具供電的方式提供供電電源。使用節(jié)能燈具減少了能源的浪費(fèi)，利用太陽能發(fā)電供電，減少了火力發(fā)電等造成的大氣污染的問題。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)AT89S51作為系統(tǒng)的主控制單元，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了太陽能發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤控制電路的設(shè)計(jì)。并且通過采集太陽能發(fā)電系統(tǒng)蓄電池及太陽能電池板兩端的電壓，實(shí)現(xiàn)火電與太陽能發(fā)電兩種供電方式的自動切換。并對太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，太陽能電池在工作時(shí)，隨著日照強(qiáng)度、環(huán)境溫度的不同，輸出功率不同的問題，為了提高發(fā)電系統(tǒng)效率，單片機(jī)通過采樣電壓和電流，通過對功率的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對太陽能電池的最大功率點(diǎn)的跟蹤，確保充分的利用太陽能。本系統(tǒng)智能化的完成了以太陽能發(fā)電、LED為燈具的照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，經(jīng)濟(jì)、實(shí)用。關(guān)鍵字：能源太陽能光伏發(fā)電LED照明單片機(jī)AT89S51

目錄16211第一章緒論 154701.1光伏發(fā)電的背景及意義 1255301.2光伏發(fā)電的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展 1138501.2.1國外光伏發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀與前景 2148021.2.2我國太陽能光伏發(fā)電的現(xiàn)狀與前景 225750第二章MPPT控制部分與DC/DC變換 438952.1最大功率點(diǎn)跟蹤原理 4267452.2最大功率點(diǎn)跟蹤的算法 58792.2.1恒壓跟蹤法 5265702.2.2擾動觀察法 6242412.2.3電導(dǎo)增量法 67722.3DC/DC變換器 7235922.3.1降壓式變換器 768712.3.2升壓式變換器 8274342.3.3升降壓式變換器 9217632.3.4庫克式變換器 1018225第三章主要設(shè)備的選擇 12248113.1太陽能電池的設(shè)計(jì) 1211823.1.1太陽能電池原理 12168483.1.2太陽能電池分類 12247153.1.3太陽能電池的容量的計(jì)算 1214613.2蓄電池的選擇 3215603.2.1蓄電池的選用 3108123.2.2蓄電池組容量的計(jì)算 1125043.3燈具的選擇 16271第四章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 1283584.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框圖 113264.2控制模塊的電路設(shè)計(jì) 1295504.2.1電源電路的設(shè)計(jì) 1237364.2.2單片機(jī)最小系統(tǒng)及外圍電路設(shè)計(jì) 1274994.2.3DC-DC控制電路設(shè)計(jì)(充電電路) 1275334.2.4驅(qū)動電路的設(shè)計(jì) 26824.2.5切換電路設(shè)計(jì) 3251434.2.6采樣電路設(shè)計(jì) 3211394.2.7A/D轉(zhuǎn)換電路 470084.2.8繼電器驅(qū)動電路設(shè)計(jì) 5241985結(jié)論 615069參考文獻(xiàn) 7第一章緒論1.1光伏發(fā)電的背景及意義全球煤炭、石油、天然氣等能源的消耗不斷增加，引發(fā)了一系列的環(huán)境污染和資源短缺等問題。在這個(gè)世紀(jì)以前，我們能夠使用能源都局限在一次能源上，如煤、CH4和石油。這些一次能源都是經(jīng)過很長時(shí)間，太陽能通過各種轉(zhuǎn)換，被地球上各個(gè)角落的生物儲存起來。但是人類已經(jīng)在這個(gè)星球上生活在了數(shù)千年，在這數(shù)千年里，這些能源無時(shí)無刻不在被人類消耗著，而且留給我們及后代所要使用能源已經(jīng)不多了。隨著全球經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展、不斷增加的人口數(shù)以及人們生活質(zhì)量的不斷改善，將來全球能源消耗數(shù)目將繼續(xù)增長，地球上可用的化石能源必將會被消耗殆盡。當(dāng)前，森林被大面積砍伐，礦物能源被大量使用，全球日均產(chǎn)生近1×109TCO2，造成大氣二氧化碳的含量上升，大氣已經(jīng)被嚴(yán)重的污染。若不采取措施，溫室效應(yīng)也將加劇，全球逐漸變暖，南極和北極的冰山必將被融化，后果就是可能造成海平面上漲，1/4的人類社會環(huán)境便會由此承受巨大危險(xiǎn)。面對以上情況，如何讓可持續(xù)發(fā)展成為現(xiàn)實(shí)，探索開發(fā)能夠再利用的能源以及其他綠色新能源便成為了人類亟待解決的問題。從能源提供的多方面因素著眼，太陽能毫無疑義的成為理想的綠色新能源。太陽能即將成為新世紀(jì)極為重要的能源之一，已經(jīng)得到世界能源專家們肯定。通過和常規(guī)發(fā)電技術(shù)比較，太陽能發(fā)電具有①可無限使用；②不會造成危害、穩(wěn)定性好，沒有噪聲，沒有向環(huán)境排放污染，無公害；③可以安裝在各個(gè)角落，而且可以安裝在不影響人類生活的地方優(yōu)勢；④不用使用燃料以及譜架線路便可以立刻發(fā)電供電；⑤能源質(zhì)量高；⑥消費(fèi)者從情感上易采納；⑦很短的建設(shè)時(shí)間，能源利用獲取時(shí)間短等優(yōu)勢。而且，硅作為光伏電池的主要原料存儲量極為豐富，并且伴著太陽電池研究技術(shù)的不斷發(fā)展以及轉(zhuǎn)換效率的持續(xù)改善和與它關(guān)聯(lián)系統(tǒng)科技技術(shù)的不斷成熟，產(chǎn)業(yè)成本費(fèi)用己經(jīng)呈現(xiàn)急劇走低的勢頭。據(jù)此預(yù)見，太陽能發(fā)電在全球的未來發(fā)展中勢必會占據(jù)主導(dǎo)地位。所以，利用光伏發(fā)電是兼開發(fā)利用可再生新能源、生態(tài)環(huán)境不斷改善、人民生活條件不斷提高綜合性的面向新世紀(jì)人類進(jìn)步的重要課題；也是兼電學(xué)技術(shù)支持多方面學(xué)科以及自動控制理論等先進(jìn)技術(shù)于一體的綜合性研究課題。1.2光伏發(fā)電的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展太陽能向其他形式的能轉(zhuǎn)換的方式多種多樣：1.2.1國外光伏發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀與前景目前，全球各國尤其是發(fā)達(dá)國家把光伏發(fā)電技術(shù)放在尤為重要的地位，著重制定了規(guī)劃，擴(kuò)大投入、全力貫徹發(fā)展。1980年后，即便處于全球經(jīng)濟(jì)衰退和低潮的時(shí)候，光伏發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)也始終保持著以百分之十到百分之十五的逐步增加發(fā)展速度。90年代末期，光伏發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展更加迅速，并成為世界增長速度最快的新型該科技產(chǎn)業(yè)之一。1997年全球光伏電池組件的生產(chǎn)總量達(dá)到了2×108W，比1996年提高了百分之三十五。各國始終在采取改進(jìn)工藝、不斷擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模、開拓新市場等方式來減少制造成本。近幾年，全球光伏電池的生產(chǎn)量以平均每年近百分之四十的速度增長，2004年全世界總產(chǎn)量便達(dá)到了1×109W。鑒于太陽能光伏發(fā)電有很多優(yōu)勢，其研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)和市場開拓已經(jīng)成為目前全球各國，尤其是世界發(fā)達(dá)國家競爭的主要熱點(diǎn)。21世紀(jì)以來，一部分發(fā)達(dá)國家相繼制定了發(fā)展涉及太陽能電池的能夠反復(fù)使用的能源方案。光伏電池的研制首先在歐洲、美洲和亞洲以大規(guī)模的形式展開。美國和日本為奪取世界光伏發(fā)電市場的首要地位，紛紛制定實(shí)施了太陽能技術(shù)的研發(fā)計(jì)劃，比如，到2010年，美國計(jì)劃將會總安裝4.6×109W(其中包括了百萬屋頂計(jì)劃)；日本計(jì)劃將會總安裝5×109瓦(日本新陽光計(jì)劃)、德國計(jì)劃累計(jì)安裝2.7GW，歐盟計(jì)劃累計(jì)安裝3GW，澳大利亞計(jì)劃累計(jì)安裝0.75GW，中國、印度等發(fā)展中國家計(jì)劃安裝1.5~2GW[]。據(jù)預(yù)測，到2020年光伏發(fā)電在全球電力產(chǎn)業(yè)中的所占比例將達(dá)到0.01，2050年約占1/4。由此可以斷言，光伏發(fā)電具有廣闊的市場和很好的發(fā)展前景。1.2.2我國太陽能光伏發(fā)電的現(xiàn)狀與前景我國從1958年才開始研究太陽能電池，1972年第一次成功地在地面應(yīng)用了光伏電池，1979年開始制造以單晶硅為材料的太陽能電池。我國的太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了兩次跳躍，首次是在20世紀(jì)80年代后期，我國正處于改革開放蓬勃發(fā)展時(shí)期，國內(nèi)相繼引入了多條光伏電池生產(chǎn)線，我國的光伏電池生產(chǎn)能力由起初的3個(gè)小工廠生產(chǎn)的幾百KW提高到6個(gè)工廠生產(chǎn)的4.5×106W，中央政府、地方政府、國家工業(yè)部委和國家大型企業(yè)在引進(jìn)的太陽電池生產(chǎn)設(shè)備以及生產(chǎn)線的投資中占了主導(dǎo)地位。第二次跳躍是在2000年以后，主要是受到世界大環(huán)境的影響、涉外項(xiàng)目/市政項(xiàng)目的啟動和市場的帶動；如：2002年由我國法改委承擔(dān)實(shí)施的“光明工程”的輸電到鄉(xiāng)和隨后的送電到農(nóng)村工程都采用了太陽能光伏發(fā)電技術(shù)。2006年以前，我國還存在約三萬個(gè)村莊，七百萬多戶，三千萬村民還不能用上電，百分之六十的使用電能的縣還存在嚴(yán)重缺電的問題，由此可見，國內(nèi)太陽能光伏發(fā)電市場潛力巨大。2006年國內(nèi)光伏電池制造能力跨過了3×108W大關(guān)。預(yù)計(jì)在2002后的十幾年中，太陽能光伏電池的市場會產(chǎn)生巨大的變革，2010年前中國太陽電池基本上是應(yīng)用于獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)。預(yù)計(jì)，后十年（即到2020年），中國光伏發(fā)電市場主流將會轉(zhuǎn)變?yōu)椴⒕W(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。

第二章MPPT控制部分與DC/DC變換光伏陣列輸出是非線性的，而且它的輸出在不同的光照強(qiáng)度下、環(huán)境溫度下和負(fù)載情況變化時(shí)變化。根據(jù)太陽電池的工作原理，處于不同光照強(qiáng)度，溫度等環(huán)境條件下，光伏電池的輸出便隨著改變，輸出功率包括最大功率點(diǎn)也隨著相應(yīng)改變。在實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)中，太陽光的輻射強(qiáng)度和大氣的透光率都是動態(tài)變化的，這就給建設(shè)太陽能發(fā)電系統(tǒng)帶來了困難。在環(huán)境溫度以及太陽光輻射強(qiáng)度不變的情況下，光伏電池的工作電壓是變化的，然而只有輸出電壓是一個(gè)恰當(dāng)?shù)闹禃r(shí)，光伏電池才可以輸出最大功率，這時(shí)太陽能光伏電池的工作點(diǎn)即是最大功率點(diǎn)(MaximumPowerPoint)。最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)即指實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)光伏電池的輸出功率，讓它一直在最大功率點(diǎn)附近工作的過程?？紤]到光伏電池的特殊性，如何準(zhǔn)確地設(shè)置它的工作電壓、電流來找到最大功率點(diǎn)是非常重要的。目前，通常采用DC/DC變換實(shí)現(xiàn)，DC/DC變換的形式主要有升壓式（Boost）、降壓式（BUCK）、升降壓式(BUCK-Boost)、庫克式（CUK）四種。最大功率點(diǎn)跟蹤的算法是光伏發(fā)電系統(tǒng)的另一個(gè)關(guān)鍵問題，在當(dāng)前提出的眾多的控制方法里，主要包括擾動觀察法、恒壓跟蹤法、電導(dǎo)增量法、模糊邏輯控制法等。2.1最大功率點(diǎn)跟蹤原理光伏電池的等效簡化的線性電路如圖2-1所示，R0上的功率可表示為：圖2-1光伏電池簡化電路圖由于U、均是常數(shù),因此對上式兩邊求導(dǎo)，便可以得到：只有當(dāng)式（2-2）中的=時(shí)，才會取得最大值。因此，針對光伏電池等效簡化的線性電路，當(dāng)負(fù)載電阻和電源內(nèi)阻相等時(shí)，負(fù)載便可以獲得最大功率。盡管DC/DC變換電路以及光伏電池都是非線性的，然而在短時(shí)間里，可以把它們看作是線性的。由光伏電池的簡化電路可知：當(dāng)=時(shí)，和兩端的電壓均是電壓U的一半，此時(shí)取得最大值。由上所述可知，采取調(diào)節(jié)DC/DC變換電路的等效電阻，便可以一直使光伏電池的內(nèi)阻和轉(zhuǎn)化電路的等效電阻保持一致，從而實(shí)現(xiàn)光伏電池的最大功率點(diǎn)跟蹤，也就是光伏電池的MPPT。與此類推，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以采取調(diào)節(jié)負(fù)載兩端的電阻值，來使負(fù)載獲得最大功率。圖2-2最大功率跟蹤示意圖光伏電池最大功率點(diǎn)跟蹤的示意圖如上圖2-2所示。圖中直線表示負(fù)載電阻；虛曲線表示等功率線；表示光伏電池的短路電流；表示光伏電池的斷路電壓；表示光伏電池的最大功率點(diǎn)。由圖可知，光伏電池最大功率跟蹤原理為：光伏電池工作于M點(diǎn)時(shí)，光伏電池的輸出功率要比在最大功率點(diǎn)處小很多。采取改變輸出電壓的方法，把負(fù)載電壓調(diào)節(jié)到U01處，讓負(fù)載的功率從M點(diǎn)向N點(diǎn)移動。因?yàn)镹點(diǎn)與光伏電池的最大功率點(diǎn)處于同一點(diǎn)上，所以此時(shí)光伏電池獲得最大功率。2.2最大功率點(diǎn)跟蹤的算法最大功率點(diǎn)跟蹤的關(guān)鍵問題是研究跟蹤的算法，目前應(yīng)用較廣泛的幾種為：恒①壓跟蹤法、②擾動觀察法、③電導(dǎo)增量法等。2.2.1恒壓跟蹤法處于不同光照強(qiáng)度下的光伏電池功率-電壓特性曲線如圖2-3。由圖可知，同一溫度條件下，不同的光照強(qiáng)度，光伏電池的最大功率點(diǎn)差不多分布在某一固定垂線的兩側(cè)附近。于是我們可以認(rèn)為，恒壓跟蹤法就是把某個(gè)特定輸出電壓的垂直線近似看成最大功率線，讓光伏電池輸出一個(gè)特定的電壓，便可以找到最大功率點(diǎn)。顯然，此方法是一種近似的最大功率點(diǎn)跟蹤算法。圖2-3不同光照強(qiáng)度下光伏電池功率-電壓特性曲線此方法具有容易實(shí)現(xiàn)、控制方便、可靠性以及穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)；但是該方法沒有考慮溫度對太陽能電池?cái)嗦冯妷旱挠绊懀虼丝刂凭炔?。譬如每?dāng)安裝地點(diǎn)的溫度增加1℃，不為負(fù)載供電時(shí)，硅太陽能電池的輸出電壓會減至原來的99.55%-99.7%?，F(xiàn)在已研究出部分改善的恒壓跟蹤算法，可以通過改變電位器的值輸出不同電壓值，通過溫度查表改變電壓等等。伴著數(shù)字信號處理技術(shù)在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用，恒壓跟蹤法將會逐步被取代。2.2.2擾動觀察法擾動觀察法原理圖如圖2-4，首先獲取當(dāng)前陣列輸出功率P1，當(dāng)在原輸出電壓的基礎(chǔ)上增加或減少很小電壓分量△u時(shí)，輸出功率可能發(fā)生改變，測量電壓改變后的輸出功率P2，然后計(jì)算出P2－P1，得出功率差△P。當(dāng)△P>0時(shí)，光伏電池位于上升側(cè)，即最大功率點(diǎn)左側(cè)，需再升高電壓值，使功率自左向最大功率點(diǎn)持續(xù)逼近，維持原方向繼續(xù)擾動；當(dāng)△P<0時(shí)，光伏電池位于下降段，即最大功率點(diǎn)尺的右側(cè)，即改變擾動方向，降低工作電壓值，自右向最大功率點(diǎn)靠近；若△P=0，電池位于最大工作點(diǎn)（或附近），此時(shí)不需要改變輸出電壓。這種方法的優(yōu)勢在于原理簡單，容易實(shí)現(xiàn)；不足之處是當(dāng)光照強(qiáng)度改變很快時(shí)，容易造成誤判，導(dǎo)致工作點(diǎn)更加遠(yuǎn)離最大功率點(diǎn)，控制無效。圖2-4擾動觀察法原理圖2.2.3電導(dǎo)增量法電導(dǎo)增量法又被稱為導(dǎo)納增量法，是通過最大功率點(diǎn)的電壓來調(diào)節(jié)光伏電池輸出電壓的方法。根據(jù)光伏電池的功率-電壓特性曲線可知在最大功率點(diǎn)處存在：又通過公式得：從而可得：一旦上式存在，光伏電池的輸出就會處于最大功率點(diǎn)。因此，根據(jù)確定電壓與電流的關(guān)系，便可確定當(dāng)前狀態(tài)能否達(dá)到最大功率點(diǎn)，即：(1)若，位于最大功率點(diǎn)處，不要改變參考電壓；(2)若，位于最大功率點(diǎn)的左側(cè)，須要升高參考電壓；(3)若，位于最大功率點(diǎn)的右側(cè)，須要降低參考電壓。2.3DC/DC變換器DC/DC變換器，又稱直流斬波器，它的工作方式是根據(jù)改變占空比來控制輸出DC電壓的均值。該電壓的均值由可調(diào)寬度的脈沖構(gòu)成，脈沖的平均值就是DC輸出電壓。在配置合適的LC濾波器把方波脈沖轉(zhuǎn)換成無紋波DC輸出，裝置中的二極管為續(xù)流二極管。根據(jù)功率開關(guān)器件的電流（電壓）的波形的形式，可以把DC/DC變換劃分為正弦型、方波型。正弦型是因?yàn)樵诜€(wěn)態(tài)運(yùn)行中，這種開關(guān)變換器功率開關(guān)器件中的電流（電壓）波形本質(zhì)上是正弦波。方波型是因?yàn)樵诜€(wěn)態(tài)運(yùn)行中，這種變換器中的開關(guān)器件的電流（電壓）波形本質(zhì)上是方波；DC-DC變換器的按其結(jié)構(gòu)分類為：2.3.1降壓式變換器圖2-6降壓式電路圖2.3.1為降壓式變換器的電路模型。當(dāng)IGBT開關(guān)元件V導(dǎo)通時(shí)，二極管VD工作于截止?fàn)顟B(tài)，電源E為負(fù)載供電，與此同時(shí)電感L不斷的儲存能量，這時(shí)u0=E，電感電流i0按照指數(shù)曲線升高；當(dāng)V截止時(shí)，流過電感的電流i0經(jīng)VD續(xù)流，u0約等于0，i0按指數(shù)曲線降低，為使i0連續(xù)且脈動變小，習(xí)慣方法是增大L值。當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，負(fù)載兩端的電壓的均值可表示成：()α表示導(dǎo)通占空比，簡稱導(dǎo)通比或者占空比u0最大為E，α變小，u0跟著變小，叫做降壓斬波電路，又稱BuckConverter。其在PWM中是最基本、使用最方便的一種變換結(jié)構(gòu)。它的優(yōu)勢為電路結(jié)構(gòu)簡單，動態(tài)性能好。不足之處在于：①輸入電流的脈動將造成對輸入電源的電磁干擾，因此在實(shí)際應(yīng)用時(shí)常在電源與變換器之間配置一個(gè)輸入濾波電容；②穩(wěn)態(tài)電壓比一直比1小，因此只能降低電壓；③開關(guān)器件發(fā)射極沒有接地，增加了驅(qū)動電路復(fù)雜程度。2.3.2升壓式變換器升壓式變換器電路原理圖如圖3.8所示，當(dāng)IGBT開關(guān)元件V接通時(shí)，電源E作為能量源向電感L儲存能量，電感L電流i1增加，二極管VD關(guān)斷，電容C為負(fù)載R供電，這時(shí)u0=E。當(dāng)V關(guān)斷時(shí)，電感電流i1減小，放出能量，因?yàn)殡姼须娏鞑豢梢酝蛔?，便會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電動勢左邊是負(fù)極右邊為正極，二極管被迫導(dǎo)通，并和電源一起通過二極管為負(fù)載供電，與此同時(shí)對電容C充電，這時(shí)存在u1=E－u0，根據(jù)能量守恒得：整理得：()(2-5)因?yàn)?，輸出電壓大于電源電壓，因此該變換器又被稱作升壓斬波電路，其又被叫做Boost變換器。由于，因此改變它便能改變u0與導(dǎo)通占空比的關(guān)系：于是，式(2-5)可整理為：圖2-7升壓式電路V關(guān)斷V關(guān)斷VD導(dǎo)通V導(dǎo)通VD關(guān)斷ttiVT圖2-8電路連續(xù)導(dǎo)電模式下的穩(wěn)態(tài)波形升壓變換器在蓄電池電壓高并且光伏電池的輸出電壓低的場合應(yīng)用較廣。它的優(yōu)勢在于：①輸入的電流是連續(xù)的，對電源只有較小電磁干擾；②開關(guān)器件IGBT的發(fā)射極接地，簡化了驅(qū)動電路。其不足之處在于：①輸出端的二極管的電流不是連續(xù)的，是脈動的，增大了輸出紋波的幅度。②穩(wěn)態(tài)電壓比一直比1大，只可以升高電壓。2.3.3升降壓式變換器圖2-9升降壓式電路升降壓式變換電路電路圖如圖2.3.3所示，分析電路我們可以分析得到其基本原理為：當(dāng)開關(guān)元件V接通時(shí)，電源E可以為電感L供電，使之儲存能量，這個(gè)時(shí)候電路電流為i1，電感L兩端的電壓為；當(dāng)V關(guān)斷時(shí)，電源E不再為電路供電，但是此時(shí)電感L中儲存的能量向負(fù)載R釋放。若電容器C的值可以認(rèn)為很大，可以一個(gè)固定的電壓輸出。等到電路工作于穩(wěn)態(tài)后，則在0-T時(shí)間內(nèi)電感L兩端電壓uL對t的積分為0，即。當(dāng)IGBT元件V導(dǎo)通時(shí)，；而當(dāng)它關(guān)斷時(shí)，，可得：因此，輸出電壓可表示為：()Buck-Boost變換器兼?zhèn)淞薆UCK、Boost變換器的一些特點(diǎn)，不但可升高電壓還可以降低電壓，它的特點(diǎn)是：①電路結(jié)構(gòu)簡單；②電壓變比可以從0變化到∞，即不僅可以升高電壓還可以降低電壓。不足之處主要為：①輸入、輸出電流均有脈動，使得對輸入電源存在電磁干擾，并且輸出紋波較大。因此，工程上經(jīng)常配置輸入、輸出濾波網(wǎng)絡(luò)；②開關(guān)元件V的發(fā)射極沒有接地，增加了驅(qū)動電路的復(fù)雜程度。2.3.4庫克式變換器庫克變換器是由美國CaliforniaInstituteofTechnology的斯洛博丹庫克提出來的，該電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖2.3.4所示。庫克變換器電路去除了降壓式、升壓式和升降壓式變換器的缺點(diǎn)，同時(shí)又兼?zhèn)淞松鲜鰩追N變換器的優(yōu)點(diǎn)。其電路的優(yōu)點(diǎn)為：輸入、輸出均無脈動，基本上是平滑的，只是在DC成份基礎(chǔ)上增加一個(gè)較小的開關(guān)紋波；而且，電壓變比可在0至無窮大之間改變；變換器開關(guān)元件IGBT的發(fā)射極接地，驅(qū)動電路構(gòu)成簡易?？偠灾瑤炜俗儞Q器的最大特征就在于它使用最少的元器件達(dá)到了最佳的穩(wěn)態(tài)性能，因此，又被稱為最佳拓?fù)渥儞Q器[]。圖2-10庫克式電路

第三章主要設(shè)備的選擇3.1太陽能電池的設(shè)計(jì)太陽能電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)的出發(fā)點(diǎn)。由單個(gè)單晶片形成的太陽能電池為單體，由若干太陽能電池單體組合而成的結(jié)構(gòu)為太陽能模塊，而由若干太陽能模塊組合的大型裝置被命名成太陽能電池陣列。太陽能電池陣列皆有共同的輸出端，可直接為負(fù)荷供電。3.1.1太陽能電池原理太陽能電池是通過光電轉(zhuǎn)換原理把太陽輻射的光經(jīng)半導(dǎo)體器件轉(zhuǎn)換成電能的裝置，光-電轉(zhuǎn)換過程通常被稱為“光生伏打效應(yīng)”，因此它又被稱為“光伏電池”。太陽能電池的基本原理為：當(dāng)太陽光輻射在由兩種不同導(dǎo)電類型的同質(zhì)半導(dǎo)體材料構(gòu)成的P－N結(jié)上時(shí)，處于特定環(huán)境時(shí)，太陽能輻射的能量被半導(dǎo)體材料吸收，內(nèi)部產(chǎn)生靜電場。如果從內(nèi)部靜電場的兩端引出電極，然后帶動恰當(dāng)?shù)呢?fù)載，便會產(chǎn)生電壓、電流。單個(gè)太陽能電池即一個(gè)薄片半導(dǎo)體P-N結(jié)。標(biāo)準(zhǔn)光照環(huán)境下，其額定輸出電壓一般在為4.8×10-1V左右。若想獲得更高的輸出電壓和更大的容量，通常將若干太陽能電池連到一起。光伏電池在不同時(shí)間、不同區(qū)域、不同安裝條件下的輸出功率有所差異，即使是同一塊光伏電池，輸出功率也是隨機(jī)的。當(dāng)今，光伏電池的光-電轉(zhuǎn)換效率通常超過百分之十幾，在某些發(fā)達(dá)國家，其光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)能達(dá)到24.7%上下。3.1.2太陽能電池分類太陽能電池的生產(chǎn)方法各不相同，通常以按材料分類最為常見，如圖3-1所示圖3-1太陽能電池按材料分類示意圖從光伏電池的發(fā)展歷程看，原始的光伏電池是以硅二極管為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)光-電轉(zhuǎn)換的原理生產(chǎn)制造出來的。因此有史以來，光伏電池的制造都是采用二極管或是晶體管硅片進(jìn)行的。當(dāng)前，廣泛應(yīng)用的光伏電池仍以硅材料的光伏電池為主，主要包括單晶硅電池、多晶硅電池、非晶硅電池等。下面簡單介紹一下上述三種電池的特點(diǎn)：（1）單晶硅電池：與其他兩類相比，該類電池光電轉(zhuǎn)換效率最高，通常為20%左右。不僅如此，它的生產(chǎn)技術(shù)也最為先進(jìn)，然而由于生產(chǎn)單晶硅的成本消費(fèi)太高，生產(chǎn)工藝繁瑣，引起單晶硅生產(chǎn)成本價(jià)格始終很高，一直阻礙著單晶硅太陽能電池的發(fā)展，目前，正在逐步的被多晶硅薄膜光伏電池以及非晶硅薄膜光伏電池等替代?，F(xiàn)在，單晶硅光伏電池廣泛應(yīng)用于交通信號和道路照明指示等室外照明中，其光-電轉(zhuǎn)換效率一般在11%～24%，并且使用壽命長。（2）多晶硅電池：多晶硅薄膜光伏電池生產(chǎn)時(shí)所消耗的硅相比單晶硅要少很多，沒有效率衰退等問題，不僅如此，其制造在廉價(jià)襯底材料上以成為可能。相比單晶硅電池而言，多晶硅薄膜光伏電池的生產(chǎn)成本要小很多，光-電轉(zhuǎn)換效率近1/5，比非晶硅薄膜電池要高。據(jù)權(quán)威人士預(yù)測，多晶硅薄膜電池必將成為光伏電池的發(fā)展方向。多晶硅電池也必將廣泛地應(yīng)用于室外照明中。（3）非晶硅電池：非晶硅薄膜光伏電池制造方便，原材料及生產(chǎn)價(jià)格較低，適于擴(kuò)大規(guī)模生產(chǎn)，廣泛倍受人們的青睞并實(shí)現(xiàn)飛速發(fā)展，光-電轉(zhuǎn)換率通常會超過百分之十四點(diǎn)五，不足之處在于其穩(wěn)定性不是很好。如何實(shí)現(xiàn)提高轉(zhuǎn)換率以及改善穩(wěn)定性成為非晶硅薄膜光伏電池的重要課題?，F(xiàn)如今，非晶硅電池基本上廣泛應(yīng)用于低功率電力系統(tǒng)。綜合設(shè)計(jì)與太陽能電池的技術(shù)參數(shù)，本設(shè)計(jì)采用非晶硅電池。3.1.3太陽能電池的容量的計(jì)算太陽能電池功率一般要是負(fù)載功率的4倍以上，系統(tǒng)才能正常工作。為了滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理恰當(dāng)，太陽能電池必須以一定的串、并聯(lián)方式連接起來。所以如何確定其連接方式非常重要。（1）確定太陽能方陣串聯(lián)數(shù)的方法把太陽能電池組件以若干數(shù)目串接在一起，就能滿足所需工作電壓的要求。太陽能電池組件的串聯(lián)數(shù)必須適當(dāng)，太陽能電池方陣方才可以對蓄電池充電。要是串聯(lián)的太陽能電池過少，串聯(lián)電壓比蓄電池浮充電壓低，組件就無法給蓄電池充電。即使串聯(lián)組件的電壓輸出遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過浮充電壓，充電電流也無法再有顯著的升高。所以，僅當(dāng)光伏電池組件的串接電壓正好適合作浮充電壓，才可以使蓄電池處于最佳充電狀態(tài)[]。計(jì)算方法如下：參數(shù)介紹如下：UR代表方陣的最小輸出電壓；UDC代表方陣的最佳工作電壓；Uf代表儲能設(shè)備（蓄電池）浮充電壓；UD代表通過二極管的電壓降，通常選用7/10V；UC代表另外要素造成的電壓降。蓄電池參數(shù)的選擇會影響蓄電池的浮充電壓，其浮充電壓滿足在最低溫度下選擇的蓄電池單體的最大工作電壓與電池?cái)?shù)的乘積。（2）確定太陽能方陣并聯(lián)數(shù)大的方法在確定太陽能方陣并聯(lián)數(shù)以前，需要計(jì)算出若干相關(guān)量為準(zhǔn)備工作。①把太陽能電池組件安裝區(qū)域的每日總輻射量Ht，則標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)光強(qiáng)下的平均日輻射時(shí)數(shù)H可表示為（日輻射量參見表3-1-3）：2.778×10-4表示將日輻射量換算成標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)（1000W/m2）下的平均日輻射時(shí)數(shù)系數(shù)。表3-1我國部分地區(qū)的輻射參數(shù)表地區(qū)緯度Φ日輻射量Ht最佳傾角Φop斜面日輻射量修正系數(shù)Kop哈爾濱市45.68112703.1Φ＋3.115838.11.14001長春市43.90113572.1Φ＋1.117127.11.15481沈陽市41.77113793.1Φ＋1.116563.11.06711北京市39.80115261.1Φ＋4.118035.11.09761天津市39.10114356.1Φ＋5.116722.11.06921呼和浩特市40.78116574.1Φ＋3.120075.11.14681太原市37.78115061.1Φ＋5.117394.11.10051烏魯木齊市43.78114464.1Φ＋12.116594.11.00921西寧市36.75116777.1Φ＋1.119617.11.13601蘭州市36.05114966.1Φ＋8.115842.10.94891銀川市38.48116553.1Φ＋2.119615.11.15591西安市34.30112781.1Φ＋14.112952.10.92751上海市31.17112760.1Φ＋3.113691.10.99001南京市32.00113099.1Φ＋5.114207.11.02491合肥市31.85112525.1Φ＋9.113299.10.99881杭州市30.23111668.1Φ＋3.112372.10.93621南昌市28.67113094.1Φ＋2.113714.10.86401福州市26.08112001.1Φ＋4.112451.10.89781濟(jì)南市36.68114043.1Φ＋6.115994.11.06301鄭州市34.72113332.1Φ＋7.114558.11.04761武漢市30.63113201.1Φ＋7.113707.10.90361長沙市28.20111377.1Φ＋6.111589.10.80281廣州市23.13112110.1Φ－7.112702.10.88501?？谑?0.03113835.1Φ＋12.113510.10.87611南寧市22.82112515.1Φ＋5.112734.10.82311成都市30.67110392.1Φ＋2.110304.10.75531貴陽市26.58110327.1Φ＋8.110235.10.81351②太陽能電池方陣日發(fā)電量QP其中，IOC是太陽能電池方陣最佳工作電流；KOP代表斜面修正系數(shù)（參考表3-1）；CZ是修正系數(shù)，通常取用0.8[13].③最長連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)本設(shè)計(jì)的特殊之處就在于此，是因?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)將此段時(shí)間內(nèi)損耗的蓄電池量補(bǔ)充考慮進(jìn)來，蓄電池容量補(bǔ)充計(jì)算方法如下太陽能電池組件并在一起的選擇可按下式計(jì)算：根據(jù)太陽能電池方陣的串并聯(lián)數(shù)，便能夠計(jì)算出所選取的組件的功率[13]其中，P0代表光伏電池方陣的額定功率。以天津?yàn)槔?，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)太陽能電池功率計(jì)算過程如下：串聯(lián)數(shù)并聯(lián)數(shù)根據(jù)計(jì)算結(jié)果該地區(qū)太陽能電池方陣功率為570W。3.2蓄電池的選擇蓄電池作為光伏發(fā)電系統(tǒng)的儲能設(shè)備，光伏電池將轉(zhuǎn)換成的電能先通過化學(xué)能的形式儲存在其中，當(dāng)帶負(fù)載為其供電時(shí)，它會把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能為負(fù)載供電。蓄電池的最大優(yōu)勢是能夠重復(fù)利用，既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用，不僅如此，蓄電池還具有輸出電壓穩(wěn)定、可靠性很高、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，在各個(gè)部門、場所得到了廣泛應(yīng)用。蓄電池的特征直接影響太陽能發(fā)電系統(tǒng)的工作效率、可靠性和成本。只有裝備蓄電池的太陽能光伏發(fā)電照明系統(tǒng)才能正常工作，主要原因?yàn)椋海?）太陽能電池轉(zhuǎn)換的電能無法直接滿足夜晚的照明要求，而且還要應(yīng)對當(dāng)?shù)剡B續(xù)幾個(gè)陰天等特殊條件下的照明需要。因此，必須將太陽能電池轉(zhuǎn)換的電能儲存起來才能在夜晚為負(fù)載供電。（2）由于太陽能電池組件輸出功率是隨機(jī)的，為了給燈具等負(fù)荷正常供電，必須配備蓄電池。和太陽能電池方陣組合的蓄電池一般工作在浮充下，蓄電池的端電壓隨著光伏組件的光電轉(zhuǎn)換效率以及負(fù)載用電量的變化而變化。因此要求蓄電池儲存的電能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于用電負(fù)載所需的電能。不同環(huán)境下的蓄電池提供的電能各不相同。為了匹配太陽電池，一般對蓄電池有特殊要求，如其工作壽命長、維護(hù)要簡單等等。此外，太陽能蓄電池應(yīng)該適用于不同的環(huán)境要求，如高溫，高海拔，低溫等不同環(huán)境下都能正常使用。3.2.1蓄電池的選用可以與光伏電池組件匹配使用的蓄電池有很多種類，但現(xiàn)在尤其以有鉛酸免維護(hù)蓄電池、普通鉛酸蓄電池、和堿性鎳蓄電池三種應(yīng)用最為廣泛。由于鉛酸免維護(hù)蓄電池可以不用維護(hù)并且基本上不會對環(huán)境造成污染的特點(diǎn)，越來越多的性能可靠的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，尤其是無人管理的工作站采用它。也正因?yàn)槿绱?，目前其在國?nèi)得到廣泛使用。然而由于普通鉛酸蓄電池需要很好的管理，而且容易對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，因此，其在要求維護(hù)能力低和一般環(huán)境下才會得到使用。雖然堿性鎳蓄電池具有良好的低溫、過沖、過放特性，但因?yàn)槠溥^高的價(jià)格，僅在一些特殊環(huán)境下使用。綜合以上各蓄電池的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍，本設(shè)計(jì)選用鉛酸免維護(hù)蓄電池作為系統(tǒng)的儲能元件。3.2.2蓄電池組容量的計(jì)算是否能連續(xù)供電，蓄電池的儲能作用極為關(guān)鍵。在不同的時(shí)間內(nèi)，光伏方陣發(fā)電量有很大差別，方陣的發(fā)電量不能滿足用電需要的時(shí)候，蓄電池釋放電能以便及時(shí)補(bǔ)足；在用電量的時(shí)候不足時(shí)，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(fā)電量不足和過剩值。同樣，特殊環(huán)境下（如連續(xù)的陰雨天間的負(fù)載用電量）也需要用蓄電池供電。因此，確定蓄電池容量時(shí)還要考慮到此時(shí)的蓄電池耗電量。故可以確定蓄電池的計(jì)算容量為式中：K代表安全系數(shù)，一般取值為1.10~1.40；QL表示負(fù)載每天的平均耗電量，也就是工作電流與每天工作小時(shí)數(shù)的乘積；NL代表最長連續(xù)陰雨天數(shù)；To表示溫度修正系數(shù)，通常情況下0oC以上時(shí)取1.0，-10oC以上時(shí)取1.10，-10oC以下時(shí)用1.20，Cc代表蓄電池的放電深度，通常鉛酸蓄電池取7.5×10-1，而堿性鎳鎘蓄電池一般取值為8.5×10-1.本設(shè)計(jì)中蓄電池確定計(jì)算過程如下：根據(jù)計(jì)算結(jié)果該地區(qū)蓄電池容量為1200Ah。3.3燈具的選擇一般的，燈具的實(shí)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3-3LED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(shí)際效率普通日光燈80.165.1%50.1%60.1%16.1LED燈具90.190.1%90.1%85.1%55.1可見，LED燈具的實(shí)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(xiàn)有的36W的T8電感式鎮(zhèn)流器的普通日光燈管。故本設(shè)計(jì)采用15W的LED燈具作為照明燈具。 第四章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)吉林大學(xué)遠(yuǎn)程教育2013屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）第四章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框圖圖4-1系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框圖4.2控制模塊的電路設(shè)計(jì)4.2.1電源電路的設(shè)計(jì)由于單片機(jī)AT89S51、AD轉(zhuǎn)換器ADC0809需要+5電壓供電，本設(shè)計(jì)電源電路采用LM7805集成穩(wěn)壓器作為穩(wěn)壓器件，220V電源整流濾波后送入LM7805穩(wěn)壓，在輸出端接一個(gè)470μF和0.33μF電容作進(jìn)一步濾除紋波，便可以獲得5V電壓，而且電路結(jié)構(gòu)簡單。電源電路原理圖如圖4.2.1所示。圖4-2電源電路第4章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.2.2單片機(jī)最小系統(tǒng)及外圍電路設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)一般由單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路以及外圍電路構(gòu)成。時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)：單片機(jī)為一種時(shí)序電路，只有在配置時(shí)鐘信號后，方可以正常起到控制作用。單片機(jī)的18腳（X2）、19腳（X1）分別代表單片機(jī)內(nèi)反向放大器兩個(gè)端口即輸出端和輸入端，如果要組成單片機(jī)所需的時(shí)鐘電路，必須在單片機(jī)18腳（X2）和19腳（X1）之間連接一個(gè)特定值的晶振，然后附帶2個(gè)30PF的瓷片電容。尤其要注意的是，使用外部時(shí)鐘時(shí)，19腳（X1）與大地相連，18腳（XTAL2）引到外部時(shí)鐘信號上。復(fù)位電路的設(shè)計(jì)：在單片機(jī)啟動或者正在工作時(shí)會由于干擾而使程序控制失控，或工作中程序在某個(gè)死循環(huán)時(shí)均要采取復(fù)位。51系列的單片機(jī)若需要復(fù)位，必須由外部電路完成，單片機(jī)的9管腳Reset為復(fù)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(shí)間是2個(gè)機(jī)器周期，其就可以正常復(fù)位。圖4-3單片機(jī)最小系統(tǒng)及外圍電路4.2.3DC-DC控制電路設(shè)計(jì)(充電電路)本設(shè)計(jì)DC-DC變換器選用開關(guān)電源中的BUCK電路，它主要完成兩方面的功能，一方面要實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤，一方面又要實(shí)現(xiàn)充電控制。電路設(shè)計(jì)主要是功率開關(guān)管u和輸出濾波電感L的選擇。BUCK電路如圖4-4所示。圖4-4BUCK電路①功率開關(guān)管的選擇目前，對于功率不是很大的DC-DC變換器在選擇開關(guān)管時(shí)，通常首選的是MOSFET管與IGBT模塊；而大功率變換器在選擇開關(guān)管時(shí)，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DC-DC變換器，首選的還是MOSFET。故本系統(tǒng)選用MOSFET作為開關(guān)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(guān)重要的。一般的時(shí)候，在選取MOSFET的額定值時(shí)，都會比實(shí)際值稍大一些，以便保證系統(tǒng)的可靠性。本設(shè)計(jì)的輸入電壓在56-90V之間，所以可選擇額定電壓在2.1×90=182V以上的MOSFET。通常情況下，BUCK變換器的效率根據(jù)取值為η=80%，則計(jì)算流過電感的電流若此時(shí)電感上的紋波電流設(shè)定在則功率開關(guān)管所要承受的電流峰值計(jì)算如下因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用IRF840：額定電壓500V，額定電流8A，通態(tài)電阻0.850Ω.②輸出濾波電路的設(shè)計(jì)在BUCK轉(zhuǎn)換電路中，如何選擇好一個(gè)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(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)較慢，同時(shí)增大電感體積，增加成本；若是取值過小，雖然系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)較快，但是流過電感的電流不連續(xù)，輸出電流的紋波很大。所以，必須選擇一個(gè)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?！鱅L一般是等于負(fù)載電流的0.05-0.1倍的紋波電流。考慮到BUCK轉(zhuǎn)換器的特征，若電感恰好在臨界工作，則需滿足如下關(guān)系圖4-5電感電流波形臨界電感就是此時(shí)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(guān)工作頻率；P0為變換器輸出功率；D為開關(guān)管占空比。由于本系統(tǒng)的功率是300W，為小功率范疇，經(jīng)過BUCK電路后輸出的功率變?yōu)檎伎毡葹橛谑强傻门R界電感值若要滿足連續(xù)工作的要求，條件為所以應(yīng)該讓該狀態(tài)下的電感值高于臨界狀態(tài)下的值，即。若還要同時(shí)滿足能正常在連續(xù)狀態(tài)下工作，一般取，于是便可選取電感值為.4.2.4驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)就是我們常說的MOSFET是NMOS和PMOS。該系統(tǒng)使用了N溝道的MOS管。該器件需要驅(qū)動電路才能正常作用，本設(shè)計(jì)采用HCNW-3120芯片實(shí)現(xiàn)驅(qū)動功能。由單片機(jī)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4-6MOSFET驅(qū)動電路4.2.5切換電路設(shè)計(jì)由于太陽能電池只能在白天進(jìn)行發(fā)電，無法滿足在夜間為負(fù)載（LED燈具）供電，或是不能夠在一些惡劣環(huán)境條件下作為供電源頭。為了確保供電的連續(xù)性，因此就需要設(shè)計(jì)備用電路，通過單片機(jī)的控制，控制切換電路自動實(shí)現(xiàn)供電電源的轉(zhuǎn)換。本設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換電路原理圖如圖4-7圖4-7切換電路4.2.6采樣電路設(shè)計(jì)由于AD轉(zhuǎn)換器測量最大設(shè)定范圍為5V，因此要把蓄電池電壓成比例的縮小在5V內(nèi)，才能利用AD轉(zhuǎn)換功能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后再接入單片機(jī)，該系統(tǒng)電壓采樣電路由50K、10K的精密電阻構(gòu)成，電路圖如圖4-8所示。圖4-8采樣電路4.2.7A/D轉(zhuǎn)換電路AT89S51單片機(jī)不能直接接收模擬信號，內(nèi)部也沒有AD轉(zhuǎn)換模塊，因此，采集獲取的電壓需要通過A/D轉(zhuǎn)換方可送入單片機(jī)。本系統(tǒng)設(shè)