基于51单片机的风光互补发电系统设计

基于51单片机的风光互补发电系统
它实质上是一个大面积的半导体PN结，用单晶硅制成，分为ZCR和ZDR两种类型。其中ZCR硅光电池以N型单晶硅制造，ZDR以P型单晶硅制造，其工作原理是光生伏特效应，即在热平衡条件下PN结能够弯曲，在热势垒区内电场的方向由N指向P。当有光照时，可以把自己的能量传给价带中的电子，使得电子获得足够的能量，从价带中跳到导带，即从束缚状态变为自由状态，与此同时，在价带中产生空穴，在结的势垒区内产生光生电子、空穴时，它们会被结电场拉开：电子被推到N区，空穴被推到P区，由于电子和空穴在N区和P区积累，N区和P区两端就产生了电动势，即产生电流。
（3）铅酸蓄电池：
规格：90安时12伏
蓄电池的选择要求：重量轻、体积孝能量转换率高、自放电慢、充放电循次数多（即使用寿命长）等。其次，还有些特殊要求如低温时能大电流放电、维护简单或无需维护、自放电（析氢）特别慢等。

图1-3蓄电池型号

本系统选择6Q90型铅酸蓄电池两块串联，该电池用直流电源充电，因而风力发电机发出的交流三相电应该经过整流后供给电池。
为了避免蓄电池过充过放将蓄电池的电压控制在20～24～28V之间。
（4）微机控制系统
微机控制系统是整个设计的核心内容。它是整个系统安全运行的基本保证。另外本系统受应用环境的要求，本身就要求实现免维护。所以无论从硬件系统还是软件系统都要对系统有保护作用。例如在本系统硬件设计中有蓄电池电压控制，因为直流充电的蓄电池，要求电压控制在20～24～28V之间，才能安全使用，不至于被烧坏。所以电压控制用来保证其既不过充又不过放；继电器工作要求是：在接受到指令后，要按指令要求来动作。而且一旦出错就要有报警显示。为了实现继电器正常工作，系统设有继电器动作检测，并对故障状态设有报警显示；为了保证整个系统工作的正常，执行动作正确，系统对ADC0809的转换也设有转换结果正确与否的检测，并在ADC0809不正常工作时报警显示；由于8031芯片执行EPROM内程序时，为保证程序在故障死机后，能使8031正常复位，系统又设有“看门狗”电路等等。整个系统是一个严密完整的智能化系统，使用起来方便。
由系统框图可以看出，风力发电与太阳能光电池板发电，共同给蓄电池供电（为直流）。此时风力发电机、太阳能电池板和蓄电池又共同为直流负载供电（风力发电机发出的电经过三相整流后便为直流）。微型单片机系统对蓄电池两端电压进行检测：若蓄电池过充，则使继电器1C动作，接通泄载电路，不再为蓄电池供电；若检测结果是蓄电池过放，则使继电器2C动作，断开负载电路，不再为负载供电，而给蓄电池充电。为保护人为地误操作给系统带来不利，我们又增加了二极管D1、D2和D3，它们的作用如下：
D1的作用是三相整流的二极管组。因为蓄电池供电要求直流电压。而风力发电机所发的是三相交流电。为了把交流电能转换为直流电能，增设的三相整流二极管组。
D2的作用是防止泄载时蓄电池也在泄电流。
D3的作用是防止在光电板内产生倒向电流，使得光电板遭到破坏。
综上所述，系统的整体结构是非常合理的，因此也就决定了它有很多特点，比方说：
★独立供电
★安装方便
★无人值守
★维护量少
★搬迁方便
★一次性投资，免交电费
★无污染，属于环保能源
这些都使得它比同样的发电系统有了很大优势，同时智能化风光互补发电控制的使用范围也很广，例如：
★适应于偏远地区无法供电的场所。
★适用于无人职守用电设备的供电。
★适用于中小型供电场所（100W200W）。
★在有电池房的条件下，可以工作在零上40度、零下40度，湿度可达095瞬间承受风力达12级。
★在中小型供电时与普通拉线方式相比有着明显的优势。
★本系统为纯绿色能源系统。
太阳能电池组件与风力发电机有机地组配成一个系统，可充分发挥各自的特性和优势，最大限度的利用好大自然赐予的风能和太阳能。对于用电量大、用电要求高，而风能资源和太阳能资源又较丰富的地区，风光互补供电无疑是一种最佳选择。这些优点正是传统电力所无法满足的要求，所以说智能化风光互补发电控制系统是一种补充传统电力不足的理想发电系统。接下来的文章中，我们对系统的工作原理、硬件组成及各自工作情况、软件设计等方面作详细的介绍。

第二章8031单片机系统简介

单片机是一种高度集成的芯片，它的内容是一台完整的微型计算机。由于体积小，使得它在计算机外部设备，过程及工业控制设备等领域应用广泛。单片机是按工业标准设计的，所以它有很好的环境适应能力和抗干扰能力。有很好的可靠性。
目前世界上常用的单片机有8051、MC6805、和MPD7811系列。本设计主要采用8031单片机作为微机控制的核心。
2.1 8031单片机的组成
8031型号的单片机属于单片机MCS-51系列，为CMOS芯片。它的内部只有128字节的数据存储器（RAM），而无程序存储器（ROM）。
8031单片机是在一块芯片上集中了CPU、RAM，定时器/计数器和多功能的I/O线等计算机所需要的基本功能部件。他们都是通过片内单一总线连接而成。其基本结构依然是通用CPU加上外围芯片的结构模式，但在功能单元的控制上却有了很大的变化。采用了特殊功能寄存器（SFR）的集中控制方法。
8031单片机包含下列部件：
(1)一个微处理器（CPU）
(2)一个片内震荡器
(3)128字节RAM数据存储器
(4)两个16位定时器/计数器
(5)特殊寄存器
(6)32条可编程的I/O端口
(7)一个可编程的全双工的串行口
(8)具有五个中断两个优先级嵌套中断结构
8031是标准的40脚双列直插式集成电路芯片，有些引脚具有两种功能。下面介绍8031的引脚功能和P3口的第二功能。