1、南京師范大學電氣與自動化工程學院電子設計報告（2017年5月）題目光伏電池能量收集、轉換器的設計與制作（C題）姓名:趙普王安鵬顧亞楠組號：第4組指導教師：陳余壽趙芙生高翔目錄摘要一、系統(tǒng)方案分析比較1.1 系統(tǒng)方案1.2 升壓模塊的論證與選擇1.3 數(shù)字模塊的論證與比較2二、核心部件電路設計32.1 電路設計32.2 關鍵元件參數(shù)計算3三、系統(tǒng)軟件設計分析43.1軟件分析43.2關鍵模塊程序清單4四、競賽工作環(huán)境條件54.4測試方案54.2測試條件與儀器6五、作品成效總結分析75.1 基本要求75.2 發(fā)揮部分7六、參考資料8附錄8-2-摘要新能源是二十一世紀世界經濟發(fā)展中最具決定力的五大技術

2、領域之一。而太陽能是一種清潔、高效和永不衰竭的新能源，“取之不竭、用之不盡:在各國政府都將太陽能資源利用作為國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內容。而光伏發(fā)電具有安全可靠、無噪聲、無污染、制約少、故障率低、維護簡便等優(yōu)點，在本設計中，我們主要目的在于利用光能產生穩(wěn)定電能，主要研究光伏電池的穩(wěn)定輸出和DC-DC模塊的轉換。本系統(tǒng)DC-DC模塊主要利用開關電源芯片MC34063作為升壓核心，使用超低功耗單片機stcl2c5a60s2對電壓、電流、電壓調整率和負載調整率進行測量和顯示。整個系統(tǒng)較為穩(wěn)定，測量和顯示較為準確。關鍵詞：新能源光伏電池DC-DC單片機AbstractNewenergyisthetwe

3、nty-firstcentiuyworldeconomicdevelopmentinthemostdecisiveoneofthefivemajorteclmicalareas.Andsolarenergyisaclean,efficientandneverfailnewenergy,“inexhaustible,withtheendless."Inallgovenunents,solarenergyuseisanimportantpartofthenationalsustainabledevelopmentstrategy.Andthephotovoltaicpowergenera

4、tionissafeandreliable,nonoise,nopollution,lesscontiol,lowfaihuerate,easymaintenanceandsoon.hitliisdesign,ourmainpuiposeistouseliglitenergytogeneratestableenergy,mainlytostudythestableoutputofphotovoltaiccellsandDC-DCmoduleconveision.TlieDC-DCmoduleofthesystemmainlyusestheswitcliingpowersupplycliipMC

5、34063astlieboostingcore,anduses-3-tlieultra-lowpowersinglechipstcl2c5a60s2tomeasureanddisplaytlievoltage,current,voltageregulationandloadregulation.Thewholesystemismorestable,measuiementanddisplaymoreaccurate.Keywords:newenergyphotovoltaiccellDC-DCmicrocontrollers-4-一、系統(tǒng)方案分析比較1.1 系統(tǒng)方案系統(tǒng)包含電能采集模塊、DC-D

6、C升壓模塊、測量與顯示模塊等三個主要部分。其中DC-DC變換電路是核心部分，單片機通過采集電壓信號對電壓調整率、負載調整率進行計算和顯示。主核心電路我們采用開關電源控制芯片MC34063,前加自舉電路保證2.2V條件下電路也能正常工作，后在負載兩端加端口送給單片機計算和顯示。系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。顯示圖1系統(tǒng)整體框圖1.2 升壓模塊的分析與比較方案1：采用boost電路作DC-DC升壓模塊。用IR2111組成驅動電路驅動boost開關芯片，利用單片機PWM輸出可調占空比的方波控制實現(xiàn)升壓功能。此方案設計簡單，易于實現(xiàn)，效率很高，但是首先需要驅動電路，并且需要單片機實現(xiàn)對其的升壓控制。方案2：

7、宜接采用開關電源控制芯片MC34063實現(xiàn)DC-DC升壓。此方案外圍電路設計稽稍復雜，但是無需單片機控制并且無需驅動控制。綜合考慮，鑒于本題的要求：在升壓模塊必須與單片機斷開連接，我們最終-1-確定選擇方案2。1.3 數(shù)字模塊的分析與比較方案1：用STC12c5A60s2作檢測和顯示控制芯片。STC12c5A60s2/AD系列單片機是宏晶科技生產的高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8-12倍。內部集成MAX810專用復位電路,2路PWM,8路高速10位A/D轉換(250K/S),針對強干擾場合。方案2：用MSP430G2553作檢測和顯示控制

8、芯片。德州儀器MSP430系列是超低功耗微控制器，內置16位定時器，16個I/O口，可在lus時間內完成從低功耗模式至運行模式的喚醒。綜合考慮，鑒于STC功率更低、運算速度更快、操作簡便，I/O口多，我們最終選用方案1作為檢測和控制芯片。二、核心部件電路設計2.1電路設計如圖2所示為本次DC-DC核心。本設計DC-DC升壓變換電路摒棄了一貫的BOOST套路，而是選用開關電源芯片MC34063進行升壓，MC34063是一塊單片DC/DC變換控制電路，內含直流到直流變換器所要求的主要功能。有帶有溫度補償?shù)幕鶞孰妷涸?、比較器、帶激勵電流限制的占空比可控振蕩器、驅動器和大電流輸出開關等。-2-3升壓電

9、路圖2. 2關鍵元件參數(shù)計算（1）5號管腳電阻的選擇:DC-DC模塊輸出電壓值取決于5號管腳R1和R2的比值L=125V*(1+Q,根據(jù)題意，要在輸入2.23.3范圍內穩(wěn)定輸出5V,故h：R2=1:3,取電阻標稱值%=Ik。,R2=3kQo（2）定時電容的選擇G=0.000004*Ton=0.000004*40000=1000pf（3）儲能電感的選擇mln=(Vimtn-Kes)*on/pk=(22T.25)J/200m4lOOuH三、系統(tǒng)軟件設計分析2.1 軟件分析該系統(tǒng)需要的軟件部分并不&雜，我們采用stcl2c5a60s2低功耗為核心,系統(tǒng)主要需要完成兩個任務，采集和顯示。流程圖

10、如圖3所示。-3-圖3軟件流程圖3. 2關鍵模塊程序清單#include"timer.h"voidTimerilnit()/I毫秒22.1184MHzAUXR|=0x40;定時器時鐘1T模式TMOD&=OxOF;設置定時器模式TMOD|=0x10;診置定時器模式TL1=0x9A;諛置定時初值TH1=0xA9;諛置定時初值TF1=0;清除TF1標志TR1=1;定時器1開始計時ET1=1;EA=1;-4-四、競賽工作環(huán)境條件3.1 測試方案（1）硬件測試采用模塊化測試方法，逐步測試：首先用直流穩(wěn)壓源為DC-DC模塊供電，保證DC-DC正常工作；其次測試LED燈和太陽能電

11、池板模塊，保證太陽能電池板輸出3.3V-2.2V：（2）軟件測試將軟件寫入單片機后，搭建簡單測試電路，給AD輸入假定值進行測試，判斷DA輸出和顯示是否符合要求。（3）軟硬件聯(lián)調軟硬件都測試完成后，各模塊連接單片機進行級聯(lián)測試，在確定單片機能夠控制模塊運行后，加入太陽能模塊進行整體性能測試和指標優(yōu)化。4. 2測試條件與儀器數(shù)字萬用表LINI-TUT802,數(shù)字示波器SDS1102CFL.五、作品成效總結分析-5.1基本要求（1） I0=50Ma不變，輸出電壓額定值V0=5V,分別測Vl=3.3V和2.2V時對應的輸出電壓值，分別記為V01,取變化較大的值與V0=5V的差作分子，V0=5V做分母，

12、計算電壓調整率Su。測試結果如表5T所示。表5-1電壓調整率測試上限值額定值下限值電壓調整率SuVI/V3.33.02.20.6%-5-VO/VVO1=55VO2=4.97(2)VI=3V不變，分別測I0=5mA和IO=50mA時對應的輸出電壓值,分別記為V01和V02,取變化較大的值與V0=5V的差作分子，計算負載調整率SI。測量結果如表5-2所示。表5-2負載調整率測試下限值上限值負載調整率SI10/mA5502.6%VO/VV01=5.13V02=5(3)V1=3V,V0=5V,10=50mA時的輸出噪聲紋波電壓峰峰值Vopp,測量結果如表5-3所示。表5-3紋波測試20mVVopp(m

13、V)5. 2發(fā)揮部分閉合SI,S2,S3,接入單片機，重測上述參數(shù)(1) 10=50mA不變,輸出電壓額定值V0=5V,分別測Vl=3.3V和2.2V時對應的輸出電壓值，分別記為V01,取變化較大的值與V0=5V的差作分子，V0二5V做分母，計算電壓調整率Su,單片機顯示。測試結果如表5-4所示。表5-4電壓調整率測試上限值額定值下限值電壓調整率SuVI/V3.33.02.22%VO/VV01=5.025V02=4.9(2)V1=3V不變,分別測I0=5mA和I0=50mA時對應的輸出電壓值,分別記為V01和V02,取變化較大的值與V0=5V的差作分子，計算負載調整率SI,單片機顯示。測量結果如表5-5所示。表5-5負載調整率測試-6-下限值上限值負載調整率SIIO/mA5503%VO/VV01=5.15V02=5(3)V1=3V