赵祖玉 盖天成
山东协和学院 山东济南250000
摘 要：本文对以风光互补发电的家居供电系统控制器的设计，便利用了太阳能和风能，这套控制系统以单片机STC89C52为主，外设器件为辅，将上述两种能源转换成电能，为家居用电提供电能。本设计包含的器件主要太阳能电池组，风力发电机，太阳能专用蓄电池，风光互补控制器等，能够对家居供电系统起到保护和调节的作用。
关键词：风光互补 家居供电系统 单片机 STC89C52
1.研究背景
人类的生存与能量是密不可分。能源是人类文明进步的最基本动力。自21世纪初以来，人数急剧上升。随着人们对现代化的呼声越来越高，能源的数量和质量受到越来越多的关注。然而诸如煤、石油和天然气的现有化石资源变得越来越稀缺，并且难以满足当前的人类需求，这才催生了太阳能，潮汐能，风能等环保新能源的应用，并且正逐渐受到人们的关注和发展。
2．课题研究内容
本文基于当前背景下人们对于清洁能源的要求，设计了一种基于单片机的风光互补控制器，充分利用风能和光能两种清洁能源发电用来满足家庭生活用电的需求，并且具有对家居供电系统起到保护和调节作用的功能。系统主要包含硬件设计以及软件设计两部分内容，以下将进行具体介绍。
3．系统设计原理和流程
3.1系统设计原理
控制器是家居风光互补发电系统的关键部分，它承担了系统软件输出功率转换的任务，并考虑了各种发电系统的技术标准。电池充电操作过程完成。当电流达到最小预设值时，将执行完全充电和放电，以填补可充电电池对锂电池寿命的损害。当风速互补发电系统软件中没有输出功率输出时，电池将被充电和放电。当蓄电池在过放电的情况下下充电时，将断开负载并断开供电；当蓄电池的工作电压高于启动电压时，蓄电池将再次充电。
3.2系统控制流程
根据中风力发电机，太阳能阵列电池和蓄电池的特性，基于单片机的家居供电系统风光互补控制器的控制流程如见图3-2。
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图3-2 风光互补控制器控制流程
4．硬件电路的设计
4.1系统功能分析
本系列产品设计电路是根据ASTC89C52单片式风机保护电路+采用太阳能碳酸电池板保护电路+采用风机驱动发电降压保护能源电路+采用太阳能碳酸锂电池板的充电降压保护能源电路+直流升压能源电路+直流稳压电源线路+交流电源保护电路等技术要求进行设计。主要技术功能分别主要包括以下三点1、采用智能风机和新型太阳能动力电池板等作为主要动力电源驱动的碳酸锂电池可以进行快速充电,并且同时具有一个充电电路保护控制电路及一个稳压电源回路。2、锂电池电压提高了直流升压至24V时并停止直流充电,并向使用单片式手机及智能家居需要使用电子系统设备提供直流供电。3、供电控制系统具备手动和自动开关功能。
4.2模块电路的设计
4.2.1 STC89C52单片机核心系统电路设计
STC89C52单片上电机最小驱动控制电路系统功能描述:STC89C52单片上电机最小驱动控制电路系统的工作电路主要组成有电源复位控制电路、时钟信号控制器和驱动电源电路控制器。在我们拥有了这三个组成部分的控制电路之后,单片硅电机就可以能够正常工作运行。
4.2.2 二挡拨动开关检测电路设计
拨动手柄启动器的主要工作作用原理主要是通过同时拨动一个启动器的两个手柄,使启动电路相互之间接通或者相互断开,从而直接启动达到同时切换该启动电路的主要工作目的。
4.2.3 太阳能发电电路设计
太阳能电池板选用多晶太阳能电池板，工作时只需要有充足的阳光照射就可以正常运行，运行时发电即发即用，非存电产品。
太阳能发电板发电方法：将太阳能板置于室外无遮挡阳光的地方，根据季节变化，太阳能板与地面的角度在30-60度之间调整，正常是中午12点左右效果最佳，早晚可能达不到标称。
4.2.4 风能发电电路设计
本解决系统中分别通过选择24V微型高压风力驱动发电机等电源模块芯片作为驱动风力发电控制元件,风机在高速运行发电后经过后的L7805CV芯片的二次稳压后,将驱动风机高速运行发电后的额定工作电压长期保持在24V,然后,在经过后的TP4056模块对各种锂电池芯片进行了二次充放电,同时由于各种锂电池的额定实际工作电压控制范围大约为20V-36V,而本解决方案中所应用设计的各种微型单片机等电源控制电路均要求可以长期保持24V。所以我们需要利用一个升压设备控制系统模块把20的直流工作电压进行上调一直到24V,从而给该升压设能够提供直流供电。
4.2.5 TP4056锂电池充电模块电路设计
TP4056是一种全新的新型单节电式锂离子充电太阳能动力电池，它可以采用恒定的电池电流/一个恒定的电池电压方式进行线性化快速充电。它的底部分别带有散热片的尺寸SOP8/MSOP8封闭包装和更小的外部散热元件封装个数,这就直接使得了TP4056成为便携式手机应用程序中的一个理想散热选项。TP4056的其他功能包括电池温度检测、低压锁存器、自动再充电和显示充电结束状态。这个模块的周边电路简单，具有出色的保护性能和高充电精度。
4.2.6 USB-24V升压模块电路设计
本USB-24V升温降压转换模块被分别称为提升DC-DC模块升温降压转换模块(0.9V~24V)或提升24V600MA升压模块,本机在系统的硬件设计中只要选择好了DC-DC模块升温降压这个模块后就可以直接实现20V锂电池的直流升压至24V的升压转换。
4.2.7 控制器完整电路图设计
本文所设计基于单片机的家居用电风光互补控制器完整电路如图4-2所示
图4-2 风光互补控制器完整电路
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5. 系统软件设计
基于单片机的风光互补控制器完成了风能和光能到电能的转化，并且实现了对系统的智能控制以及对蓄电池的充放电保护，使蓄电池能够实现稳定输出，具有对家居供电系统起到保护和调节作用。
6．总结
本设计由STC89C52单片机电路+太阳能电池板电路+风机发电电路+锂电池充电保护电路+升压电路+稳压电路2档拨动开关电路+电源电路设计而成。能利用太阳能和风能同时发电，通过蓄电池蓄电并给家具用电系统供电，并满足了家居用电的安全性需求。
参考文献
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