完整版基于ARM的太阳能光伏控制器和逆变器的设计
基于ARM的光伏电站数据监测系统设计
独立光伏电站数据监测系统设计刘鑫，董文娟，马胜红（中国科学院电工研究所，北京100080）摘要：针对我国边远地区独立光伏电站①缺少有效监测设备的实际情况，本文介绍了一种基于嵌入式平台的数据监测系统设计方案。
系统采用模块化设计，包括信号采集、DSP信号处理和ARM处理平台三部分。
信号采集部分采用16通道同步采样，对计算精度有一定提高。
通过DSP和ARM的有效结合，系统能够独立完成光伏电站系统运行分析所需主要参数的采集、计算、显示和存储工作。
该方案对提高监测系统的便携性，降低成本和能耗，有一定的参考价值。
关键词：独立光伏电站；数据监测；嵌入式系统；DSP；ARM中图分类号：TM933 文献标识码：B 文章编号：1001-1390（2010）00-0000-00 Data Monitoring System of Stand-alone PV Power PlantLIU Xin, DONG Wen-juan, MA Sheng-hong(Institute of Electrical Engineering, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, China) Abstract：According to the real situation of lack of monitoring device for stand-alone PV power plant in rural areas of china, this paper introduce a data monitoring system which based on embedded platform. This system adopts modularization design which includes signal collecting, DSP signal processing and ARM processing platform. The accuracy of data counting is apparently improved because the data collecting unit adopts 16 channels synchronous sampling; system can collects, counts, displays and stores plant operation data for system analysis effectively, since combination of DSP and ARM. This solution is useful to design monitoring system which will be more portable, lower cost and energy consumption.Key words：stand-alone PV power plant, data monitoring, embedded system, DSP, ARM0 引言中国政府组织实施的“送电到乡”工程已在我国西部建成721座独立光伏和风光互补电站，总容量达15536.9kWp，使中国全部乡所在地都通上了电。
基于单片机的太阳光伏发电系统逆变器的仿真设计
LCD1602、ISP 下载插座、4 位共阳数码管、蜂鸣器。 在本设计中主要是用了P1接口，利用接口的P10脚作为 SPWM信号的输出口来分别控制功率器件V1、V2、V3、V4。 PWM 控制方式的应用范围非常广泛，不仅可以实现逆 变，还可以应用在电机调频、调速、控制灯泡的亮度的场合 中。可以说在未来的电力电子技术的发展中 PWM 技术将得 到越来越多的关注。 本文计算 PWM 波的占空比采用直接 PWM 法。由于单 片机指令执行延迟时间的存在,必然会引进误差,尤其在实现 高频 波时,因为程序中往往忽略指令执行时间,但当 输出可调脉冲宽度小于 10μs,与指令执行速度可比拟时(尤其 对于以 C 语言编写的指令,其编译后代码效率比较低,指令执 行时间可达 μs 数量级) ,中断执行时间过长会对计数器计数产 生延迟,最后会影响波形准确性[10]。
[摘要] 介绍了一种应用于太阳能的发电系统中基于单片机控制的单相全桥逆变器的设计。逆变器主电路为全桥逆变结构，
由4个IRF830A组成。以单极性SPWM倍频调制方式工作。经过分析和比较，确定采用直接PWM法来计算SPWM波的占空比并设计了 控制器。以AT89S51作为控制芯片，基于KeilC和Proteus的集成开发环境进行系统软件设计，结合软件对硬件电路进行调试， 结果表明各部分指标满足要求。 [关键词] 逆变器 光伏 单片机 脉冲宽度调制 关键技术就是如何将新能源转化成电能。因此逆变器的研究 也成为合理利用新能源的课题中的重中之重。目前，可靠、 高效和廉价的逆变器己成为生活中的迫切需要。本文采用高 运算速率，低功耗的单片机 AT89S51 作为控制芯片，提高了 逆变器的工作效率。 本文介绍逆变器的结构、控制方法和 PWM 控制方式， 着重进行了系统硬件和软件的设计，给出了部分程序，通过 实验得到相关实验波形并进行了分析，最后进行了总结。
毕业设计基于单片机的太阳能电池控制器的设计
图2.1 硬件总体设计图
2.2
ORG 0000H
LJMP START
ORG 0003H
LJMP EXTERN_INT
ORG 000BH
LJMP TIMER0_INT
START:
MOV SP,#050H ;设置堆栈
MOV R0,#030H ;设置A/D存储单元初始地址
MOV IE,#0FFH ;打开所有中断
MOV A,@R0
SUBB A,#候，采用第3种方案，想引脚PWM发送占空比为50%的信号
MOV A,#04H ;当电压超出的时候，采用第4种方案，向引脚PWM发送占空比为0%的信号
LJMP PROCESS_04
CLEAR_FLAG:
MOV R0,#40H ;清除方案选择位
SJMP PROCESS_02_NEXT
PROCESS_03:
MOV R1,#040H
MOV @R1,#03H ;选择方案3
PROCESS_03_NEXT:
SETB P2.4 ;将和PWM连接的管脚置高，选择快充
MOV R1,#01H
MOV R0,#01H
PROCESS_03_01:
DJNZ R1,PROCESS_03_01
由流程图可以看出没有对充放电进行专门的设置，而是通过单片机比较经过A/D转换过的采样电压的大小来对冲电或放电进行管理的，当电压值大于14.5V时单片机发出信号，使得充放电电路停止充电，，当然此时可以放电回路，可以放电，也可以出断开状态；当电压值小于10.8V时，首先要断开放电回路，然后再通过一个外置于单片机的手动开关，若此时用户想要控制器停止工作，则按下按钮，此时单片机就会进入停止工作状态，，若想让单片机继续进行充放电工作状态，则无需按下按钮，系统会自动进入快充状态，之后后继续进入下一个电压采集转换，以及方案选择的循环中，直至用户需要停止系统工作按下按钮。
基于ARM的太阳能发电控制系统的设计与实现
基于ARM的太阳能发电控制系统的设计与实现引言目前，我国国内太阳能自动跟踪器主要有：压差式太阳能跟踪器，控放式太阳跟踪，时钟式太阳跟踪器，比较控制式太阳跟踪器。
纯机械式的跟踪器和时钟式的机电跟踪器精度偏低，本系统采用了精度相对较高的光敏电阻控制的双轴太阳跟踪器的控制方式使光伏电池始终朝向太阳;在天黑后，能够使电池板重新朝向东方，实现日循环运行。
太阳能发电控制系统传感器结构该跟踪器的传感器结构见图1。
设置一个圆筒形外壳，在圆筒外部东、南、西、北四个方向上分别布置4 只光敏电阻;其中P1、P3 东西对称安装在圆筒的两侧，用来粗略的检测太阳由东往西运动的偏转角度即方位角;P2、P4 南北对称安装在圆筒的两侧，用来粗略检测太阳的视高度即高度角;在圆筒内部，东、南、西、北四个方向上也分别布置4 只光敏电阻，用来精确检测太阳由东往西运动的偏转角度和太阳的视高度。
图1 传感器结构示意图立柱转动式跟踪器跟踪器的结构见图2。
步进电机1固定在底座上，主轴及其支撑轴承安装在底座上面(主轴相对于底座可以转动)，转动架以及支架固定安装在主轴上，光伏电池、步进电机2 安装在支架上面(光伏电池相对于支架可以转动)，步进电机2 的输出轴连接在光伏电池上。
图2 立柱转动式跟踪器示意图当光线发生偏移，控制部分发出控制信号驱动步进电机 1 带动转动架以及固定在转动架上的主轴、支架以及光伏电池转动;同时控制信号驱动步进电机2 带动光伏电池相对与支架转动，通过步进电机1、步进电机2 的共同工作实现对太阳方位角和高度角的跟踪[2]。
MPPT控制器光伏电池的输出功率与它的工作电压有关(U-P曲线一般呈先上升后下降的光滑曲线，中间的某个电压值取得最大功率)，只有工作在最合适的电压下，它的输出功率才会有个唯一的最大值。
如：在日照强度为1000W/m2 下，U=24V，I=1A;U=30V，I=0.9A;U=36V，I=0.7A;可见30V的电压下输出功率更大。
基于ARM太阳能光伏板自动跟踪系统的设计
基于ARM太阳能光伏板自动跟踪系统的设计朱宇;袁志远【摘要】To ARM 11 processor as main control chip embedded photovoltaic automatic control program, from the sunflower solar photovoltaic panels,photo sensitive resistance, photodiode, motor, three-dimensional scaffolds and ARM11. The system through the comparison of photosensitive resistance, combined with the three eye insects recognition direction characteristic, by a ARM 11 system control of multiple motor drive, drive motor rotates automatically, so that a plurality of sunflower solar photovoltaic panels and solar light to maintain the best angle. In order to achieve more than one machine and the automatic tracking sun, the experimental results show that the system can effectively improve the utilization rate of solar energy but also save a lot of cosl.%以ARM 11处理器为主控芯片的嵌入式光伏自动控制方案,由葵花太阳能光伏板,光敏电阻,光电二极管,电机,立体支架和ARM11组成.该系统通过比较光敏电阻的大小,并结合三只眼昆虫识别方向的特点,由一个ARM11系统控制多个电机驱动器,驱动电机自动旋转,使多个葵花太阳能光伏板与太阳光保持最佳角度.从而实现一机多能和对太阳的自动跟踪,实验结果证明该系统不但能有效地提高太阳能的利用率同时还能节约大量的成本.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2013(021)008【总页数】3页(P191-193)【关键词】嵌入式系统;电机;自动跟踪;太阳能光伏板;光敏电阻【作者】朱宇;袁志远【作者单位】西安科技大学计算机科学与技术学院,陕西西安710054【正文语种】中文【中图分类】TP27随着社会的发展，社会对新能源的需求越来越太，而太阳能以储量丰富、普遍存在、环保无污染占据相当的优势，所以对太阳能的开发利用具有重大意义。
一种ARM控制的逆变器的设计
一种ARM控制的逆变器的设计作者：王泽庭王鹏吕冠达来源：《电子世界》2013年第17期【摘要】本设计以ARM作为控制核心，结合推挽升压电路和SPWM逆变电路，实现了将12VDC输入电压转换为110VAC交流正弦电压输出。
实验表明，该逆变器具有电压纹波小、动态响应高和全数字等特点，能够满足实际需要。
【关键词】ARM；SPWM；逆变器1.系统总体方案1.1 总体设计框图1.2 SPWM方案选择1.2.1 PWM电源芯片方案1.2.2 CPU软件方案2.系统硬件电路设计2.1 CPU控制器CPU是整个逆变器的核心部分，主要负责反馈信号的采集、数字PI闭环计算、PWM波输出、参数设置和外部通信。
CPU采用的是ST公司最新推出的STM32F107系列ARM芯片。
该系列芯片采用ARM公司32位的Cortex M3为核心，最高主频为72MHz，Cortex核心内部具有单周期的硬件乘法和除法单元，所以适合用于高速数据的处理。
芯片具有三个独立的转换周期，最低为1μs的高速模数转换器，三个独立的数模转换器带有各自独立的采样保持电路，所以特别适合三相电机控制、数字电源和网络应用。
芯片还带有丰富的通讯单元，包括1个以太网接口、5个异步串行接口、1个USB从器件、1个CAN器件、I2C和SPI等模块。
5.总结基于ARM（STM32F107）的全数字控制的逆变器具有高精度、小体积、全数字等特点，所有电源参数直接通过人机界面设定并存储，并具备与上位机远程通信的功能。
实验表明，逆变器能够实现软启动功能，当出现过流、过压、过载情况时，能够迅速封锁PWM脉冲和关断MOSFET，并及时将故障信息显示出来，实现了逆变器的智能化。
参考文献[1]林渭勋.现代电力电子电路[M].浙江：浙江大学出版社，2006：98-102.[2]阮新波，严仰光.直流开关电源的软开关技术[M].北京：北京科学技术出版社，2000.[3]王泽庭.高压电子束焊机电源的研究与实现[D].北京：北方工业大学，2011.[4]苏奎峰.TMS320x28xxx原理与开发[M].北京：电子工业出版社，2009.[5]苏奎峰.TMS320x281x DSP原理及C程序开发[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009.作者简介：王泽庭（1985—），男，湖北宜昌人，讲师，现供职于北方工业大学机电工程学院，研究方向：电子束焊机高压电源、电力电子与电力传动。
基于ARM的太阳跟踪控制系统设计
基于ARM的太阳跟踪控制系统设计刘路路;黄祥康;邱选兵;魏计林【摘要】为提高跟踪式聚光光伏系统的发电效率,设计了一种基于ARM的太阳自动跟踪控制系统.系统采用视日运动与四象限传感器反馈相结合的太阳方向判断方法,同时增加了独立的光强传感器以确定是否启用跟踪系统(如阴天、雨天)；论述了跟踪控制系统的机械结构及软硬件电路设计.测试结果表明,该跟踪系统功耗低、性能可靠且控制精度高(±1.5°),并可实现高精度跟踪太阳,满足了聚光光伏发电控制要求.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2013(026)006【总页数】4页(P10-13)【关键词】自动太阳动跟踪;低功耗ARM;视日运动法;独立光强传感器【作者】刘路路;黄祥康;邱选兵;魏计林【作者单位】太原科技大学应用科学学院,山西太原030024;太原科技大学应用科学学院,山西太原030024;太原科技大学应用科学学院,山西太原030024;太原科技大学应用科学学院,山西太原030024【正文语种】中文【中图分类】TG156随着工业和经济的发展，人们对能源的需求逐渐增大。
太阳能是一种新型的清洁能源，如何充分利用这种新型绿色能源，实现人类社会的可持续发展，成为了当今研究的热门课题之一。
相关理论和实验数据表明，在使用相同功率太阳能电池板的前提下，跟踪式太阳能系统相比固定式太阳能系统的光伏转换效率要高出约37.7%［1-3］。
由此可见，在实际应用中使用跟踪式的太阳能光伏发电系统，将大幅度提高发电量，增加社会效益。
目前国内外的太阳跟踪控制系统主要分为两种［4］:一是利用视日运动法算出任一时刻的太阳方位角和高度角，再驱动电机将电池板转向太阳位置，但该方法不能避免天气条件的影响;二是利用传感器采集光信号，将光信号处理后得到太阳偏移位置，再将电池板指向太阳位，而此方法的不足在于能否将跟踪系统从日落角度恢复到日出角度［5］。
因此文中采用上述两种方法相结合的基于低功耗Cortex-M3核的ARM处理器，实现了高精度跟踪定位太阳的功能，首先CPU通过GPS获取到控制系统的经纬度和实时时钟，再根据视日运动法理论计算出太阳位置，驱动电机使电池板指向太阳，然后利用四象限传感器信号进行修正;同时采用独立的光强传感器，获得实时太阳光照，从而以天气情况判断是否停止跟踪系统，节约控制装置能耗。
基于ARM7的太阳能控制器的设计与实现概要
摘要:本文阐述了太阳能光伏电池的工作原理以及伏安特性,提供了一套完善的太阳能控制器电路。
该电路采用了目前最流行的ARM芯片为控制核心,来实时监控光伏两端电压、蓄电池两端电压以及充电电流和放电电流。
从而控制整个电路的工作状态。
关键词:光伏电池;太阳能控制器;蓄电池;LPC2131中图分类号: TN344 文献标识码: B 文章编号:1673-1131(201005-041-04一、引言目前, 能源是人类社会存在与发展的重要物质基础。
目前的世界能源结构是以煤炭、石油、天然气等化石能源为主体的结构。
而化石能源是不可再生的资源,大量耗用终将枯竭,并且在生产和消费过程中有大量污染物排放,破坏生态与环境。
为保证人类稳定、持久的能源供应,必须优化现存的以资源有限、不可再生的化石能源为主体的能源结构,建立资源无限、可以再生、多样化的新的能源结构,走经济社会可持续发展之路。
太阳能作为一种再生能源,通过太阳能电池板将资源无限,清洁干净的太阳辐射能转化为电能的太阳能光伏发电。
二、光伏电池的工作原理与输出特性Design and Implementation of Solar Energy Controller Based on ARM7Chen Wenzhi, Pan Yongcai, Qin Shuqin, Wu FengxiongFaculty Of Physics and Electronics Hubei University (Hu Bei ,Wu Han,430062Abstract: This paper describes solar energy cell’s basic principle and V-I character. provides a set of circuit of complete solar energy controller. The circuit uses the popular ARM chip as the control center. To monitor real-time solar energy voltage,battery voltage and charge current,discharge current .to control the working status of the entire circuit.Keywords: photovoltaic cells; solar energy controller; storage battery; LPC2131光伏电池是以半导体P-N结上接受太阳光照产生光生伏特效应为基础,直接将光能转化成电能的能量转化器.当太阳光照射在半导体P-N结上,就会在P-N结两边产生电压,使P-N结短路,从而形成电流,这个电流会随着光照的加强而增大,当接受的光照强度达到一定数量时,就可以将光伏电池看成恒流电源.对于光伏阵列而言,应根据负荷用电量、电压、功率、光照情况等,确定光伏电池的总容量和光伏电池的串、并联数量。
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河南理工大学毕业设计（论文）说明书本科毕业论文题目基于ARM的太阳能光伏控制器和逆变器的设计学院：电气工程与自动化专业：自动化 10-4 班姓名：景明明指导教师：陶慧学号： 311008001202完成日期： 2014 年 5 月 28 日河南理工大学毕业设计（论文）说明书摘要在能源日趋紧张的局势下，太阳能作为一种清洁、无污染的绿色能源越来越受到人们的重视。
光伏发电作为太阳能利用的主要形式，得到了较大的发展。
光伏发电系统通常包括太阳能光伏阵列、蓄电池、逆变器等部分。
控制器是控制太阳能电池方阵对蓄电池充电以及蓄电池给太阳能逆变器或负载供电的自动控制设备，逆变器是将直流电能转换为交流电的装置，他们是光伏发电系统的核心部件，控制器和逆变器在提高太阳能转换效率的过程中发挥着重要作用。
本论文主要介绍一种基于 STM32F103C8的 ARM单片机的太阳能光伏控制器和逆变器的设计方法，对太阳能光伏控制器和逆变器进行了详细的分析和研究。
此系统以 STM32F103C8单片机作为控制器和逆变器的核心器件，主要由太阳能电池板、蓄电池、单片机控制电路、充放电控制电路、电压采集电路、升压电路、逆变电路和驱动电路组成。
设计使用 PWM控制技术来控制蓄电池充放电和升压逆变电路，通过控制开关管的开通和关断达到控制充放电和电压逆变的目的。
关键词太阳能控制器逆变器STM32F103C8AbstractIncreasingly tense situation in the energy, solar energy as a clean andpollution-free green energy get more and more people's attention. Photovoltaic (pv) power generation as the main form of solar energy utilization, has got a bigger development. Photovoltaic power generation systems typically include photovoltaic array, storage battery, inverter and other parts. Controller is a automatic control equipment that controls the solar cell to supply power for phalanx of battery and battery to supply power for solar inverters or load, inverter is a device converts dc to ac, they are the core components of photovoltaic power generation systems,controller and inverter play very import role in the process of improving theefficiency of solar energy conversion.This paper mainly introduces a design method of controller and invert for photovoltaic which is based on ARM microcontroller STM32F103C8,and carries ondetailed analysis and research of photovoltaic controller and invert. This systemtake STM32F103C8 microcontroller as the core component of the controller and the inverter device, and it mainly includes the solar panels, battery, single-chip microcomputer control circuit, charge and discharge control circuit, voltage sampling circuit, boost circuit, inverter circuit and driver circuit. The design use the PWM control technology to control the storage battery charging and discharging andbooster inverter circuit, and it achieve the purpose of controlling the charging and discharging and voltage invert by commanding the opening and shut of the switch tube .Keyword solar energy controller inverter STM32F103C8目录第一章绪论 ...................................................................... (1)1. 1课题研究的背景及意义 ..................................................................... (1)1.1.1太阳能发电系统 ................................................................ (1)1.1.2太阳能的应用领域 ................................................................ (2)1.1.3光伏发电的特点 ................................................................ (3)1. 2太阳能控制器与逆变器的现状 .................................................................... (3)1.2.1太阳能控制器的发展现状 ............................................................... (3)1.2.2太阳能逆变器的发展现状 ............................................................... (4)1. 3 设计的主要任务 ..................................................................... . (5)第二章太阳能控制器和逆变器的总体设计方案 (5)2. 1 太阳能控制器的基本结构 ................................................................... . (5)2.1.1太阳能控制器简介 ................................................................ (5)2.1.2太阳能控制器的结构和功能 ............................................................... (6)2. 2 太阳能逆变器的基本结构 ................................................................... . (7)2.2.1太阳能逆变器简介 ................................................................ (7)2.2.2太阳能逆变器的结构和功能 ............................................................... (7)2. 3整体设计方案 ...................................................................... (8)2.3.1太阳能发电系统框图 ............................................................... (8)2.3.2控制器和逆变器的整体电路结构................................................................... (8)第三章系统的硬件设计 ........................................................................................................................3.1.1STM32F103C8 主芯片电路 .................................................................... (10)3.1. 2 复位电路 ................................................................ . (11)3.1. 3 电源电路 ................................................................ . (12)3. 2逆变器的 Boost （升压型）电路 ...................................................................... (13)3.3 DC-AC 逆变电路 .............................................................................. (14)3. 4A/D 转换电路 ...................................................................... (15)3.5 LCD 1602 显示电路 .............................................................................. (15)3. 6 电力电子器件的保护电路 .................................................................... .. (16)3.6.1MOSFET的保护电路 .................................................................... .. (16)3.6.2IGBT 的保护电路 ............................................................... (17)3. 7 充放电指示电路 ..................................................................... .. (17)3. 8 驱动电路 ..................................................................... . (18)3. 9 负载控制电路 .................................................................... (19)第四章太阳能控制器和逆变器的软件设计......................................................................... (20)4. 1 程序主要流程图 ..................................................................... .. (20)4. 2主要 C 程序设计 ...................................................................... (20)4.2.1 PWM 控制的程序 ..................................................................... (20)4.2.2A/D 转化的程序 ............................................................... (22)4.2.2LCD 1602 显示的程序 ................................................................ (25)4. 3 主要电路的仿真 ..................................................................... .. (29)4.3.控制器的控制电路 ...............................................................河南理工大学毕业设计（论文）说明书4.3.2 升压斩波电路（由 48V 升高到220V ） .......................................... (30)4.3.3 逆变电路 ............................................................... (31)第五章 蓄电池简介 .......................................................................................................................33 5.1 铅酸蓄电池 ...................................................................... (33)5.2 蓄电池的充放电 ..................................................................... (33)5.3 铅酸蓄电池定量研究 ...................................................................................................... 34 致谢 ................................................................................................................................................36 参考文献 ......................................................................................................................................... 37 附录 ................................................................................................................................................38河南理工大学毕业设计（论文）说明书第一章绪论1.1 课题研究的背景及意义1.1.1 太阳能发电系统太阳能是一种干净的可再生的新能源，越来越受到人们的重视，在人们的生活中有广泛的作用，其中之一就是将太阳能转换为电能，太阳能电池就是利用太阳能工作的。