77基于嵌入式系统的太阳能跟踪控制器--靳永飞

学生科技创新基金申请书项目名称：基于嵌入式系统的太阳能跟踪控制器申请者：靳永飞所在学院：计算机与通信学院电子邮件：[e-mail]联系电话：[phone]兰州理工大学二〇一四年三月2填表说明1．申请者填写申请书前应详细阅读《兰州理工大学学生科技创新基金管理办法》（可从科技处网页浏览）；2．兰州理工大学学生科创基金申请书应填写一份（A4纸），所在学院签注审查意见、所在学院盖章后，按期统一报送校团委，由校团委报送科技处（同时报送电子文件）；3．申请书表二至表六中空格不够时可自行加页；4、研究起止年限原则上不能超过2年；申请经费不得超过3000元。3一、简表项目名称基于嵌入式系统的太阳能跟踪控制器研究性质BA、基础B、应用C、开发D、社科起止时间2014.3至2014.10申请金额（元）700申请者姓名靳永飞出生年月1990.4现在读学历本科所学专业软件工程项目内容简介（限150字）介绍了一种采用AT89C4051单片机以及外围器件实现太阳能电池最大功率点跟踪(MPPT)控制的精简设计。在该设计中提出了采用“爬山改进法”来实现最大功率点控制，并给出了实验方法。实验结果表明，控制器达到了最大功率点跟踪的目的。项目组成员情况（不含指导教师）姓名性别年龄年级专业所在学院项目分工杜鹏男232010级控制工程电信工程学院硬件设计和编程靳永飞男242011级软件工程计通学院硬件调试指导教师基本情况姓名性别年龄职称专业所在院系备注4二、本研究项目的科学依据和意义(包括科学意义和应用前景，国内外研究概况、水平和发展趋势、学术思想，立论根据，特色或创新之处)1.科学意义及应用前景太阳能光伏利用日益被人们重视，世界各国都投入大量的人力、物力、财力争相发展。在光伏控制技术上，由于恒定电压跟踪器(CVT)的制造相对简单．许多产品仍然采用这种跟踪方式以代替相对复杂一些的最大功率点跟踪(MaximumPowerPointTracking，简称MPPT)，但这种方式不可避免带来了功率损失．随着近代微电子技术的迅速发展及微电子器件的价格大幅度降低，CVT已经显得很不经济。具有太阳能MPPT功能控制器使光伏利用技术得以提高。采用高性能价格比的单片机以及相关的外围器件来实现MPPT的控制将会比CVT控制带来更大的效益。2.采用的理论根据及特色光伏电池的输出特性具有非线性，这种非线性受到外部环境(如日照强度、温度、负载等)以及本身技术指标(如输出阻抗)的影响，使得光伏电池的输出功率发生变化，其实际转换效率也受到限制。为实现MPPT功能，采用最常用的爬山法，并对其进行有效的改进。爬山改进法主要用软件编程通过不断调整电压步长AU对最大功率点进行判断和控制，最后利用阈值占判断是否达到最优点。该方法在光伏电池P-U特性曲线峰值点附近从左到右依次取A，曰，C3个点，即以和R，仉和B，魄和Pc，它们分别对应各点工作电压和一个预先设定用于调整电压步长的常量：再判断3点电压值调整方向时可能出现的情形。最后通过mcu控制来调整来达到预期的目的。5三、研究内容和预期成果(说明研究项目的具体内容并明确重点解决的科学问题，预期成果和提交形式)1.具体内容1．硬件采用高性价比8位单片机AT89C4051．鉴于采集的精度和速度．采用具有SPI串行接口的高性价比12位200kHz转换速率4通道ADS7841。2．软件MPPT控制流程如图2所示。PWM波输出以溢出中断方式改变。利用单片机定时器T0产生PWM波形，然后通过光电耦合器来驱动MOSFET管圆。根据相关文献和经验将PWM占空比初始值设为70％131。然后不断改变占空比采集相应的电压、电流．由单片机算出连续采集的3次功率，并将其进行比较，得出最大功率点的方向，从而确定占空比的大小，直至找到最大功率点，搜索才停止。但是电压、电流的采集依旧进行．以满足不断变化阻抗的负载获得最大功率点。2.预期能达到所要求的目的。3.最终以实物和仿真的结果提交。6四、预期学术价值或经济和社会效益学术价值：通过这次的项目可以更好的掌握单片机的工作原理以及一些外围模块的应用，使单片机能紧跟时代的步伐。社会效益：该方案采用爬山改进法控制技术．特别是在光照和温=差变化较大场合。能有效提升太阳能电池的输出。五、拟采用的研究方法、技术路线和进度安排研究方法包括：搜索相关书籍进行学习，在网上搜集资料，对官网的芯片资料系统的学习，从而达到应用的目的。技术路线：通过单片机与传感器芯片的结合，达到对转换效率的的精确测量，并附加上位机控制窗口，从而完成全部功能。进度安排：2013年3月至2013年4月实现对该项目的搜集和研究；2013年4月至2013年5月完成对PCB及硬件的制作；2013年5月至2013年6月完成对该项目软件的编程；2013年6月至2013年7月完成对检测系统的最后组装与调试。7六、申请者所在学院初审意见指导教师意见（对项目的意义、特色和创新之处及申请者的研究水平与学风签署具体意见）指导教师签字：年月日所在学院审查意见领导签字：公盖：年月日8七、学校审查意见校团委推荐意见：领导签字：公章：年月日科技处审查意见主管领导签字：公盖：年月日、