第 卷第 年 30 2011 10 期 10 期 煤 炭 技 术 Coal Technology Vol.30,No.10 October,2011 基于 Atmega16 单片机的风光互补智能控制系统 杨树臣，管荣强，陈刘伟 （吉林工程技术师范学院，长春 ） 130052 免费的可再生能源是全球的热门研究课题 、 随着能源危机和环境恶化的日益加剧，人们越来越关注环境保护和新能源的开发利用 摘 要: 等绿色 环保 、 系统，将风能和太阳能进行资源互补，将间歇性的太阳能和风能经过有效的转化 出 关键词:Atmega16 中图分类号:TP31 文章编号:1008-8725（2011）10-0050-03 单片机；风光互补；智能控制 文章提出了基于 。 文献标识码:A Atmega16 。 开发太阳能和风能 。 单片机的风光互补智能控制 储存和控制，形成稳定的电力输 、 Wind and Light Complementary Intelligent Control System Based on Atmega16 MCU YANG Shu-chen, GUAN Rong-qiang, CHEN Liu-wei （Jilin Teachers Institute of Engineering and Technology, Changchun 130052, China） is green and environmental, Abstract:As energy crisis and environmental degradation aggravating, people pay more and more attention to environmental protection and new energy utilization. Development of wind power and solar energy that free renewable energy is becoming a global hot research topic. The wind and light complementary intelligent control system is proposed based on Atmega16 MCU, intermittent solar and wind power are effectively conversed, storaged and controled to form a stable power output. Key words:Atmega16 MCU; wind and light complementary; intelligent control the wind and solar will be connected for resources complementary, 引言 0 风光互补发电系统则是利用太阳能 。 太阳能和风能是最普遍的自然资源，也是取之 不尽的可再生绿色能源 然而，单独的太阳能或风能 。 发电系统很难保证稳定的能量输出，会引起系统的 供电不均衡 风 、 能的互补特性，获得比较稳定的输出，提高系统整体 然而在实际应用中，还需要考虑 的稳定性和可靠性 。 体积小 系统成本低 文 、 。 中提出的风光互补系统的设计充分考虑了上述各项 因素，采用性价比较高的 单片机为控制核 心，结合线性霍尔元件来实现对蓄电池组充放电功 能的智能控制和监测 效率高和可靠性好等特点 、 Atmega16 。 硬件设计及工作原理 1 公司的 所示 该控制系统是以美国 Atmel Atmega16 单 单片机为核心，其硬件结构图如图 。AVR 片机是目前最新的单片机系列之一，具有速度高 片 、 内硬件资源丰富等优点，它最大的优点是低功耗和 高速度，其掉电方式 闲置方式至工作方式下的耗电 、 系列单片机中 ； 约为 Atmega16 1 μA～2.5 mA AVR 是 1 图 1 控制流程框图 16 KB SRAM 1 MHz ， 25° 0.35 mA 的片内 0~16 Mb/s ， 1 KB ，工作在 在线可编程 ；运行速度为 非常典型的一款芯片，内置 ， 512 Flash 字节片内在线可编程 ， 3 ，空闲 上述 时的典型功耗：正常工作模式为 ，掉电工作模式为 ROM EEPROM V 工作模式为 的众多功能，为嵌入式控制系统提供了极大的方便 1.1 整体检测及控制 1.1 mA <1 μA。 太阳能和风能发电机以及蓄电池的充放电电 电流检测及控制如图 、 在进行电流检测时采用的是并联 的大 个 1 该电路结构 功率电阻，将电流转化成电压进行测量 。 非常简单，对照检测发现只有 的误差，完全符 合设计要求 1.2 充电与卸荷控制电路 所示 0.8% 1 Ω 压 。 。 2 。 该 电 路 是 把 产 生 的 脉 宽 调 制 波 Atmega16 收稿日期:2011-01-28;修订日期:2011-07-08 基金项目：吉林省教育厅 “ ），男，长春人，博士，副教授，研究方向：测控技术 作者简介: 科学技术研究项目（吉教科合字 ” 杨树臣（ 十一五 1971- 。 【2008】 第 号） 390 中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

第 10 期 杨树臣，等：基于 Atmega16 单片机的风光互补智能控制系统 ·51· 波形，充分体现控制器的灵活性和稳定性 下几个方面的问题： 主要有以 。 8 10 路 的 位的逐次逼近型 （ ）在该系统程序中主要是数据采集，此处选取 1 模 的是 Atmega16 数转换接口 在数据采集通道中，尽管采取了必要的 。 抗干扰措施，但在传输过程中仍然会有一些干扰，所 在这里采用简单的算 以又使用了软件滤波的方法 此方法就是在一 术平均值滤波法对数值进行滤波 个采样周期内，对信号 次测量值进行算术平 均，作为 X 时刻的输出： ADC 的 。 。 N K N x軃 軃 軃k = 1 N Σxi t=1 该设计中根据芯片的处理速度和项目对时间的 转换后的数字信号进行 为 对 N 30 A/D 要求，选择 数字滤波 。 （ ）若蓄电池电压高于它的上限额定电压，且充 2 电电流低于某一个值持续一段时间，则产生 信号控制太阳能电池充电控制电路 电路，避免蓄电池过充电 PWM 启动风机卸荷 卸荷电路的驱动脉是 脉冲，蓄电池电压越高，驱动脉冲的脉宽也越 、 。 PWM 宽，直到全卸荷 隔断太阳能电池为止 、 。 ）在用于照明系统中时，要考虑光线的问题 （ 3 。 当在白天时，太阳能电池或者风机只是给蓄电池充 电，蓄电池不存在放电状态；黑夜时，蓄电池放电以 让负载正常工作 文中所介绍的基于 。 系统，利用高精度的 转化输出结果如下式： A/D Atmega16 转换模块 A/D 的风光互补控制 输入模拟信号的 。 R=1 023× VSignal VRef 转换电路的模拟参考电压 为 A/D 其中， VRef 换与否由 在定时中断程序中进行设置 ，主程序流程图如图 图见图 4 A/D 转换的标志位决定， 。A/D 所示 5 。 。A/D 转 转换标志位 A/D 转换程序的流程 MOS 图 2 检测与控制图 ）光耦隔离 [2]驱动风机卸荷 管和光伏电 （ PWM 池充电开关管，很大程度上提高了充电效率 传统的 。 只根据电压来控制卸荷，在风大的情况下反而无法 充电或充不满，这是由于风大的时候电瓶电压急剧 升高，启动了卸荷电路而无法充电或充电的电流变 小 该系统在产生脉冲调制波时，同时兼顾了电瓶电 。 压和充电电流两个因素，即电压高且充电电流小到 某一个值再启动卸荷电路，同时卸荷的过程中不断 调整 的脉宽，起到了反馈的作用，有效地克服 PWM 了上述缺点 1.3 风机转速反馈控制 该跟踪控制策略的思路是：当风带动风轮机转 动至风力发电机工作转速范围内时，根据转速以及 风轮机的特征参数计算出给定功率，并与风力发电 机输出功率的观测值相比较得到误差量，经过 控 制器[4】给出风力发电机参数值，调节风力发电机输 出电流的大小，最终实现风力发电机的输出功率的 调节 其中， 为 P 。 风力发电机输出功率的观测值， Cr 为给定功率， Pr 为特征参数 。 为控制方框图 图 。 。 PI 3 图 3 风机转速反馈控制框图 1.4 其它情况 当在风力无法发电，并且在阴暗的天气中同时 蓄电池电力不够时，就将启动最后一道防线， 220V 交流电工作，使负载正常工作 与此同时，在应用于 。 某些照明类的系统时还要考虑到在白天不进行照明 的情况，因此还得加上光检测电路（含光敏电阻） 。 软件设计 2 该系统是以 单片机为核心，根据蓄电 池的电压与充电电流的大小来判断蓄电池的载荷情 触发 况，实现充电与卸荷控制电路所要求的 Atmega16 PWM 图 4 A/D 转换程序流程图 图 5 主程序框图 （下转第 页） 55 中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

第 30 卷第 年 期 10 期 2011 10 煤 炭 技 术 Coal Technology Vol.30,No.10 October,2011 蒸汽锅炉控制系统的改进 张森善 （辽源职业技术学院，吉林 辽源 ） 136201 通过对现有控制方案的对比，提出适合蒸汽锅炉控制系统的工控机操作站 组态软件及 、 PLC 构成的集散型 摘 要: 控制系统，着重叙述了汽包水位的控制以及 关键词: 中图分类号:TK22 PID 文献标识码:A 锅炉控制； 调节器 PLC ； 调节器的合理利用 。 PID 文章编号:1008-8725（2011）10-0055-03 Improvement of Steam Boiler Control System （Liaoyuan Vocational and Technical College, Liaoyuan 136201, China） ZHANG Sen-shan the existing control scheme, Abstract:Through comparison of the industrial steam boiler control system operating station, and the PLC configuration software distributed con－ trol system composed of PLC. The drum level PID regulator control and reasonable use are de－ scribed. Key words:boiler control; PLC; PID regulator is proposed for it 3 51 使用 作为零污染 页） 仿真分析 11111111111111111111111111111111111111111111111111111 （上接第 永不枯竭的可再生能 主要电能来源 文 源，太阳能和风能将是今后世界能源的必然选择 。 单片机的风光互补智能控 中提出的基于 制系统推动了风光互补供电系统的普及和应用 它 。 以足够简单的结构完成了复杂的控制系统，解决了 模块间的兼容问题，具有使用方便可靠 成本低廉 、 、 易于生产 对于开发使 维护和升级等多方面的优点 、 。 用太阳能 风能及其它绿色能源有着长远的意义 、 参考文献 软件对蓄电池充放电电流分别 进行了仿真，仿真图如图 Atmega16 MATLAB 所示： 。 、 。 6 [1] S.P.Chowdhury,S.Chowdhury,P.A.Crossley. Islanding protection of active distribution networks with renewable distributed genera－ tors:A comprehensive survey [J].Electric Power Systems Reseach, 2009(79):984-992. [2] Eftichios Koutroulis and Kostas Lalaitzakis. Design of a Maxi－ mum Power Tracking System for Wind-Energy-Conversion Ap－ plications [J].IEEE Transactions on industrial electronics,2006 (53):112-118. [3] J.K. Kaldellisa, K.A. Kavadiasa, P.S. Korrnakis. Comparing wind and photovoltaic stand-alone power systems used for the elec－ trification of remote consumers [J].Renewable and Sustainable Energy Reviews,2007,27(11):57-77. [4] KARKIR,BILLINTONR.Reliability/cost isolated power systems[J]. IEEE Transactions on implications of PV and wend energy uti－ lization in small Energy Conversion,2001,16(4):368-373. [5] Kumar A,etal.Approach for standardization of off-grid electrifi－ cation projects [J].Renewahle and Sustain Energy Reviews.doi: 10.1016/j.rser.2009-03-08. [6] Trishan E, Patrick L.Chapman. Comparison of Photovoltaic Ar－ ray Maximum Power Point Tracking Techniques [J].IEEE Trans－ actions on Energy Conversion,2007,22(2):439-448. （责任编辑 王凤英） 图 6 蓄电池充放电电流仿真 从仿真的结果来看，通过该系统的控制，蓄电池 的放电电流能达到一个平稳的态势 当蓄电池电流 小于某个值时，充电电路启动，对蓄电池进行充电 （包括太阳能电池 交流电）， 保证了蓄电池的连续性，从而达到预期的效果 风能发电机以及 、 220V 。 。 结束语 4 目前，在世界范围内太阳能发电和风力发电发 展非常迅猛，其中德国和丹麦的风力发电已经成为 收稿日期:2011-04-02;修订日期:2011-07-06 作者简介: 张森善（ ），男 , 1954- 吉林辽源人，实验师，现工作于辽源职业技术学院电子实训室 。 中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net