專利名稱：一種微電能收集控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微電能收集控制系統(tǒng)，尤其涉及一種應(yīng)用于無極燈照明系統(tǒng)的基于離網(wǎng)型風(fēng)力蓄能的微電能收集控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
無極燈照明是一個橫跨多學(xué)科的新興技術(shù)，隨著無極燈技術(shù)的發(fā)展和成本的降低，它的應(yīng)用逐漸被人們認(rèn)可，受到人們好評，適用于學(xué)校、家用等照明設(shè)備上，尤其適合在照明可靠性要求高，需要長期照明而維修、更換燈具困難的場所使用。比如城市照明是人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚墓苍O(shè)施，為了實(shí)現(xiàn)更好的照明和節(jié)能效果，已有城市路燈采用無極燈作為照明單元。風(fēng)力發(fā)電的離網(wǎng)型方式，也稱獨(dú)立運(yùn)行方式，通常是一臺小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)向一戶或幾戶提供電力，一般通過蓄電池將風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能加以存儲，等蓄電池充電完畢后，由蓄電池向負(fù)載供電。在離網(wǎng)型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，由于風(fēng)能極不穩(wěn)定，所以電能的收集一般都是斷斷續(xù)續(xù)進(jìn)行的。目前，一般的離網(wǎng)型蓄電風(fēng)電系統(tǒng)中的控制器采用的是檢測蓄電池電壓，過高時斷開，電池電壓低下來后繼續(xù)充電，實(shí)際是一個開關(guān)式欠過壓保護(hù)電路，無法限流。這樣的風(fēng)電系統(tǒng)會導(dǎo)致系統(tǒng)的蓄電池組長期處于虧電狀態(tài)，這也是引起蓄電池組使用壽命降低的主要原因。對于離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)來說，最核心的部分就是對鉛酸蓄電池充電方式的選擇。不同的充電方式不僅決定了電能收集裝置的系統(tǒng)復(fù)雜度、元器件成本、工作穩(wěn)定性等，更重要的是它影響了蓄電池的使用壽命。由于離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)基本上都建立在山地、荒漠、高原等人煙稀少的地區(qū)，因此盡可能的減少維護(hù)次數(shù)，增加元器件的使用周期就是整個項(xiàng)目需要達(dá)到重要指標(biāo)。蓄電池的充電方式有階段式充電、恒流充電、恒壓充電、脈沖式充電、變電壓間歇充電等。然而由于風(fēng)能的隨機(jī)性以及不確定性，階段式充電方式在離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中難以控制；恒流充電方式不能在短時間內(nèi)為蓄電池充足電能；而脈沖式充電、變電壓間歇充電等這類快速充電方法要求電源的輸入功率較高，故并不適合于由風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的時斷時續(xù)的供電方式。因此設(shè)計(jì)出適合風(fēng)力發(fā)電機(jī)的充電方式成為有效利用風(fēng)能的關(guān)鍵之一。而且，現(xiàn)在的風(fēng)電系統(tǒng)中，當(dāng)風(fēng)能電壓低于電池電壓時，就沒辦法對蓄電池繼續(xù)充電，使得這部分電能白白流失，沒有得到充分利用，降低風(fēng)能利用率。因此，如何收集此類電壓較低但仍可利用的風(fēng)電是有效利用風(fēng)能的又一關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出一種微電能收集控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括主電路、控制電路和無極燈照明系統(tǒng)，所述主電路包括DC/DC變換器、整流管、蓄電池、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、保護(hù)電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D ;模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D、DC/DC變換器以及保護(hù)電路與控制電路相連接，整流管分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D、風(fēng)力發(fā)電機(jī)連接，整流管通過開關(guān)連接至DC/DC變換器，其中DC/DC變換器包括降壓電路和升壓電路，蓄電池分別連接DC/DC變換器和保護(hù)電路，保護(hù)電路與無極燈照明系統(tǒng)連接；風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電經(jīng)過整流管整流后變成直流電，降壓電路或升壓電路對該直流電的電壓幅值進(jìn)行變換。進(jìn)一步地，無極燈照明系統(tǒng)包括逆變器、電子鎮(zhèn)流器、功率耦合線圈以及無極燈。通過本發(fā)明能有效地在風(fēng)能電壓低于電池電壓時對蓄電池繼續(xù)充電，使得電能不會流失，而得到充分利用，提高風(fēng)能利用率。


圖I應(yīng)用于無極燈照明系統(tǒng)的微電能收集控制裝置的總框圖；圖2為主程序流程圖；圖3ATmegal6控制電路結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4無極燈照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5降壓電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖6升壓電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式應(yīng)用于無極燈照明系統(tǒng)的基于離網(wǎng)型風(fēng)力蓄能的微電能收集控制裝置通過對風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的不定電壓進(jìn)行監(jiān)測，利用直流升降壓電路實(shí)現(xiàn)對蓄電池自動充電的智能控制，即使是微弱的風(fēng)電或過強(qiáng)的風(fēng)電，都能使蓄電池處于最佳的充電和保護(hù)狀態(tài)，提高能量利用效率。在應(yīng)用于無極燈照明系統(tǒng)的微電能收集控制裝置系統(tǒng)中，依據(jù)實(shí)現(xiàn)的主要功能，電路可分為三大部分主電路、控制電路以及無極燈照明系統(tǒng)。主電路的功能是實(shí)現(xiàn)電能的變換，也就是將輸入的不穩(wěn)定的電能轉(zhuǎn)換為以恒壓方式輸出的電能，包括DC/DC升壓模塊、DC/DC降壓模塊等；控制電路的主要功能則是監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)、控制主電路通路、顯示系統(tǒng)參數(shù)等，包括顯示模塊、升降壓通路選擇模塊、USB供電部分、電壓采樣電路、蜂鳴器報(bào)警模塊、復(fù)位電路、溫度傳感器、5V自啟動供電電路等；無極燈照明系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)照明功能，一般由電子鎮(zhèn)流器、功率耦合線圈、無極燈等構(gòu)成。鑒于階段式充電方式在離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中難以控制，而恒流充電方式不能在短時間內(nèi)為蓄電池充足電能，故本項(xiàng)目選取了控制方式最為簡單，初期充電速度最快的恒壓充電方式，收集電能。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)說明。圖I為應(yīng)用于無極燈照明系統(tǒng)的基于離網(wǎng)型風(fēng)力蓄能的微電能收集控制裝置的總設(shè)計(jì)框圖，包括控制電路I、無極燈照明系統(tǒng)2、降壓電路3、升壓電路4、整流管5、蓄電池
6、風(fēng)力發(fā)電機(jī)7、保護(hù)電路8、模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D9。模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D9、DC/DC變換器以及保護(hù)電路8與控制電路I相連接，整流管5分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D9、風(fēng)力發(fā)電機(jī)7連接，整流管5通過開關(guān)連接至DC/DC變換器，其中DC/DC變換器包括降壓電路3和升壓電路4，蓄電池6分別連接DC/DC變換器和保護(hù)電路8，保護(hù)電路8與無極燈照明系統(tǒng)2連接。風(fēng)力發(fā)電機(jī)7產(chǎn)生的交流電經(jīng)過整流管5整流后變成直流電，但是該直流電的電壓幅值很不穩(wěn)定，需要對其進(jìn)行DC/DC變換器(降壓電路3或升壓電路4)變化后才能進(jìn)一步利用，由5V雙路繼電器(包含A、B兩觸頭)控制具體是哪一部分切換到系統(tǒng)中來，而不使用的部分將完全隔離到系統(tǒng)之外；降壓電路3或升壓電路4的輸出端連接蓄電池6的輸入端；蓄電池6的輸出端連接無極燈照明系統(tǒng)2的輸入端；保護(hù)電路的輸入端與降壓電路3或升壓電路4的輸出端連接，其輸出端連接ATmegal6控制電路I的輸入端；A/D9的輸入端與整流管5的輸出端連接,其輸出端連接ATmegal6控制電路I的輸入端。對于主電路硬件設(shè)計(jì)中關(guān)鍵器件的選擇，本裝置主電路采用的是MC34063A開關(guān)型電源芯片，連接成升壓及降壓電路，分別對不同的輸入電壓采取不同的處理方式，最終輸出紋波小、穩(wěn)定性高的電壓；而控制電路部分采用的是ATmel公司生產(chǎn)的ATmegal6低功耗 單片機(jī)，相較于C51系列的單片機(jī)，本系統(tǒng)更加節(jié)能、控制速度更快、外圍元器件更少。系統(tǒng)的電路切換由ATmegal6核心處理器完成，ATmegal6將首先采樣整流管的輸入電壓，判斷其數(shù)值后，選擇系統(tǒng)的升壓/降壓通路，完成系統(tǒng)電路的切換。與此同時ATmegaie還需采樣電池的實(shí)時溫度，判斷充電是否安全進(jìn)行，然后將采集到的系統(tǒng)狀態(tài)送到液晶屏上顯示，如果輸入電壓過高或者蓄電池溫度異常，ATmegaie將驅(qū)動蜂鳴器持續(xù)報(bào)警并切斷主電路總開關(guān)。圖2所示的為主程序流程圖。開機(jī)時，主程序首先對系統(tǒng)初始化，初始化包括參數(shù)初始化、禁止JTAG使能、系統(tǒng)硬件初始化及液晶初始化等。初始化程序僅在開機(jī)運(yùn)行時執(zhí)行一次，執(zhí)行完畢后，程序就進(jìn)入到循環(huán)當(dāng)中，持續(xù)處理系統(tǒng)的各項(xiàng)任務(wù)。在主程序的循環(huán)當(dāng)中，包含有A/D子程序、液晶顯示子程序、測溫子程序等。圖3所示的為ATmegal6控制電路結(jié)構(gòu)示意圖。ATmegal6控制電路I包括保護(hù)電路8、ATmegal6單片機(jī)11、液晶顯示器12、蜂鳴器驅(qū)動電路13、蜂鳴器14、5V電源接口 15、USB電源接口 16、繼電器17以及繼電器驅(qū)動電路18。保護(hù)電路8、液晶顯示器12、蜂鳴器驅(qū)動電路13、5V電源接口 15、USB電源接口 16以及繼電器驅(qū)動電路18分別與ATmegal6單片機(jī)11連接，蜂鳴器14與蜂鳴器驅(qū)動電路13連接，繼電器17與繼電器驅(qū)動電路18連接。優(yōu)選地，繼電器17可以有多個。圖4所示的為無極燈照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。無極燈照明系統(tǒng)2包括逆變器21、電子鎮(zhèn)流器22、功率耦合線圈23以及無極燈24。蓄電池6與逆變器21連接、電子鎮(zhèn)流器22分別與逆變器21與功率耦合線圈23連接，無極燈24與功率耦合線圈23連接。圖5和圖6分別為降壓電路和升壓電路結(jié)構(gòu)示意圖。在本發(fā)明中，降壓電路和升壓電路采用MC 34063A器件31。該器件本身包含了 DC / DC變換器所需要的主要功能的單片控制電路。它由具有溫度自動補(bǔ)償功能的基準(zhǔn)電壓發(fā)生器、比較器、占空比可控的振蕩器，R— S觸發(fā)器和大電流輸出開關(guān)電路等組成。該器件可用于升壓變換器、降壓變換器、反向器的控制核心，由它構(gòu)成的DC / DC變換器僅用少量的外部元器件。主要應(yīng)用于以微處理器(MPU)或單片機(jī)(MCU)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)里。在圖中，L表示儲能電感，Cr、Co表示儲能電容，R、Rl、R2、Rac表不電阻。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種微電能收集控制系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括王電路、控制電路(I)和無極燈照明系統(tǒng)(2)，所述主電路包括DC/DC變換器、整流管(5)、蓄電池(6)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)(7)、保護(hù)電路(8)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D (9);模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D (9)、DC/DC變換器以及保護(hù)電路(8)與控制電路(I)相連接，整流管(5 )分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D (9 )、風(fēng)力發(fā)電機(jī)(7 )連接，整流管(5)通過開關(guān)連接至DC/DC變換器，其中DC/DC變換器包括降壓電路(3)和升壓電路(4)，蓄電池(6)分別連接DC/DC變換器和保護(hù)電路(8)，保護(hù)電路(8)與無極燈照明系統(tǒng)(2)連接；風(fēng)力發(fā)電機(jī)(7)產(chǎn)生的交流電經(jīng)過整流管(5)整流后變成直流電，降壓電路(3)或升壓電路(4)對該直流電的電壓幅值進(jìn)行變換。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于開機(jī)時，控制電路(I)的主程序首先對系統(tǒng)初始化，初始化包括參數(shù)初始化、禁止JTAG使能、系統(tǒng)硬件初始化及液晶初始化；執(zhí)行完畢后，程序就進(jìn)入到循環(huán)當(dāng)中；在主程序的循環(huán)當(dāng)中，包含有A/D子程序、液晶顯示子程序、測溫子程序。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于控制電路(I)包括保護(hù)電路(8)、單片機(jī) (11)、液晶顯示器(12)、蜂鳴器驅(qū)動電路(13)、蜂鳴器(14)、5V電源接口(15)、USB電源接口(16)、繼電器(17)以及繼電器驅(qū)動電路(18);保護(hù)電路(8)、液晶顯示器(12)、蜂鳴器驅(qū)動電路(13)、5V電源接口( 15)、USB電源接口( 16)以及繼電器驅(qū)動電路(18)分別與單片機(jī)(11)連接，蜂鳴器(14)與蜂鳴器驅(qū)動電路(13)連接，繼電器(17)與繼電器驅(qū)動電路(18)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于所述控制電路(I)包括至少一個繼電器(17)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于無極燈照明系統(tǒng)(2)包括逆變器(21)、電子鎮(zhèn)流器(22 )、功率耦合線圈(23 )以及無極燈(24 )。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于蓄電池(6)與逆變器(21)連接、電子鎮(zhèn)流器(22 )分別與逆變器(21)與功率耦合線圈(23 )連接，無極燈(24)與功率耦合線圈(23 )連接。
全文摘要
本發(fā)明提出一種微電能收集控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括主電路、控制電路和無極燈照明系統(tǒng)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D、DC/DC變換器以及保護(hù)電路與控制電路相連接，整流管分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D、風(fēng)力發(fā)電機(jī)連接，整流管通過開關(guān)連接至DC/DC變換器，其中DC/DC變換器包括降壓電路和升壓電路，蓄電池分別連接DC/DC變換器和保護(hù)電路，保護(hù)電路與無極燈照明系統(tǒng)連接；風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電經(jīng)過整流管整流后變成直流電，降壓電路或升壓電路對該直流電的電壓幅值進(jìn)行變換。通過本發(fā)明能有效地在風(fēng)能電壓低于電池電壓時對蓄電池繼續(xù)充電，使得電能不會流失，而得到充分利用，提高風(fēng)能利用率。
文檔編號H02J7/00GK102751755SQ201210223318
公開日2012年10月24日 申請日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者姚佶, 張健民, 譚國振, 黃培先 申請人:廣東電力士照明科技有限公司