CN103956786B - 一种双mcu风光互补智能控制器 - Google Patents

一种双mcu风光互补智能控制器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种双MCU风光互补智能控制器,属于电子技术领域。所述双MCU风光互补智能控制器由主控MCU和从控MCU共同实现控制,包括通信电路、晶振电路、看门狗电路、ICSP程序下载电路、智能升压电路、太阳能电池电压信号采集电路、风机整流后电压信号采集电路、智能升压驱动电路、风机整流电路、刹车电路、蜂鸣器指示/报警电路、蓄电池电压信号采集电路、人机接口、两位数码管接口、数码管驱动电路、键盘接口电路、控制接口、LED指示电路、两路负载接口电路、升压/刹车接口、通信接口、电压数据采集端口、主控MCU芯片、两路负载接口、从控MCU芯片。

Description

一种双MCU风光互补智能控制器
技术领域
[0001 ] 本发明涉及一种双MCU风光互补智能控制器,属于电子技术领域。
背景技术
[0002]随着经济和社会的飞速发展,世界能源危机问题日益严重,使得新能源的合理开发和利用越来越受到人们的重视,其中,风能和太阳能作为洁净且储量极为丰富的可再生能源,无疑是新能源体系中两颗耀眼新星,成为世界各国关注的焦点。
[0003]风光互补智能控制器利用了风能和太阳能的互补性,一方面,风光互补智能控制器将风机叶轮转动产生的交流电经整流环节,转换成可供直流负载直接使用的直流电储存在铅酸蓄电池中;另一方面,控制器将太阳能电池板产生的直流电直接供给负载使用或者储存在蓄电池中备用。
[0004]众所周知,目前风光互补智能控制器的技术发展已经相对较为成熟,中国实用新型专利CN202455144U公开了一种风光互补发电系统智能控制器,通过M⑶主控单元与风能控制单元、太阳能控制单元、无线通讯单元以及RS485通讯单元双相连接,实现了远程通讯、检测和控制,并可实现计算机信息网络化管理;中国实用新型专利CN201726167U公开了一种风光互补发电系统的智能控制装置,由中央处理控制器、电量分析模块和电池容量监控等模块组成,实现了提高风光互补发电系统使用寿命;但这些智能控制器均采用单一的中央处理器,对中央处理控制单元功能要求较高,从而造成单个MCU产品成本增加、控制相对复杂等问题,而且在负载节能控制和系统工作稳定性方面有待提高。
发明内容
[0005]本发明的目的是针对上述现有的技术不足,提供了一种双MCU风光互补智能控制器,包括:通信电路I1、晶振电路12、看门狗电路I3、ICSP程序下载电路14、智能升压电路5、太阳能电池电压信号采集电路6、风机整流后电压信号采集电路7、智能升压驱动电路8、风机整流电路9、刹车电路10、蜂鸣器指示/报警电路IUICSP程序下载电路Π 12、蓄电池电压ί目号米集电路13、通彳目电路Π 14、看门狗电路Π 15、看门狗电路Π 16、人机接口 17、两位数码管接口 18、数码管驱动电路19、键盘接口电路20、控制接口 21、LED指示电路22、两路负载接口电路23、升压/刹车接口 24、通信接口 25、电压数据采集端口 26、主控MCU芯片27、两路负载接口 28、从控M⑶芯片29。通信电路I1、晶振电路12、看门狗电路13、ICSP程序下载电路14和主控MOT芯片27连接;主控MOT芯片27的两个PffM波输出管脚升压/刹车接口 24分别与智能升压驱动电路8和刹车电路10相连;主控MCU芯片27的四个I/O口电压数据采集端口 26分别与智能升压电路5、风机整流后电压信号采集电路7、太阳能电池电压信号采集电路6、蓄电池电压信号采集电路13相连;主控M⑶芯片27与通信接口 25连接,从控M⑶芯片29与通信电路Π 14连接,通信电路Π 14与通信接口 25连接;蜂鸣器指示/报警电路11、ICSP程序下载电路Π 12、蓄电池电压信号采集电路13、看门狗电路Π 15、看门狗电路Π 16、两路负载接口 28分别与从控M⑶芯片29相连;从控M⑶芯片29的人机接口 17和控制接口 21连接,控制接口 21并分别与键盘接口电路20、LED指示电路22、两位数码管接口 18连接;两路负载接口 28与两路负载接口电路23相连。
[0006] 所述通信电路11通过芯片MAX232与主控M⑶芯片27的管脚I和管脚44相连,晶振电路12通过0SC1_1和0SC2_1两个管脚与主控M⑶芯片27直接相连;看门狗电路13通过标号为WD2和MCLR_1的两条线路与主控MCU芯片27相连。
[0007] 所述主控M⑶芯片27通过管脚24-27与通信接口 25连接,从控M⑶芯片29通过管脚24-27与通信电路Π 14连接,通信接口25与通信电路Π 14EPR0M 93LC66连接,实现两MCU间的通信。
[0008]所述智能升压驱动电路8和智能升压电路5连接,风机整流电路9和智能升压电路5连接,智能升压电路5和电压信号采集电路7连接;所述智能升压驱动电路8为智能升压电路5的前置电路,驱动开关管IRF2807的导通与关断;风机整流电路9将三相风机输出的三相交流电WindA、WindB、WindC转换成直流的wind+并输入至智能升压电路5中对蓄电池进行充电和风机整流后电压信号采集电路7进行电压信号的采集。
[0009] 所述蜂鸣器指示/报警电路11通过与从控MCU芯片29的8管脚RBO相连;蓄电池电压信号采集电路13与从控M⑶芯片29的19管脚、主控M⑶芯片27的22管脚连接,将采集到的蓄电池电压输入到从控MCU芯片29的19管脚和主控MCU芯片27的22管脚;看门狗电路Π 15通过WDl和MCLR两条线和从控MCU芯片29相连接;看门狗电路Π 16与从控MCU芯片29的OSCl和0SC2两管脚相连,从控MCU芯片29的35管脚和36管脚与两路负载接口 28相连,两路负载接口28与两路负载接口电路23相连,数码管驱动电路19通过sell和sel2和两位数码管接口 18连接。而数码管驱动电路19作为两位数码管接口 18的前置驱动电路,分别通过sell和sel2驱动两位数码管;两路负载接口 28与从控MCU芯片29的35管脚和36管脚相连,并与两路负载接口电路23相连,实现两路负载的驱动和全/半功率功能。
[0010] 本发明的工作原理如下:
[0011] 主控M⑶芯片27 PIC16F877A与晶振电路12构成主控MCU单片机的最小系统;同理,从控MCU芯片29 PIC16F877A与晶振电路Π16构成从控M⑶单片机的最小系统;主控MCU芯片和从控MCU芯片的看丨]狗电路分别是看门狗电路13和看门狗电路Π 15,米用的芯片都是MAX813,防止系统程序跑飞,实现强制复位功能;主控M⑶芯片和从控MCU芯片分别采用ICSP程序下载电路14和ICSP程序下载电路Π 12,实现程序的下载和系统更新功能;通信电路Il采用芯片MAX232,通过主控MCU实现该风光互补智能控制器与上位机计算机的通信;而主控M⑶芯片27与从控M⑶芯片29之间通过通信电路Π 14,采用EPROM芯片93LC66,由通信接口25连接,实现双MCU之间的通信。
[0012]系统控制所需的太阳能电池升压后的电压值、风机整流后的电压值、太阳能电池直接输出电压和蓄电池电压,分别通过智能升压电路5、风机整流后电压信号采集电路7、太阳能电池电压信号采集电路6和蓄电池电压信号采集电路13进行采集,被分别送入电压数据采集端口 26,进行数模转换的分析计算;而智能升压驱动电路8驱动智能升压电路5,通过改变主控MCU芯片2 7的升压、刹车接口 2 4所输出的第一路PWM波占空比来改变开关管IRF2807的导通率,实现智能升压;刹车电路1是由主控MCU芯片27的升压、刹车接口 24所输出的第二路PWM波控制,通过改变其占空比来驱动三极管8550导通或关断,从而驱动后置的IRF2807开通或关断,实现wind+与接地端的连接与否,实现风机在风速过大时的刹车功能,保证系统的安全;风机整流电路9将三相风机输出的三相交流电WindA、WindB、WindC转换成直流的wind+并输入至智能升压电路5中对蓄电池进行充电和风机整流后电压信号采集电路7进行电压信号的采集。从控MCU芯片29主要负责两路直流负载的工作、人机接口的实现以及LED指示蜂鸣器报警等功能。两路负载接口 28由从控MCU芯片29输出的两路PWM波控制,并与两路负载接口电路23相连,控制实现两路负载的驱动和全/半功率工作功能;键盘接口电路20里面的按键S2、S3和S4分别用来设置风机的手动刹车、负载工作模式+和负载工作模式-;LED指示电路22里面的LEDULED2和LED3分别用来指示刹车或报警、接入蓄电池的规格为12V和24V;两位数码管接口 18由数码管驱动电路19的sel I和sel2驱动,用来显示设置的负载工作模式。
[0013]本发明的有益效果:
[0014] (I)本发明采用主控M⑶和从控M⑶相结合的控制方式,双MCU各自分工明确,控制上比单个MCU更加简便快捷;
[0015] (2 )本发明主控MCU的智能升/降压模块提高了太阳能和风能的利用效率,从控MCU的节能模块更加合理地分配电能,达到了节约电能的目的;
[0016] (3)本发明系统性能的安全可靠性也有所提高,使用寿命相应增长,操作、维护与传统控制器相比,更加便捷,更加人性化。
附图说明
[0017] 图1为双M⑶风光互补发电控制器主控M⑶电路原理图;
[0018]图2为双M⑶风光互补发电控制器主控单元辅助电路原理图;
[0019] 图3为双M⑶风光互补发电控制器从控M⑶电路原理图;
[0020]图4为双M⑶风光互补发电控制器从控单元辅助电路原理图;
[0021]图5为双M⑶风光互补发电控制器接线端子电路原理图;
[0022]图6为本发明的双M⑶风光互补发电控制器机壳示意图;
[0023]图中:1-通信电路I,2_晶振电路I,3_看门狗电路I,4_ICSP程序下载电路I,5_智能升压电路,6-太阳能电池电压信号采集电路,7-风机整流后电压信号采集电路,8-智能升压驱动电路,9-风机整流电路,10-刹车电路,11-蜂鸣器指示/报警电路,12-1CSP程序下载电路Π,13_蓄电池电压彳目号米集电路,14_通彳目电路Π,15_看门狗电路Π,16-晶振电路Π,17-人机接口,18-两位数码管接口,19-数码管驱动电路,20-键盘接口电路,21-控制接口,22-LED指示电路,23-两路负载接口电路,24-升压/刹车接口,25-通信接口,26-电压数据采集端口,27-主控MCU芯片,28-两路负载接口,29-从控MCU芯片;
[0024] 30-手动刹车按钮,31-工作模式设置加(+ )按钮,32-工作模式设置减(_)按钮,33-螺丝刀操作孔,34-双位数码管,35-红色LED灯,36-绿色LED灯,37-绿色LED灯,38-两路直流负载接线端子,39-直流铅蓄电池接线端子,40-太阳能电池板接线端子,41-风机接线端子。
具体实施方式
[0025]下面结合具体实施方式和附图对本发明作进一步详细说明,但本发明的保护范围并不限于所述内容。
[0026] 实施例1
[0027] 如图1〜5所示,本实施例所述双M⑶风光互补智能控制器,包括:通信电路11、晶振电路12、看门狗电路I3、ICSP程序下载电路14、智能升压电路5、太阳能电池电压信号采集电路6、风机整流后电压信号采集电路7、智能升压驱动电路8、风机整流电路9、刹车电路10、蜂鸣器指示/报警电路IUICSP程序下载电路Π 12、蓄电池电压信号采集电路13、通信电路Π14、看门狗电路Π 15、看门狗电路Π 16、人机接口 17、两位数码管接口 18、数码管驱动电路19、键盘接口电路20、控制接口 21、LED指示电路22、两路负载接口电路23、升压/刹车接口24、通信接口 25、电压数据采集端口 26、主控MCU芯片27、两路负载接口 28、从控M⑶芯片29,通信电路I1、晶振电路12、看门狗电路I3、ICSP程序下载电路14和主控MCU芯片27连接;主控MCU芯片27的两个HVM波输出管脚升压/刹车接口 24分别与智能升压驱动电路8和刹车电路10相连;主控M⑶芯片27的四个I/O 口电压数据采集端口 26分别与智能升压电路5、风机整流后电压信号采集电路7、太阳能电池电压信号采集电路6、蓄电池电压信号采集电路13相连;主控M⑶芯片27与通信接口 25连接,从控M⑶芯片29与通信电路Π 14连接,通信电路Π 14与通信接口 25连接;蜂鸣器指示/报警电路11、ICSP程序下载电路Π 12、蓄电池电压信号采集电路13、看门狗电路Π 15、看门狗电路Π 16、两路负载接口 28分别与从控MCU芯片29相连;从控M⑶芯片29的人机接口 17和控制接口 21连接,控制接口 21并分别与键盘接口电路20、LED指示电路22、两位数码管接口 18连接;两路负载接口 28与两路负载接口电路23相连。
[0028] 所述通信电路11通过芯片MAX232与主控M⑶芯片27 PIC16F877A的管脚I和管脚44相连,晶振电路12通过0SC1_1和0SC2_1两个管脚与主控M⑶芯片27直接相连;看门狗电路13通过标号为WD2和MCLR_1的两条线路与主控MCU芯片27相连。
[0029] 所述主控M⑶芯片27通过管脚24-27与通信接口 25连接,从控M⑶芯片29通过管脚24-27与通信电路Π 14连接,通信接口25与通信电路Π 14EPR0M 93LC66连接,实现两MCU间的通信。
[0030]所述智能升压驱动电路8和智能升压电路5连接,风机整流电路9和智能升压电路5连接,智能升压电路5和电压信号采集电路7连接;所述智能升压驱动电路8为智能升压电路5的前置电路,驱动开关管IRF2807的导通与关断;风机整流电路9将三相风机输出的三相交流电WindA、WindB、WindC转换成直流的wind+并输入至智能升压电路5中对蓄电池进行充电和风机整流后电压信号采集电路7进行电压信号的采集。
[0031] 所述蜂鸣器指示/报警电路11通过与从控此1]芯片?1(:16?8774 29的8管脚RBO相连;蓄电池电压信号采集电路13与从控M⑶芯片29的19管脚、主控MCU芯片27的22管脚连接,将采集到的蓄电池电压输入到从控MCU芯片29的19管脚和主控MCU芯片27的22管脚;看门狗电路Π 15通过WDl和MCLR两条线和从控M⑶芯片29相连接;看门狗电路Π 16与从控M⑶芯片29的OSCl和0SC2两管脚相连,从控M⑶芯片29的35管脚和36管脚与两路负载接口 28相连,两路负载接口 28与两路负载接口电路23相连,数码管驱动电路19通过sell和sel2和两位数码管接口 18连接。而数码管驱动电路19作为两位数码管接口 18的前置驱动电路,分别通过sel I和sel2驱动两位数码管;两路负载接口 28与从控MCU芯片29的35管脚和36管脚相连,并与两路负载接口电路23相连,实现两路负载的驱动和全/半功率功能。
[0032] 本实施例所述双M⑶风光互补智能控制器的外观构造示意图如图6所示,包括:手动刹车按钮30、工作模式设置加(+)按钮31、工作模式设置减(_)按钮32、螺丝刀操作孔33、双位数码管34、红色LED灯35、绿色LED灯136、绿色LED Π灯37、两路直流负载接线端子38、直流铅蓄电池接线端子39、太阳能电池板接线端子40、风机接线端子41。
[0033]手动刹车按钮30、工作模式设置加+按钮31、工作模式设置减-按钮32分别与图4中的键盘接口电路20里面的按键S2、S3和S4相对应;螺丝刀操作孔33是在装置上的物理开孔,加入了橡胶绝缘,避免螺丝刀操作时与控制器金属外壳的导电造成的安全问题;双位数码管34与图4中两位数码管接口 18中的DSl相对应、红色LED灯35、绿色LED灯136、绿色LEDΠ灯37分别与图4中LED指示电路22里面的LED1、LED2和LED3相对应,分别用来指示刹车或报警、接入蓄电池的规格为12V和24V;两路直流负载接线端子38、直流铅蓄电池接线端子39、太阳能电池板接线端子40、风机接线端子41的电路实现如图5所示,与图1〜4的具体接线由网络标号连接,具体如下:两路直流负载接线端子38的(+)、(-)、(-)三个端子分别与蓄电池正极、图4中两路负载接口电路23的Loadl-和Load2-对应;直流铅蓄电池接线端子39的+、_分别和图3中蓄电池电压信号采集电路13的Battery和地线相对应;太阳能电池板接线端子40的+、-分别与图2中智能升压电路5中的Solar+和地线对应;风机接线端子41中的(〜)、(〜)、(〜)分别与图2中风机整流电路9的WindA、WindB和WindC相对应。
[0034]具体实施方式是:接线顺序依次为将铅酸蓄电池与直流铅蓄电池接线端子39连接,然后再将风力发电机与风机接线端子41连接,然后太阳能电池板与太阳能电池板接线端子40连接,两路直流负载与两路直流负载接线端子38连接,接线完毕;系统自动识别接入的蓄电池是12V或24V两种规格,并分别通过绿色LED灯136或绿色LEDII灯37指示;与此同时,蜂鸣器发出“嘀”的一声,红色LED灯35闪烁一下随即灭掉,证明系统工作正常,系统开始在默认工作模式下工作,工作模式通过双位数码管34显示。根据该发明实用环境和用户需求的不同,可通过工作模式设置加(+)按钮31、工作模式设置减(_)按钮32分别对多种工作模式进行手动+或-设置,更改的工作模式随即显示在双位数码管34上。
[0035]当该双MCU风光互补智能控制器出现故障需要检查维修时,按下手动刹车按钮30,对风机强制刹车以免损坏器件,此时红色LED灯35长亮直至再按一次手动刹车按钮解除刹车为止。
[0036]作为优选,本发明利用双MCU不仅实现了风光互补智能控制,而且实现了最大限度节能,人机交互简洁而不失方便,与多种常用负载兼容,系统性能稳定,运行安全,使用寿命长,安装维护简便,达到了该装置的预期效果。
[0037]以上优选实施例仅为本发明的示范性实施例,并非因此而限定本发明的专利范围。本领域技术人员在本发明的实质和保护范围内,对本发明做出的各种修改或等同替换也应落在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种双MCU风光互补智能控制器,其特征在于:所述双MCU风光互补智能控制器包括通信电路1(1)、晶振电路1(2)、看门狗电路I(3)、ICSP程序下载电路1(4)、智能升压电路(5)、太阳能电池电压信号采集电路(6)、风机整流后电压信号采集电路(7)、智能升压驱动电路(8)、风机整流电路(9)、刹车电路(10)、蜂鸣器指示/报警电路(11)、ICSP程序下载电路Π (12)、蓄电池电压信号采集电路(13)、通信电路Π (14)、看门狗电路Π (15)、晶振电路Π(16),人机接口(17)、两位数码管接口(18)、数码管驱动电路(19)、键盘接口电路(20)、控制接口(21)、LED指示电路(22)、两路负载接口电路(23)、升压/刹车接口(24)、通信接口(25)、电压数据采集端口(26)、主控MCU芯片(27)、两路负载接口(28)、从控MCU芯片(29),通信电路1(1)、晶振电路1(2)、看门狗电路I(3)、ICSP程序下载电路1(4)和主控M⑶芯片(27)连接;主控M⑶芯片(27)的两个PffM波输出管脚通过升压/刹车接口(24)分别与智能升压驱动电路(8 )和刹车电路(1 )相连;主控MCU芯片(27 )的四个I /0 口通过电压数据采集端口( 26 )分别与智能升压电路(5)、风机整流后电压信号采集电路(7)、太阳能电池电压信号采集电路(6)、蓄电池电压信号采集电路(13)相连;主控MCU芯片(27)与通信接口(25)连接,从控M⑶芯片(29)与通信电路Π (14)连接,通信电路Π (14)与通信接口(25)连接;蜂鸣器指示/报警电路(11)、ICSP程序下载电路Π (12)、蓄电池电压信号采集电路(13)、看门狗电路Π (15)、晶振电路Π (16 )、两路负载接口( 28)分别与从控M⑶芯片(29 )相连;从控M⑶芯片(29 )的人机接口( 17)和控制接口(21)连接,控制接口(21)并分别与键盘接口电路(20)、LED指示电路(22)、两位数码管接口(18)连接;两路负载接口(28)与两路负载接口电路(23)相连,智能升压驱动电路(8)和智能升压电路(5)连接,风机整流电路(9)和智能升压电路(5)连接,智能升压电路(5)和风机整流后电压信号采集电路(7)连接; 所述主控MCU芯片的型号为PIC16F877A; 所述从控MCU芯片的型号为PIC16F877A。
2.根据权利要求1所述的双MCU风光互补智能控制器,其特征在于:所述通信电路I(I)通过芯片MAX232与主控MCU芯片(27)的管脚I和管脚44相连,晶振电路I (2)通过OSClj和0SC2_1两管脚与主控M⑶芯片(27)直接相连;看门狗电路1(3)通过标号为胃02和]«0^_1的两条线路与主控MCU芯片(27)相连。
3.根据权利要求1所述的双MCU风光互补智能控制器,其特征在于:主控M⑶芯片(27)通过管脚24-27与通信接口(25)连接,从控MCU芯片(29)通过管脚24-27与通信电路Π( 14)连接,通信接口( 25)与通信电路Π (14)EPR0M 93LC66连接,实现两MCU间的通信。
4.根据权利要求1所述的双MCU风光互补智能控制器,其特征在于:蜂鸣器指示/报警电路(11)通过与从控MCU芯片(29)的8管脚RBO相连;蓄电池电压信号采集电路(13)与从控M⑶芯片(29)的19管脚、主控MCU芯片(27)的22管脚连接;看门狗电路Π( 15)通过WDl和MCLR两条线和从控MCU芯片(29)相连接;晶振电路Π( 16)与从控MCU芯片(29)的OSCl和0SC2两管脚相连,从控MCU芯片(29)的35管脚和36管脚与两路负载接口(28)相连,两路负载接口(28)与两路负载接口电路(23)相连,数码管驱动电路(19)与两位数码管接口(18)连接。
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CN204131144U (zh) * 2014-04-16 2015-01-28 昆明理工大学 一种双mcu风光互补智能控制器

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