小型风力发电控制器设计
3.3 蓄电池选型
在这里选择两个150AH/12V的蓄电池。其主要的技术参数如表3.2所示：
表3.1 风力发电机技术指标 产品名称 起动风速（m/s） 额定风速(m/s)
小型风力发电机 HY-400
2.3
12 3 24 400 450 1.4 3
叶片失速及电磁制动 电磁制动或加卸荷器
切入风速(m/s) 额定电压(DCV)
额定功率(W) 最大功率(W) 风叶直径(m) 风叶数量 超速保护 过载保护
电池参数 V NC Crate Vc.min Ibuck Itrickle If Vj Vbuck Vfloat
名称 电池组电压 单格电池数量 电池组容量
定义及计算公式 取值 24V 2 300Ah
串联电池个数
最大充电电流 涓流充电电流 浮充电流 涓流充电电压
Ibuck=0.1C～0.5C Itrickle=0.04C If=0.05C
50A 6A 7A 20.4V 20.4V～28.0V
28.0V
大电流充电电压 浮充充电电压
表3.2 蓄电池技术指标
3.4 控制面板设计
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U V W 电流(A) 电压(V) PWM(%) UP + _ 充电 正常 反接 ON OFF OK DOWN 图3.2 控制面板示意图
按照课题要求，设计的控制面板如图3.2所示。“ON”、“OFF”键是控制器的总开关，按下“ON”蓄电池开始充电，按下“OFF”控制器停止工作。“充电”灯亮表示风力发电机已经接通可以给蓄电池充电了。“正常”灯亮表示蓄电池连接正常。“反接”灯亮表示蓄电池反接。“U”、“V”、“W”几个接线柱连接风力发电机。“+”、“-” 接线柱接蓄电池的正负极。三个按键用来实现调节PWM输出百分比的功能。七个LED分别显示充电电流、充电电压和PWM输出百分比。
3.5 AT89C51单片机
3.5.1 AT89C51简介
单片机AT89C51是本系统的核心。单片机是把微机主要部分都集成在一个芯片上的单芯片微型计算机。由于它的结构与指令功能都是按照工业控制要求设计的，故又叫单片控制器（Single Chip Microcontroller）。
AT89C51是美国ATMEL公司最近生产的一种高性能、低功耗、带4kFlash Memory的8位CMOS单片微型计算机芯片。Flash Memory又称闪烁存贮器,它是EPROM和EEPROM技术有机结合的产物。其既具有EPROM一样的可编程能力，又带有EEPROM的电可擦除性能,而且还具有不挥发性、访问速度快和密度高等特点。由于以上优点使AT89C51可靠性高、实时性好、速度快、系统掉电后重要数据和状态信息不会丢失，并可方便的在线重复编程等[12]。它为解决许多嵌入式控制应用提供了更多的灵活性。
通常，一个微计算机由微型计算机与外部设备组成，而微型计算机则包括微处理器（CPU），存储器，输出/输入口（I/O口）及其它功能部件如定时/计数器，中断系统等。它们通过地址总线（AB），数据总线（DB）和控制总线(CB)连接起来。通过输入/输出口线与外部设备及外围芯片相连。CPU中配置有指令系统。计算机系统中配有主机监控程序，系统操作软件及用户应用软件。单片机相当于一个没有显示器，没有键盘，不带监控程序
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的单板机。其结构如图3.3：
CPU DB 外部? 设备 时钟 复位 ROM RAM 定时计数器 AB CB 中断系统 I/O口
图3.3 单片机结构
单片计算机有以下特点：
1、受集成度限制，片内存储器容量较小，一般ROM小于4/8K字节，RAM小于256字节，但可在外部扩展，通常ROM,RAM可分别扩展至64K字节。
2、可靠性好。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，其抗工业噪声干扰优于一般通用CPU；程序指令及常数、表格固化在ROM中不易被破坏；许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。
3、易扩展。片内具有计算机正常运行所必须的部件。芯片外部有许多供扩展用三总线并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。
4、控制功能强。为了满足工业控制要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的条件分支转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。一般说来，单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微处理器。
5、一般单片机内无监控程序或系统通用管理软件，只放置用户调试好的应用程序。
3.5.2 引脚功能说明
XTAL1：接外部晶振的一个引脚。在单片机内部，它是一反相放大器输入端，这个放大器构成了片内振荡器。它采用外部振荡器时，该引脚应接地。
XTAL2：接外部晶振的一个引脚。在片内接至振荡器的反相放大器输出端和内部时钟发生器输入端。当采用外部振荡器时，则此引脚接外部振荡信号的输入。
RST：AT89C51的复位信号输入引脚，高电位工作，当要对芯片复位时，只要将此引脚电位提升到高电位，并持续两个机器周期以上的时间，AT89C51便能完成系统复位的各项
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工作，使得内部特殊功能寄存器的内容均被设成已知状态。
ALE/PROG：ALE是英文“ADDRESS LATCH ENABLE”的缩写，表示地址锁存允许信号。当访问外部存储器时，ALE信号负跳变来触发外部的8位锁存器(如74LS373)，将端口P0的地址总线(A0～A7)锁存进入锁存器中。在非访问外部存储器期间，ALE引脚的输出频率是系统工作频率的1/16，因此可以用来驱动其他外围芯片的时钟输入。
EA/VPP：该引脚为低电平时，则读取外部的程序代码(存于外部EPROM中)来执行程序。因
此在8031中，EA引脚必须接低电位，因为其内部无程序存储器空间。如果是使用AT89C51或其它内部有程序空间的单片机时，此引脚接成高电平使程序运行时访问内部程序存储器，当程序指针PC值超过片内程序存储器地址（8051/8751/89C51的PC超过0FFFH）时，将自动转向外部程序存储器继续运行。此外，在将程序代码输入至8751内部EPROM、89C51内部Flash时，可以利用此引脚来输入提供编程的电压。
PSEN：此为“Program Store Enable”的缩写。访问外部程序存储器选通信号，低
电平有效。在访问外部程序存储器读取指令码时，每个机器周期产生二次PSEN信号。在执行片内程序存储器指令时，不产生PSEN信号，在访问外部数据时，亦不产生PSEN信号。
P0口：PO口是一组8位漏极开路型双向I/0口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址(低8位)和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，PO口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。
Pl口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。
P2口： P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口线上的内容在整个访问期间不改变。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号。
P3口： P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对P3口写“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。P3口除了作为一般的I/0口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下所示：
P3.0 RXD 串行通信输入。 P3.1 TXD 串行通信输出。
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P3.2 INT0 外部中断0 输入，低电平有效。 P3.3 INT1外部中断1输入，低电平有效。 P3.4 T0计数器0外部事件计数输入端。 P3.5 T1计数器1外部事件计数输入端。
P3.6 WR外部随机存储器的写选通，低电平有效。 P3.7 RD外部随机存储器的读选通，低电平有效
89C513119EA/VPX1P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7RDWRPSENALE/PTXDRXD3938373635343332212223242526272817162930111018X29RESET1213141512345678INT0INT1T0T1P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7
图3.4 AT89C51引脚图
3.5.3 时钟振荡器
AT89C51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放人器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，振荡电路参见图3.5。接石英晶体(或陶瓷谐振器)及电容C1， C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1， C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性，如果使用石英晶体，推荐电容使用30pF±10pF，而如使用陶瓷谐振器建议选择4pF±10F[13]。
图3.5 振荡电路
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