4位7段數(shù)碼管顯示計算器設計（附電路圖及程序清單）和5kWp光伏離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設計方案

1前言隨著社會的發(fā)展，科學的進步，人們的生活水平在逐步的提高，尤其是微電子技術(shù)的發(fā)展，猶如雨后春筍般的變化。電子產(chǎn)品的更新速度快就不足驚奇了。計算器在人們的日常中是比較的常見的電子產(chǎn)品之一。如何使計算器技術(shù)更加的成熟，充分利用已有的軟件和硬件條件，設計出更出色的計算器，使其更好的為各個行業(yè)服務，成了如今電子領域的研究課題。一塊大而復雜的模擬電路花費了巨大的精力，繁多的元器件增加了設計的成本。而現(xiàn)在，只需要一塊幾厘米平方的單片機，寫入簡單的程序，就可以使您以前的電路簡單很多。計算器的未來是小型化和輕便化,如使用太陽能提供電池的計算器,使用ASIC設計的計算器,如使用純軟件實現(xiàn)的計算器等,隨著社會的發(fā)展,知識的更新,各行各業(yè)的需要帶動了電子產(chǎn)品的發(fā)展,未來的智能化計算器將是我們的發(fā)展方向,更希望成為現(xiàn)代社會應用廣泛的計算工具。本次設計采用STC89C52單片機、矩陣鍵盤和液晶顯示器等器件實現(xiàn)模擬計算器硬件功能電路。通過掌握對字符液晶顯示模塊工作原理的理解及運用，如初始化、清屏、顯示、調(diào)用及外特性有較清楚的認識，實現(xiàn)運用LCD顯示計算結(jié)果；掌握液晶顯示模塊的驅(qū)動和編程，設計LCD和單片機的接口電路，以及利用單片機對液晶模塊的驅(qū)動和操作；并通過運用C語言來實現(xiàn)其軟件部分的設計，充分分析內(nèi)部邏輯的概念，進行軟件和硬件調(diào)試，最終完成對電路功能的軟件仿真以及硬件實現(xiàn)。本系統(tǒng)能實現(xiàn)加、減、乘、清零和顯示結(jié)果等功能。2總體方案設計2.1設計內(nèi)容本設計為設計一種簡單計算器數(shù)字輸入及顯示控制電路，具體要求如下：1、利用AT89C52單片機進行數(shù)據(jù)處理。2、運用矩陣鍵盤實現(xiàn)數(shù)據(jù)及功能輸入。3、使用數(shù)碼管模擬計算器數(shù)字的輸入及結(jié)果顯示。4、計算器能進行加、減、乘、除的簡單計算及顯示結(jié)果。2.2設計方案比較方案一：通過運用以AT89S52單片機為核心，加以外部電源供電、11.0592MHZ的晶振時鐘電路、復位電路、矩陣鍵盤電路、4位7段數(shù)碼管電路，來實現(xiàn)簡單計算器的系統(tǒng)設計。其原理框圖如圖2-1所示：SCTSCT98C52單片機電源電路復位電路時鐘電路矩陣鍵盤電路4位7段數(shù)碼管顯示電路圖2-14位7段數(shù)碼管顯示計算器原理框圖方案二：通過利用STC89C52單片機為數(shù)據(jù)運算核心；外部電源電路提供+5V電源使整個硬件系統(tǒng)正常工作；以MAX232芯片為核心的下載電路實現(xiàn)程序下載到單片機；外部連接4*4矩陣鍵盤提供數(shù)據(jù)輸入和功能鍵；以11.0592MHZ晶振為基準的時鐘電路；使用1602LCD實現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)和運算結(jié)果的顯示。其原理框圖如圖2-2所示：SCTSCT98C52單片機電源電路復位電路時鐘電路矩陣鍵盤電路1602LCD顯示電路MAX232程序下載圖2-21602LCD顯示計算器原理框圖2.3方案論證為了更好的實現(xiàn)系統(tǒng)的功能，硬件電路的設計應該遵循以下原則：(1)優(yōu)化硬件電路采用軟件設計與硬件設計相結(jié)合的方法；盡管采用軟件來實現(xiàn)硬件系統(tǒng)的功能時，也許響應時間會比單純使用硬件時長，而且還要占用微處理器(MCU)的時間；但是，用軟件實現(xiàn)硬件的功能可以簡化硬件結(jié)構(gòu)，提高電路的可靠性。所以，在設計本系統(tǒng)得時候，在滿足可靠性和實時性的前提下，盡可能的通過軟件來實現(xiàn)硬件功能。(2)可靠性及抗干擾設計根據(jù)可靠性設計理論，系統(tǒng)所用芯片數(shù)量越少，系統(tǒng)的平均無故障時間越長。而且，所用芯片數(shù)量越少，地址和數(shù)據(jù)總線在電路板上受干擾的可能性也就越小。因此，系統(tǒng)的設計思想是在滿足功能的情況下力爭使用較少數(shù)量的芯片。(3)靈活的功能擴展功能擴展是否靈活是衡量一個系統(tǒng)優(yōu)劣的重要指標。一次設計往往不能完全考慮到系統(tǒng)的各個方面，系統(tǒng)需要不斷完善以及進行功能升級。進行功能擴展時，應該在原有設計的基礎上，通過修改軟件程序和少量硬件完成。對于本系統(tǒng)而言，就是要求在系統(tǒng)硬件不變的情況下，能夠通過修改軟件程序，完成功能的升級和擴展。2.4方案選擇結(jié)合以上三條原則，且LCD顯示器具有以下特點：①、低壓微功耗；②、平板型結(jié)構(gòu)；③、被動顯示型(無眩光，不刺激人眼，不會引起眼睛疲勞)；④、顯示信息量大(因為像素可以做得很小)；⑤、易于彩色化(在色譜上可以非常準確的復現(xiàn))；⑥、無電磁輻射(對人體安全，利于信息保密)；⑦、長壽命(這種器件幾乎沒有什么劣化問題，因此壽命極長，但是液晶背光壽命有限，不過背光部分可以更換)。最終確定了以方案二為系統(tǒng)硬件的設計方案。STC89C52單片機與LCD液晶顯示屏顯示電路是整個電路的核心，它們實現(xiàn)系統(tǒng)的功能要求。3單元模塊設計3.1各單元模塊功能介紹及電路設計由于方案二的硬件設計采用了模塊化的設計方法，所以將模擬計算器的整體電路分為了以下幾個模塊：STC89C52單片機模塊；+5V電源電路模塊；下載電路模塊；4*4矩陣鍵盤模塊；時鐘電路模塊；復位電路模塊；1602LCD顯示模塊。下面將對各個模塊的功能及電路設計進行簡單介紹。3.1.1STC89C52單片機模塊8052單片機引腳圖與引腳功能簡：單片機的40個引腳大致可分為4類：電源、時鐘、控制和I/O引腳。

電源:

⑴

VCC

-

芯片電源，接+5V；

⑵

VSS

-

接地端；

時鐘:XTAL1、XTAL2

-

晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。

控制線:控制線共有4根

⑴

ALE/PROG:地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖①

ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址②

PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。⑵

PSEN:外ROM讀選通信號。

⑶

RST/VPD:復位/備用電源。

①

RST（Reset）功能：復位信號輸入端。

②

VPD功能：在VCC掉電情況下，接備用電源。

⑷

EA/VPP:內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。

①

EA功能：內(nèi)外ROM選擇端。

②

VPP功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源VPP。

4、XTAL1:

反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入；XTAL2：來自反向振蕩器的輸出引腳。5、I/O線：80C52共有4個8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個引腳。P3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號（屬控制總線）。

如圖3-1所示。圖3-1單片機89C52引腳圖+5V電源模塊通用序列總線USB2.0作為一種新的PC機互連協(xié)議，使外接設備到計算機的連接更加高效、便利。這種接口適合于多種設備，不僅具有快速、即扦即用、支持熱扦撥的特點還能同時連接127個設備，解決了如資源件沖突、中斷請求和直接數(shù)據(jù)通道等問題，為使用者提供更好的效能。但隨著各類數(shù)字化便攜式設備及其內(nèi)核電源品種的增多，這就要需要進一步開發(fā)并拓寬USB接口的電源功能以保證各類便攜式設備的正?？煽窟\行。本設計中使用到了一個+5V供電電源，此設計適用UBS連接器，連接電腦提供+5V電源。如圖3-2所示：圖3-2+5V供電電源圖下載電路模塊本實驗采用RS-232串口下載電路，RS-232是由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）正式公布的，在異步串行通信中應用最廣泛的標準總線。RS-232標準（協(xié)議）的全稱是EIA-RS-232標準，其中EIA(ElectronicIndustryAssociation)代表美國電子工業(yè)協(xié)會，其中RS是RecommendedStandard的縮寫，代表推贈標準，232是標識符。串行通信一次只傳輸1位，相對來說，要處理的數(shù)據(jù)電壓只有一個，因此比較不容易漏失數(shù)據(jù)，通信時候再加上一些校驗防范措施后，串行通信的出錯就更不容易了，串行通信端口（SerislCommunicationPort）在系統(tǒng)控制的范疇中一直占有極其重要的角色。RS-232關(guān)于電氣特性的要求規(guī)定，驅(qū)動器輸出電壓相對于信號地線在-5V～-15V之間為邏輯1電平，表示傳號狀態(tài)；輸出電壓相對于信號地線在＋5V～＋15V之間為邏輯0電平，表示空號狀態(tài)。在接收端，邏輯1電平為-3V～-15V，邏輯0電平為＋3V～＋15V，即允許發(fā)送端到接收端有2V的電壓降。該實驗用一個RS-232串口：一個串口連接到單片機，可以用他來下載單片機的程序，也可以用來做單片機的串口實驗，程序打印調(diào)試信息。如圖3-3所示：圖3-3RS-232串口下載電路4*4矩陣鍵盤模塊用單片機的并行口P3連接4*4矩陣鍵盤，并以單片機的P1.0―P1.3各管腳作輸入線，以單片機的P1.4―P1.7各管腳作輸出線，在數(shù)碼管上顯示每個按鍵“O―9”的序號。矩陣鍵盤又稱為行列鍵盤，它是用4條I/O線作為行線，4條I/O線作為列線組成的鍵盤。在行線和列線的每一個交叉點上，設置一個按鍵。這樣，在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉出不直接通，而是通過一個按鍵加以連線，這樣，一個端口（如P1口）就可以構(gòu)成4*4=16個按鍵。如圖3-4矩陣鍵盤電路。矩陣鍵盤驅(qū)動的主要作用就是實時監(jiān)測外部按鍵中斷，一旦發(fā)現(xiàn)外部有按鍵下就向內(nèi)核發(fā)送鍵盤消息實現(xiàn)鍵盤輸入功能。鍵盤驅(qū)動創(chuàng)建了中斷服務線程和4個鍵盤中斷事件，每行按鍵對應一個按鍵中斷事件。有按鍵按下時，終端服務例程得到對應的中段標識符并報告給系統(tǒng)任務調(diào)度進程，同時產(chǎn)生鍵盤中斷事件，鍵盤中斷服務線程相應鍵盤中斷事件，開始掃描矩陣鍵盤。根據(jù)產(chǎn)生的中斷事件類型不同，可以首先確定被按下鍵的行位置。由于鍵盤被按下后，該鍵對應的行和列被連通，因此根據(jù)判斷各列對應的I/O口的電平，可以得到被按下鍵的列位置；得到按鍵的準確位置后，通過向操作系統(tǒng)發(fā)送鍵盤消息KEYBD_EVENT，實現(xiàn)一次鍵盤輸入，循環(huán)掃描鍵盤，直接被彈起則發(fā)送KEYEVENTF_KEYUP事件。圖3-4矩陣鍵盤電路時鐘電路模塊晶振是一種石英產(chǎn)品，使用晶振的電路可以分為石英晶體諧振器和石英晶體振蕩器。振蕩器是由諧振器與IC(也可以是三極管/電阻/電容等)組成，石英晶體振蕩器相當于用電阻、電容、三極管等組成的雙穩(wěn)態(tài)振蕩器。簡單地說，晶體振蕩器(有源器件)是由晶體諧振器(無源器件)和相關(guān)電路組成。晶體諧振器只是作為輸出時鐘電路的一個參考頻率(FrequencyReference),而晶體振蕩器則可以直接輸出有一定驅(qū)動能力的時鐘頻率(Clock)。由于晶振的頻率十分穩(wěn)定，因此用來穩(wěn)定振蕩線路的振蕩頻率，這也是晶體諧振器的作用。如圖3-5時鐘電路圖，C1、C2為外加負載電容，R1為限流電阻。圖3-5時鐘電路圖復位電路模塊該電路用了一個手動按鈕復位，在復位輸入端上加入高電平。一般采用的辦法是在RST端和正電源VCC之間接一個按鈕KEY4。當按下按鈕時，則VCC的+5V電平就會直接加到復位端。C16放電結(jié)束及復位完成，斷開KEY4，C16開始充電。手動按鈕復位的電路如圖3-6所示。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復位的時間要求。圖3-6復位電路圖1602LCD顯示模塊LCD(liquidcrystaldisplay)為液晶顯示器，它一般不會單獨使用，而是將LCD面板、驅(qū)動與控制電路組合成LCD模塊(1iquidcrystaldisplaymoulde，簡稱為LCM)來使用。LCM是一種很省電的顯示設備，常被應用在數(shù)字或微處理器控制的系統(tǒng)，作為簡易的人機接口，但人們一般還是習慣稱之為LCD顯示器。硬件設計采用51單片機控制1602LCD顯示器的電路如圖3-7所示，1602引腳功能如圖3-8所示：圖3-71602LCD 顯示模塊電路圖3-81602LCD 顯示電路引腳功能3.2電路參數(shù)的計算及元器件的選擇模擬數(shù)字輸入計算器系統(tǒng)硬件設計主要包括：鍵盤電路和顯示電路及其他輔助電路。下面分別進行設計。鍵盤和單片機電路的設計鍵盤電路可分為兩類：編碼鍵盤和非編碼鍵盤。編碼鍵盤是較多（20個以上）和專用驅(qū)動芯片的組合，當按下某個按鍵時，他能夠處理按鍵抖動、連擊等問題，直接輸出按鍵的編碼，無需系統(tǒng)軟件干預。所以通用計算機適用的鍵盤就是編碼鍵盤。而本實驗中采用的是單片機98C52芯片和矩陣鍵盤組成的編碼鍵盤，同時還兼顧LCD數(shù)碼顯示驅(qū)動，其相關(guān)電路和芯片資料在各單元模塊功能及電路設計中有詳細的介紹。本設計采用的是16個按鍵，故選擇用非編碼鍵盤，為了減少所占用的端口，有P1口采用4*4矩陣式鍵盤。矩陣鍵盤、單片機與顯示電路的連線如圖3-9（1）把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P1.0-P1.7端口用8芯排線連接到“4х4行列式鍵盤”區(qū)域中；（2）把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P0.0-P0.7端口用8芯排線連接到“動態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中的D0-D7端口上；（3）把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P1.0-P1.2端口用3根導線連接到“動態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中的“R8、E、RW”端口上；復位和時鐘電路設計MCS-51單片機芯片內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益方相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。當使用內(nèi)部振蕩電路時，XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體和微調(diào)電容，如圖3-10所示，圖中C1和C2大小一般為30PF。還加了復位/備用電源引腳的接線方式，任何單片機在工作之前都要進行復位，以便CPU以及其他功能部件都處于一個確定的初始化狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，也就是程序開始執(zhí)行之前，單片機做好準備工作。在單片機的RST引腳上保持兩個機器周期（24個時鐘周期）的高電平即可對單片機實現(xiàn)復位操作。當主電源VCC發(fā)生掉電或者電壓降低到電平規(guī)定值時，VPD上外接的備用電源自動啟用，為單片機內(nèi)部RAM提供電源，以保護片內(nèi)RAM中的信息不丟失，使系統(tǒng)在恢復上電后能正常運行。圖3-9矩陣鍵盤、單片機與顯示電路的連線圖3-10復位電路與時鐘電路4軟件設計4.1軟件介紹4.1.1Protuer軟件介紹Protues軟件是英國Labcenterelectronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風標電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。并且Protues提供了豐富的資源:Protues可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，有30多個元件庫。Protues可提供的仿真儀表資源：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器、信號發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表。理論上同一種儀器可以在一個電路中隨意的調(diào)用。除了現(xiàn)實存在的儀器外，Protues還提供了一個圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來，其作用與示波器相似，但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器對測量結(jié)果的影響。Protues可提供的調(diào)試手段Protues提供了比較豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號。4.1.2KeilC51軟件簡介KeilC51是美國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢。是目前最流行開發(fā)MCS-51系列單片機的軟件，這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（UVision）將這些部份組合在一起。掌握這一軟件的使用對于使用51系列單片機的愛好者來說是十分必要的，如果你使用C語言編程，那么Keil幾乎就是你的最佳之選（目前在國內(nèi)你只能買到該軟件、而你買的仿真機也很可能只支持該軟件），即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調(diào)試工具也會令你事半功倍。因而易學易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會更加深刻。4.2軟件仿真和電路功能仿真支持當前的主流單片機，如51系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列、68000系列等。1）提供軟件調(diào)試功能2）提供豐富的外圍接口器件及其仿真RAM，ROM，鍵盤，馬達，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。這樣很接近實際。在訓練學生時，可以選擇不同的方案，這樣更利于培養(yǎng)學生。3）提供豐富的虛擬儀器利用虛擬儀器在仿真過程中可以測量外圍電路的特性，培養(yǎng)學生實際硬件的調(diào)試能力。4）具有強大的原理圖繪制功能在PROTUES繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標代碼文件：*.HEX，可以在PROTUES的原理圖中看到模擬的實物運行狀態(tài)和過程。PROTUES是單片機課堂教學的先進助手。PROTUES不僅可將許多單片機實例功能形象化，也可將許多單片機實例運行過程形象化。前者可在相當程度上得到實物演示實驗的效果，后者則是實物演示實驗難以達到的效果。它的元器件、連接線路等卻和傳統(tǒng)的單片機實驗硬件高度對應。這在相當程度上替代了傳統(tǒng)的單片機實驗教學的功能，例：元器件選擇、電路連接、電路檢測、電路修改、軟件調(diào)試、運行結(jié)果等。4.3軟件設計4.3.1KeilC51軟件基本使用流程Keilc51軟件使用基本流程如下：①打開軟件KeilC51；②新建工程文件；③新建源代碼文件類型為.c或.asm；④調(diào)試、編譯并生成.hex文件。4.3.2主程序流程圖主程序主要是用來進行初始化的，調(diào)用其他子程序，清空各個標志位，清空緩存區(qū)，讀取鍵碼，判斷功能，在LCD上作回應，其主程序流程圖如圖4-1：LCDLCD顯示圖4-1主程序流程圖4.3.3讀鍵子程序設計為實現(xiàn)鍵盤的數(shù)據(jù)輸入功能和命令處理功能，每個鍵都有其處理子程序，為此每個鍵都對應一個碼——鍵碼。為了得到被按鍵的鍵碼，其程序設計構(gòu)思框圖如圖4-2圖4-2鍵子程序流程圖5系統(tǒng)調(diào)試5.1電路電源調(diào)試 電路電源主要通過USB外部供電，輸入+5V電壓。提供單片機電源、MAX232芯片電源和LCD1602電源。將數(shù)字電源通電后測試各個數(shù)字芯片的電源電壓。5.2數(shù)字電路調(diào)試測量芯片電源電壓正常后，插上數(shù)字芯片。將LCD1602的1到16引腳通過插針引出，LCD1602的3腳直接接地，15腳背光正極接VCC，16腳背光負極接地，其它管腳插到STC89C52RC單片機對應I/O口上。檢查電路連接正確后，接上電源。測試到LCD1602的1腳為0V，2腳為+5V，通過串口下載接口，下載LCD測試程序到單片機進行測試。測試單片機ALE管腳有2M頻率的信號輸出，程序運行后LCD1602顯示字符。說明數(shù)字電路塊調(diào)試通過。5.3整體系統(tǒng)調(diào)試 連接上LCD1602和各個集成芯片，確定電路連接正確后，接通電源。通過串口接口將總程序從PC機上燒寫入單片機中。然后通過對按鍵控制進行檢測，并設置檢測的時間。觀察LCD顯示是否有數(shù)據(jù)變化。然后通過按鍵實現(xiàn)數(shù)字計算功能，看LCD是否顯示正確。如果顯示正確，得出整個電路基本工作正常。6總結(jié)與體會此次設計用時一個月，和以前的課程設計有很大的區(qū)別，以往的設計只要求寫出報告，通過報告體現(xiàn)出設計思路就行了，而這次設計是要求做出實物，當然就增加了一些難度，但同時這樣又會學到更多的知識，也提高了自己的實踐動手能力。由于設計課題具有一定難度，在設計過程中，也遇到很多的問題，但是在胡老師的指導幫助下，在小組成員的不懈努力和積極配合之下。所遇到的問題都逐一得到了解決，在此對謝老師的細心指導表示衷心的感謝。同時，也更加深刻地體會到了團隊合作的力量，在合作中，增加了同學們之間的了解，提升了自己與人交流合作的能力。這也是一筆不小的收獲。此次課程設計涉及到了很多方面的知識，在設計中，也學到了很多以前沒有見到的元器件的性能參數(shù)和功能，也是對單片機的實際應用，把平時所學知識應用于實踐，理論與實踐的結(jié)合，我們對單片機知識的學習更加熟悉，并且有了更深刻的認識。設計最大的收獲是熟悉了整個設計的流程以及系統(tǒng)的工作原理，從最開始的題目下達，到最后的實物硬件調(diào)試的完成，大家都是一步一步的認真完成。這對于平時較少接觸完成整個設計流程的我們來說得到了很大的鍛煉。在設計過程我們充分認識到團隊的合作精神及其重要，只有團隊團結(jié)一致，相互協(xié)作，共同分工，才可把一件事情做得更好。在設計過程中，我們也體會到了對很多以前學過的知識存在掌握不牢的問題。設計本身也還存在一些不足，由于設計和元器件性能的限制，系統(tǒng)測試精度不夠高，不能運用在精度要求很高的工業(yè)領域中，但是此次設計結(jié)果還是比較完美的，實物做的也不錯，也完成了設計所要求的結(jié)論。以后需要多進行此類設計訓練，以進一步提高自身的實踐能力，那樣也可以學到很多平時接觸不到但又很重要的知識。7參考文獻[1]萬福君、潘松峰.單片微機原理系統(tǒng)設計與應用（第二版）[M].合肥：中國科學技術(shù)大學出版社，2001.[2]胡漢才.單片機原理及其接口技術(shù)[M].北京：清華大學出版社，2004.[3]江思敏、姚鵬翼、胡榮.Protel電路設計教程[J].清華大學出版社，2002（9），[4]張大明、劉振鵬.單片微機控制應用技術(shù)實操指導書[M].機械工業(yè)出版社,2007（5）.[5]迎春、葉湘濱.現(xiàn)代新型傳感器原理與應用[M].北京：國防工業(yè)出版社，1998.[6]何希才.傳感器及其應用電路[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001.[7]丁鎮(zhèn)生.傳感器及傳感技術(shù)應用[M].北京：電子工業(yè)出版社，1998.[8]張洪潤、劉秀英、張亞凡等.單片機應用設計200例[M]．北京：航空航天大學出版社，2006附錄1：電路總圖附錄2：源程序程序如下：#include<reg52.h>#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>#include<math.h>#include<LCD1602.h>ucharcodetable[]="xhuaelectricIF";voidshortdelay(uchari)//短延時//{for(;i>0;i--);}//長延時voidlongdelay(uinti){uintj;for(;i>0;i--){for(j=100;j>0;j--);}}//延時程序//voiddelay(inti){intj;for(;i>0;i--)for(j=0;j<100;j++);}//鍵盤掃描部分//unsignedcharkey_scan(){unsignedcharkey;unsignedchartemp;uintflag;P1=0xf0;flag=0;loop:temp=P1^0xf0;while(temp){P1=0xfe;delay(1);if((P1&0xfe)!=0xfe)switch(P1){case0xee:key=0x11;flag=1;break;case0xde:key=0x12;flag=1;break;case0xbe:key=0x13;flag=1;break;case0x7e:key=0x14;flag=1;break;} if(flag) gotoexit; elseP1=0xfd;delay(1);if((P1&0xfd)!=0xfd)switch(P1){case0xed:key=0x21;flag=1;break;case0xdd:key=0x22;flag=1;break;case0xbd:key=0x23;flag=1;break;case0x7d:key=0x24;flag=1;break;}if(flag) gotoexit; elseP1=0xfb;delay(1);if((P1&0xfb)!=0xfb)switch(P1){case0xeb:key=0x31;flag=1;break;case0xdb:key=0x32;flag=1;break;case0xbb:key=0x33;flag=1;break;case0x7b:key=0x34;flag=1;break;}if(flag) gotoexit; else P1=0xf7;delay(1);if((P1&0xf7)!=0xf7)switch(P1){case0xe7:key=0x41;flag=1;break;case0xd7:key=0x42;flag=1;break;case0xb7:key=0x43;flag=1;break;case0x77:key=0x44;flag=1;break;}exit:returnkey;}if(temp==0)gotoloop;}//鍵盤掃描完////顯示初始化////P0口初始化//voidinitpindata(biti){if(i==1)pindata=0xff;elsepindata=0X00;}//寄存器選擇信號//voidsetRS(biti){if(i==1)pinRS=1;elsepinRS=0;}//讀寫操作控制//voidsetRW(biti){if(i==1)pinRW=1;elsepinRW=0;}//使能信號//voidsetE(biti){if(i==1)pinE=1;elsepinE=0;}//讀BF以及AC的值//uintread_BF_AC(){uinttemp;initpindata(1);setRS(0);setRW(1);setE(1);shortdelay(1);temp=pindata;shortdelay(10);setE(0);return(temp);}//判忙//bitstatuscheck(){return((bit)(read_BF_AC()&0x80));}//寫指令函數(shù)//voidwriteinstruc(uintinstruc){while(statuscheck());initpindata(0);setRS(0);setRW(0);setE(0);pindata=instruc;setE(1);shortdelay(10);setE(0);}//寫數(shù)據(jù)到RAM//voidwritedata(uintdata1){initpindata(0);setRS(1);setRW(0);setE(0);pindata=data1;setE(1);shortdelay(10);setE(0);}//顯示程序X為行號，Y為列號，date為要顯示的數(shù)據(jù)//voiddispcharacter(intx,uinty,uintdata1){uinttemp;while(statuscheck());temp=y&0x0f;x&=0x01;if(x)temp|=0x40;setDDRAM_Add(temp);writedata(data1);}//LCD復位函數(shù)//voidLCDreset(){clearscreen();cursorreturn();}//LCD初始化voidinitLCD(){ucharnum;LCDreset();inputmode(0x06);//增量方式，不移位//dispcontrol(0x0c);//顯示開，光標關(guān)，閃爍關(guān)//functionset(0x38);//8位，2行，5*7//writeinstruc(0x80);for(num=0;num<16;num++){writedata(table[num]);delay(1);}}//準備工作完成////計算器//compute(charkey1,i){ucharm,n,c,act;uintnum1,num2,result;ucharstr[4][4]={{'7','8','9','/'}, {'4','5','6','*'},{'1','2','3','-'},{'c','0','=','+'}};signedcharstr1[11],string1[2];m=(key1&0xf0);m=m/16;m=m-1;n=key1&0x0f;n=n-1;c=str[m][n];sprintf(string1,"%c",c);strcat(str1,string1);if((c=='+')||(c=='-')||(c=='*')||(c=='/')){act=c;num1=atoi(str1);memset(str1,0,11);memset(string1,0,2);}if(c=='='){num2=atoi(str1);switch(act){case'+':result=num1+num2;break;case'-':result=num1-num2;break;case'*':result=num1*num2;break;case'/':result=num1/num2;break;}}if(c=='c'){act=0;memset(str1,0,11);memset(string1,0,2);num1=str1[0];}longdelay(350);switch(key1){case0x11:dispcharacter(1,i,'7');i++;break;case0x12:dispcharacter(1,i,'8');i++;break;case0x13:dispcharacter(1,i,'9');i++;break;case0x14:dispcharacter(1,i,'/');i++;break;case0x21:dispcharacter(1,i,'4');i++;break;case0x22:dispcharacter(1,i,'5');i++;break;case0x23:dispcharacter(1,i,'6');i++;break;case0x24:dispcharacter(1,i,'*');i++;break;case0x31:dispcharacter(1,i,'1');i++;break;case0x32:dispcharacter(1,i,'2');i++;break;case0x33:dispcharacter(1,i,'3');i++;break;case0x34:dispcharacter(1,i,'-');i++;break;case0x41:clearscreen();break;case0x42:dispcharacter(1,i,'0');i++;break;case0x43:i=0;clearscreen(); initLCD();m=result/10000;result=result%10000;if(m!=0||result==0){n=0; m=m+'0';str1[i]=m;dispcharacter(1,i,m);i++;}m=result/1000;result=result%1000;if(m!=0||n==0) {m=m+'0'; n=0;str1[i]=m;dispcharacter(1,i,m);i++; }m=result/100;result=result%100;if(m!=0||n==0) {m=m+'0'; n=0;str1[i]=m; dispcharacter(1,i,m);i++; }m=result/10;result=result%10;if(m!=0||n==0) {m=m+'0'; n=0;str1[i]=m;dispcharacter(1,i,m);i++; }m=result;if(m!=0||n==0)m=m+'0';str1[i]=m;dispcharacter(1,i,m);i++;break;case0x44:dispcharacter(1,i,'+');i++;break;}return(i);}//主函數(shù)//voidmain(){charkey1,i;start:initpindata(0);P0=0X00;initLCD();i=0;scan:key1=key_scan();i=compute(key1,i);if(key1==0x41)gotostart;elsegotoscan;}5kWp光伏離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設計方案二零XX年元月目錄一、太陽能離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)簡介及建設內(nèi)容參數(shù) 31.1太陽能離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)簡介 31.2建設位置參數(shù) 31.3項目用戶負載參數(shù) 4二、相關(guān)規(guī)范和標準 5三、系統(tǒng)組成與原理 63.1光伏太陽能離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)組成 63.2光伏太陽能離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要組成 73.3離網(wǎng)系統(tǒng)原理示意圖 7四、離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)方案設計過程 84.1方案簡介 84.2使用具體要求信息 84.3蓄電池設計選型 94.4組件設計選型 144.5離網(wǎng)逆變器設計選型 184.6控制器設計選型 194.7交直流斷路器 204.8電纜設計選型 224.9方陣支架 224.10配電室設計 234.11接地及防雷 234.12數(shù)據(jù)采集檢測系統(tǒng) 24五、設備配置清單及詳細參數(shù) 25六、系統(tǒng)建設及施工 256.1施工順序 256.2施工準備 266.3工程施工 27七、系統(tǒng)安裝及調(diào)試 277.1太陽電池組件安裝和檢驗 277.2總體控制部分安裝 297.3檢查和調(diào)試 29八、工程預算分析報告 308.1投資估算內(nèi)容 308.2工程預算 30九、運行及維護注意事項 329.1日常維護 329.2注意事項 35

一、太陽能離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)簡介及建設內(nèi)容參數(shù)1.1太陽能離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)簡介獨立光伏電站是獨立光伏系統(tǒng)中規(guī)模較大的應用。它的主要特點就是集中供電，如在一個十幾戶的村莊就可建立光伏電站來利用太陽能，當然這是在該村莊地理位置較偏遠，無法直接利用電力公司電能的情況下，所能用到的方法。用這種方式供電便于統(tǒng)一管理和維護。而戶用系統(tǒng)是采用分散供電的方式提供電能，如果要在該村莊安裝戶用光伏系統(tǒng)，這樣每一戶都得需這么一套光伏系統(tǒng)，它比起獨立光伏電站來，所需的元器件規(guī)格要小，控制器、逆變器和蓄電池及負載都比較小，但是獨立光伏電站和戶用光伏系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)是完全一致的。太陽能光伏建筑一體化（BuildingIntegratedPhotovoltaic——BIPV）是應用太陽能發(fā)電的一種新形式，簡單的講就是將太陽能發(fā)電系統(tǒng)和建筑的圍護結(jié)構(gòu)外表面如建筑幕墻、屋頂?shù)扔袡C的結(jié)合成一個整體結(jié)構(gòu)，不但具有圍護結(jié)構(gòu)的功能，同時又能產(chǎn)生電能供本建筑及周圍用電負載使用。還可通過建筑物輸電線路離網(wǎng)發(fā)電，向電網(wǎng)提供電能。太陽能光伏方陣與建筑的結(jié)合由于不占用額外的地面空間，是光伏發(fā)電系統(tǒng)在城市中廣泛應用的最佳安裝方式，因而備受關(guān)注。1.2建設位置參數(shù)1、項目名稱：；2、項目地點：湖北省武漢市；3、經(jīng)度：114°30’，緯度：30°60’；4、平均海拔高度：23.3m；1.3項目用戶負載參數(shù)用戶平均日用電量如下表所列清單：家用電器功率表序號電器名稱功率電器數(shù)量平均使用時間/h/day耗電量/Wh/day備注Min/WMax/W日電量MinWh日電量MaxWh1燈具日光燈4060423204802節(jié)能燈55042404003LED燈520448032041.5匹空調(diào)1200140022480056005水空調(diào)1000120012200024006小型洗衣機100200111002007電視機液晶25100242008008純平1110014444009模擬接線盒1015248012010衛(wèi)星接收器152014608011筆記本電腦2050148020012風扇520244016013電熱器電熱水壺800150010.540075014吹風機600100010.318030015電熱毯6010026720120016電飯煲5009001150090017微波爐750110010.322530018冰箱交流10015012424003600電器總功率：821018420同時使用率為0.6：492611052二、相關(guān)規(guī)范和標準光伏離網(wǎng)逆變系統(tǒng)的制造、試驗和驗收可參考如下標準：GB/T18479-2001《地面用光伏(PV)發(fā)電系統(tǒng)導則》GB/T20046-2006《光伏(PV)系統(tǒng)電網(wǎng)接口特性》GB2297-89《太陽光伏能源系統(tǒng)術(shù)語》GB/T18210-2000《晶體硅光伏方陣I－V特性的現(xiàn)場測量》GB/T20514-2006《光伏系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)器效率測量程序》GB/T20513-2006《光伏系統(tǒng)性能監(jiān)測測量、數(shù)據(jù)交換和分析導則》GBT18911-2002IEC61646：1999《地面用薄膜光伏組件設計鑒定和定型》GBT20047.12006《光伏(PV)組件安全鑒定+第一部分結(jié)構(gòu)要求》GB/T14285-2006《繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》GB4064-1984《電氣設備安全設計導則》GB/T14549-1993《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》DL5027-1993《電力設備典型消防規(guī)程》EN50178《用于電力安裝的電氣設備》《中華人民共和國消防法》《電力監(jiān)管條例》(國務院令〔2005〕第432號)《中華人民共和國電力法》《太陽能光電建筑應用財政補助資金管理暫行辦法》的通知關(guān)于加快推進太陽能光電建筑應用的實施意見（財建[2009]128號）三、系統(tǒng)組成與原理3.1光伏太陽能離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)組成光伏太陽能離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)組成主要包括：太陽能電池板（陣列）、控制器、蓄電池、逆變器、用戶（即照明負載）等組成。其中，太陽能電池組件和蓄電池為電源系統(tǒng)，控制器和逆變器為控制保護系統(tǒng)，負載為系統(tǒng)終端。（1）太陽能電池板：太陽能電池板是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中價值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能量轉(zhuǎn)換為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負載工作。太陽能電池板的質(zhì)量和成本將直接決定整個系統(tǒng)的質(zhì)量和成本；（2）太陽能控制器：太陽能控制器的作用是控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應具備溫度補償?shù)墓δ?。其他附加功能如光控開關(guān)、時控開關(guān)都應當是控制器的可選項；（3）蓄電池：一般為鉛酸電池，小微型系統(tǒng)中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲存起來，到需要的時候再釋放出來。（4）離網(wǎng)逆變器：在很多場合，都需要提供220VAC、110VAC的交流電源。由于太陽能的直接輸出一般都是12VDC、24VDC、48VDC、110VDC、220VDC。為能向220VAC的電器提供電能，需要將太陽能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能，因此需要使用DC-AC逆變器。在某些場合，需要使用多種電壓的負載時，也要用到DC-DC逆變器，如將24VDC的電能轉(zhuǎn)換成5VDC的電能（注意，不是簡單的降壓）。3.2光伏太陽能離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要組成主要組成如下：（1）光伏電池組件及其支架；（2）太陽能控制器；（3）蓄電池（組）；（4）離網(wǎng)逆變器；（5）系統(tǒng)的通訊監(jiān)控裝置；（6）系統(tǒng)的防雷及接地裝置；（7）土建、配電房等基礎設施；（8）系統(tǒng)的連接電纜及防護材料。3.3離網(wǎng)系統(tǒng)原理示意圖直流負載下圖為離網(wǎng)系統(tǒng)原理示意圖：直流負載離網(wǎng)逆變器交流負載光伏陣列控制器蓄電池

離網(wǎng)逆變器交流負載光伏陣列控制器蓄電池離網(wǎng)系統(tǒng)示意圖四、離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)方案設計過程4.1方案簡介本太陽能離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)因考慮全年平均用電量，將系統(tǒng)設計成全年發(fā)電量均衡，以此設計組件陣列傾角等參數(shù)。本太陽能離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)將采用分布式離網(wǎng)的設計方案，該5kWp的離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，通過控制器將電能儲存到蓄電池，再連接到離網(wǎng)逆變器，并通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)化成交流電供應交流負載使用。另外，系統(tǒng)可選擇`配置1套監(jiān)控裝置，可采用RS232/RS485或Ethernet（以太網(wǎng)）的通訊方式，實時監(jiān)測離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的運行參數(shù)和工作狀態(tài)。4.2使用具體要求信息（1）要求連續(xù)使用陰雨天數(shù)：2天；（2）負載類型：220Vac負載；（3）日用電量：根據(jù)用戶電器設備功耗表統(tǒng)計，假設用戶電器全額總功率為8210W，日均用電量為18420Wh，按照60%的同時使用率計算，得出電器總功率為4926W，日均用電量為11052Wh。日均負荷平均耗電量時，增加5%的預期負荷留量，所以日均耗電總量為：11052Wh×1.05≈11.6kWh。4.3蓄電池設計選型蓄電池容量計算是根據(jù)系統(tǒng)日用電量、自給天數(shù)、逆變器效率以及蓄電池放電深度決定。蓄電池的容量選擇是家用太陽能光伏系統(tǒng)的關(guān)鍵問題之一，是本系統(tǒng)中維護成本最高的，所以合理選擇蓄電池容量是非常重要的。平均放電率計算公式一：加權(quán)平均負載工作時間=Σ（負載功率×工作時間）/Σ負載功率=11052Wh/4926W=2.24h平均放電率（小時）=（自給天數(shù)×負載工作時間）/最大放電深度=（2×2.24h）/0.8=5.6h蓄電池容量計算公式一：CAP=(DL)/(DOD×ηout×V)=（2×11.6kWh）/（0.85×0.9×220V）≈137.85Ah——CAP：電池容量，Ah；D：存電可用天數(shù)；L：最大平均日用電量，kWh；DOD：蓄電池放電深度；ηout：從許能系統(tǒng)到負載見的總效率；V：系統(tǒng)電壓，V；計算中，逆變器日均效率取0.92，蓄電池充電控制器效率取0.96。所以，ηout=逆變器日均效率×蓄電池充電控制器效率=0.92×0.96=0.9。蓄電池容量計算公式二：蓄電池容量=（日均耗電量×自給天數(shù)）/（蓄電池放電深度×逆變器效率×系統(tǒng)電壓）=（11.6kWh×2）/（0.85×0.85×220V）≈146Ah——蓄電池放電深度：取0.85；逆變器效率：取0.85；系統(tǒng)電壓：220V；自給天數(shù):2天；蓄電池容量計算公式三：CAP=（QL×D）/（V×η1×η2×η3×η4）=（11.6kWh×2）/（220V×0.85×0.85×0.98×0.92）≈162Ah——QL：日均耗電量，Ah；D：連續(xù)陰雨天數(shù)，2天；V：系統(tǒng)電壓，V；η1：蓄電池放電深度，0.85；η2：逆變效率，0.85；η3：輸出線損，0.98；η4：蓄電池放電效率，0.92；蓄電池容量計算公式四：蓄電池容量C=（P×t×D）/（V×K×η2）=（11.6kWh×2）/（220V×0.7×0.85）≈177Ah——C：蓄電池組的容量，Ah；P：負載的功率，W；t：負載每天的用電小時數(shù)，h；D：連續(xù)陰雨天數(shù)（一般為2～3天），取值2天。V：蓄電池組的額定電壓，V；K：蓄電池的放電系數(shù)，考慮蓄電池效率、放電深度、環(huán)境溫度、影響因素而定，一般取值為0.4～0.7。該值的大小也應該根據(jù)系統(tǒng)成本和用戶的具體情況綜合考慮；η2：逆變器的效率，取值0.85；蓄電池容量計算公式五：蓄電池容量Bc=（A×QL×NL×To）/（Cc×V）=（1.4×11.6kWh×2×1）/（220V×0.85）≈174Ah——A：為安全系數(shù)，根據(jù)情況在1.2-1.4之間選取，取1.4；QL：為負載的日平均耗電量，kWh；V：系統(tǒng)電壓，V；NL：為該地區(qū)最長連續(xù)陰雨天數(shù)，取2天；To：為溫度修正系數(shù)，一般在0℃以上取1，-10℃以上取1.1，-10℃以下取1.2；Cc：蓄電池放電深度，取0.85；本系統(tǒng)中可以選用天津藍天公司的鉛酸電池或深圳歐賽公司的鋰電池。根據(jù)以上計算數(shù)據(jù)選用天津藍天公司的鉛酸蓄電池可以選用6-CNJ-200型號的12V/200Ah，采用該蓄電池18個串聯(lián)，合計216V/200Ah。具體參數(shù)如下：【藍天太陽能蓄電池】12V系列規(guī)格型號表12V200AH膠體蓄電池參數(shù)曲線表如下:

4.4組件設計選型（1）傾角及方位角設計計算光伏組件水平傾角的設計主要取決于光伏發(fā)電系統(tǒng)所處緯度和對一年四季發(fā)電量分配的要求。1）對于一年四季發(fā)電量要求基本均衡的情況，可以按以下方式選擇組件傾角：緯度0~25°傾角等于緯度緯度26~40°傾角等于緯度加5~10°緯度41~55°傾角等于緯度加10~15°緯度>55°傾角等于緯度加15~20°2）在我國大部分地區(qū)通常可以采用所在緯度加7°的組件水平傾角。對于要求冬季發(fā)電量較多情況，可采用所在緯度加11°的組件水平傾角。對于要求夏季發(fā)電量較多情況，可采用所在緯度減11°的組件水平傾角。本離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)位于北緯30°，考慮采用一年四季均衡發(fā)電模式，故組件傾角暫設為30°。（2）陣列間距設計計算光伏方陣前后兩排間距或與前方遮擋物之間的間距設計：光伏方陣前后間距或與前方遮擋物之間的間距如果不合理設計，則會影響光伏系統(tǒng)的發(fā)電量，尤其在冬季。光伏方陣前后間距或與前方遮擋物之間的間距的設計與光伏系統(tǒng)所在緯度、前排方陣或遮擋物高度有關(guān)。計算公式為：D=0.707H/tan〔arcsin(0.648cosΦ—0.399sinΦ)〕——D：前后間距；Φ：光伏系統(tǒng)所處緯度(北半球為正，南半球為負)；H：為后排光伏組件底邊至前排遮擋物上邊的垂直高度；假設項目所出地理位置約為Φ=30°，則D=0.707H/tan〔arcsin(0.648cos30°—0.399sinΦ30°)〕=0.707H/tan〔arcsin(0.648×0.866—0.399×0.5)〕=0.707H/tan〔arcsin(0.561—0.2)=0.707H/tan〔arcsin0.361〕=0.707H/tan21.2°=0.707H/0.388=1.8H（3）組件容量本次離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)為5KW，可直接按5KW組件容量設計。（4）組件選型及參數(shù)組件暫考慮選用東莞市星火太陽能科技股份有限公司的單晶硅250W太陽能電池組件，型號為：SFM250W，具體參數(shù)資料如下：1）電性能參數(shù)：2）組件參數(shù)：太陽能電池片：單晶硅156×156mm

電池片數(shù)量：60(6×10)外形尺寸：1642×992×50

mm

重量：19.8Kgs

玻璃：3.2mm

(0.13inches)

超白布紋鋼化玻璃邊框：所采用的鋁合金邊框具有高強度，抗機械沖擊能力強接線盒：IP65

rated輸出電纜：4.0平方毫米(0.16

inches2),長度：0.9米(35.4英寸)連接器：國際通用MC4（5）組件串并聯(lián)設計總組件數(shù)=光伏組件陣列容量/每個組件的最大容量=5kW/250W=20串聯(lián)數(shù)=系統(tǒng)電壓/組件電壓=220V/30.23V≈7.3并聯(lián)數(shù)=日均負載/（庫倫效率×組件日輸出×衰減因子）=（11.6kWh/220V）/[0.9×（250W×4.2h/30.23V）×0.9]≈52.73Ah/28.1Ah≈1.9串并聯(lián)根據(jù)系統(tǒng)電壓電流計算，以及參考使用離網(wǎng)逆變器型號。目前暫考慮5kWp組件為20塊250Wp的組件10串2并連接，系統(tǒng)開路電壓為：362V；短路電流為：18.2A；工作電壓為：302V，工作電流為：16.5A；但由于組件實際工作溫度的升高（60℃）將導致實際最大功率點工作電壓的下降，下降系數(shù)為-0.43%/℃（-23.6V）；同時，輻照度在較低情況下（200W/m2以下），工作電壓也隨之下降，通常將為：92%左右（-12.56V）；另外，加上線路及電器連接之間的電壓降（-0.7V），實際工作電壓會較接近蓄電池所需的充電電壓，約為270~280V，充電電流為16.5A左右（小于恒壓充電方式限流值：2.5I10），為蓄電池較理想的恒壓充電方式。（6）校核計算1）蓄電池與組件方陣設計的校核蓄電池日放電深度＝日均負載/蓄電池組總?cè)萘?（11.6kWh/220V）/200Ah≈0.26＜0.85（DOD）因此蓄電池不會過放電；2）組件方陣對蓄電池組的最大充電率最大充電率＝蓄電池組總?cè)萘?組件陣列的峰值電流=（并聯(lián)蓄電池數(shù)×蓄電池容量）/（并聯(lián)組件數(shù)×組件峰值電流）=200Ah/（8.27A×2）≈12.12h＞5.6h（蓄電池最大充電電流為：60A）因此光伏組件方陣對蓄電池的充電不會損壞蓄電池；4.5離網(wǎng)逆變器設計選型對于家用太陽能光伏電源系統(tǒng)，必須要有交流電力輸出，需要在系統(tǒng)中加入交流逆變器，逆變器主功能是將直流電轉(zhuǎn)化為50Hz交流電。離網(wǎng)逆變器的輸出波形畸變、頻率誤差等應滿足相應技術(shù)要求。此外，必須具有短路、過壓、欠壓保護等功能。逆變器容量計算公式一：逆變器容量=安全系數(shù)×（感性負載電流啟動倍數(shù)×感性負載最大功率+電阻性負載功率）=1.2×(2×1400W+3526W)≈7.6kW——安全系數(shù)：1.2~1.5取1.2；節(jié)能燈、洗衣機為感性負載，啟動電流2~5倍，這里取2；逆變器容量計算公式二：逆變器容量=負載總功率/0.8=4926W/0.8=6158W本系統(tǒng)選用南京冠亞電源設備有限公司的單相216VDC系列GN-7.5KFS型離網(wǎng)逆變器，具體技術(shù)參數(shù)如下：

4.6控制器設計選型控制器作為光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，對蓄電池的充、放電進行合理的管理，直接影響蓄電池的使用壽命，也將影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性?？刂破鬟€需要具備以下功能：高壓斷開和恢復、低壓警告和恢復、低壓斷開和恢復、防短路保護、防反充保護、溫度補償以及定時開關(guān)功能。控制器電流計算公式一：電流=組件容量/系統(tǒng)電壓=5kW/216V≈23.1A控制器選定公式一：蓄電池的輸入電流=組件短路電流/保守率=18.2A/0.85=21.4A本系統(tǒng)控制器可以南京冠亞電源設備有限公司的216VDC系列GS-50F，具體參數(shù)如下表：

因控制器具有2路光伏陣列輸入接線端，因此可以省略匯流箱匯流接線，當然，如果處于更高級別的安全考慮，建議加裝直流防雷匯流箱。4.7交直流斷路器本系統(tǒng)直流側(cè)如果不用匯流箱，則選用直流斷路器代替，選用正泰公司的NB1Z-63C50型號交直流斷路器；本系統(tǒng)交流側(cè)選用同種型號單相交流斷路器，具體參數(shù)如下；（1）瞬時脫扣器的形式：（2）額定短路能力：

（3）機械電氣壽命（4）過電流保護特性：（5）接銅導線：

（6）每極功耗：4.8電纜設計選型5kWp組件為20塊250Wp的組件為10串2并連接，系統(tǒng)開路電壓為：362V；短路電流為：18.2A；工作電壓為：302V，工作電流為：16.5A；（1）直流端：1）光伏陣列每個并聯(lián)組串回路與控制器之間：采用2.5mm2銅導線，承受電流范圍：10A~15A；2）控制器與蓄電池之間：采用10mm2銅導線，承受電流范圍：50A~65A；3）控制器與逆變器之間：采用10mm2銅導線，承受電流范圍：50A~65A；（2）交流端1）一體逆變器與交流斷路器之間：采用10mm2銅導線，承受電流范圍：50A~65A；2）一體逆變器與交流負載之間：采用10mm2銅導線，承受電流范圍：50A~65A；4.9方陣支架因本離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)為屋頂平鋪設置，太陽能組件陣列支架采用屋頂導軌支架，支架傾角設為30度。4.10配電室設計由于離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)有蓄電池及太陽能充放電控制器及交直流配電系統(tǒng)，建一座3~5平米的低壓配電室就可以了，如果條件允許的話可以將離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)逆變器單獨放在一小隔間。4.11接地及防雷為了保證系統(tǒng)在雷雨等惡劣天氣下能夠安全運行，要對這套系統(tǒng)采取防雷措施。主要有以下幾個方面：（1）地線是避雷、防雷的關(guān)鍵，在進行配電室基礎建設和太陽電池方陣基礎建設的同時，選擇附近土層較厚、潮濕的地點，挖一個2米深地線坑，采用40扁鋼，添加降阻劑并引出地線，引出線采用35mm2銅芯電纜，接地電阻應小于4Ω。（2）在配電室附近建一避雷針，高10~15米，并單獨做一地線，方法同上。（3）接閃器可以采用12mm圓鋼，如果采用避雷帶，則使用圓鋼或者扁鋼，圓鋼直徑≥48mm，扁鋼厚度不應該小于等于4mm。（4）引下線采用圓鋼或者扁鋼，宜優(yōu)先采用圓鋼直徑≥8mm，扁鋼的截面不應該小于4mm2。（5）太陽電池方陣電纜進入配電室的電壓為DC220V，采用PVC管地埋，加防雷器保護。此外電池板方陣的支架應保證良好的接地。（6）離網(wǎng)逆變器交流輸出線采用防雷箱一級保護（離網(wǎng)逆變器內(nèi)有交流輸出防雷器）。（7）接地裝置：人工垂直接地體宜采用角鋼、鋼管或者圓鋼；水平接地體宜采用扁鋼或者圓鋼。圓鋼的直徑不應該小于10mm，扁鋼截面不應小于100mm2，角鋼厚度不宜小于4mm，鋼管厚度不小于3-5mm。人工接地體在土壤中的埋設深度不應小于0.5mm，需要熱鍍鋅防腐處理，在焊接的地方也要進行防腐防銹處理。4.12數(shù)據(jù)采集檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集檢測系統(tǒng)可以實現(xiàn)多個層次的監(jiān)控：光伏發(fā)電監(jiān)控，遠程控制、遠程診斷、數(shù)據(jù)上傳。

本地光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)控光伏發(fā)電量、輸出功率、逆變器功率。監(jiān)控環(huán)境溫度、風速、光照強度等參數(shù)。監(jiān)控逆變器、溫度傳感器、功率質(zhì)量測量儀等設備狀態(tài)及設備報警。提供豐富的VGA、LED顯示功能、網(wǎng)絡遠程監(jiān)控和自定義報表等高級功能。支持工業(yè)標準RS485接口和MODBUS協(xié)議及設備自定義協(xié)議。支持多種逆變器、智能電表、溫度、光照、風速等設備。本地光伏監(jiān)控系統(tǒng)通過TCP/IP實時上傳監(jiān)控詳細數(shù)據(jù)到在線監(jiān)控平臺。用戶通過瀏覽器實時了解遠程運行情況，掌握電站設備詳細運行參數(shù)，報警信息等。五、設備配置清單及詳細參數(shù)序號名稱供應商規(guī)格單位數(shù)量備注1太陽電池組件東莞星火250W單晶塊202光伏控制器南京冠亞GS-50F臺13離網(wǎng)逆變器南京冠亞GN-7.5KFS臺14蓄電池天津藍天6-CNJ-200只1812V/200Ah鉛酸電池5交直流流斷路器正泰電器NB1Z-63C50只2交直流各一只6電線電纜蘇州寶興2.5mm2米100蘇州寶興10mm2米207光伏支架江陰聚鑫米8數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)套19避雷器及接地設備套1避雷針高10~15米六、系統(tǒng)建設及施工項目的施工包括：配電室及太陽電池支架的基礎制作、配電室，太陽電池支架制作安裝、太陽能電池方陣的安裝、電氣設備的安裝調(diào)試、離網(wǎng)系統(tǒng)的運行調(diào)試。6.1施工順序基礎及配電室土建施工——太陽電池支架制作安裝——太陽電池方陣安裝調(diào)試——電氣儀表設備安裝調(diào)試——離網(wǎng)運行調(diào)試——試運行——竣工驗收。6.2施工準備（1）技術(shù)準備技術(shù)準備是決定施工質(zhì)量的關(guān)鍵因素，它主要進行以下幾方面的工作：1）先對實地進行勘測和調(diào)查，獲得當?shù)赜嘘P(guān)數(shù)據(jù)并對資料進行分析匯總，做出切合實際的工程設計。2）準備好施工中所需規(guī)范，作業(yè)指導書，施工圖冊有關(guān)資料及施工所需各種記錄表格。3）組織施工隊熟悉圖紙和規(guī)范，做好圖紙初審記錄。4）技術(shù)人員對圖紙進行會審，并將會審中問題做好記錄。5）會同建設單位和設計部門對圖紙進行技術(shù)交底，將發(fā)現(xiàn)的問題提交設計部門和建設方，并由設計部門和建設方做出解決方案（書面）并做好記錄。6）確定和編制切實可行的施工方案和技術(shù)措施，編制施工進度表。（2）現(xiàn)場準備1）物資的存放準備一座臨時倉庫：主要貯存離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的逆變器、太陽電池、太陽電池支架、線纜及其它輔助性的材料。2）物資準備施工前對太陽能電池組件、方陣支架、離網(wǎng)逆變器等設備進行檢查驗收，準備好安裝設施及使用的各種施工所需主要原材料和其他輔助性的材料。6.3工程施工（1）工程周期本項目自簽訂合同并提交工程首付款后，我司將著手進行工程所有材料和設備的準備工作，直至系統(tǒng)通過調(diào)試，備貨期為30天，進場后大約需要10天時間完成所有施工安裝作業(yè)。（2）業(yè)主配合事項1）按要求提供施工時使用的動力電源；2）提供暫時保管進場物資（材料、設備、工具等）的臨時倉庫；3）協(xié)助施工方處理在當?shù)厥┕r意外可能發(fā)生的問題；4）在調(diào)試結(jié)束后按合同要求會同我方進行現(xiàn)場驗收；5）若條件可以，建議業(yè)主在工程開始時指派有一定電氣基礎知識的人員參與現(xiàn)場工作，以便今后更好地做好系統(tǒng)維護工作。七、系統(tǒng)安裝及調(diào)試7.1太陽電池組件安裝和檢驗（1）東莞星火公司生產(chǎn)的SFM250W型光伏組件的重量約為19.8kg，光伏安裝支架的重量一般為2.5～3.5kg/㎡，本離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)總共使用20塊組件，安裝面積約為：33.2m2。整個光伏組件系統(tǒng)以及安裝支架的總重量約為500kg，平均每平方米的重量為15.4kg。按照一般情況下的建筑設計標準，此重量在屋頂結(jié)構(gòu)承重范圍內(nèi)。（2）預建太陽電池陣列架基柱，檢查其橫列水平度，符合標準再進行鐵架組裝。檢測單塊電池板電流、電壓，合格后進行太陽電池組件的安裝。最后檢查接地線、鐵架緊固件是否緊固，太陽電池組件的接插頭是否接觸可靠，接線盒、接插頭須進行防水處理。檢測太陽電池組件陣列的空載電壓是否正常，此項工作應由組件提供商技術(shù)人員完成。（3）太陽能光伏