汽车空调的太阳能供电控制系统的研究与设计

发布时间：2017-08-31 04:06

  本文关键词：汽车空调的太阳能供电控制系统的研究与设计

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【摘要】：现今随着我国经济的发展,汽车开始越来越普及,也随之带来了两个亟待解决的问题:环境污染与能源危机。将太阳能引入汽车可缓解这些问题,每天到达地球表面的太阳辐射能相当于2.5亿万桶石油,这里可充分利用太阳能来为空调供电可节省不少油量,也可以解决汽车停止运行时空调没有电能来源的问题。本课题主要是对汽车空调的供电控制系统进行研究,检测到车内有人,且汽车内的温度没有在车主设定的温度范围内时,优先使用太阳能储蓄的电能来味空调供电,并对太阳能发电、蓄电池充放电进行控制和管理;在电量不足时可切断太阳能供电转换至汽车电源供电,达到在节省汽车能源的基础上能保证空调正常运行的目的,实现汽车空调太阳能供电和汽车电源供电之间的智能切换。在分析系统需求之后,本课题选取高速/低功耗/超强抗干扰的STC125A60S2单片机作为本系统的微处理器,根据所要实现的功能要求进行硬件电路和软件实现的具体设计。硬件方面主要设计了基于单片机STC12C5A60S2的外围电路,进行了各模块电路的设计,主要有DS18B20温度检测、HC-SR501人体探测、太阳能发电电压和蓄电池端电压A/D数据信息采样电路、霍尔传感器的电流采样电路、串口通信电路、继电器模块的供电切换控制电路,以及太阳能对蓄电池的充电电路和PWM驱动电路,并将各个模块结合起来形成整个系统的总体硬件电路图。在硬件设计的基础上,对汽车空调的太阳能供电控制系统的采样模块和执行模块都进行了软件程序编程。首先设计了温度检测、人体检测、电流电压A/D数据信息采样程序;其次,在太阳能对蓄电池的充电控制方面,MPPT算法和蓄电池充电控制策略是重点,提出了本课题所应用的改进的电导增量法,并设计其程序。分析蓄电池和太阳能,并对其应用合理的充电控制策略:MPPT充电,脉冲充电,浮充电。其最大化的利用最大功率充电,同时也保证电池的性能和寿命。然后,实现汽车空调供电的切换方面,根据采样信息,以剩余电量SOC作为指标来控制继电器,设计供电切换程序,实现太阳能蓄电池供电与汽车电源供电之间的切换。课题最后,利用Proteus对单片机进行仿真调试,用MATLAB软件对太阳能充电系统进行建模和仿真,利用开发板实验,运行应用程序,分析仿真结果,证明可行性。在最后总结全文,并讨论此项研究在未来相关领域的发展方向。
【关键词】：汽车空调 单片机 太阳能 供电控制 MPPT 蓄电池
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615;U463.851
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 国内外研究动态和现状13-15
• 1.3 本文主要研究内容15-16
• 1.4 论文结构安排16-18
• 第二章 汽车空调太阳能供电控制系统的结构和功能分析18-29
• 2.1 汽车空调的供电系统18-22
• 2.1.1 太阳能光伏发电的介绍18-19
• 2.1.2 薄膜太阳能的特点19-21
• 2.1.3 蓄电池的选择21-22
• 2.2 太阳能充电控制系统22-26
• 2.2.1 蓄电池的管理23
• 2.2.2 最大功率点跟踪MPPT23-25
• 2.2.3 太阳能蓄电池充电控制25-26
• 2.3 汽车空调供电切换控制系统的总体结构26-27
• 2.4 系统的功能分析27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 控制系统的硬件设计29-43
• 3.1 主控芯片的选取29-31
• 3.1.1 主要特性29-30
• 3.1.2 STC12C5A60S2的相关图30-31
• 3.2 人体探测模块HC-SR50131-33
• 3.2.1 电气参数31-32
• 3.2.2 功能特点32
• 3.2.3 原理图32-33
• 3.3 温度检测模块DS18B2033-34
• 3.4 继电器模块34-35
• 3.5 显示模块LCD35-36
• 3.6 电流电压检测36-38
• 3.6.1 电压检测36-37
• 3.6.2 霍尔传感器电流检测37-38
• 3.7 太阳能充电控制电路38-40
• 3.7.1 充电控制电路38-39
• 3.7.2 PWM驱动电路39-40
• 3.8 汽车空调太阳能供电控制系统的总体电路40-42
• 3.9 本章小节42-43
• 第四章 软件设计43-57
• 4.1 采样模块的软件设计43-46
• 4.1.1 温度检测43-44
• 4.1.2 人体红外检测44-45
• 4.1.3 A/D数据采样45-46
• 4.2 MPPT控制算法46-51
• 4.2.1 最大功率跟踪数学模型46-47
• 4.2.2 MPPT控制算法-改进的电导增量法47-50
• 4.2.3 MPPT控制程序50-51
• 4.3 蓄电池的充电保护51-54
• 4.3.1 蓄电池充电策略51-52
• 4.3.2 蓄电池充电程序52-54
• 4.4 蓄电池剩余电量SOC54-55
• 4.5 汽车空调供电切换的实现55-56
• 4.6 本章小结56-57
• 第五章 实验结果与分析57-68
• 5.1 汽车空调供电控制实验仿真57-63
• 5.1.1 实验过程57-60
• 5.1.2 控制系统Proteus仿真60-63
• 5.2 太阳能充电仿真测试63-67
• 5.2.1 太阳能发电MATLAB仿真63-64
• 5.2.2 蓄电池光伏充电仿真64-67
• 5.3 本章小结67-68
• 第六章 总结与展望68-70
• 6.1 全文工作总结68-69
• 6.2 未来研究展望69-70
• 参考文献70-73
• 作者在研究生期间发表的论文73-74
• 致谢74-75
• 附录75-82

【参考文献】

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本文编号：763339