一種基于雙微控制器的光伏逆變器裝置的制作方法

本發(fā)明屬于新能源光伏逆變器領(lǐng)域，特別涉及一種基于雙微控制器的光伏逆變器裝置。

背景技術(shù)：

目前市場(chǎng)上光伏逆變器的主控單元一般采用雙微控制器(Micro Control Unit，簡(jiǎn)稱微控制器)的硬件結(jié)構(gòu)，其中既有安規(guī)認(rèn)證的原因又有芯片負(fù)荷能力的原因。光伏市場(chǎng)需求的多樣性以及公司產(chǎn)品技術(shù)更新需求，導(dǎo)致軟件變動(dòng)頻繁，容易造成程序功能模塊間耦合性提高，通用性降低等問題。為適應(yīng)不同項(xiàng)目的需求，往往需要重新構(gòu)建軟件結(jié)構(gòu)，這將增加開發(fā)周期和開發(fā)成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于雙微控制器的光伏逆變器裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中，平臺(tái)通用性低，開發(fā)周期長和開發(fā)成本高的問題。

本發(fā)明公開了基于雙微控制器的光伏逆變器裝置，所述裝置包括一主微控制器和一輔微控制器；每個(gè)所述微控制器均包含應(yīng)用層、操作系統(tǒng)內(nèi)核層、模組層、驅(qū)動(dòng)模塊和微控制器硬件層；所述應(yīng)用層為頂層，所述操作系統(tǒng)內(nèi)核層、模組層和驅(qū)動(dòng)模塊為中間層，所述微控制器硬件層為底層；

所述應(yīng)用層，用于對(duì)實(shí)際需求進(jìn)行分解處理和執(zhí)行；

所述微控制器硬件層，用于微控制器底層硬件的配置；

所述驅(qū)動(dòng)模塊，用于各硬件外設(shè)功能的驅(qū)動(dòng)配置以及接口設(shè)定；

所述操作系統(tǒng)內(nèi)核，包含通用型實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，用于調(diào)配微控制器底層資源，管理任務(wù)事件和任務(wù)切換；

所述模組層，用于對(duì)功能模塊的封裝；

所述主微控制器的應(yīng)用層與所述輔微控制器的應(yīng)用層用于對(duì)不同的需求進(jìn)行處理。

優(yōu)選的，所述主微控制器的應(yīng)用層包括：

顯示控制單元，用于人機(jī)交互界面LCD/LED信息顯示和接收用戶輸入的指令；

第一調(diào)試接口單元，用于對(duì)接測(cè)試工具，對(duì)外傳遞內(nèi)部有效調(diào)試信息；

通訊接口單元，用于逆變器的對(duì)外通訊接口；

燒錄接口單元，用于接收逆變器程序文件并進(jìn)行程序更新；

Eeprom&RTC讀寫控制單元，用于Eeprom與RTC器件的數(shù)據(jù)讀寫操作；

第一輸入信號(hào)管理單元，用于處理輸入信號(hào)；

控制算法管理單元，用于管理逆變器內(nèi)的控制算法；

功率管理單元，用于逆變器的功率管理；

第一輸出信號(hào)管理單元，用于執(zhí)行逆變器輸出動(dòng)作；

運(yùn)行狀態(tài)管理單元，用于處理逆變器運(yùn)行狀態(tài)以及時(shí)序邏輯管理。

第一安規(guī)管理單元，用于管理逆變器安規(guī)保護(hù)；

第一自我保護(hù)管理單元，用于逆變器的自我保護(hù)；

所述輔微控制器的應(yīng)用層包括：

第二調(diào)試接口單元，用于對(duì)接測(cè)試工具，對(duì)外傳遞內(nèi)部有效調(diào)試信息。

第二輸入信號(hào)管理單元，用于處理輸入信號(hào)；

第二輸出信號(hào)管理單元，用于執(zhí)行逆變器輸出動(dòng)作；

第二安規(guī)管理單元，用于管理逆變器安規(guī)保護(hù)；

第二自我保護(hù)管理單元，用于逆變器的自我保護(hù)。

優(yōu)選的，所述功能模塊為逆變控制模塊、升壓模塊、MPPT模塊封裝、PV輸入接法判斷、安規(guī)檢測(cè)功能接口模塊、調(diào)試接口模塊中的至少一個(gè)。

優(yōu)選的，所述微控制器硬件層，用于系統(tǒng)時(shí)鐘、watch dog、RAM分區(qū)、ROM分區(qū)的配置。

優(yōu)選的，所述主微控制器包括第一數(shù)據(jù)交互單元，所述輔微控制器包括第二數(shù)據(jù)交互單元；

所述第一數(shù)據(jù)交互單元和第二數(shù)據(jù)交互單元用于一致性檢測(cè)采樣數(shù)據(jù)傳遞、運(yùn)行參數(shù)傳遞、錯(cuò)誤警告信息傳遞、調(diào)試信息傳遞以及所述輔微控制器程序更新文件傳遞。

優(yōu)選的，所述第一數(shù)據(jù)交互單元包括第一一致性檢測(cè)采樣數(shù)據(jù)單元，所述第二數(shù)據(jù)交互單元包括第二一致性檢測(cè)采樣數(shù)據(jù)單元，所述第一一致性檢測(cè)采樣數(shù)據(jù)單元和所述第二一致性檢測(cè)采樣數(shù)據(jù)單元用于進(jìn)行數(shù)據(jù)一致性檢測(cè)；

所述一致性檢測(cè)采樣數(shù)據(jù)單元包括第一AD信號(hào)采集單元、第一接收數(shù)據(jù)判斷單元、第一運(yùn)算單元、第一超范圍判斷單元以及第一提示信息輸出單元；

所述第一AD信號(hào)采集單元用于采集AD信號(hào)；

所述第一接收數(shù)據(jù)判斷單元，用于判斷是否接收到所述輔微控制器的數(shù)據(jù)；

所述第一運(yùn)算單元，用于在所述第一接收數(shù)據(jù)判斷單元判斷到接收到所述輔微控制器的數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)同一信號(hào)數(shù)據(jù)做差求絕對(duì)值；

所述第一超范圍判斷單元，用于判斷所述第一運(yùn)算單元計(jì)算得到的絕對(duì)值是否超出偏差范圍；

所述第一提示信息輸出單元，用于在所述第一超范圍判斷單元判斷到絕對(duì)值超出偏差范圍時(shí)，輸出提示信息并斷開輸出relay；

所述第二AD信號(hào)采集單元用于采集AD信號(hào)；

所述第二接收數(shù)據(jù)判斷單元，用于判斷是否接收到所述主微控制器的數(shù)據(jù)；

所述第二運(yùn)算單元，用于在所述第二接收數(shù)據(jù)判斷單元判斷接收到所述主微控制器的數(shù)據(jù)對(duì)同一信號(hào)數(shù)據(jù)做差求絕對(duì)值；

所述第二超范圍判斷單元，用于判斷所述第二運(yùn)算單元計(jì)算得到的絕對(duì)值是否超出偏差范圍；

所述第二提示信息輸出單元，用于在所述第二超范圍判斷單元判斷到絕對(duì)值超出偏差范圍時(shí)，輸出提示信息并斷開輸出relay。

優(yōu)選的，所述控制算法為Boost控制算法、逆變控制算法或PLL算法。

有益效果：

本發(fā)明提供一種基于雙微控制器的光伏逆變器軟件結(jié)構(gòu)，以兩個(gè)微控制器為硬件基礎(chǔ)設(shè)計(jì)軟件結(jié)構(gòu)，采取一主一從的方式。主MCU主要完成逆變器運(yùn)行狀態(tài)管理和算法控制工作，副MCU則主要為安規(guī)冗余設(shè)計(jì)并協(xié)助管理相關(guān)外設(shè)，負(fù)責(zé)處理備份信號(hào)采集數(shù)據(jù)以供主MCU做數(shù)據(jù)一致性檢測(cè)以及提供監(jiān)控調(diào)試通訊的接口等。這樣的方式方便光伏逆變器項(xiàng)目開發(fā)平臺(tái)移植，縮減開發(fā)周期?？山档烷_發(fā)成本以及后續(xù)維護(hù)成本。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明微控制器的軟件分層圖；

圖2為本發(fā)明主/輔微控制器應(yīng)用層工作分配圖；

圖3為本發(fā)明主/輔微控制器數(shù)據(jù)交互示意圖；

圖4為本發(fā)明主采樣數(shù)據(jù)一致性檢測(cè)流程圖；

圖5為本發(fā)明輔微控制器采樣數(shù)據(jù)一致性檢測(cè)流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的主旨在于提供一種基于雙微控制器的光伏逆變器軟件結(jié)構(gòu)，以兩個(gè)微控制器為硬件基礎(chǔ)設(shè)計(jì)軟件結(jié)構(gòu)，采取一主一從的方式，使兩個(gè)微控制器分別完成不同的工作，同時(shí)每個(gè)微控制器均具有頂層的應(yīng)用層、中間層和底層。中間層中對(duì)功能模塊進(jìn)行封裝，后續(xù)新的項(xiàng)目中相同的功能模塊可以直接調(diào)用，無需重新開發(fā)。

本發(fā)明中的兩個(gè)微控制器一個(gè)為主微控制器(主MCU，記作Mater-MCU)，一個(gè)為輔微控制器(副MCU，記作Slave-MCU)。

首先，如圖1所示，各微控制器分層結(jié)構(gòu)包含底層、中間層和頂層。應(yīng)用層為頂層，會(huì)調(diào)用在其他層中實(shí)現(xiàn)的功能函數(shù)。操作系統(tǒng)內(nèi)核層、模組層和驅(qū)動(dòng)模塊為中間層，它們之間基本沒有關(guān)聯(lián)，互相獨(dú)立。操作系統(tǒng)內(nèi)核層和驅(qū)動(dòng)模塊都會(huì)對(duì)MCU硬件進(jìn)行操作，MCU硬件層處于最底層。

MCU硬件層，主要負(fù)責(zé)MCU底層硬件的配置，包含系統(tǒng)時(shí)鐘、watch dog、RAM分區(qū)、ROM分區(qū)等項(xiàng)次的配置。

驅(qū)動(dòng)模塊，主要負(fù)責(zé)各硬件外設(shè)功能的驅(qū)動(dòng)配置以及接口設(shè)定。

操作系統(tǒng)內(nèi)核，主要是指實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的內(nèi)核接口以及任務(wù)建立。

模組層，主要負(fù)責(zé)對(duì)功能模塊的封裝，包含逆變控制模塊封裝、升壓模塊封裝、MPPT模塊封裝、PV輸入接法判斷封裝、各安規(guī)檢測(cè)功能接口封裝、調(diào)試接口封裝等。

應(yīng)用層，負(fù)責(zé)對(duì)實(shí)際需求的分解處理執(zhí)行，主要指與光伏逆變器實(shí)際應(yīng)用相關(guān)度最高的內(nèi)容。

本發(fā)明具體實(shí)施例中，雙微控制器使用TI公司C2000系列芯片作為硬件基礎(chǔ)，其中Master-MCU為TMS320F28035，Slave-MCU為TMS320F28027。當(dāng)然，本發(fā)明其他實(shí)施例中，可以選用其他芯片型號(hào)。

雙微控制器的光伏逆變器軟件結(jié)構(gòu)，采取一主一從的方式。主微控制器(記作Mater-MCU)主要完成逆變器運(yùn)行狀態(tài)管理和算法控制工作，副微控制器(記作Slave-MCU)則主要為安規(guī)冗余設(shè)計(jì)并協(xié)助管理相關(guān)外設(shè)，負(fù)責(zé)處理備份信號(hào)采集數(shù)據(jù)以供Mater-微控制器做數(shù)據(jù)一致性檢測(cè)以及提供監(jiān)控調(diào)試通訊的接口等功能。

微控制器硬件層，主要負(fù)責(zé)微控制器底層硬件的配置，包含系統(tǒng)時(shí)鐘、watch dog、RAM分區(qū)、ROM分區(qū)、中斷配置等項(xiàng)次的配置。

驅(qū)動(dòng)模塊，主要負(fù)責(zé)各硬件外設(shè)功能的驅(qū)動(dòng)配置以及接口設(shè)定，譬如SCI、IIC、RTC等需要底層驅(qū)動(dòng)程序來完成，這部分驅(qū)動(dòng)程序就構(gòu)成驅(qū)動(dòng)層。

操作系統(tǒng)內(nèi)核，包含通用型實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，負(fù)責(zé)調(diào)配微控制器底層資源，管理任務(wù)事件和任務(wù)切換。采用通用性的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，可方便不同硬件平臺(tái)間的代碼移植。

模組層，主要負(fù)責(zé)對(duì)功能模塊的封裝，其與實(shí)際應(yīng)用的關(guān)聯(lián)度較小且復(fù)用性高，可以用來實(shí)現(xiàn)單一方面的功能。任務(wù)或中斷中調(diào)用的功能函數(shù)根據(jù)需要可以封裝成模組。一般包含逆變控制模塊封裝、升壓模塊封裝、MPPT模塊封裝、PV輸入接法判斷封裝、各安規(guī)檢測(cè)功能接口封裝、調(diào)試接口封裝等。

應(yīng)用層，負(fù)責(zé)對(duì)實(shí)際需求的分解處理執(zhí)行，主要指與光伏逆變器實(shí)際應(yīng)用相關(guān)度最高的內(nèi)容。一般包括逆變器的運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換、時(shí)序邏輯控制、AD采樣處理、逆變控制以及安規(guī)保護(hù)等內(nèi)容的相關(guān)程序。

如圖2所示，為主/輔微控制器應(yīng)用層的主要工作分配，具體說明如下：

1)Master-MCU應(yīng)用層工作說明

顯示控制，負(fù)責(zé)人機(jī)交互界面LCD/LED信息顯示，對(duì)外提供逆變器的工作信息并可接收簡(jiǎn)單的指令設(shè)定。

調(diào)試接口，負(fù)責(zé)對(duì)接測(cè)試工具，對(duì)外傳遞內(nèi)部有效調(diào)試信息。

通訊接口，負(fù)責(zé)逆變器對(duì)外通訊接口，比如外接RAM接口、外接ROM接口、CAN通訊接口、RS485通訊接口等。

燒錄接口，負(fù)責(zé)接收逆變器程序文件，進(jìn)行程序更新。

Eeprom&RTC讀寫控制，負(fù)責(zé)Eeprom與RTC器件的數(shù)據(jù)讀寫操作。

輸入信號(hào)管理，負(fù)責(zé)處理輸入信號(hào)，包含AD輸入、市電過零點(diǎn)輸入、其他外部信號(hào)輸入等。

控制算法管理，負(fù)責(zé)Boost控制算法、逆變控制算法、PLL算法等。

功率管理，負(fù)責(zé)逆變器功率管理，比如MPPT、降載控制等。

輸出信號(hào)管理，負(fù)責(zé)執(zhí)行逆變器輸出動(dòng)作，比如開關(guān)對(duì)外連接的relay、運(yùn)行指示LED燈信號(hào)等。

運(yùn)行狀態(tài)管理，負(fù)責(zé)處理逆變器運(yùn)行狀態(tài)以及時(shí)序邏輯管理。

安規(guī)管理，負(fù)責(zé)管理逆變器安規(guī)保護(hù)，涉及各國安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行。

微控制器自我保護(hù)管理，負(fù)責(zé)逆變器的自我保護(hù)功能，比如硬件參數(shù)檢測(cè)保護(hù)、微控制器的自檢等。

2)Slave-MCU應(yīng)用層工作說明

調(diào)試接口，負(fù)責(zé)對(duì)接測(cè)試工具，對(duì)外傳遞內(nèi)部有效調(diào)試信息。

輸入信號(hào)管理，負(fù)責(zé)處理輸入信號(hào)，包含AD輸入、市電過零點(diǎn)輸入、其他外部信號(hào)輸入等。

輸出信號(hào)管理，負(fù)責(zé)執(zhí)行逆變器輸出動(dòng)作，比如開關(guān)對(duì)外連接的relay、內(nèi)部風(fēng)扇控制等。

安規(guī)管理，負(fù)責(zé)管理逆變器安規(guī)保護(hù)，涉及各國安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行。

微控制器自我保護(hù)管理，負(fù)責(zé)逆變器的自我保護(hù)功能，比如硬件參數(shù)檢測(cè)保護(hù)、微控制器的自檢等。

3)Master-MCU與Slave-MCU間數(shù)據(jù)交互

微控制器間數(shù)據(jù)交互，主要包含Master-MCU與Slave-MCU采樣數(shù)據(jù)一致性檢測(cè)、運(yùn)行參數(shù)傳遞、錯(cuò)誤警告信息傳遞、調(diào)試信息互傳、Slave-MCU程序更新文件透?jìng)鳌?/p>

參見圖3，主要說明如下：

Master-MCU與Slave-MCU采樣數(shù)據(jù)一致性檢測(cè)，由2個(gè)微控制器各自采集同一信號(hào)的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，再進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比。依據(jù)設(shè)定偏差范圍，判斷是否存在不一致的情況。

如圖4、5所示，為本發(fā)明Master-MCU與Slave-MCU的采樣數(shù)據(jù)一致性檢測(cè)過程的流程圖。

運(yùn)行參數(shù)傳遞，包含Master-MCU與Slave-MCU的運(yùn)行狀態(tài)交換，采樣比例參數(shù)交換等。

錯(cuò)誤警告信息傳遞，主要由Slave-MCU傳遞到Master-MCU。

調(diào)試信息互傳，各自微控制器的調(diào)試接口除了獲取自身的數(shù)據(jù)外，還可以通過該通道獲取另一個(gè)微控制器的某些數(shù)據(jù)信息。

Slave-MCU程序更新文件透?jìng)?，主要?fù)責(zé)程序更新時(shí)將Master-MCU接收到的Slave-MCU程序文件數(shù)據(jù)進(jìn)行透?jìng)鳌?/p>

綜上可見，本發(fā)明中，主微控制器的應(yīng)用層包括：

顯示控制單元，用于人機(jī)交互界面LCD/LED信息顯示和接收用戶輸入的指令；

第一調(diào)試接口單元，用于對(duì)接測(cè)試工具，對(duì)外傳遞內(nèi)部有效調(diào)試信息；

通訊接口單元，用于逆變器的對(duì)外通訊接口；

燒錄接口單元，用于接收逆變器程序文件并進(jìn)行程序更新；

Eeprom&RTC讀寫控制單元，用于Eeprom與RTC器件的數(shù)據(jù)讀寫操作；

第一輸入信號(hào)管理單元，用于處理輸入信號(hào)；

控制算法管理單元，用于管理逆變器內(nèi)的控制算法；

功率管理單元，用于逆變器的功率管理；

第一輸出信號(hào)管理單元，用于執(zhí)行逆變器輸出動(dòng)作；

運(yùn)行狀態(tài)管理單元，用于處理逆變器運(yùn)行狀態(tài)以及時(shí)序邏輯管理。

第一安規(guī)管理單元，用于管理逆變器安規(guī)保護(hù)；

第一自我保護(hù)管理單元，用于逆變器的自我保護(hù)；

所述輔微控制器的應(yīng)用層包括：

第二調(diào)試接口單元，用于對(duì)接測(cè)試工具，對(duì)外傳遞內(nèi)部有效調(diào)試信息。

第二輸入信號(hào)管理單元，用于處理輸入信號(hào)；

第二輸出信號(hào)管理單元，用于執(zhí)行逆變器輸出動(dòng)作；

第二安規(guī)管理單元，用于管理逆變器安規(guī)保護(hù)；

第二自我保護(hù)管理單元，用于逆變器的自我保護(hù)。

優(yōu)選的，所述主微控制器包括第一數(shù)據(jù)交互單元，所述輔微控制器包括第二數(shù)據(jù)交互單元；

所述第一數(shù)據(jù)交互單元和第二數(shù)據(jù)交互單元用于一致性檢測(cè)采樣數(shù)據(jù)傳遞、運(yùn)行參數(shù)傳遞、錯(cuò)誤警告信息傳遞、調(diào)試信息傳遞以及所述輔微控制器程序更新文件傳遞。

優(yōu)選的，所述第一數(shù)據(jù)交互單元包括第一一致性檢測(cè)采樣數(shù)據(jù)單元，所述第二數(shù)據(jù)交互單元包括第二一致性檢測(cè)采樣數(shù)據(jù)單元，所述第一一致性檢測(cè)采樣數(shù)據(jù)單元和所述第二一致性檢測(cè)采樣數(shù)據(jù)單元用于進(jìn)行數(shù)據(jù)一致性檢測(cè)；

所述一致性檢測(cè)采樣數(shù)據(jù)單元包括第一AD信號(hào)采集單元、第一接收數(shù)據(jù)判斷單元、第一運(yùn)算單元、第一超范圍判斷單元以及第一提示信息輸出單元；

所述第一AD信號(hào)采集單元用于采集AD信號(hào)；

所述第一接收數(shù)據(jù)判斷單元，用于判斷是否接收到所述輔微控制器的數(shù)據(jù)；

所述第一運(yùn)算單元，用于在所述第一接收數(shù)據(jù)判斷單元判斷接收到所述輔微控制器的數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)同一信號(hào)數(shù)據(jù)做差求絕對(duì)值；

所述第一超范圍判斷單元，用于判斷所述第一運(yùn)算單元計(jì)算得到的絕對(duì)值是否超出偏差范圍；

所述第一提示信息輸出單元，用于在所述第一超范圍判斷單元判斷到絕對(duì)值超出偏差范圍時(shí)，輸出提示信息并斷開輸出relay；

所述第二AD信號(hào)采集單元用于采集AD信號(hào)；

所述第二接收數(shù)據(jù)判斷單元，用于判斷是否接收到所述主微控制器的數(shù)據(jù)；

所述第二運(yùn)算單元，用于在所述第二接收數(shù)據(jù)判斷單元判斷接收到所述主微控制器的數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)同一信號(hào)數(shù)據(jù)做差求絕對(duì)值；

所述第二超范圍判斷單元，用于判斷所述第二運(yùn)算單元計(jì)算得到的絕對(duì)值是否超出偏差范圍；

所述第二提示信息輸出單元，用于在所述第二超范圍判斷單元判斷到絕對(duì)值超出偏差范圍時(shí)，輸出提示信息并斷開輸出relay。

雖然通過實(shí)施例描繪了本發(fā)明，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員知道，本發(fā)明有許多變形和變化而不脫離本發(fā)明的精神，希望所附的權(quán)利要求包括這些變形和變化而不脫離本發(fā)明的精神。