【正文】 本 科 生 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)） 論文（設(shè)計(jì)）題目： 基于 AT89S51 單片機(jī)的太陽能控制器 設(shè)計(jì)與制作 2020 年 5 月 目 錄 中文摘要 ................................................................................................................................... 1 1 研究意義與功能介紹 ........................................................................................................... 1 2 電路設(shè)計(jì) ................................................................................................................................ 2 主原理圖 ...................................................................................................................... 2 蓄電池充電方式 .......................................................................................................... 3 充放電電路 .................................................................................................................. 3 電壓采集電路 .............................................................................................................. 4 光耦開關(guān)電路 .............................................................................................................. 4 單片機(jī)及其外圍電路 .................................................................................................. 5 A/D 轉(zhuǎn)換電路 .............................................................................................................. 6 單片機(jī)電源電路 .......................................................................................................... 6 PCB 圖 ......................................................................................................................... 7 作品實(shí)物 .................................................................................................................... 7 3 主要器件介紹 ....................................................................................................................... 8 AT89S51 單片機(jī) .......................................................................................................... 8 TLC549......................................................................................................................... 9 ....................................................................................................................... 9 光耦 .............................................................................................................................. 9 太陽能電池 .................................................................................................................10 4 軟件設(shè)計(jì) ............................................................................................................................. 11 主要程序流程圖 ....................................................................................................... 11 主要 C 程序 .............................................................................................................. 11 5 測(cè)試 ..................................................................................................................................... 14 6 小結(jié) ..................................................................................................................................... 15 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................. 15 英文摘要 ................................................................................................................................. 16 致謝 ..........................................................................................................................................17 基于 AT89S51 單片機(jī)的太陽能控制器 設(shè)計(jì)與制作 內(nèi)容摘要 本文介紹了一種基于單片機(jī)的太陽能控制器，系統(tǒng)使用低功耗、高性能的AT89S51 單片機(jī)作為控制電路的核心器件。此系統(tǒng)由太陽能電池模塊，蓄電池，充放電電路，電壓采集電路，單片機(jī)控制電路和光耦驅(qū)動(dòng)電路組成。設(shè)計(jì)使用 PWM（脈寬調(diào)制）控制技術(shù)來控制蓄電池充放電，通過控制 MOSFET 管開啟和關(guān)閉達(dá)到控制電池充放電的目的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該控制器性能可靠，可以監(jiān)視太陽能電池和蓄電池電池狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)控制蓄電池最優(yōu)充放電 ，達(dá)到延長蓄電池的使用壽命。 關(guān)鍵詞 太陽能；控制器 ； AT89S51 單片機(jī) 我國現(xiàn)階段的用電主要靠水力發(fā)電，但是我國水力資源在地域分布上極不平衡，總體來看，西部多、東部少。對(duì)于水電資源缺乏的地區(qū)或者用電超負(fù)荷的城市開發(fā)新能源是當(dāng)務(wù)之急。我國的西部地區(qū)，包括西藏、新疆、青海、內(nèi)蒙古、四川等省年日照時(shí)間長，這些地區(qū)面積寬廣、人口密集低，在一些偏僻的地區(qū)傳統(tǒng)的供電設(shè)施建設(shè)成本高，電能的供需矛盾顯得十分突出，因此當(dāng)?shù)卣浞掷锰柲馨l(fā)電解決無電地區(qū)的用電具有重大的戰(zhàn)略意義。為了更高效的利用太陽能，白天將太陽能 轉(zhuǎn)化為電能，利用蓄電池將剩余的電能儲(chǔ)存起來，需要用電時(shí)即可由蓄電池供電。 1 研究意義與功能介紹 研究意義 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)能源提出越來越高的要求，近年來能源供需矛盾突出，尋找新能源成為當(dāng)前人類面臨的迫切課題。太陽光沒有地域的限制無論陸地或海洋，無論高山或島嶼，都處處皆有，可直接開發(fā)和利用，且勿須開采和運(yùn)輸。它同以往其他電源發(fā)電原理完全不同，具有以下特點(diǎn)： ； ； 資源分布地域的限制； ； ； 時(shí)間短。 功能介紹 本系統(tǒng)以 ATMEL 系列中的 AT89S51 單片機(jī)為控制中心，軟硬件的結(jié)合，利用分壓電路對(duì)蓄電池，太陽能電池的電壓、電流進(jìn)行采樣。再經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換采樣數(shù)據(jù)輸入到單片機(jī)中進(jìn)行處理。單片機(jī)輸出經(jīng)光耦驅(qū)動(dòng) MOSFET 管來控制外接電路開啟關(guān)閉。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)控制蓄電池的最優(yōu)充放電，當(dāng)蓄電池電壓在 + 時(shí)，太陽能電池停止 對(duì)蓄電池充電，當(dāng)蓄電池電壓在 + 時(shí)，蓄電池停止對(duì)負(fù)載放電；負(fù)載電流檢測(cè)電路可進(jìn)行過流保護(hù)及負(fù)載功率檢測(cè)（如圖 1）。 太 陽 能電 池蓄 電 池分 壓 電 路采 集 電 壓分 壓 電 路 采集 電 壓A / D 轉(zhuǎn) 換A / D 轉(zhuǎn) 換AT89S51單片機(jī)光 耦 電 路光 耦 電 路充 電 控 制放 電 控 制 圖 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 2 電路設(shè)計(jì) 主原理圖 如圖 2 所示，電路包含太陽能電池， DCDC 變換電路，蓄電池，數(shù)據(jù)采集電路，A/D 轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)控制電路及狀態(tài)顯示部分。本設(shè)計(jì)以 ATMEL 系列 AT89S51 單片機(jī)為控制中心的軟硬件的結(jié)合，使用并聯(lián)在電池兩端的兩個(gè)串聯(lián)電阻，以分壓方式對(duì)蓄電池、太陽能電池的電壓進(jìn)行采樣，送到 A/D 轉(zhuǎn)換得到一個(gè)數(shù)字信號(hào)的電壓值，再將信號(hào)送入到單片機(jī)中進(jìn)行處理。單片機(jī)輸出經(jīng)光耦電路控制 MOSFET 管?？刂?MOSFET管導(dǎo)通的方式是脈沖寬度調(diào)制 (PWM)，根據(jù)程序設(shè)計(jì)的載荷變化來調(diào)制 MOSFET 管柵的偏置，達(dá)到實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能。按程序設(shè)計(jì)當(dāng)檢測(cè)到蓄電池的電壓低于 12V，充電模式為均充， Q1 為完全導(dǎo)通狀態(tài)，也就是導(dǎo)通的脈沖占空比最大；當(dāng)檢測(cè)到蓄電池的電壓在，充電模式為浮充， Q1 導(dǎo)通與不導(dǎo)通的占空比例變??；當(dāng)檢測(cè)到蓄電池的電壓等于 15V， Q1 截止充電停止。當(dāng)檢測(cè)到蓄電池的電壓低于 ， Q2 關(guān)閉停止放電。 Y11 1 M H Z R9 1 0 kR5 5 kR75 k C647C747X1X2X1 X2D1 U5 U4 C1 1 0 0 u FD2 V C CC5 1 0 u FR S TR S TC4 1 0 4C3 1 0 0 u FQ2 K1V C CK1V C CR6 R8 C2C1C L K 2C L K 1D O 1D O 2C S 1C S 2C1C2K2K2V C CV C C V C CV i nV i nA D 1A D 2C L K 1V C CU4D O 1V i nC S 1C S 21234J1C O N 4D O 2C L K 2123456J2C O N 6RL V i n1GND2V o u t3T1 L M 7 8 0 512B1 Q1 D3 R 1 0 2 0 0D4 R 1 1 2 0 0V C CR S T9R X D / P 3 .010I N T 0 / P 3 .212I N T 1 / P 3 .313T 0 / P 3 . 414T 1 / P 3 . 515E A / V P P31X T A L 119P 0 .0 / A D 039P 0 .1 / A D 138P 0 .2