【正文】 ntroller of the functional requirements and the practical application aspects ,making some analysis,pleted the hardware circuit design and software development, to achieve the high efficiency of the battery management. Under the guidance of the overall program, the design uses lowpower, high performance, super antijamming STC89C52 microcontroller as a core device to control the entire circuit. Hardware circuit consists of a solar battery charging and discharging circuit, voltage acquisition and display circuit, the MCU control circuit and RS232 serial munication circuit, the main achievement of the acquisition and display battery voltage. Software is based in part on PWM (Pulse Width Modulation) pulse width modulation control strategy, programming the microcontroller output PWM control signal, by controlling the photocoupler onoff the control MOSFET opening and closing, to control battery charging and discharging purposes, and in accordance with the functional requirements implemented the battery over charge, over discharge protection and short circuit protection. Experiments show that the controller performance, high reliability, can always monitor the state of solar panels and batteries to achieve optimal control of battery charge and discharge, to prolong battery life. Keywords: charge controller。系統(tǒng)硬件電路由太陽能電池充放電電路，電壓采集和顯示電路，單片機(jī)控制電路和 RS232 串口通信電路組成，主要實(shí)現(xiàn)對蓄電池電壓的采集和顯示。目前太陽能光伏發(fā)電裝置已廣泛應(yīng)用于通訊，交通，電力等各個方面，其核心部分就是充電控制器。 本設(shè)計(jì)針對目前市場上傳統(tǒng)充電控制器對蓄電池的充放電控制不合理，同時保護(hù)也不夠充分，使得蓄電池的壽命縮短這種情況，研究確定了一種基于單片機(jī)的太陽能充電控制器的方案。軟件部分依據(jù) PWM（ Pulse Width Modulation）脈寬調(diào)制控制策略，編制程序使單片機(jī)輸出 PWM 控制信號，通過控制光電耦合器通斷進(jìn)而控制 MOSFET 管開啟和關(guān)閉，達(dá)到控制蓄電池充放電的目的，同時按照功能要求實(shí)現(xiàn)了對蓄電池過充、 過 放保護(hù)和短路保 護(hù)。 solar photovoltaic。 同時，以煤、石油作為燃料在燃燒過程中產(chǎn)生的有害物質(zhì)已經(jīng)開始造成全球變暖，即“溫室效應(yīng) ，人類的生活將會由此受到很大的威脅。而太陽能則 不同，任何自家用戶只要找到一個有陽光照射到的窗戶都可以裝置太陽能極板作輔助能源，幾百元投資便可以架設(shè)。 （ 2） 無害性。 （ 4） 巨大性。年日照時數(shù)在 2200 小時以上的地區(qū)約占國土面積的 2／ 3 以上。 太陽能充放電控制器現(xiàn)狀 （ 1） 太陽能光伏發(fā)電 太陽能作為新能源有著巨大的優(yōu)勢，所以世界各國都在努力研發(fā)新技術(shù)進(jìn)行獲取，比較成熟的是太陽能光伏發(fā)電技術(shù)。但只有當(dāng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)工作過程中保持蓄電池沒有過充電，也 沒有過放電，才能使蓄電池的使用壽命延長，效率也得以提高，因此 必須 對工作過程加以研究 分析 而予以控制，這種情況下太陽能充電控制器應(yīng)運(yùn)而生。 目前，控制器常用的蓄電池 充電法包括三種：恒流充電法、階段充電法和恒壓充電法。 設(shè)計(jì)主要任務(wù) 本設(shè)計(jì)研究確定了一種基于 STC 單片機(jī)的太陽能充放電控制器的方案，在太陽能對蓄電池的充電方式、控制器的功能要求和 電路保護(hù) 方面做了分析，完成了 系統(tǒng) 硬件電路設(shè)計(jì)和 軟件編程 ，實(shí)現(xiàn)了對蓄電池的科學(xué)管理，并將充 放 電控制器應(yīng)用于太陽能路燈 或其他負(fù)載，實(shí)現(xiàn)了控制 功能。 （ 4）當(dāng)蓄電池處于浮充充電狀態(tài) 時電壓值控制在 左右。 太陽 能路燈系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)主要針對直流 照明 路燈進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，所以構(gòu)成太陽能路燈系統(tǒng)主要有四大部分組成，即太陽能極板、蓄電池、充電控制器、照明電路。 （ 1） 太陽能 電池板 如圖 22 所示，太陽能電池板 是利用半導(dǎo)體光伏效應(yīng)制成的，能夠直接將太陽輻射轉(zhuǎn)換成電能的器件。 山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 4 圖 22 太陽能電池產(chǎn)生光伏效應(yīng) （ 2） 蓄電池 這里首 先介紹 蓄電池工作原理 。分析可知，蓄電池的充電過程和放電過程是可逆的。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池的主要作用有：儲存能量、對太陽能極板的工作電壓的進(jìn)行鉗位、 給負(fù)載 提供啟動電流等?？刂破魍瑫r負(fù)責(zé)蓄電池是否對負(fù)載供電，當(dāng)蓄電池的電壓在正常范圍內(nèi)時，控制器控制開關(guān)接通，蓄電池給負(fù)載供電；當(dāng)蓄電池的電壓處于欠壓或是過放狀態(tài)時，控制器控制開關(guān)截止，蓄電池停止對負(fù)載的供電，在這個過程中控制器起著至關(guān)重要的作 用，保護(hù)負(fù)載和蓄電池。 （ 1） 蓄電池常規(guī)充放電方式 目前，控制器常規(guī) 的蓄電池充電法包括三種：恒流充電法、階段充電法和恒壓充電法。 這種充電方法包括二階段充電法和三階段充電法。由于充電初期蓄電池電動勢較低，充電電流很大，隨著充電的進(jìn)行，電流將逐漸減少。這種充電法不僅遵循蓄電池固有的充電接受率，而且能夠提高蓄電池充電接受率，這也是蓄電池充電理論的進(jìn)一步發(fā)展。脈寬調(diào)制方式是指在固定時鐘頻率下，通過調(diào)節(jié)開關(guān)的通斷時間來控制信號的占空比，從而實(shí)現(xiàn)對輸出電壓的調(diào)整。 控制器的 整體設(shè)計(jì)方案 通過對 應(yīng)用實(shí)例的分析，更加明確太陽能充電控制器的在系統(tǒng)中重要性和作用，同時山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 6 依照其功能要求和改進(jìn)的控制策略，最后確定了整體設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖 24 所示。同時提出了時刻在線檢測蓄電池電壓的放電控制方法，避免蓄電池發(fā)生過放現(xiàn)象，保護(hù)蓄電池。 下面先從系統(tǒng) 層次原理圖入手，對系統(tǒng)原理進(jìn)行詳細(xì)的分析，然后再對 具體 電路 地進(jìn)行一一介紹。 VCCGNDPWMFUZAI充放電模塊充放電電路 .SchDocVCCGNDPWMFUZAIAD[0..7]CSADWRRD2728TXDRXD控制器和顯示模塊STC 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) .SchDocVCCGNDAD[0..7]CSADWRRDAD 模塊AD 轉(zhuǎn)換 .SchDocVCCGNDSCKSDA數(shù)據(jù)保存模塊E2PROM 存儲電路 .SchDocVCCGNDPCRXDPCTXD串口調(diào)試模塊RS232 串口通信 .SchDoc圖 31 系統(tǒng) 原理圖 最后通過通信模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送和保存。 使用 STC 公司高密度非易失性 高加密性 存儲器技術(shù)制造 ， 與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容 。另外， STC89C52 具有低功耗設(shè)計(jì)， 支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。 而且 STC89C52 的工作頻率很寬，可以在 0~35MHz 之間選擇，芯片具有超強(qiáng)抗干擾性，加密性強(qiáng) 。 （ 2） 編程控制引腳。 EA/VP31XTAL119XTAL218RESET9P37/RD17P36/WR16P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P10/T21P11/T2 EX2P123P134P145P15/MOSI6P16/MISO7P17/SCK8P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P20(A8)21P21(A9)22P22(A1023P23(A11)24P24(A12)25P25(A13)26P26(A14)27P27(A15)28PSEN29ALE/P30P31/TXD11P30/RXD10 圖 32 STC89C52 引腳圖 這里僅詳細(xì)介紹編程引腳 ： （ 1） RST：復(fù)位輸入。 DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 如果需要，通過將地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位置 “ 1” ， ALE 操作將無效。 （ 3） PSEN ：外部程序存儲器選通信號 (PSEN )是外部程序存儲器選通信號。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令， EA 應(yīng)該接 VCC。 （ 1）時鐘電路 單片機(jī)內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，此放大器的輸入 端 和輸出端分別是引腳 XTAL1 和 XTAL2，在 XTAL1 和 XTAL2 上外接時鐘源即可構(gòu)成時鐘電路， CPU的所有操作均在 時鐘脈沖同步下進(jìn)行。 12C633PFC733PFXTAL1XTAL2C810uFR1510KVCCRESTR141KS1SWPB 圖 33 時鐘電路 圖 34 復(fù)位電路 山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 10 （ 2）復(fù)位電路 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。 本系統(tǒng)采用的是上電 +電平按鈕復(fù)位，上電復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。初步檢查可用示波器探頭監(jiān)視 RST 引腳，按下復(fù)位鍵，觀察是否有足夠幅度的波形輸出 (瞬時的 )，還可以通過改變復(fù)位電路 電阻和電 容值進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。串聯(lián)的電阻的目的是為了限制通過發(fā)光二極管的電流太大而將其燒毀。 充放電電路 充放電 電路 如圖 37 所示，電路 由防反充二極管 D濾波電容 C4 和 C 穩(wěn)壓管 D續(xù)流二極管 D MOSFET 管 Q1 和 Q2 等構(gòu)成。而且 MOSFET 只有多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，不存在少數(shù)載流子的復(fù)合時間，因而開關(guān)頻率可以很高，非常適合作控制充放電開關(guān)。電容 C5 是 對蓄電池輸出電壓進(jìn)行濾波，以保證負(fù)載供電電路的穩(wěn)定性。當(dāng)檢測到蓄電池的電壓低于 ， Q2 關(guān)閉停止放電 ，關(guān)斷負(fù)載來實(shí)現(xiàn)欠壓關(guān)斷。 這就是充電電路原理。一般逐次比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器用到較多，本 設(shè)計(jì)采用 8 位并 行A/D 轉(zhuǎn)換器芯片 ADC0804。 ADC0804 就是這類集成 A/D 轉(zhuǎn)換器。 RD為 1 時， DB0~DB7 處理高阻抗： RD 為 0 時，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)才會輸出。 輸入單端 正電壓時 , VIN()接地 :而差動輸入時 , 直接加入 VIN(+) VIN(). AGND,DGND—— 模擬信號以及數(shù)字信號的接地 . VREF/2— 參考電平輸入，決定量化單位。單片機(jī) 的 引腳，用來實(shí)現(xiàn)片選； RD、 WR 分別接單片機(jī)的 和 引腳，進(jìn)行讀寫控制； CLK、 CLKR、 GND 之間用電阻和電容構(gòu)成 RC 振蕩電路，用來給 ADC0804 提供工作所需的脈沖。在使用 1602 之前，我們首先查閱其使用手冊，對其進(jìn)行一定的了解。 表 32 1602 引腳功能表 引腳 符 號 名 稱 功 能 1 Vss 接地 0V 2 VDD 電路電源 5V177。數(shù)據(jù)輸入端 D0D7 接單片機(jī)的 P0 口用于 電壓 數(shù)據(jù)的傳送。 AT24C02 可有效解決掉電數(shù)據(jù)保存問題，可對所存在數(shù)據(jù)保存 100 年，并可多次擦寫，擦寫次數(shù)可達(dá) 10 萬次以上。 為了更好的使用 AT24C02，首先來介紹其 各 個 引腳功能 ， 如表 33 所示 。 WP7A11A22A33GND4SDA5VCC8SCLK624C02SDASCKVCC 圖 313 數(shù)據(jù)存儲電路 串口通信電路 隨著單片機(jī)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用和計(jì)算機(jī)網(wǎng)路技術(shù)的普及，單片機(jī)的通信功能愈來愈顯得重要。 本設(shè)計(jì)中加入串行通信電路的目的 主要有三個：一是方便給單片機(jī)下載程序；二是使控制器具有遠(yuǎn)程通信或遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能；三是將控制器每天采集到數(shù)據(jù)的極限值和