【正文】 進(jìn)行了一定的改進(jìn)。控制器控制太陽能極板對蓄電池的充電，為了延長蓄電池的使用壽命，必須對它的充放電條件加以限制，防止蓄電池過充電及深度充電。在獨(dú)立的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池是整個系統(tǒng)的重要組成部分，是對整個系統(tǒng)性能可靠性影響比較大的部分。依據(jù)化學(xué)基礎(chǔ)理論：鉛酸蓄電池釋放化學(xué)能的過程(放電過程)是負(fù)極進(jìn)行氧化，正極進(jìn)行還原的過程；電池補(bǔ)充化學(xué)能的過程(充電過程)是負(fù)極進(jìn)行還原，正極進(jìn)行氧化的過程。在這個過程中，光電池本身不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)，也沒有轉(zhuǎn)動磨損，因此使用太陽能電池的過程中沒有噪聲，沒有環(huán)境污染，這是其他方式發(fā)電所不能比擬的。系統(tǒng)各個部分的控制功能全由充電控制器來完成。這里以太陽能充電控制器應(yīng)用于太陽能光伏發(fā)電路燈系統(tǒng)為例，對系統(tǒng)各個組成部分的主要功能做詳細(xì)的分析說明。（2），自動關(guān)斷負(fù)載（欠壓關(guān)斷），同時有報警功能；（3），自動關(guān)斷負(fù)載（過壓關(guān)斷）和充電電路，同時有報警功能。所以，如何改善太陽充控制器的充放電方式，開發(fā)性能優(yōu)良的充放電控制器，提高其在實(shí)際應(yīng)用中的效率，成為了一個重要的研究方面。市目前場上有各種各樣的太陽能控制器，但這些控制器主要問題對于蓄電池的保護(hù)不夠充分，不合適的充放電方式容易導(dǎo)致蓄電池的損壞，使蓄電池的使用壽命降低。在進(jìn)行太陽能光伏發(fā)電時，由于一般太陽能極板輸出電壓不穩(wěn)定，不能直接將太陽能極板應(yīng)用于負(fù)載，需要將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芎蟠鎯Φ揭欢ǖ膬δ茉O(shè)備中，如鉛酸蓄電池?？傮w看來我國太陽能資源比較豐富，因此充分利用豐富的太陽能資源，采用太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，可以節(jié)約能源，發(fā)展經(jīng)濟(jì)，提高人民生活水平。全國各地的年太陽輻射總量3340．8400MJ／m2，中值為5852MJ／m2。 只要有太陽，就有太陽能，因此太陽能可以說是取之不盡，用之不竭。地球上處處都有太陽能，不需要到處去尋找，去運(yùn)輸，容易獲取。雖然風(fēng)能或水能等更加便宜，但是大多數(shù)的自家用戶卻都不可能找到適當(dāng)場合進(jìn)行架設(shè)，架設(shè)成本較高。伴隨著世界能源危機(jī)的日益嚴(yán)重，石油價格不斷上漲，利用常規(guī)能源已經(jīng)不能適應(yīng)世界經(jīng)濟(jì)快速增長的需要，如何解決能源問題，是每個國家都必須面臨的問題。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)計主要任務(wù)本設(shè)計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）。 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，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。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。控制器同時負(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。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?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。STC89C52常見的是PDIP封裝，是一個有40個引腳的芯片，引腳如圖32所示。RST、ALE/、/VPP。晶振工作時，RST引腳持續(xù)2個機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 （2） ALE/：地址鎖存控制信號(ALE)是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。這一位置“1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOVC指令時有效。當(dāng)STC89C52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，在每個機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將不被激活。在flash編 程期間，也接收12伏Vpp電壓。片內(nèi)振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率，~12MHz之間選取。其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。按鈕復(fù)位是當(dāng)按鈕按下后，電源通過電阻R14施加到復(fù)位端上，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)復(fù)位。（3）工作狀態(tài)指示燈電路本設(shè)計可以時刻檢測蓄電池電壓，為了更好的進(jìn)行監(jiān)控，要對整個電路的工作狀態(tài)進(jìn)行指示，這是很有必要的。 圖 35工作狀態(tài)指示燈電路 圖 36 蜂鳴器報警電路（4）蜂鳴器報警電路報警電路采用蜂鳴器來發(fā)出報警聲音，由于STC89C52輸出引腳的驅(qū)動能力較弱，所以蜂鳴器要加三極管進(jìn)行驅(qū)動。二極管D1是為了防止反充，當(dāng)陰天或晚上蓄電池的電壓高于太陽能電池板的電壓時，D1就生效，可以防止蓄電池電流流向太陽能電池板。設(shè)計中采用IRL2703 N溝道MOSFET管，N溝道MOSFET的導(dǎo)通電壓Vth0。圖中穩(wěn)壓管D2用來對蓄電池進(jìn)行穩(wěn)壓作用。為了增加系統(tǒng)的可靠性，本設(shè)計用光電耦合器實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制電路和充放電電路的隔離。M0S管Q2控制著放電電路，其原理與Q1相似。因?yàn)樾铍姵仉妷旱牟杉D(zhuǎn)換在系統(tǒng)中極為重要，所以下面對所選ADC0804芯片及在本系統(tǒng)中是典型連接電路予以介紹。ADC0804 為一只具有20引腳并行8位CMOS工藝逐次比較型的集成A/D 轉(zhuǎn)換器， 其規(guī)格如下： (1) 高阻抗?fàn)顟B(tài)輸出，分辨率：8 位(0~255)(2) 存取時間：135 us ；轉(zhuǎn)換時間：100 us(3) 總誤差：正負(fù)1LSB (4) 工作溫度：0度~70度； (5) 模擬輸入電壓范圍：0V~5V (6) 參考電壓：；工作電壓：5V (7) 輸出為三態(tài)結(jié)構(gòu)，可直接連接在數(shù)據(jù)總線上?！脕韱愚D(zhuǎn)換的控制輸入，相當(dāng)于 ADC 的轉(zhuǎn)換開始（=0 時），當(dāng) 由 1變?yōu)?0時，轉(zhuǎn)換器被清除：當(dāng) 回到 1時，轉(zhuǎn)換正式開始。 DB0~DB7—三態(tài)特性數(shù)字信號輸出端. VCC: 電源供應(yīng)以及作為電路的參考電壓. ADC0804外圍接線電路（1）電壓采集電路 如圖310所示，電壓采集電路使用兩個串聯(lián)的電阻，大小比例為2:1，然后并聯(lián)在需要檢測的電壓兩端，從兩個電阻中間采集電壓。蓄電池的電壓采集信號ADIN從6腳引入，在內(nèi)部采集轉(zhuǎn)換后，從數(shù)字輸出端輸出到單片機(jī)的P1口，通過讀P1口數(shù)據(jù)，便可以得到蓄電池的電壓，實(shí)現(xiàn)實(shí)時在線檢測。從芯片手冊中，可以得到1602液晶的主要技術(shù)資料，如表31所示，通過此表我們可以知道1602工作電壓和顯示容量，可以驗(yàn)證設(shè)計選擇的是否合適。10%3VO液晶顯示對比度調(diào)節(jié)端用于調(diào)節(jié)對比度4RS寄存器選擇信號H:數(shù)據(jù)寄存器 L:指令寄存器5R/W讀/寫信號H:讀 L:寫6E片選信號下降沿觸發(fā),鎖存數(shù)據(jù)714DB0DB7數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)傳輸圖 312 電壓顯示電路根據(jù)1602的技術(shù)參數(shù)和引腳功能， 1602與單片機(jī)連接構(gòu)成的電壓顯示電路如圖312所示。 E2PROM數(shù)據(jù)存儲電路為了把電路發(fā)生異常時的蓄電池電壓記錄下來，需要用存儲芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)保存。AT24C02是一個2K位串行CMOS E2PROM， 內(nèi)部含有256個字節(jié)，采用先進(jìn)CMOS技術(shù)實(shí)質(zhì)上減少了器件的功耗。表 33 AT24C02管腳描述管腳名稱 功能 A0 A1 A2 可編程地址輸入端SDA 串行數(shù)據(jù)/地址 SCL 串行時鐘 WP 寫保護(hù) Vcc 電源端，+～ 工作電壓 GND 地 I2C串行總線一般有兩根信號線，一根是雙向的數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時鐘線SCL。單片機(jī)通信是指單片機(jī)與計算機(jī)或單片機(jī)與單片機(jī)之間的信息交換，不過通常使用的是單片機(jī)與計算機(jī)之間的通信。由于單片機(jī)的電平和計算機(jī)電平不兼容，設(shè)計中采用MAX232芯片進(jìn)行TTL電平和RS232電平之間的轉(zhuǎn)換。了解芯片的主要特點(diǎn)之后，接下來我們來認(rèn)識MAX232它的各個引腳的功能，即有什么作用，以更好地設(shè)計串口通信電路。功能是產(chǎn)生+12v和12v兩個電源，提供給RS232串口電平的需要。 8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。電路如下圖315所示。4 太陽能充電控制器的軟件設(shè)計 軟件設(shè)計采用C語言來實(shí)現(xiàn)，受C語言模塊化編程設(shè)計思想的啟發(fā)，本系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計思路，即整個控制軟件由許多獨(dú)立的子程序（子函數(shù)）模塊組成，它們之間通過函數(shù)調(diào)用實(shí)現(xiàn)連接。 系統(tǒng)主程序設(shè)計系統(tǒng)主程序流程圖如圖41所示。時序圖如圖42所示。芯片的時序圖是對芯片的操作的關(guān)鍵依據(jù)。圖 43 A/D轉(zhuǎn)換子程序 顯示模塊通過電壓采集轉(zhuǎn)換子程序，通過單片機(jī)處理就可以得到蓄電池的實(shí)際電壓值，本設(shè)計用液晶1602作顯示器來進(jìn)行顯示。首先關(guān)閉使能，防止開始時顯示亂碼，同時為以后高脈沖寫入數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備。//寫一個字符后地址指針加1write_(0x01)。寫數(shù)據(jù)是指要顯示什么內(nèi)容。關(guān)于時序圖中的各個延時，不同廠家生產(chǎn)的液晶延時不同，不過大多數(shù)基本為納秒級，而單片機(jī)操作最小單位為微秒級，因此在寫程序是可不做延時，不過為了使液晶運(yùn)行穩(wěn)定，最好做簡短延時即可。本設(shè)計用常見E2PROM器件AT24C02作為存儲器對數(shù)據(jù)進(jìn)行保存記錄。圖 46 總線模擬時序圖按照時序圖，設(shè)計中為了模擬總線通信，寫出了幾個關(guān)鍵部分的程序：總線初始化、啟動信號、應(yīng)答信號、停止信號等。 delay1()。 delay1()。由于單片機(jī)的處理速度很快，因此很容易實(shí)現(xiàn)循環(huán)檢測，做到對蓄電池狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控。當(dāng)然在編寫程序進(jìn)行軟件實(shí)現(xiàn)過程中，遇到的第一個問題就是：程序的調(diào)試。 //創(chuàng)建目標(biāo)39。通過編寫和調(diào)試程序，深深的體會到了程序編寫的不易和艱辛，同時積累了很多的經(jīng)驗(yàn)，收益匪淺。和自己當(dāng)初預(yù)料的一樣，在剛開始仿真時，遇到了許多的問題，如1602液晶不顯示，系統(tǒng)工作狀態(tài)指示燈指示狀態(tài)不正確等等，調(diào)試很久找不到關(guān)鍵所在。系統(tǒng)共三種狀態(tài)：正常充電、過充、過放。由于利用C語言開發(fā)單片機(jī)與匯編語言相比，具有易于操作、規(guī)范性好、適合模塊化處理且容易移植的優(yōu)點(diǎn)，所以本設(shè)計采用C語言作為編程語言。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，太陽能充電控制器起著樞紐作用，其性能優(yōu)劣直接影響實(shí)際應(yīng)用的效率?？刂破饕許TC89C52單片機(jī)為主控芯片，在軟件程序控制下輸出PWM控制信號，控制開關(guān)MOS管的通斷，實(shí)現(xiàn)太陽能極板對蓄電池的充電控