【正文】 行氧化的過(guò)程。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池的主要作用有：儲(chǔ)存能量、對(duì)太陽(yáng)能極板的工作電壓的進(jìn)行鉗位、給負(fù)載提供啟動(dòng)電流等。這種充電控制方法簡(jiǎn)單，但由于電池的可接受電流能力是隨著充電過(guò)程的進(jìn)行而逐漸下降的，到充電后期，充電電流多用于電解水，產(chǎn)生氣體，使出氣過(guò)多，影響蓄電池的使用壽命。 恒壓充電法 ： 恒壓充電時(shí)要嚴(yán)格掌握充電電壓，電壓在全部充電時(shí)間里保持恒定的數(shù)值，充電電壓過(guò)低，蓄電池會(huì)充不滿，過(guò)高則會(huì)造成過(guò)量充電。 PWM 是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。 PWM調(diào)制充電方式使蓄電池有較充分的反應(yīng)時(shí)間，減少了析氣量，提高了蓄電池的充電效率。 針對(duì)目前市場(chǎng)上的太陽(yáng)能充電控制器當(dāng)蓄電池給負(fù)載供電時(shí)，沒(méi)有時(shí)刻檢測(cè)蓄電池的電壓，很容易導(dǎo)致蓄電池的深度放電這個(gè)問(wèn)題，本論文提出時(shí)刻在線檢測(cè)蓄電池電壓來(lái)避免蓄電池發(fā)生過(guò)放現(xiàn)象，保護(hù)蓄電池，提高其使用壽命。 第二章 太陽(yáng)能 儲(chǔ)存 的總體設(shè)計(jì)方案 時(shí) 間電 壓U0tT 圖 22 輸出電壓波形 控制 策略 一般太陽(yáng)能極板輸出電壓的不穩(wěn)定，不能直接應(yīng)用于負(fù)載，需要將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芎蟠鎯?chǔ)到儲(chǔ)能設(shè)備如蓄電池中，而控制器在這個(gè)過(guò)程中起著樞紐作用，其性能的好壞將會(huì)直接影響實(shí)際應(yīng)用的使用效果。 本系統(tǒng)以 STC89C52 單片機(jī)為 主控芯片 ，利用分壓電路對(duì)蓄電池的電壓、進(jìn)行采樣 ,然后 經(jīng)過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換 將檢測(cè)電壓數(shù)據(jù) 輸入到單片機(jī)中進(jìn)行處理 ，通過(guò)液晶芯片把 電壓值顯示出來(lái)方便調(diào)整。 第二章 太陽(yáng)能 儲(chǔ)存 的總體設(shè)計(jì)方案 太 陽(yáng) 能電 池 板鉛 酸蓄 電 池主 控 芯 片S T C 8 9 C 5 2 單 片 機(jī)充 電 電 路放 電 電 路負(fù) 載A / D 轉(zhuǎn) 換電 路液 晶 1 6 0 2電 壓顯 示 電 路A T 2 4 C 0 2數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ)電 路R S 2 3 2串 口 通 信電 路光 耦驅(qū) 動(dòng) 電 路光 耦驅(qū) 動(dòng) 電 路 圖 23 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖 以上通過(guò)對(duì) 太陽(yáng)能電池 、被控對(duì)象蓄電池的分析，結(jié)合硬件資源和軟件控制策略，進(jìn)行了硬件電路設(shè)計(jì)和軟件編程設(shè)計(jì)，最終確定整體設(shè)計(jì)方案。各個(gè)部分的控制功能通過(guò)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn) 。 單片機(jī)最小系統(tǒng) STC89C52 的簡(jiǎn)介 STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器 。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)。 第三 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) （ 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 31 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(guò)將地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位置 “ 1” ， ALE 操作將無(wú)效。 第三 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) （ 3） PSEN ：外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào) (PSEN )是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令， EA 應(yīng)該接VCC。 （ 1）時(shí)鐘電路 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)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(shí)鐘源即可構(gòu)成時(shí)鐘電路， CPU 的所有操作均在時(shí)鐘脈沖同步下進(jìn)行。 （ 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(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)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(shí)的 )，還可以通過(guò)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(guò)發(fā)光二極管的電流太大而將其燒毀。 第三 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 330R23LED1LED2LED3330R24330R25VCCLED1LED2LED3 LS1BellVCCQ5NPN85501KR26beep 圖 35 工作狀態(tài)指示燈電路 圖 35 蜂鳴器報(bào)警電路 充放電電路 充放電 電路 如圖 36 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(shí)間，因而開(kāi)關(guān)頻率可以很高，非常適合作控制充放電開(kāi)關(guān)。電容 C5 是對(duì)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(cè) 到蓄電池的電壓低于 ， Q2 關(guān)閉停止放電 ，關(guān)斷負(fù)載來(lái)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(lèi)集成 A/D 轉(zhuǎn)換器。 RD為 1 時(shí)， DB0~DB7 處理高阻抗： RD 為 0 時(shí)，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)才會(huì)輸出。輸入單端正電壓 時(shí) , VIN()接地 :而差動(dòng)輸入時(shí) , 直接加入 VIN(+) VIN(). AGND,DGND—— 模擬信號(hào)以及數(shù)字信號(hào)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(lái)實(shí)現(xiàn)片選； RD、 WR 分別接單片機(jī)的 和 引腳，進(jìn)行讀寫(xiě)控制； CLK、 CLKR、 GND 之間用電阻和電容構(gòu)成 RC 振蕩電路，用來(lái)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(cè)，對(duì)其進(jìn)行一定的了解。 表 32 1602 引腳功能表 引腳 符 號(hào) 名 稱(chēng) 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(wèn)題，可對(duì)所存在數(shù)據(jù)保存 100 年，并可多次擦寫(xiě)，擦寫(xiě)次數(shù)可達(dá) 10 萬(wàn)次以上。為了更好的使用 AT24C02，首先來(lái)介紹其各個(gè)引腳功能，如表 33 所示。 表 33 AT24C02 管腳描述 管腳名稱(chēng) 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(shí)鐘 WP 寫(xiě)保護(hù) Vcc 電源端， +～ 工作電壓 GND 地 第三 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) WP7A11A22A33GND4SDA5VCC8SCLK624C02SDASCKVCC 圖 312 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(lái)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(gè)：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)的極限值和發(fā)生異常狀態(tài)時(shí)的數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，供用戶查看。 其主要特點(diǎn)： （ 1）符合所有的 RS232C 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) （ 2）只需要單一 +5V 電源供電 （ 3） 片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生 +10V 和 10V第三 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 電壓 V+、 V （ 4）功耗低，典型供電電流 5mA （ 5）內(nèi)部集成 2 個(gè) RS232C 驅(qū)動(dòng)器 （ 6）內(nèi)部集成兩個(gè) RS232C 接收器 （ 7） 高集成度，片外最低只需 4 個(gè)電容即可工作。由 6 腳和 4 只電容構(gòu)成。 其中 13 腳（ R1IN）、 12 腳（ R1OUT）、 11 腳（ T1IN）、 14 腳（ T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。 15 腳 GND、 16 腳 VCC（ +5v） 圖 313 MAX232 的引腳圖 按照串行通信原理，根據(jù) RS232 串口協(xié)議和 MAX 232 芯片的引腳功能，第三 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 結(jié)合 STC89C52 單片機(jī)串行中斷方式，本設(shè)計(jì)采用串口方式 1（ 10 位數(shù)據(jù)的異步通信）來(lái)構(gòu)建串口通信電路。 系統(tǒng) 總機(jī) 電路圖 本章對(duì)充放電控制器的原理以及具體的硬件實(shí)現(xiàn)電路進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并對(duì)電路中使用到的芯片也予以描述，使讀者通過(guò)閱讀可以清晰的明白控制器的設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)過(guò)程 。系統(tǒng)軟件主要完成 蓄電池電壓 采集 轉(zhuǎn)換 ， PWM 脈沖充電控制、 實(shí)時(shí)LCD 顯示， 異常 報(bào)警 等。 蓄電池電壓的采集、轉(zhuǎn)換顯示 和 異常數(shù)據(jù)的存儲(chǔ) 都在測(cè)控子程序中進(jìn)行 ，第 四 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng) 應(yīng)用 主 程序采用模塊化結(jié)構(gòu) ，首先完成初始化，然后就開(kāi)始按順序調(diào)用各個(gè)模塊子程序，通過(guò)系統(tǒng)自檢和控制指令來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和電路控制，有效的控制蓄電池充放電。在 INTR 變?yōu)榈碗娖胶?，?CS、RD 同時(shí)來(lái)低電平，則數(shù)據(jù)鎖存器的三態(tài)門(mén)打開(kāi)，把數(shù)字信號(hào)送出，此時(shí)直接讀取數(shù)字端口數(shù)據(jù)，便可得到轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)。由于 ADC0804 的轉(zhuǎn)換時(shí)間很短，本設(shè)計(jì)未用中斷讀取 A/D 的數(shù)據(jù)，而是在啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換后，稍等一會(huì)第 四 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 時(shí)間（程序中用延時(shí)函數(shù)實(shí)現(xiàn)），直接讀取 A/D 的數(shù)字輸出口即可。下面就 1602 的初始化指令和操作時(shí)序進(jìn)行介紹。 //設(shè)置 16X2 顯示 ,5X7 點(diǎn)陣 ,8 位數(shù)據(jù)接口 write_(0x0c)。 1602 的基本時(shí)序如下： 讀狀態(tài) 輸入： RS=L, WR/ =H, E=H 輸出： DO~D7=狀態(tài)字 讀數(shù)據(jù) 輸入： RS=H, WR/ =H, E=H 輸出：無(wú) 寫(xiě)指令 輸入： RS=L, WR/ =L, DO~D7=指令碼， E=H 高脈沖 輸出： DO~D7=狀態(tài)字 寫(xiě)數(shù)據(jù) 輸入： RS=H, WR/ =L, DO~D7=數(shù)據(jù)， E=H 高脈沖 輸出：無(wú) 作為顯示用的芯片，通常對(duì)其進(jìn)行寫(xiě)操作， 1602 液晶寫(xiě)操作時(shí)序圖如圖 44所示。 （ 3）將數(shù)據(jù)或命令送到達(dá)數(shù)據(jù)線上。 按照 1602 液晶的寫(xiě)操作時(shí)序圖，結(jié)合硬件連接電路，軟件設(shè)計(jì)中電壓顯示模塊的流程圖如圖 45 所示。 由于 STC89C52 單片機(jī)沒(méi)有 CI2 總線接口，所以使用時(shí)要先通過(guò)軟件模擬CI2 總線的工作時(shí)序，正確的調(diào)用函數(shù)就可方便的擴(kuò)展 CI2 總線接口部件。 啟動(dòng)信號(hào)的程序如下：在 SCL 為高電平期間， SDA 一個(gè)下降沿為啟動(dòng)信號(hào)。 delay1()。并根據(jù) AT24C02 字節(jié)寫(xiě)入方式，結(jié)合 CI2 總線時(shí)序圖，軟件中實(shí)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的流程圖如圖 48 所示。通過(guò)仿真可以看出系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的不合理部分，以方便改善使得系統(tǒng)更加合理；同時(shí)更重要的是驗(yàn)證自己編寫(xiě)的軟件程序是否已經(jīng)實(shí)現(xiàn)其功能，完成了相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)任務(wù)。最終在顯示輸出信息窗口出現(xiàn)了一下信息： Build target 39。 piling 控制器移屏 .c... //編譯文件控制器移屏 .c linking... //鏈接 Program Size: data= xdata=0 code=1572 //項(xiàng)目大?。捍鎯?chǔ)空間 RAM 和ROM 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量 creating hex file from 充放電控制器 ... // 創(chuàng)建了十六進(jìn)制的目標(biāo)文件 充放電控制器 0 Error(s), 0 Warning(s). //工程“充放電控制器”，編譯結(jié)果 ， 0 錯(cuò)誤， 0 警告 。 程序調(diào)試成功后，下一步就是軟件仿真，是檢驗(yàn)程序運(yùn)行是否正確的關(guān)鍵所在，更是優(yōu)化系統(tǒng)所必須的。果然加上虛擬電壓表，通過(guò)監(jiān)測(cè)后發(fā)現(xiàn)蓄電池兩端電壓表的示數(shù)一直顯示為零，明白是 AD 轉(zhuǎn)換部分出現(xiàn)問(wèn)題，然后通過(guò)修改 AD 轉(zhuǎn)換模塊的子程序，同時(shí)調(diào)整硬件引腳部分與軟件相一致，慢慢的調(diào)試，最終蓄電池兩端電壓表有了示數(shù)，液晶 1602 也正確的顯示了。 正常工作時(shí)的