【正文】 池的原理、充放電過程做一個(gè)分析。實(shí)際上，蓄電池最重要的指標(biāo)就是電解液中硫酸根的濃度，因此可以用電池中硫酸溶液的密度(比重)來衡量電池充放電的程度。蓄電池的存在，可以解決太陽能產(chǎn)生電能和負(fù)載用電時(shí)間不一致不同步的問題，太陽能極板和負(fù)載兩者之間電壓不匹配的問題等。 充電控制器的控制策略作為光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，蓄電池的壽命短是阻礙整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)性能和推廣的主要原因之一。恒流充電法是通過保持充電電流強(qiáng)度不變進(jìn)行充電的方法。二階段充電法是先用恒定電流充電至預(yù)定的電壓值，然后改為恒定電壓完成剩余的充電，一般兩階段之間的轉(zhuǎn)換電壓就是第二階段的恒電壓；三階段充電法是指在充電開始和結(jié)束時(shí)采用恒定的電流充電，中間用恒定的電壓進(jìn)行充電。這種充電方法在充電初期電流過大，對(duì)蓄電池壽命造成很大影響，且容易使蓄電池極板彎曲，將會(huì)影響蓄電池的使用。PWM脈沖調(diào)制充電方式首先對(duì)電池充電一段時(shí)間，然后讓電池停止充電一段時(shí)間，如此循環(huán)往復(fù)。實(shí)際也就是以一直流電壓經(jīng)過以一定頻率打開與閉合開關(guān)的控制來改變電壓。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，通過液晶芯片把電壓值顯示出來方便調(diào)整。圖24 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖以上通過對(duì)控制器、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對(duì)單片機(jī)進(jìn)行軟件編程來實(shí)現(xiàn)。 系統(tǒng)層次原理圖系統(tǒng)層次原理圖如圖31所示，電路設(shè)計(jì)以STC89C52單片機(jī)作為主控芯片構(gòu)成控制電路模塊對(duì)整個(gè)電路控制。串口通信模塊采用MAX232芯片進(jìn)行TTL電平和RS232電平之間的轉(zhuǎn)換，加入串口的目的主要是使控制器具有遠(yuǎn)程通信或遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，同時(shí)方便將每天的異常狀態(tài)數(shù)據(jù)記錄下來，供工作人員查看。在芯片內(nèi)部，擁有很高頻率8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。按其功能類別將它們分為三類：（1）電源和時(shí)鐘引腳。（3）I/O口引腳?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后，RST腳輸出96個(gè)晶振周期的高電平。在flash編程時(shí)，此引腳()也用作編程輸入脈沖。否則，ALE將被微弱拉高。（4）/VPP：訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。 單片機(jī)的最小系統(tǒng)及擴(kuò)展電路單片機(jī)是系統(tǒng)的主控芯片，為了使整個(gè)電路得到很好的控制，首先必須構(gòu)建最小系統(tǒng)是單片機(jī)可以工作起來。時(shí)鐘電路如圖33所示。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。復(fù)位電路雖然簡(jiǎn)單，但其作用非常重要。工作狀態(tài)指示燈電路如圖35所示。在對(duì)蓄電池電壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的過程中，一旦發(fā)現(xiàn)檢測(cè)電壓值連續(xù)超出閾值范圍，便啟動(dòng)自身報(bào)警電路，即當(dāng)電壓超過程序設(shè)定的最高值或最低值時(shí)，(beep端)輸出低電平，三極管隨之導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。分析可知，通過控制MOSFET管閉合和斷開的時(shí)間（即PWM—脈沖寬度調(diào)制），就可以控制輸出電壓。當(dāng)光耦U2斷開時(shí)，由于Q1的G極電壓接近蓄電池電壓，S極是接地，使得Vgs0，當(dāng)G極電壓達(dá)到一定值時(shí)，Q1導(dǎo)通。當(dāng)用戶將蓄電池反接至控制器時(shí)，續(xù)流二極管D3可以進(jìn)行續(xù)流，從而保護(hù)控制器不被毀壞。光耦驅(qū)動(dòng)電路如圖38所示。 圖 38 光耦驅(qū)動(dòng)電路 A/D轉(zhuǎn)換電路本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的STC89C52單片機(jī)沒有內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換模塊，因此需要先采集蓄電池的電壓，然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換才可接入單片機(jī)。 ADC0804的簡(jiǎn)介AD轉(zhuǎn)換就是模數(shù)轉(zhuǎn)換，顧名思義，就是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。ADC0804引腳圖如圖39所示，其各個(gè)引腳的功能：— 芯片片選信號(hào)輸入端，低電平有效，一旦有效，表明A/D轉(zhuǎn)換器別選中，可啟動(dòng)工作。 圖 39 ADC0804引腳圖CLK IN—時(shí)鐘信號(hào)輸入端CLK R：內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的外接電阻端，與CLK配合可有芯片自身產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，其振蕩頻率為 1/（） —中斷請(qǐng)求信號(hào)輸出,端，低地平動(dòng)作.，表明本次轉(zhuǎn)換已完成。由分壓公式得出采集的電壓為ADIN，符合A/D轉(zhuǎn)換芯片的ADC0804的輸入值。 LCD顯示電路液晶具有體積小、功耗低，顯示清晰的優(yōu)點(diǎn)，所以比較適合作顯示使用。表 31 1602的主要技術(shù)參數(shù)顯示容量 162個(gè)字符 芯片工作電壓 ~ 工作電流 （）模塊最佳工作電壓 字符尺寸 （WH）mm顯然，1602液晶可以滿足要求，接下來介紹其各個(gè)引腳的功能，為后面設(shè)計(jì)電壓顯示電路做準(zhǔn)備。用來實(shí)現(xiàn)片選；，進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令選擇；R/，進(jìn)行讀寫控制； 為防止直接加5V電壓燒壞背光燈，在15腳串接一個(gè)10 的電阻用于限流。若采用普通存儲(chǔ)器，在掉電時(shí)需要備用電池供電，并需要在硬件上增加掉電檢測(cè)電路，但存在電池不可靠及擴(kuò)展芯片占用單片機(jī)過多口線的缺點(diǎn)。AT24C02內(nèi)部有一個(gè)8字節(jié)頁寫入數(shù)據(jù)緩沖器。所有接到I2C總線設(shè)備上的串行數(shù)據(jù)SDA都接到總線的SDA上，各設(shè)備的時(shí)鐘線SCL接到總線的SCL上。通信有并行和串行兩種方式。而且系統(tǒng)采用易于實(shí)現(xiàn)的異步串行通信方式，用最簡(jiǎn)單也最實(shí)用的奇偶校驗(yàn)作為串行通信錯(cuò)誤校驗(yàn)方式。其引腳圖如圖314所示。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。TTL/CMOS電平從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS232電平從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。設(shè)計(jì)中T1IN連接CMOS電平的單片機(jī)的串行發(fā)送端；T1OUT連接電腦的RS232C串口的接收端PCRXD；同理，R1IN連接電腦的RS232C串口的發(fā)送端PCTXD；R1OUT連接CMOS電平的單片機(jī)的串行接收端。既便于調(diào)試，連接，又便于移植、修改。圖 41 系統(tǒng)主程序流程圖系統(tǒng)主程序是整個(gè)電壓測(cè)控系統(tǒng)中最重要的程序，是一個(gè)順序執(zhí)行的無限循環(huán)程序。圖 42 ADC804時(shí)序圖如圖，當(dāng)CS與WR同時(shí)置低，為低電平時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器被啟動(dòng)，且在WR上升沿后，經(jīng)過約100 uS后， 模數(shù)完成轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果存入數(shù)據(jù)鎖存器，同時(shí)，INTR自動(dòng)變?yōu)榈碗娖剑硎颈敬无D(zhuǎn)換已結(jié)束。按照ADC0804芯片的時(shí)序圖，此模塊通過對(duì)其進(jìn)行啟動(dòng)和讀取操作，主要來完成對(duì)蓄電池電壓的采集轉(zhuǎn)換，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，送給后面的顯示模塊予以顯示。液晶1602通常用并行操作，作為一款顯示芯片，為了使其能夠正常的工作，首先必須對(duì)其進(jìn)行初始化，然后按照其時(shí)序圖進(jìn)行正確操作，才能夠得到滿意的顯示效果，這就是軟件設(shè)計(jì)中顯示模塊的任務(wù)。write_(0x38)。//顯示清零，數(shù)據(jù)指針清零了解液晶1602的基本操作時(shí)序，讀懂其操作時(shí)序圖，是對(duì)其讀寫操作的關(guān)鍵。（2）讀/寫控制端設(shè)置為寫模式，即低電平。本設(shè)計(jì)采用C51庫中自帶的延時(shí)函數(shù)_nop_（）（延時(shí)一個(gè)機(jī)器周期的意思）來實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)短延時(shí)。AT24C02芯片的優(yōu)點(diǎn)：采用總線標(biāo)準(zhǔn)，串行操作，可以簡(jiǎn)化硬件電路；同時(shí)具有很好的掉電保護(hù)功能。下面以啟動(dòng)信號(hào)為例進(jìn)行介紹。 scl=1。}作為存儲(chǔ)芯片最重要的是對(duì)其進(jìn)行寫操作，下面將給出總線發(fā)送一個(gè)字節(jié)的流程圖如圖47所示。 軟件調(diào)試和仿真為了檢驗(yàn)自己設(shè)計(jì)的單片機(jī)系統(tǒng)是否可以正常工作以及設(shè)計(jì)合理性，很有必要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真。程序編寫后，進(jìn)行編譯，一開始發(fā)現(xiàn)了很多錯(cuò)誤，一下子把自己卡住了；后來通過查看相關(guān)資料，同時(shí)咨詢指導(dǎo)老師和同學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，在軟件的提示下，慢慢地修改，最終把出現(xiàn)的錯(cuò)誤都改正過來了。Target 139。更十分地感謝我的同學(xué)和指導(dǎo)老師的無私幫助，是在他們的指導(dǎo)下，我才把程序調(diào)試無誤完成了軟件調(diào)試工作。無奈之下，最后去咨詢指導(dǎo)老師該怎么辦，老師說可以在模擬的電池板和蓄電池附近并聯(lián)虛擬的電壓表，通過電壓表的示數(shù)，用以時(shí)刻監(jiān)測(cè)蓄電池的充放電狀態(tài)。這里僅列出系統(tǒng)在正常工作狀態(tài)下的仿真圖，如下圖49所示，以便更形象的看出充電控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)功能。按照C語言模塊化程序設(shè)計(jì)方法，論文編制了系統(tǒng)主程序和各個(gè)子程序模塊來實(shí)現(xiàn)PWM脈寬調(diào)制控制策略和各種保護(hù)，完成了軟件設(shè)計(jì)任務(wù)。為了克服市場(chǎng)上常見充電控制器存在的對(duì)蓄電池保護(hù)不夠充分的缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)基于太陽能充電控制器要實(shí)現(xiàn)的具體功能，加上實(shí)際工業(yè)應(yīng)用嚴(yán)格要求，從模塊化的思想出發(fā)具體開展各方面的設(shè)計(jì)工作，把硬件電路和軟件編程有效結(jié)合在一起來完成設(shè)計(jì)任務(wù)。系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)包括單片機(jī)及外圍電路設(shè)計(jì)、充放電電路設(shè)計(jì)、光耦驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、電壓顯示電路設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)、串口通信電路設(shè)計(jì)等。在軟件設(shè)計(jì)過程中，深刻體會(huì)到了軟件設(shè)計(jì)的靈活和多樣性，在確定整體布局方案的思路指導(dǎo)下，先確定每個(gè)程序的結(jié)構(gòu)框架即流程圖，然后按照自頂向下的層次逐漸完成程序的模塊化設(shè)計(jì)。 展望由于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)缺乏，以及技術(shù)水平和實(shí)驗(yàn)條件的限制，本系統(tǒng)部分功能尚未完成，需要進(jìn)一步完善，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）對(duì)系統(tǒng)中的單片機(jī)控制功能需要進(jìn)一步研究，以便找到功能更加強(qiáng)大的主控芯片去代替，從而更好更快的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。 本畢業(yè)論文是在高慶華老師的悉心指導(dǎo)下進(jìn)行的。 init1602()。 if(battery_v108) PWM=0。 yj1602()。 } if(battery_v=108)// { if(145=battery_v) { LED1=0。//停止充電 buzzer()。LED1=1。 } if(count==12) { count=0。LED2=1。//開啟欠壓指示燈 LED1=1。 buzzer()。 TL0=(6553650000)%256。//負(fù)載開關(guān)sbit LED=P2^3。//蜂鳴器控制位uchar count,battery_v。 //定義AD的RD端口unsigned char V1,V2,V3,adval,ad_vo。 //unsigned char code table1[]= TYNCFDKZQXTSJ。//AT24c02保存數(shù)據(jù)bit write=0。RS232串口通信sbit RXD=P3^0。 //可控延時(shí)函數(shù)void delay1()。void write_data(uchar date)。void start()。//uchar read_byte()。 //初始化模塊void init()//初始化主函數(shù){ TMOD=0x01。 ET0=1。//關(guān)閉異常指示燈 LED2=1。 for(i=0。j++)。 _nop_()。 beep=1。 adwr=0。 //AD轉(zhuǎn)換時(shí)間 P1=0xff。 //AD讀使能 _nop_()。//得到蓄電池的電壓 return(ad_vo)。//設(shè)置開顯示，不顯示光標(biāo) write_(0x06)。 RS=0。 P0=。 delay(5)。 // RW=1，RS=0，寫LCD數(shù)據(jù) delay1()。 // 將dat中的顯示數(shù)據(jù)寫入LCD數(shù)據(jù)口 delay1()。 }void yj1602(){ uchar xs_vo。 V2=xs_vo%100/10。num14。 write_data(39。 write_data(39。 write_data(39。 39。 delay(5)。.39。 delay(5)。 delay(5)。 delay(5)。 delay(5)。 delay(5)。 delay(5)。 delay(5)。num16。 delay1()。 delay1()。 delay1()。 delay1()。 scl=1。(i250)) i++。 temp=date。 scl=0。 scl=1。 sda=1。 delay1()。i8。 scl=0。 write_byte(0xa0)。 write_byte(date)。 start()。 respons()。 date=read_byte()。 a1=battery_v。 } }附錄Ⅱ 硬件電路圖圖 II1 系統(tǒng)硬件電路圖