【正文】 ................. 30 軟件調試和仿真 ............................................ 30 結 論 ........................................................... 33 參考文獻 ......................................................... 34 致 謝 ........................................................... 36 附錄Ⅰ 系統(tǒng) 程序 .................................................. 37 附錄 Ⅱ 總機 電路圖 ................................................ 51 第一章 緒論 第一章 緒論 太陽能儲存現(xiàn)況 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，比較成熟的是太陽能光伏發(fā)電技術。但只有當太陽能光伏發(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運而生。這些難題迫使政府和社會在發(fā)展常規(guī)能源的同時必須加大對新能源的開發(fā)和利用。所以綜合考慮，太陽能無疑是符合我第一章 緒論 國可持續(xù)發(fā) 展戰(zhàn)略的理想綠色能源，全球能源專家也認為，太陽能將成為 21 世紀最重要也最有前景的能源之一。 利用太陽能作為能源，沒有廢渣，廢料，廢氣，廢水的排放，沒有噪聲，不會污染環(huán)境，沒有公害，清潔干凈。 一年內到達地面 的太陽輻射能總量要比現(xiàn)在地球上消耗的各種能量的總和大幾 萬倍。 我國的西部地區(qū)，包括西藏、新疆、青海、內蒙古等省 ， 年日照時間長，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)的供電設施建設成本高，電能的供需矛盾顯得十分突出，因此當?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。這里以充 /放電最大電流 10A，額定電壓 12V 控制器系統(tǒng)為例，其實現(xiàn)的主要功能如下。 （ 5）當用戶將太陽能電池板接反至控制器時，具有保護控制器不被毀壞的功能； （ 6）當用戶將蓄電池接反至控制器時，要有報警功能，并且具有保護控制器不被毀壞的 功能。 在這個過程中，光電池本身不發(fā)生任何化學反應，也沒有轉動磨損，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。分析可知，蓄電池的充電過程和放電過程是可逆的。蓄電池的存在，可以解決太陽能產生電能和 負載用電時間不一致不同步的問題，太陽能極板和負載兩者之間電壓不匹配的問題等。 階段充電法 ： 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一步發(fā)展。脈寬調制方式是指在固定時鐘頻率下，通過調節(jié)開關的通斷時間來控制信號的占空比，從而實現(xiàn)對輸出電壓的調整。 作為光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關鍵部件，蓄電池的壽命短是阻礙整個光伏發(fā)電系統(tǒng)性能和推廣的主要原因之一?？刂破骺刂铺柲軜O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。單片機在軟件程序的控制下 輸出 PWM 控制信號， 經(jīng)光耦驅動 MOSFET 管開啟 與 關閉來控制 充放電 電路。整體方案設計，講述了光伏發(fā)電技術中控制器和蓄電池的作用，控制器主要負責控制太陽 能極板對蓄電池的充電以及控制蓄電池對負載的供電。第三 章 系統(tǒng)硬件電路設計 第三章 系統(tǒng) 硬件電路設計 在整體方案的指導下，依據(jù)工程設計的常見思路，本論文從硬件電路設計和軟件設計兩個方面入手，運用模塊化的設計方法 去進行控制器的設計。 使用 STC 公司高密度非易失性 高加密性 存儲器技術制造 ，與工業(yè) 80C51 產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 31所示。 RST、 PSEN 、 ALE/PROG 、 EA /VPP。 晶振工作 時， RST 引 腳持續(xù) 2 個機器周期高電平將使單片機復位。 （ 2） ALE/ PROG ：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 STC89C52 從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時， PSEN 在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， PSEN 將不被激活。在 flash 編 程 期間， EA也接收 12 伏 Vpp 電壓。片內振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率，一般多在 ~12MHz 之間選取。其主要功能是把 PC 初始化為 0000H，使單片機從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。按鈕復位是當按鈕按下后，第三 章 系統(tǒng)硬件電路設計 電源通過電阻 R14 施加到復位端上，實現(xiàn)單片機復位。 12C633PFC733PFXTAL1XTAL2C810uFR1510KVCCRESTR141KS1SWPB 圖 32 時鐘電路 圖 33 復位電路 （ 3）工作狀態(tài)指示燈電路 本設計可以時刻檢測蓄電 池電壓，為了更好的進行監(jiān)控，要對整個電路的工作狀態(tài)進行指示，這是很有必要的。 （ 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 的驅動能力較弱，所以蜂鳴器要加三極管 進行 驅動 。二極管 D1 是為了防止 反充，當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 。設計中采用 IRL2703 N溝道 MOSFET 管， N 溝道 MOSFET 的導通電壓 Vth0。圖中穩(wěn)壓管 D2 用來對蓄電池進行穩(wěn)壓作用。 光耦 驅動 電路 為了增加系統(tǒng)的可靠性，本設計用光電耦合器實現(xiàn)單片機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。因為蓄電池電壓的采集轉換在系統(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 轉換器， 其規(guī)格如下： 第三 章 系統(tǒng)硬件電路設計 (1) 高阻抗狀態(tài)輸出 ， 分辨率： 8 位 (0~255) (2) 存取時間： 135 us ； 轉換時間： 100 us (3) 總誤差： 正負 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)結構，可直接連接在數(shù)據(jù)總線上。 WR — 用來啟動轉換的控制輸入，相當于 ADC 的轉換開始（ CS =0 時），當 WR 由 1 變?yōu)? 0 時，轉換器被清除：當 WR 回到 1 時，轉換正式開始。 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 39 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，在內部采集轉換后，從數(shù)字輸出端輸出到單片機的 P1 口，通過讀 P1 口數(shù)據(jù)，便可以得到蓄電池的電壓，實現(xiàn)實時在線檢測。從芯片手冊中，可以得到 1602 液晶的主要技術資料，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，可以驗證設計選擇的是否合適。10% 3 VO 液晶 顯示對比度調節(jié)端 用于調節(jié)對比度 4 RS 寄存器選擇信號 H:數(shù)據(jù)寄存器 L:指令寄存器 5 R/W 讀 /寫信號 H:讀 L:寫 6 E 片選信號 下降沿觸發(fā) ,鎖存數(shù)據(jù) 714 DB0DB7 數(shù)據(jù)線 數(shù)據(jù)傳輸 根據(jù) 1602 的技術參數(shù)和引腳功能， 1602 與單片機連接構成 的電壓顯示電路如圖 312 所示。 123456789101112131415161602LCDVCCR2110kR2210VCCRSR/WEND0D1D2D3D4D5D6D7 圖 311 電壓顯示電路 第三 章 系統(tǒng)硬件電路設計 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，需要用存儲芯片進行數(shù)據(jù)保存。 AT24C02 是一個 2K 位串行 CMOS E2PROM， 內部含有 256 個字節(jié)， 采用先進 CMOS 技術實質上減少了器件的功耗。 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。單片機通信是指單片機與計算機或單片機與單片機之間的信息交換，不過通常使用的是單片機與計算機之間的通信。由于單片機的電平和計算機電平不兼容，設計中采用 MAX232 芯片進行 TTL 電平和 RS232電平之間的轉換。 了解芯片的主要特點之后，接下來我們來認識 MAX232 它的各個引腳的功能，即有什么作用，以更好地設計串口通信電路。功能是產生 +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 314 所示。 最后得出系統(tǒng)的 總機 電路圖，見附錄二。 包括以下幾部分： 系統(tǒng) 主程序設計， 電壓采集轉換模塊， 顯示模塊和異常數(shù)據(jù)存儲模塊。 電壓采集轉換模塊 ADC804 時序圖 為了更好理解模數(shù)轉換器的對蓄電池電壓采集轉換過程，下面首先對ADC0804 的啟動和讀 取時序圖予以介紹。反之，若 RD 為高電平，三態(tài)門處于高阻狀態(tài)，數(shù)據(jù)被鎖存。軟件設計中AD 轉換模塊的流程圖如圖 43 所示。 液晶 1602 的初始化，是讓其正確顯示的前提，其初始化通常如下： EN=0。//設置開顯示，不顯示光標 write_(0x06)。 圖 44 1602 液晶寫操作時序圖 電壓顯示流程圖 分析時序圖可知，對 1602 液晶進行寫操作的流程如下： （ 1）通過 RS 確定是寫數(shù)據(jù)還是寫操作，寫命令包括使液晶的光標顯示 /不顯示、光標是否閃爍、需 /不需要移屏、在液晶的什么位置顯示，等等。 第 四 章 系統(tǒng)軟件設計 （ 4）給使能端 E 一個高脈沖將數(shù)據(jù)送入到液晶控制器，完成寫操作。 數(shù)據(jù)存儲模塊 CI2 總線模擬時序圖 在對蓄電池充放電控制過程中，會出現(xiàn)電壓值過高或過低的異常情況，很有必要對其進行存儲，作為以后分析優(yōu)化使用；同時我們可以按一定周期間隔性的對蓄電池電壓進行采集，然后求取電壓的平均值，通過分析每天的平均值情況，可以大致了解蓄電池的充電情況，這對以后優(yōu)化充放電很有用。CI2 總線模擬時序圖如圖 46 所示。 第 四 章 系統(tǒng)軟件設計 void start() //啟動信號 { sda=1。 sda=0。 開 始時 鐘 信 號 S C L 置 低傳 送 數(shù) 據(jù) 左 移 一 位將 此 位 送 到 數(shù) 據(jù) 線 上時 鐘 信 號 置 高8 位 送 完 否 ？一 個 應 答 信 號 的 周 期結 束NY 開始總線初始化，地址指針異常電壓值送給變量a標志位是否有效？清除標志位，調用20寫字節(jié)函數(shù)結束NY地址指針加1 圖 47 CI2 發(fā)送字節(jié)流程圖 圖 48 異常數(shù)據(jù)存儲流程圖 當檢測蓄電池充電使電壓值超過 造成過充電時，首先蜂鳴器報警，標志位置 1，然后調用數(shù)據(jù)存儲函數(shù)把此時刻的電壓值保存下來；當發(fā)生過放電時，同理如此。 軟件調試的過程：首先根據(jù)太陽能充電控制器軟件設計要完成的設計任務，然后按照 C 語言模塊化設計的編程方法，設計出各個子模塊和主程序的算法流程圖，最后在 KEIL C51 中去編寫相應的程序去實現(xiàn)。Target 139。 當看到這個信息時，我很激動，知道自己編寫的程序終于調試成功了。 Proteus 軟件為單片機系統(tǒng)提供了良好的仿真環(huán)境，所以程序調試完成后，把在 KEIL 中生成的目標文件 HEX 文件，下載在仿真系統(tǒng)的單片機中，進行 KEIL 和 proteus 聯(lián)合調試，看系統(tǒng)是否能正常工作。然后再慢慢調試主程序，修改控制指令，最終三個工作狀態(tài)指示燈也正確指示了。（注：這里為了得到更加逼真效果，仿真時采用直流電機作為負載