【正文】 作為一種“取之不盡，用之不竭”的安全、潔凈的新能源，正被廣泛地應用。在恒流充電狀態(tài)下，不斷檢測電池端電壓，當電池電壓達到飽和電壓時，恒流充電狀態(tài)終止。 本次設計所要解決的問題主要是離網(wǎng)型光伏發(fā)電過程中蓄電池的充放電的控制問題，對于提高光伏發(fā)電利用率和蓄電池的保護 起到重要作用，從而在某種意義上對推廣新能源起到積極的推動作用， 幫助人類更有效地利用清潔能源和早日擺脫能源危機。太陽能電池單體的工作電壓約為 , 工作電流約為 20－ 25mA/cm2, 一般不能單獨作為電源使用。晶體硅太陽能電池由一個晶體硅片組成，在晶體硅片的上表面緊密排列著金屬柵線，下表面是金屬層。 太陽能電池的工作原理如下： 光是由光子組成，而光子是包含有一定能量的微粒，能量的大小由光的波長 決定，光被晶體硅吸收后，在 PN 結(jié)中產(chǎn)生一對對正負電荷，由于在 PN 結(jié)區(qū)域的正負電荷被分離，因而可以產(chǎn)生一個外電流場，電流從晶體硅片電池的基于單片機的太陽能控制器設計 第 3 頁 共 33 頁 底端經(jīng)過負載流至電池的頂端。 （ 2）硅太陽能電池種類 目前世界上有 3 種已經(jīng)商品化的硅太陽能電池：單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池。非晶硅太陽能電池屬于薄膜電池，造價低廉，但光電轉(zhuǎn)換效率比較低，穩(wěn)定性也不如晶體硅太陽能電池，目前多數(shù)用于弱光性電源，如手表、計算器等。一個組件上，太陽能電池的標準數(shù)量是 36 片（ 10cm 10cm），這意味著一個太陽能電池組件大約能產(chǎn)生 17V的電壓，正好能為一個額定電壓為 12V的蓄電池進行有效充電。其潛在的質(zhì)量問題是邊沿的密封以及組件背面的接線盒。在這種太陽能電池組件中，電池與接線盒之間可直接用導線連接。如果太陽能電池組件電路短路即 V＝ 0，此時的電流稱為短路電流 Isc； 如果電路開路即 I＝ 0，此時的電壓稱為開路電壓 Voc。 在組件的輸出功率達到最大點，稱為最大功率點；該點所對應的電壓，稱為最大功率點電壓 Vm（又稱為最大工作電壓）；該點所對應的電流，稱為最大功率點電流 Im（又稱為最大工作電流）；該點的功率，稱為最大功率 Pm。 由于太陽能電池組件的輸出功率取決于太陽輻照度、太陽能光譜的分布和太陽能電池的溫度，因此太陽能電池組件的測量在標準條件下（ STC）進行，測量條件被歐洲委員會定義為 101 號標準，其條件是： 光譜輻照度 1000W/m2 大氣質(zhì)量系數(shù) 太陽電池溫度 25℃ 在該條件下，太陽能電池組件所輸出的最大功率被稱為峰值功率，表示為Wp(peak watt)。 如果太陽電池組件被其它物體 (如鳥糞、樹蔭等 )長時間遮擋時，被遮擋的太陽能電池組件此時將會嚴重發(fā)熱，這就是“熱斑效應”。 連接盒是一個很重要的元件：它保護電池與外界的交界面及各組件內(nèi)部連接的導線和其他系統(tǒng)元件。 檢測電路原理如下 :太陽電池同時對兩蓄電池模塊充電 ,同時對它們的端電壓進行監(jiān)測 .設定一個比實 際過充電壓略低的過充電壓值 V, 并據(jù)之對兩模塊粗略地進行過壓檢測 ,當其端壓高于 V 時 ,切斷其中 一個蓄電池模塊 A 的充電回路 ,而對另一個模塊 B 進行涓流充電 ,與此同時啟動定時器 .當過 一段時間 ,模塊A 的端電壓有所降低并能準確地反映電池容量時 ,再對 A 的端壓進行檢測 ,即精確過壓 檢測 .若還未充滿 ,則可接通其充電回路 ,使繼續(xù)充電 。蓄電池在充滿前其端電壓會產(chǎn)生一個大的跳動 ,使檢測電路產(chǎn)生誤判 。即定時器 T0、 T T2 外部中斷 4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路， Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒 通用異步串行口（ UART），還可用定時器軟件實現(xiàn)多個 UART 工作溫度范圍： 40～ +85℃（工業(yè)級） /0～ 75℃（商業(yè)級） PDIP 封裝 STC89C52RC 單片機的工作模式 掉電模式：典型功耗 A,可由外部中斷喚醒，中斷返 回后，繼續(xù)執(zhí)行原程序 空閑模式：典型功耗 2mA 正常工作模式：典型功耗 4Ma～ 7mA 掉電模式可由外部中斷喚醒，適用于水表、氣表等電池供電系統(tǒng)及便攜設備 圖 5 STC89C52RC 引腳圖 STC89C52RC 引腳功能說明 VCC（ 40 引腳）：電源電壓 VSS（ 20 引腳）：接地 P0 端口（ ～ ， 39～ 32 引腳）： P0 口是一個漏極開路的 8 位雙向 I/O基于單片機的太陽能控制器設計 第 9 頁 共 33 頁 口。在 Flash ROM編程時， P0 端口接收指令字節(jié)；而在校驗程序時，則輸出指令字節(jié)。對端口寫入 1 時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。 P2 的輸 出緩沖器可以驅(qū)動（吸收或輸出電流方式） 4 個 TTL 輸入。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行“ MOVX R1”指令）時， P2 口引腳上的內(nèi)容（就是專用寄存器（ SFR）區(qū)中的 P2 寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不會改變。對端口寫入 1 時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。當輸入連續(xù)兩個機器周期以上高電平時為有效，用來完成單片機單片機的復位初始化操作。 ALE/ （ 30 引腳）：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。 如果需要，通過將地址位 8EH 的 SFR 的第 0 位置“ 1”， ALE 操作將無效。 XTAL1（ 19 引腳）：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。還有相當一部分沒有定義。 定時器 2 是一個 16 位定時 /計數(shù)器。在過充電和浮充電模式，充電電壓由外部電阻 分壓網(wǎng)絡設置；在恒流充電模式，充電電流通過一個外部電阻設置。當輸入電源掉電或者輸入電壓低于電池電壓時，CN3717自動進入低功耗的睡眠模式。 其它子程序設計 控制系統(tǒng)流程圖，如圖 13 第 16 頁 共 33 頁 基于單片機的太陽能控制器設計 開 始白 天 ？電 壓 1 3 V電 壓 1 3 . 4 V電 壓 1 4 . 4 V電 壓 1 1 V閉 合 充 電 開 關(guān) K 1 閉 合 放 電 開 關(guān) K 2采 集 蓄 電 池端 電 壓采 集 太 陽 能 電 池 電壓 、 電 流 ， 蓄 電 池端 電 壓低 壓 浮 充 +溫 度 補 償M P P T 控 制算 法初 始 化待 機 延 時過 放 保 護過 充 保 護待 機 延 時恒 壓 充 電YYYYYNNNNN 圖 13 控制系統(tǒng)流程圖 電壓檢測子程序流程圖如圖 14 基于單片機的太陽能控制器設計 第 17 頁 共 33 頁 開 始返 回取 電 池 電 壓 值 1 5 V關(guān) 閉 充 電 開 關(guān)白 天 ？取 電 池 電 壓 值 1 3 . 2 V 1 3 . 2 V 1 1 V打 開負 載 開 關(guān)關(guān) 閉 負 載 開 關(guān)調(diào) 用浮 充 程 序調(diào) 用均 充 程 序調(diào) 用預 充 程 序低 于 1 1 V ? 圖 14 電壓檢測子程序流程圖 5 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析 系統(tǒng)實際制作 圖 15 電路板實際焊接效果圖 第 18 頁 共 33 頁 基于單片機的太陽能控制器設計 圖 16 整體系統(tǒng)運行演示圖 調(diào)試結(jié)果 采用 KeilC51 編譯器進行源程序編譯及仿真 調(diào)試，同時進行硬件電路板的設計制作 。本設計做出的實物能很好的實現(xiàn)預期功能，設計簡單明了，易于推廣。馬老師從專業(yè)角度給了我很多指引，這讓我學到很多知識 ：除了在單片機應用方面學到如何用單片機進行一些簡單電路的設計外，還 熟練掌握了用 PROTEL 畫電路原理圖，了解了 PCB 板的設計及制作流程，并在馬老師 和本專業(yè)同學的 幫助下制出了本次設計的 PCB 板 。 CN3717。 //數(shù)據(jù)輸入接口 sbit ADDO =P0^2。 /*在第 1 個時鐘脈沖的下沉之前 DI 端必須是高電平，表示啟始信號 */ _nop_()。 _nop_()。 ADCLK = 0。amp。0x01) == 1) ADDI = 1。 _nop_()。 _nop_()。 if( (iamp。 _nop_()。 _nop_()。 uchar i = 0。 _nop_()。 _nop_()。 } for(i = 0。 temp = temp i。 _nop_()。 } if(temp1 == temp2) flag = 0。i0。 } endif 外部中斷０響應子程序： void Service_INTO()interrupt 0 using 1 {if () return。} } include include define uchar unsigned char define uint unsigned int define first_channel 0x02 //AD 通道 1 define second_channel 0x03 //AD 通道 2 sbit ADCLK =P0^0。 //使能接口 sbit CHAG =P1^0。 sbit EN = P2^5。 bit IsCharge=0。 //函數(shù)聲明部分 void LCDInit()。 void ShowChar(char m_char,uchar x,uchar y)。i++)。//RS /data:0/1 RW = 0。 EN = 1。 EN = 0。 DataPort = x。 EN = 0。 WCOM(0x01)。 y=1。 if(2==x)x=0x80+0x40。039。)。 if(2==x)x=0x80+0x40。 CG++。 } /******************************************************** 函數(shù)名稱 :void AD_init(uchar i) 函數(shù)作用 :初始化 ADC0832 參數(shù)說明 :i=2,表示通道 0， i=3，表示通道 1 ********************************************************/ void AD_init(uchar i) { ADDI = 1。 //使能 ADC0832 _nop_()。 _nop_()。 /*在第 3 個脈沖下沉之前 DI端應輸入 2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能 */ if( (iamp。amp。 ADCLK = 1。 //形成下降沿 2 _nop_()。0x02) == 0) ADDI = 0。 ADCLK = 1。 //形成下降沿 3 _nop_()。 uchar temp2 = 0。 i++) { ADCLK = 1。 //形成下降沿 _nop_()。 temp1 = temp1 1。 else temp = 0x00。 _nop_()。 _nop_()。 TL0=(6553510000)%256。//定時器 0 中斷先關(guān)閉 EA=1。 } float ConvertType(uchar I_Val) { return I_Val/10。 CHAG=1。 CHAG=0。 } void StopLoad() { RReload=0。 //顯示開機畫面 ShowCharGrp(solar energy,1,1)。 ShowCharGrp( ,2,1)。 第 32 頁 共 33 頁 基于單片機的太陽能控制器設計 } if(Voltage=) { FloatCharge()。 } } else//黑天 { if(Voltage=) { IsLoad=1。//開啟負載 } else StopLoad()。 }