【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(yīng)用。在恒流充電狀態(tài)下，不斷檢測(cè)電池端電壓，當(dāng)電池電壓達(dá)到飽和電壓時(shí)，恒流充電狀態(tài)終止。 本次設(shè)計(jì)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(duì)于提高光伏發(fā)電利用率和蓄電池的保護(hù) 起到重要作用，從而在某種意義上對(duì)推廣新能源起到積極的推動(dòng)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(jī)。太陽(yáng)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(dú)作為電源使用。晶體硅太陽(yáng)能電池由一個(gè)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(yáng)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(zhǎng) 決定，光被晶體硅吸收后，在 PN 結(jié)中產(chǎn)生一對(duì)對(duì)正負(fù)電荷，由于在 PN 結(jié)區(qū)域的正負(fù)電荷被分離，因而可以產(chǎn)生一個(gè)外電流場(chǎng)，電流從晶體硅片電池的基于單片機(jī)的太陽(yáng)能控制器設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 共 33 頁(yè) 底端經(jīng)過負(fù)載流至電池的頂端。 （ 2）硅太陽(yáng)能電池種類 目前世界上有 3 種已經(jīng)商品化的硅太陽(yáng)能電池：?jiǎn)尉Ч杼?yáng)能電池、多晶硅太陽(yáng)能電池和非晶硅太陽(yáng)能電池。非晶硅太陽(yáng)能電池屬于薄膜電池，造價(jià)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(yáng)能電池，目前多數(shù)用于弱光性電源，如手表、計(jì)算器等。一個(gè)組件上，太陽(yáng)能電池的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量是 36 片（ 10cm 10cm），這意味著一個(gè)太陽(yáng)能電池組件大約能產(chǎn)生 17V的電壓，正好能為一個(gè)額定電壓為 12V的蓄電池進(jìn)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(yáng)能電池組件中，電池與接線盒之間可直接用導(dǎo)線連接。如果太陽(yáng)能電池組件電路短路即 V＝ 0，此時(shí)的電流稱為短路電流 Isc； 如果電路開路即 I＝ 0，此時(shí)的電壓稱為開路電壓 Voc。 在組件的輸出功率達(dá)到最大點(diǎn)，稱為最大功率點(diǎn)；該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電壓，稱為最大功率點(diǎn)電壓 Vm（又稱為最大工作電壓）；該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電流，稱為最大功率點(diǎn)電流 Im（又稱為最大工作電流）；該點(diǎn)的功率，稱為最大功率 Pm。 由于太陽(yáng)能電池組件的輸出功率取決于太陽(yáng)輻照度、太陽(yáng)能光譜的分布和太陽(yáng)能電池的溫度，因此太陽(yáng)能電池組件的測(cè)量在標(biāo)準(zhǔn)條件下（ STC）進(jìn)行，測(cè)量條件被歐洲委員會(huì)定義為 101 號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，其條件是： 光譜輻照度 1000W/m2 大氣質(zhì)量系數(shù) 太陽(yáng)電池溫度 25℃ 在該條件下，太陽(yáng)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(yáng)電池組件被其它物體 (如鳥糞、樹蔭等 )長(zhǎng)時(shí)間遮擋時(shí)，被遮擋的太陽(yáng)能電池組件此時(shí)將會(huì)嚴(yán)重發(fā)熱，這就是“熱斑效應(yīng)”。 連接盒是一個(gè)很重要的元件：它保護(hù)電池與外界的交界面及各組件內(nèi)部連接的導(dǎo)線和其他系統(tǒng)元件。 檢測(cè)電路原理如下 :太陽(yáng)電池同時(shí)對(duì)兩蓄電池模塊充電 ,同時(shí)對(duì)它們的端電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè) .設(shè)定一個(gè)比實(shí) 際過充電壓略低的過充電壓值 V, 并據(jù)之對(duì)兩模塊粗略地進(jìn)行過壓檢測(cè) ,當(dāng)其端壓高于 V 時(shí) ,切斷其中 一個(gè)蓄電池模塊 A 的充電回路 ,而對(duì)另一個(gè)模塊 B 進(jìn)行涓流充電 ,與此同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器 .當(dāng)過 一段時(shí)間 ,模塊A 的端電壓有所降低并能準(zhǔn)確地反映電池容量時(shí) ,再對(duì) A 的端壓進(jìn)行檢測(cè) ,即精確過壓 檢測(cè) .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(huì)產(chǎn)生一個(gè)大的跳動(dòng) ,使檢測(cè)電路產(chǎn)生誤判 。即定時(shí)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(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART 工作溫度范圍： 40～ +85℃（工業(yè)級(jí)） /0～ 75℃（商業(yè)級(jí)） PDIP 封裝 STC89C52RC 單片機(jī)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(shè)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(gè)漏極開路的 8 位雙向 I/O基于單片機(jī)的太陽(yáng)能控制器設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) 共 33 頁(yè) 口。在 Flash ROM編程時(shí)， P0 端口接收指令字節(jié)；而在校驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。對(duì)端口寫入 1 時(shí)，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(dòng)（吸收或輸出電流方式） 4 個(gè) TTL 輸入。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行“ MOVX R1”指令）時(shí)， 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(gè)訪問期間不會(huì)改變。對(duì)端口寫入 1 時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時(shí)可用作輸入口。當(dāng)輸入連續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)為有效，用來完成單片機(jī)單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。 ALE/ （ 30 引腳）：地址鎖存控制信號(hào)（ ALE）是訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。還有相當(dāng)一部分沒有定義。 定時(shí)器 2 是一個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)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(luò)設(shè)置；在恒流充電模式，充電電流通過一個(gè)外部電阻設(shè)置。當(dāng)輸入電源掉電或者輸入電壓低于電池電壓時(shí)，CN3717自動(dòng)進(jìn)入低功耗的睡眠模式。 其它子程序設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)流程圖，如圖 13 第 16 頁(yè) 共 33 頁(yè) 基于單片機(jī)的太陽(yáng)能控制器設(shè)計(jì) 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(yáng) 能 電 池 電壓 、 電 流 ， 蓄 電 池端 電 壓低 壓 浮 充 +溫 度 補(bǔ) 償M P P T 控 制算 法初 始 化待 機(jī) 延 時(shí)過 放 保 護(hù)過 充 保 護(hù)待 機(jī) 延 時(shí)恒 壓 充 電YYYYYNNNNN 圖 13 控制系統(tǒng)流程圖 電壓檢測(cè)子程序流程圖如圖 14 基于單片機(jī)的太陽(yáng)能控制器設(shè)計(jì) 第 17 頁(yè) 共 33 頁(yè) 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(fù) 載 開 關(guān)關(guān) 閉 負(fù) 載 開 關(guān)調(diào) 用浮 充 程 序調(diào) 用均 充 程 序調(diào) 用預(yù) 充 程 序低 于 1 1 V ? 圖 14 電壓檢測(cè)子程序流程圖 5 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析 系統(tǒng)實(shí)際制作 圖 15 電路板實(shí)際焊接效果圖 第 18 頁(yè) 共 33 頁(yè) 基于單片機(jī)的太陽(yáng)能控制器設(shè)計(jì) 圖 16 整體系統(tǒng)運(yùn)行演示圖 調(diào)試結(jié)果 采用 KeilC51 編譯器進(jìn)行源程序編譯及仿真 調(diào)試，同時(shí)進(jìn)行硬件電路板的設(shè)計(jì)制作 。本設(shè)計(jì)做出的實(shí)物能很好的實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)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(xué)到很多知識(shí) ：除了在單片機(jī)應(yīng)用方面學(xué)到如何用單片機(jī)進(jìn)行一些簡(jiǎn)單電路的設(shè)計(jì)外，還 熟練掌握了用 PROTEL 畫電路原理圖，了解了 PCB 板的設(shè)計(jì)及制作流程，并在馬老師 和本專業(yè)同學(xué)的 幫助下制出了本次設(shè)計(jì)的 PCB 板 。 CN3717。 //數(shù)據(jù)輸入接口 sbit ADDO =P0^2。 /*在第 1 個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前 DI 端必須是高電平，表示啟始信號(hào) */ _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(yīng)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(gè)脈沖下沉之前 DI端應(yīng)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(shí)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(jī)畫面 ShowCharGrp(solar energy,1,1)。 ShowCharGrp( ,2,1)。 第 32 頁(yè) 共 33 頁(yè) 基于單片機(jī)的太陽(yáng)能控制器設(shè)計(jì) } if(Voltage=) { FloatCharge()。 } } else//黑天 { if(Voltage=) { IsLoad=1。//開啟負(fù)載 } else StopLoad()。 }