【正文】 （注：這里為了得到更加逼真效果，仿真時采用直流電機(jī)作為負(fù)載）。 Proteus 軟件為單片機(jī)系統(tǒng)提供了良好的仿真環(huán)境，所以程序調(diào)試完成后，把在 KEIL 中生成的目標(biāo)文件 HEX 文件，下載在仿真系統(tǒng)的單片機(jī)中，進(jìn)行 KEIL 和 proteus 聯(lián)合調(diào)試，看系統(tǒng)是否能正常工作。Target 139。 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(yīng) 答 信 號 的 周 期結(jié) 束NY 開始總線初始化，地址指針異常電壓值送給變量a標(biāo)志位是否有效？清除標(biāo)志位，調(diào)用20寫字節(jié)函數(shù)結(jié)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(dāng)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(biāo)志位置 1，然后調(diào)用數(shù)據(jù)存儲函數(shù)把此時刻的電壓值保存下來；當(dāng)發(fā)生過放電時，同理如此。 第 四 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 void start() //啟動信號 { sda=1。 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(jìn)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(jìn)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。 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(jìn)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(biāo)顯示 /不顯示、光標(biāo)是否閃爍、需 /不需要移屏、在液晶的什么位置顯示，等等。 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。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。 包括以下幾部分： 系統(tǒng) 主程序設(shè)計， 電壓采集轉(zhuǎn)換模塊， 顯示模塊和異常數(shù)據(jù)存儲模塊。電路如 下圖 314 所示。功能是產(chǎn)生 +12v 和 12v 兩個電源，提供給 RS232 串口電平的需要。由于單片機(jī)的電平和計算機(jī)電平不兼容，設(shè)計中采用 MAX232 芯片進(jìn)行 TTL 電平和 RS232電平之間的轉(zhuǎn)換。 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。 123456789101112131415161602LCDVCCR2110kR2210VCCRSR/WEND0D1D2D3D4D5D6D7 圖 311 電壓顯示電路 第三 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)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(jìn)行數(shù)據(jù)保存。從芯片手冊中，可以得到 1602 液晶的主要技術(shù)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(yàn)證設(shè)計選擇的是否合適。 DB0~DB7— 三態(tài)特性數(shù)字信號輸出端 . VCC: 電源供應(yīng)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。 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(zhuǎn)換器， 其規(guī)格如下： 第三 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 (1) 高阻抗?fàn)顟B(tài)輸出 ， 分辨率： 8 位 (0~255) (2) 存取時間： 135 us ； 轉(zhuǎn)換時間： 100 us (3) 總誤差： 正負(fù) 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(jié)構(gòu)，可直接連接在數(shù)據(jù)總線上。 M0S 管Q2 控制著放電電路，其原理與 Q1 相似。圖中穩(wěn)壓管 D2 用來對蓄電池進(jìn)行穩(wěn)壓作用。二極管 D1 是為了防止 反充，當(dāng)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 。 12C633PFC733PFXTAL1XTAL2C810uFR1510KVCCRESTR141KS1SWPB 圖 32 時鐘電路 圖 33 復(fù)位電路 （ 3）工作狀態(tài)指示燈電路 本設(shè)計可以時刻檢測蓄電 池電壓，為了更好的進(jìn)行監(jiān)控，要對整個電路的工作狀態(tài)進(jìn)行指示，這是很有必要的。其主要功能是把 PC 初始化為 0000H，使單片機(jī)從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。在 flash 編 程 期間， EA也接收 12 伏 Vpp 電壓。這一位置 “ 1” ， ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOVC 指令時有效。 晶振工作 時， RST 引 腳持續(xù) 2 個機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 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。 使用 STC 公司高密度非易失性 高加密性 存儲器技術(shù)制造 ，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容 。整體方案設(shè)計，講述了光伏發(fā)電技術(shù)中控制器和蓄電池的作用，控制器主要負(fù)責(zé)控制太陽 能極板對蓄電池的充電以及控制蓄電池對負(fù)載的供電。控制器控制太陽能極板對蓄電池的充電，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。脈寬調(diào)制方式是指在固定時鐘頻率下，通過調(diào)節(jié)開關(guān)的通斷時間來控制信號的占空比，從而實(shí)現(xiàn)對輸出電壓的調(diào)整。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(jìn)行，電流將逐漸減少。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。 在這個過程中，光電池本身不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)，也沒有轉(zhuǎn)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。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(shí)現(xiàn)的主要功能如下。 一年內(nèi)到達(dá)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。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(rèn)為，太陽能將成為 21 世紀(jì)最重要也最有前景的能源之一。但只有當(dāng)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(yīng)運(yùn)而生。 實(shí)驗(yàn)表明，該控制器性能優(yōu)良，可靠性高，可以時刻監(jiān)視太陽能電池板和蓄電池狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)控制蓄電池最優(yōu)充放電， 既能 達(dá)到延長蓄電池 使用壽命，也能夠更好的對太陽能進(jìn)行存儲 。 在總體方案的指導(dǎo)下， 本設(shè)計使用低功耗、高性能 、 超強(qiáng)抗干擾的 STC89C52單片機(jī)作為核心器件進(jìn)行控制。太陽能光伏發(fā)電現(xiàn)已成為新能源和可再生能源的重要組成部分，也被認(rèn)為是當(dāng)前世界最有發(fā)展前景的新能源技術(shù)。 新能源包括水能、風(fēng)能、太陽能等。 （ 3）長久性。為了更高效的利用太陽能，白天 可 將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，利用蓄電池將電能儲存起來，需要用電時即可由 蓄電池供電。 第二章 太陽能 儲存 的總體設(shè)計方案 第 二 章 太陽能 儲存 的總體設(shè)計方案 太陽能儲存 的控制策略 太陽能電池板 如圖 21 所示，太陽能電池板是利用半導(dǎo)體光伏效應(yīng)制成的，能夠直接將太陽輻射轉(zhuǎn)換成電能的器件。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。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)束時采用恒定的電流充電，中間用恒定的電壓進(jìn)行充電。 PWM 脈沖調(diào)制充電方式首先對電池充電一段時間，然后讓電池停止充電一段時間，如此循環(huán)往復(fù)。根據(jù)蓄電池的工作原理，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，影響鉛酸蓄電池壽命的主要因素有：充電電壓的設(shè)置、過放控制點(diǎn)的設(shè)置、溫度、運(yùn)行環(huán)境等 。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)控制蓄電池的最優(yōu)充放電 ，有效的延長蓄電池的壽命。 硬件電路主要由以下幾部分組成：單片機(jī)最小系統(tǒng)、充放電電路、光耦驅(qū)動電路、 A/D 轉(zhuǎn)換電路、 LCD 顯示電路、 E2PROM 數(shù)據(jù)存儲電路、串口通信電路等。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，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 （ 3） I/O 口引腳。在 flash 編程時，此引腳 (PROG )也用作編程輸入脈沖。 （ 4） EA /VPP：訪問外部程序存儲器控制信號。時鐘電路如圖 32 所示。 復(fù)位電路雖然簡單，但其作用非常重要。 在對蓄電池電壓 實(shí)時監(jiān)測的過程中，一旦發(fā)現(xiàn)檢測 電壓 值連續(xù)超出閾值范圍，便啟動自身報警電路，即當(dāng) 電壓 超過 程序 設(shè)定的最高 值 或最低 值 時， 單片機(jī)的 引腳 (beep 端 )輸出低電平， 三極管 隨之 導(dǎo)通， 驅(qū)動 蜂鳴器發(fā)出報警信號。 當(dāng)光耦 U2 斷開 時，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， Q1 導(dǎo)通 。光耦驅(qū)動電路如圖 37 所示。 ADC0804 的簡介 AD 轉(zhuǎn)換就是模數(shù)轉(zhuǎn)換， 顧名思義，就是把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。 圖 38 ADC0804 引腳圖 CLK IN— 時鐘信號輸入端 第三 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 CLK R：內(nèi)部時鐘發(fā)生器的外接電阻端，與 CLK 配合可有芯片自身產(chǎn)生時鐘脈沖，其振蕩頻率為 1/（ ） INTR — 中斷請求信號輸出 ,端，低地平動作 .，表明本次轉(zhuǎn)換已完成。 CS1RD2WR3CLOCK4INTR5IN6IN7AGND8VREF/29DGND10D711D612D513D414D315D216D117D018CLKR19VCC20U5AD0804VCC10kR1710KR1910KR20VCCCSADRDWRC9CapP10P11P12P13P14P15P16P17ADIN 圖 312 A/D 轉(zhuǎn)換電路 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。 EN 使能端接單片機(jī)的 引腳，用來實(shí)現(xiàn)片選； RS 接單片機(jī) 引腳，進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令選擇； R/W 接單片機(jī) 引腳，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 10 的電阻用于限流。 AT24C02 內(nèi)部 有一個 8 字節(jié)頁寫 入數(shù)據(jù) 緩沖器。通信有并行和串行兩種方式。其引腳圖如圖 313 所示。 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。第 四 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 第四章 系統(tǒng) 軟件設(shè)計 軟件設(shè)計采用 C 語言來實(shí)現(xiàn)，受 C 語言模塊化編程設(shè)計思想的啟發(fā)， 本系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計思路，即整個控制軟件由許多獨(dú)立的 子 程序 （子函數(shù)） 模塊組成，它們之間通過 函數(shù)調(diào)用實(shí)現(xiàn) 連接。時序圖如圖 42 所 示。 開 始C S 置 低片 選 芯 片W R 置 低啟 動 A D 轉(zhuǎn) 換NN轉(zhuǎn) 換 完 成 ？Y延 時 等 待N結(jié) 束R D 置 低 電 平讀 使 能讀 取 A D轉(zhuǎn) 換 結(jié) 果轉(zhuǎn) 換 成實(shí) 際 電 壓 值 圖 43 A/D 轉(zhuǎn)換子程序 顯示模塊 1602 液晶寫操作時序圖 通過電壓采集轉(zhuǎn)換子程序，通過單片機(jī)處理就可以得到蓄電池的實(shí)際電壓值，本設(shè)計用液晶 1602 作顯示器來進(jìn)行顯示。//寫一個字符后地址指針加 1 write_(0x01)。 關(guān)于時序圖中的各個延時，不同廠家生產(chǎn)的液晶延時不同，不過大多數(shù)基本為納秒級，而單片機(jī)操作最小單位為微秒級，因此在寫程序是可不做延時，不過為了使液晶運(yùn)行穩(wěn)定 ，最好做簡短延時即可。 第 四 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 開 始初 始 化 設(shè) 置讀 取 A D 轉(zhuǎn) 換 模 塊 處 理 結(jié)果 ， 得 到 實(shí) 際 電 壓 值分 離 出 十 位 、 個 位 和 十分 位 ， 送 給 1 6 0 2 液 晶具 體 位 置