【正文】 ................................ 21 顯示模塊 ........................................................................................................ 22 數據存儲模塊 ................................................................................................. 24 軟件調試和仿真 .............................................................................................. 26 5 總結與展望 ............................................................................................................... 29 設計總結 ........................................................................................................ 29 展望 ............................................................................................................... 29 參考文獻 ...................................................................................................................... 31 致 謝 .......................................................................................................................... 32 附錄Ⅰ 源程序 ............................................................................................................. 33 附錄 Ⅱ 硬件電路圖 ...................................................................................................... 43 山東科技大學課程設計 1 1 緒論 課題研究 背景和 意義 能源資源是國民經濟發(fā)展的重要基礎之一，隨著人民生活水平的不斷提高和科學技術的迅速發(fā)展，能源的缺口增大，能源問 題作為困擾人類長期穩(wěn)定發(fā)展的一 大因素擺在了人們面前。 而且太陽輻射能與煤炭、石油等常規(guī)能源 相比較， 更有 如下的優(yōu)點： （ 1） 普遍性。 我國幅員遼闊，有著十分豐富的太陽能資源。目前太陽能光伏發(fā)電裝置已廣山東科技大學課程設計 2 泛應用于通訊，交通，電力等各個方面。 另一方面， 當蓄電池給負載供電時， 由于控制器不能 時刻檢測蓄電池 的電壓，這樣很容易發(fā)生蓄電池的過放電，將會導致蓄電池的深度放電， 嚴重影響其壽命。 山東科技大學課程設計 3 2 太陽能充電控制器的總體設計方案 在確定 設計 方案之前， 需要結合 應用實例，進行 一定的綜合分析， 更加 明確 控制器的作用 ，最后 來 確定 整體方案。光照在半導體 P/N 結上， 就會在其兩端產生光生電壓， 當外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產生一定的輸出功率。 工作原理搞懂了之后，接著看蓄電池在整個系統中的 作用 。根據蓄電池的工作原理，結合實際應用情況，在光伏發(fā)電系統中，影響鉛酸蓄電池壽命的主要因素有：充電電壓的設置、過放控制點的設置、溫度、運行環(huán)境等。階段充電法這種方法雖然可以將出氣量減到最少，但作為一種快速充電方法 使用，實際應用中受到一定的限制。充電脈沖使 蓄電池充滿電量，而間歇期使蓄電池經化學反應產生的氧氣和氫氣有時間 重新化合而被吸收掉，從而 減輕了蓄電池的內壓，使下一輪的充電能夠更加順利地進行，使蓄電池可以吸收更多的電量。單片機 在軟件程序的控制下 輸出 PWM 控制信號， 經光耦驅動 MOSFET 管 開啟 與 關閉 來控制 充放電 電路。 山東科技大學課程設計 7 3 太陽能充電控制器的 硬件電路設計 在整體方案的指導下，依據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。數據存儲電路 模塊 ，使得當電壓出現異常時，讓蜂鳴器報警，同時把異常電壓 值通過 I2C 總線存放在 E2PROM中，作為以后分析使用。掉電保護方式下， RAM 內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。 （ 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 33 所示。 復位電路雖然簡單，但其作用非常重要。 在對蓄電池電壓 實時監(jiān)測的過程中，一旦發(fā)現檢測 電壓 值連續(xù)超出閾值范圍，便 啟動自身報警電路，即當 電壓 超過 程序 設定的最高 值 或最低 值 時， 單片機的 引腳 (beep 端 )輸出低電平， 三極管 隨之 導通， 驅動 蜂鳴器發(fā)出報警信號。 當光耦 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 G 極電壓達到一定值時， Q1 導通 。 光耦驅動電路如圖 38 所示。 ADC0804 的簡介 AD 轉換就是模數轉換，顧名思義，就是把模擬信號轉換成數字信號。 圖 39 ADC0804 引腳圖 CLK IN— 時鐘信號輸入端 CLK R： 內部時鐘發(fā)生器的外接電阻端 ， 與 CLK 配合 可有芯片自身產生時鐘脈沖，其振蕩頻率為 1/（ ） INTR — 中斷請求信號輸出 ,端， 低地平動作 .，表明本次轉換已完成。 山東科技大學課程設計 15 LCD 顯示電路 液晶具有體積小、功耗低，顯示清晰的優(yōu)點，所以比較適合作顯示 使用 。 EN 使能端接單片機的 引腳，用來實現片選； RS 接單片機 引腳，進行數據和命令選擇； R/W 接單片機 引腳，進行讀寫控制； 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 內部 有一個 8 字節(jié) 頁寫 入數據 緩沖器。 通信有并行和串行兩種方式。其引腳圖如圖 314 所示。 TTL/CMOS 電平從 T1IN、 T2IN 輸入轉換成 RS232 電平從 T1OUT、 T2OUT 送到電腦DB9插頭； DB9插頭的 RS232數據從 R1IN、 R2IN輸入轉換成 TTL/CMOS數據后從 R1OUT、R2OUT 輸出。既便于調試，連接，又便于移植、修改。 圖 42 ADC804 時序圖 如圖， 當 CS 與 WR 同時 置低， 為低電平 時， A/D 轉換器被啟動 ，且 在 WR 上升沿后，經過 約 100 uS 后， 模數完成轉換，轉換結果存入數據鎖存器，同時， INTR 自動變?yōu)榈碗娖?，表示本次轉換已結束。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，首先必須對其進行初始化 ，然后按照其時序圖進行正確操作，才能夠得到滿意的顯示效果，這就是軟件設計中顯示模塊的任務。//顯示清零，數據指針清零 了解液晶 1602 的基本操作時序，讀懂其操作時序圖，是對其讀寫 操作 的 關鍵。本設計采用 C51 庫中自帶的延時函數 _nop_（）（延時一個機器周期的意思）來實現簡短延時 。下面以啟動信號為例進行介紹。 } 作為存儲芯片最重要的是對其進行寫操作，下面將給出 CI2 總線 發(fā)送一個字節(jié) 的流程圖 如圖 47 所示 。 sda=0。 CI2 總線模擬時序圖山東科技大學課程設計 25 如圖 46 所示 。 （ 4） 給使能端 E 一個高脈沖將數據送入到液晶控制器，完成寫操作。//設置開顯示，不顯示光標 write_(0x06)。軟件設計中 AD 轉換模塊的流程圖 如圖 43 所示。 山東科技大學課程設計 21 電壓采集轉換模塊 為了更好理解模數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。 CAP 1+1RRIN28CAP6CAP 25CAP 13CAP +2CAP 2+4RTOUT27ROUT29TIN210TIN111ROUT112RRIN113RTOUT114GND15VCC16U6MAX232C12CapC11CapC14CapC13CapVCC(+5v)TXDRXD162738495J1DB9C10Cap 圖 315 串口通信電路 本章對充放電控制器的原理以及具體的硬件實現電路進行了詳細的介紹，并對電路中使用到的芯片也予以描述，使讀者通過閱讀可以清晰的明白控 制器的設計思 路和實現過程。 其中 13 腳（ R1IN）、 12 腳（ R1OUT）、 11 腳（ T1IN）、 14 腳（ T1OUT）為第一數據通道。 其 主要特點： （ 1） 符合所有的 RS232C 技術標準 （ 2） 只需要單一 +5V 電源供電 （ 3） 片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉能力，能夠產生 +10V 和 10V 電壓 V+、V （ 4） 功耗低，典型供電電流 5mA （ 5） 內部集成 2 個 RS232C 驅動器 （ 6） 內部集成兩個 RS232C 接收器 （ 7） 高集成度，片外最低只需 4 個電容即可工 作。 WP7A11A22A33GND4SDA5VCC8SCLK624C02SDASCKVCC 圖 313 數據存儲電路 串口通信電路 隨著單片機系統的廣泛應用和計算機網路技術的普及，單片機的通信功能愈來愈顯得重要。 AT24C02 可有效解決掉電數據保存問題，可對所存在數據保存 100 年，并可多次擦寫，擦寫次數可達 10 萬次以上。 表 32 1602 引腳功能表 引腳 符 號 名 稱 功 能 1 Vss 接地 0V 2 VDD 電路電源 5V177。單片機 的 引腳，用來實現片選； RD、 WR 分別接單片機的 和 引腳，進行讀寫控制； CLK、 CLKR、 GND 之間用電阻和電容構成 RC 振蕩電路，用來給 ADC0804 提供工作所需的脈沖。 RD為 1 時， DB0~DB7 處理高阻抗： RD 為 0 時，數字數據才會輸出。一般逐次比較型 A/D 轉換器用到較多，本 設計采用 8 位并 行A/D 轉換器芯片 ADC0804。當檢測到蓄電池的電壓低于 ， Q2 關閉停止放電 ，關斷負載來實現欠壓關斷。而且 MOSFET 只有多數載流子參與導電，不存在少數載流子的復合時間，因而開關頻率可以很高，非常適合作控制充放電開關。串聯的電阻的目的是為了限制通過發(fā)光二極管的電流太大而將其燒毀。 本系統采用的是上電 +電平按鈕復位，上電復位是通過外部復位電路的電容充電來實現的。 （ 1）時鐘電路 單片機內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，此放大器的輸入 端 和輸出端分別是引腳 XTAL1 和 XTAL2，在 XTAL1 和 XTAL2 上外接時鐘源即可構成時鐘電路， CPU的所有操作均在 時鐘脈沖同步下進行。 （ 3） PSEN ：外部程序存儲器選通信號 (PSEN )是外部程序存儲器選通信號。 DISRTO 默認狀態(tài)下，復位高電平有效。 （ 2） 編程控制引腳。另外， STC89C52 具有低功耗設計， 支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。 VCCGNDPWMFUZAI充放電模塊充放電電路 .SchDocVCCGNDPWMFUZAIAD[0..7]CSADWRRD2728TXDRXD控制器和顯示模塊STC 單片機最小系統設計 .SchDocVCCGNDAD[0..7]CSADWRRDAD 模塊AD 轉換 .SchDocVCCGNDSCKSDA數據保存模塊E2PROM 存儲電路 .SchDocVCCGNDPCRXDPCTXD串口調試模塊RS232 串口通信 .SchDoc圖 31 系統 原理圖 最后通過通信模塊實現數據的傳送和保存。同時提出了時刻在