【正文】 ................................ 21 顯示模塊 ........................................................................................................ 22 數(shù)據(jù)存儲模塊 ................................................................................................. 24 軟件調(diào)試和仿真 .............................................................................................. 26 5 總結(jié)與展望 ............................................................................................................... 29 設(shè)計總結(jié) ........................................................................................................ 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(xué)課程設(shè)計 1 1 緒論 課題研究 背景和 意義 能源資源是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎(chǔ)之一，隨著人民生活水平的不斷提高和科學(xué)技術(shù)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(xué)課程設(shè)計 2 泛應(yīng)用于通訊，交通，電力等各個方面。 另一方面， 當(dāng)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(dǎo)致蓄電池的深度放電， 嚴重影響其壽命。 山東科技大學(xué)課程設(shè)計 3 2 太陽能充電控制器的總體設(shè)計方案 在確定 設(shè)計 方案之前， 需要結(jié)合 應(yīng)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(dǎo)體 P/N 結(jié)上， 就會在其兩端產(chǎn)生光生電壓， 當(dāng)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(chǎn)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(tǒng)中的 作用 。根據(jù)蓄電池的工作原理，結(jié)合實際應(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、過放控制點的設(shè)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(yīng)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(jīng)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)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(nèi)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(jīng)光耦驅(qū)動 MOSFET 管 開啟 與 關(guān)閉 來控制 充放電 電路。 山東科技大學(xué)課程設(shè)計 7 3 太陽能充電控制器的 硬件電路設(shè)計 在整體方案的指導(dǎo)下，依據(jù)工程設(shè)計的常見思路，本論文從硬件電路設(shè)計和軟件設(shè)計兩個方面入手，運用模塊化的設(shè)計方法去進行控制器的設(shè)計。數(shù)據(jù)存儲電路 模塊 ，使得當(dāng)電壓出現(xiàn)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(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，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 33 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 極電壓達到一定值時， Q1 導(dǎo)通 。 光耦驅(qū)動電路如圖 38 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 39 ADC0804 引腳圖 CLK IN— 時鐘信號輸入端 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。 山東科技大學(xué)課程設(shè)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(xiàn)片選； RS 接單片機 引腳，進行數(shù)據(jù)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(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 314 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。既便于調(diào)試，連接，又便于移植、修改。 圖 42 ADC804 時序圖 如圖， 當(dāng) CS 與 WR 同時 置低， 為低電平 時， A/D 轉(zhuǎn)換器被啟動 ，且 在 WR 上升沿后，經(jīng)過 約 100 uS 后， 模數(shù)完成轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果存入數(shù)據(jù)鎖存器，同時， INTR 自動變?yōu)榈碗娖?，表示本次轉(zhuǎn)換已結(jié)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(shè)計中顯示模塊的任務(wù)。//顯示清零，數(shù)據(jù)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(guān)鍵。本設(shè)計采用 C51 庫中自帶的延時函數(shù) _nop_（）（延時一個機器周期的意思）來實現(xiàn)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(xué)課程設(shè)計 25 如圖 46 所示 。 （ 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。//設(shè)置開顯示，不顯示光標(biāo) write_(0x06)。軟件設(shè)計中 AD 轉(zhuǎn)換模塊的流程圖 如圖 43 所示。 山東科技大學(xué)課程設(shè)計 21 電壓采集轉(zhuǎn)換模塊 為了更好理解模數(shù)轉(zhuǎn)換器的對蓄電池電壓采集轉(zhuǎn)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(xiàn)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(shè)計思 路和實現(xiàn)過程。 其中 13 腳（ R1IN）、 12 腳（ R1OUT）、 11 腳（ T1IN）、 14 腳（ T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。 其 主要特點： （ 1） 符合所有的 RS232C 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) （ 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(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生 +10V 和 10V 電壓 V+、V （ 4） 功耗低，典型供電電流 5mA （ 5） 內(nèi)部集成 2 個 RS232C 驅(qū)動器 （ 6） 內(nèi)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(shù)據(jù)存儲電路 串口通信電路 隨著單片機系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用和計算機網(wǎng)路技術(shù)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(shù)據(jù)保存問題，可對所存在數(shù)據(jù)保存 100 年，并可多次擦寫，擦寫次數(shù)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(xiàn)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(gòu)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(shù)字數(shù)據(jù)才會輸出。一般逐次比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器用到較多，本 設(shè)計采用 8 位并 行A/D 轉(zhuǎn)換器芯片 ADC0804。當(dāng)檢測到蓄電池的電壓低于 ， Q2 關(guān)閉停止放電 ，關(guān)斷負載來實現(xiàn)欠壓關(guān)斷。而且 MOSFET 只有多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，不存在少數(shù)載流子的復(fù)合時間，因而開關(guān)頻率可以很高，非常適合作控制充放電開關(guān)。串聯(lián)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(tǒng)采用的是上電 +電平按鈕復(fù)位，上電復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的。 （ 1）時鐘電路 單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)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(gòu)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(fù)位高電平有效。 （ 2） 編程控制引腳。另外， STC89C52 具有低功耗設(shè)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(tǒng)設(shè)計 .SchDocVCCGNDAD[0..7]CSADWRRDAD 模塊AD 轉(zhuǎn)換 .SchDocVCCGNDSCKSDA數(shù)據(jù)保存模塊E2PROM 存儲電路 .SchDocVCCGNDPCRXDPCTXD串口調(diào)試模塊RS232 串口通信 .SchDoc圖 31 系統(tǒng) 原理圖 最后通過通信模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送和保存。同時提出了時刻在