【正文】 線檢測蓄電池電壓的放電控制方法，避免蓄電池發(fā)生過放現(xiàn)象，保護蓄電池。 控制器的 整體設(shè)計方案 通過對 應(yīng)用實例的分析，更加明確太陽能充電控制器的在系統(tǒng)中重要性和作用，同時山東科技大學(xué)課程設(shè)計 6 依照其功能要求和改進的控制策略，最后確定了整體設(shè)計方案。這種充電法不僅遵循蓄電池固有的充電接受率，而且能夠提高蓄電池充電接受率，這也是蓄電池充電理論的進一步發(fā)展。 這種充電方法包括二階段充電法和三階段充電法。控制器同時負(fù)責(zé)蓄電池是否對負(fù)載供電，當(dāng)蓄電池的電壓在正常范圍內(nèi)時，控制器控制開關(guān)接通，蓄電池給負(fù)載供電；當(dāng)蓄電池的電壓處于欠壓或是過放狀態(tài)時，控制器控制開關(guān)截止，蓄電池停止對負(fù)載的供電，在這個過程中控制器起著至關(guān)重要的作 用，保護負(fù)載和蓄電池。分析可知，蓄電池的充電過程和放電過程是可逆的。 （ 1） 太陽能 電池板 如圖 22 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。 （ 4）當(dāng)蓄電池處于浮充充電狀態(tài) 時電壓值控制在 左右。 目前，控制器常用的蓄電池 充電法包括三種：恒流充電法、階段充電法和恒壓充電法。 太陽能充放電控制器現(xiàn)狀 （ 1） 太陽能光伏發(fā)電 太陽能作為新能源有著巨大的優(yōu)勢，所以世界各國都在努力研發(fā)新技術(shù)進行獲取，比較成熟的是太陽能光伏發(fā)電技術(shù)。 （ 4） 巨大性。而太陽能則 不同，任何自家用戶只要找到一個有陽光照射到的窗戶都可以裝置太陽能極板作輔助能源，幾百元投資便可以架設(shè)。 solar photovoltaic。 本設(shè)計針對目前市場上傳統(tǒng)充電控制器對蓄電池的充放電控制不合理，同時保護也不夠充分，使得蓄電池的壽命縮短這種情況，研究確定了一種基于單片機的太陽能充電控制器的方案。系統(tǒng)硬件電路由太陽能電池充放電電路，電壓采集和顯示電路，單片機控制電路和 RS232 串口通信電路組成，主要實現(xiàn)對蓄電池電壓的采集和顯示。 伴隨著世界能源危機的日益嚴(yán)重，石油價格不斷上漲，利用常規(guī)能源已經(jīng) 不能適應(yīng)世界經(jīng)濟快速增長的需要，如何解決能源問題，是每個國家都必須面臨的問題。 地球上處處都有太陽能，不需要到處去尋找，去運輸 ，容易獲取 。全國各地的年太陽輻射總量 3340． 8400MJ／ m2，中值為 5852MJ／ m2。 在進行太陽能光伏發(fā)電時，由于一般太陽能極板輸出電壓不穩(wěn)定，不能直接將太陽能極板應(yīng)用于負(fù)載，需要將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芎蟠鎯Φ揭欢ǖ膬δ茉O(shè)備中，如鉛酸蓄電池。 所以，如何改善太陽充控制器的充放電方式，開發(fā)性能優(yōu)良的 充放電 控制器，提高其在實際應(yīng)用中的效率， 成為了一個重要的研究方面 。 這里以太陽能充電控制器應(yīng)用于太陽能 光伏發(fā)電路 燈系統(tǒng)為例，對 系統(tǒng) 各個組成部分的主要功能做詳細(xì)的分析說明。 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。 在獨立的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng) 中，蓄電池是整個系統(tǒng)的重要組成部分，是對整個系統(tǒng)性能可靠性影響比較 大的部分。依據(jù)這些影響因素，分析蓄電池常見充放電方式局限性，對充放電方式進行了一定的改進。 恒壓充電時要嚴(yán)格掌握充電電壓，電壓在全部充電時間里保持恒定的數(shù)值，充電電壓過低，蓄電池會充不滿，過高則會造成過量充電。 PWM 調(diào)制充電方式使蓄電池有較充分的反應(yīng)時間，減少了析氣量，提高了蓄電池的充電效率。 該系統(tǒng)可以實現(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。 單片機 最小 系統(tǒng) STC89C52 的簡介 STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash山東科技大學(xué)課程設(shè)計 8 存儲器 。 同時該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。如 P0、 P P P3。在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的 振蕩 頻率輸出脈沖，可 作為外部定時器或時鐘使用。為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序存儲器指令 ， EA 必須接 GND。 電路中 C C7 是反饋電容，其值在 5pF~30pF 之間選取 ， 本電路選用的電容為 30pF，晶振頻率為 。一個單片機系統(tǒng)能否正常運行，首先要檢查是否能復(fù)位成功。 蜂鳴器報警 電路 圖如圖 36 所示 。 電容 C4 是太陽能電池板輸出電壓濾波，使得更穩(wěn)定地給蓄電池充電。 M0S 管 Q1 控制著充電電路， 當(dāng) 充電控制 信號 PWM 為低電平時，光耦內(nèi)部的發(fā)光二極管的電流近似為零， 右側(cè)三極管不導(dǎo)通， 輸出端兩管腳間的電阻很大，相當(dāng)于開關(guān) “斷開 ”，輸出端 K1 被抬高，電阻 R9 右側(cè)被穩(wěn)壓管 D2 穩(wěn)壓到 12V左右， MOSEFT 的 Vgs0， MOS 管 Q1 開啟，太陽能極板開始對蓄電池充電； 當(dāng) 充電控制器信號 為高電平時，光耦內(nèi)部的發(fā) 光二極管發(fā)光， 三極管導(dǎo)通， 輸出端兩管腳間的電阻變小，相當(dāng)于開關(guān) “接通 ”，此時從 U2 輸入的電壓經(jīng)光耦流向接地端， K1 處的電壓接近為零，MOSEFT 的 Vgs0， Q1 截止，充電電路關(guān)斷 。 AD 轉(zhuǎn)換器最主要的技術(shù)參數(shù)是轉(zhuǎn)換速度和轉(zhuǎn)換精度，由于逐次比較型 兼有并行 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度高和雙積分型轉(zhuǎn)換精度高的 優(yōu)點，所以得到普遍應(yīng)用。 VIN(+) VIN() —— 差動模擬電壓輸入 。為了更好的顯示電壓值，同時擴展自己學(xué)習(xí)芯片的能力，本設(shè)計用液晶 1602 來顯示蓄電池的電壓值。液晶 3 端通過接一個 10K 電位器接地來調(diào)節(jié)顯示對比度。該器件通過 I2C 總線接口進行操作，有一個專門的寫保護功能。由 于并行通信存在使用傳輸線較多，長距離傳送 成本高且收、發(fā)方的各位同時接受存在困難等 諸多 問題，所以在現(xiàn)代單片機測控系統(tǒng)中，信息的交換多采用串行通信方式。 第一部分是電荷泵電路。 第三部分是供電。系統(tǒng)軟件主要完成蓄電池電壓 采集 轉(zhuǎn)換 ， PWM 脈沖充電控制、 實時 LCD 顯示， 異常 報警 等。 在 INTR 變?yōu)榈碗娖胶?，?CS、 RD 同時來低電平，則數(shù)據(jù) 鎖存器 的 三態(tài)門打開， 把 數(shù)字信號送出， 此時直接讀取 數(shù)字端口數(shù)據(jù)，便可得到轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號。下面就 1602 的初始化指令和操作時序進行介紹。 1602的基本時序如下： 讀狀態(tài) 輸入： RS=L, WR/ =H, E=H 輸出： DO~D7=狀態(tài)字 讀數(shù)據(jù) 輸入： RS=H, WR/ =H, E=H 輸出：無 寫指 令 輸入： RS=L, WR/ =L, DO~D7=指令碼， E=H 高脈沖 山東科技大學(xué)課程設(shè)計 23 輸出： DO~D7=狀態(tài)字 寫 數(shù)據(jù) 輸入： RS=H, WR/ =L, DO~D7=數(shù)據(jù) ， E=H 高脈沖 輸出： 無 作為顯示用的芯片，通常對其進行寫操作， 1602 液晶寫操作時序圖如圖 44 所示。 按照 1602 液晶的寫操作時序圖，結(jié)合硬件連接電路，軟件設(shè)計中電壓顯示模塊的流程圖如圖 45 所示。 啟動信號的程序如下： 在 SCL 為高電平期間， SDA 一個下降沿 為 啟動信號。并根據(jù) AT24C02 字節(jié)寫入方式， 結(jié)合 CI2 總線時序圖，軟件中實現(xiàn)異常數(shù)據(jù)存儲的 流程圖 如圖 48 所示 。 delay1()。 由于 STC89C52 單片機 沒有 CI2 總線接口，所以 使用時要先通過軟件模擬 CI2 總線的工作時序，正確的調(diào)用函數(shù)就可方便的擴展 CI2 總線接口部件。 （ 3） 將數(shù)據(jù)或命令送到達(dá)數(shù)據(jù)線上。 //設(shè)置 16X2 顯示 ,5X7 點陣 ,8 位數(shù)據(jù)接口 write_(0x0c)。 由于 ADC0804 的轉(zhuǎn)換時間很短，本設(shè)計未用中斷讀取 A/D的數(shù)據(jù)，而是在啟動 A/D 轉(zhuǎn)換后，稍等一會時間（程序中用延時函數(shù)實現(xiàn)），直接讀取 A/D的數(shù)字輸出口即可。蓄電池電壓的采集、 轉(zhuǎn)換 顯示 和 異常數(shù)據(jù)的存儲 都在測 控子程序中進行 ， 系統(tǒng) 應(yīng)用 主 程序采用模塊化結(jié) 構(gòu) ，首先完成初始化，然后就開始按順序調(diào)用各個模塊 子 程序 ，通過系統(tǒng)自檢和控制指令來實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理 和電路控制 ，有效的控制蓄電池充放電。當(dāng)然單片機和 DB9 要共地，這是實現(xiàn)串行通信的前提條件。由 1 1 1 14 腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。 MAX232 芯片是專門為電腦的 RS232 標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片 ,使用 +5v單電源供電。 根據(jù)各引腳的功能，依據(jù) CI2 總線系統(tǒng)的典型硬件連接圖， AT24C02與單片機連接構(gòu)成的數(shù)據(jù)存儲電路如圖 313 所示。為了解決這一難題，本設(shè)計采用具有I2C 總線接口的串行 E2PROM 器件，這里選擇 AT24C02 芯片。 1602 引腳功能 如表 32 所示。 BT1Battery20KR310KR5ADINBAT+BAT 圖 310 電壓采集電路 （ 2） ADC0804 構(gòu)成的典型 A/D 轉(zhuǎn)換電路 CS1RD2WR3CLOCK4INTR5IN6IN7AGND8VREF/29DGND10D711D612D513D414D315D216D117D018CLKR19VCC20U5AD0804VCC10kR1710KR1910KR20VCCCSADRDWRC9CapP10P11P12P13P14P15P16P17ADIN 圖 311 A/D 轉(zhuǎn)換電路 按照芯片手冊中 ADC0804 的典型接法，系統(tǒng)中設(shè)計的 A/D 轉(zhuǎn)換電路如 311 所示。 RD— 外部讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的控制輸出信號。 市場中集成的 A/D 轉(zhuǎn)換器品種很多，選用時需要綜合考慮各種因素進行選取。 太陽能電池板20KR210KR4100uFC4100uFC5D212v15VDCQ1MOSFETNQ2MOSFETND11N4148D31N4148BT1Battery20KR310KR51KR1PV+K1ADIN充電電路開關(guān)蓄電池電壓采集放電電路開關(guān)K2DS4LampBAT+BATPV 圖 37 充放電電路 按程序設(shè)計當(dāng)檢測到蓄電池的電壓低于 12V，充電模式為均充， Q1 為完全導(dǎo)通狀態(tài)，也就是導(dǎo)通的脈沖占空比最大；當(dāng)檢測到蓄電池的電壓在 ，充電模式為浮充，Q1 導(dǎo)通與不導(dǎo)通的占空比例變小 ， ；當(dāng)檢測到蓄電池的電壓等于 15V 左右 ， Q1 截止 使 充電停止 ，同時 Q2 也關(guān)閉來關(guān)斷負(fù)載 。所使用的 MOSFET 是電壓控制單極性金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，所需驅(qū)動功率較小。 其中 LED1 為正常充電 指示燈， LED2 為過壓指示燈， LED3 為欠壓指示燈。 單片機的復(fù)位電路如圖 34 所示。本設(shè)計 單片機 最小系統(tǒng)擴展 電路包括上電復(fù)位電路， 時鐘電路 ，工作 指示燈 和蜂鳴器報警電路 等 。這個 ALE使能標(biāo)志位 (地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位 )的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能無效。如 VCC、 GND、 XTAL XTAL2。 STC89C52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能 ： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。控制 MOSFET 管導(dǎo)通的方式是脈沖寬度調(diào)制 (PWM)，根據(jù) 載荷 變化來調(diào)制 MOSFET 管柵的偏置，達(dá)到實現(xiàn)開關(guān)功能。由于不合適的充放電方式會導(dǎo)致蓄電池的損壞，縮短蓄電池的使用壽命，本論文提出了 PWM 脈寬調(diào)制充電方法，這種充電方法能夠使蓄電池有較充分的反應(yīng)時間，與以前的充電方式相比，提高了蓄電池的充電效率。 時 間電 壓U0tT 圖 23 輸出電壓波形 針對目前市場上的太陽能充電控制器當(dāng)蓄電池給負(fù)載供電時，沒有 時刻檢測蓄電池的電壓，很容易導(dǎo)致蓄電池的深度放電這個問題，本論文提出時刻在線檢測蓄電池電壓來避免蓄電池發(fā)生過放現(xiàn)象，保護蓄電池，提高其使用壽命。 PWM 是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。 第二種是 階段充電法 ?？刂破骺刂铺柲軜O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。依據(jù)化學(xué)基礎(chǔ)理論：鉛酸蓄電池釋放化學(xué)能的過程 (放電過程 )是負(fù)極進行氧化，正極進行還原的過程；電池補充化學(xué)能的過程 (充電過程 )是負(fù)極進行還原，正極進行氧化的過程。系統(tǒng)各個部分的控制功能全由充電控制器來完成。 （ 2） 當(dāng)蓄電池電壓低于 時，自動關(guān)斷負(fù)載（欠壓關(guān)斷），同時有報警功能；