【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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(jìn)行，使蓄電池可以吸收更多的電量。 PWM 調(diào)制充電方式使蓄電池有較充分的反應(yīng)時(shí)間，減少了析氣量，提高了蓄電池的充電效率。脈寬調(diào)制方式是指在固定時(shí)鐘頻率下，通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)的通斷時(shí)間來(lái)控制信號(hào)的占空比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的調(diào)整。實(shí)際也就是以一直流電壓經(jīng)過(guò)以一定頻率打開(kāi)與閉合開(kāi)關(guān)的控制來(lái)改變電壓。 輸出電壓波形如圖 23 所示。 時(shí) 間電 壓U0tT 圖 23 輸出電壓波形 針對(duì)目前市場(chǎng)上的太陽(yáng)能充電控制器當(dāng)蓄電池給負(fù)載供電時(shí)，沒(méi)有 時(shí)刻檢測(cè)蓄電池的電壓，很容易導(dǎo)致蓄電池的深度放電這個(gè)問(wèn)題，本論文提出時(shí)刻在線(xiàn)檢測(cè)蓄電池電壓來(lái)避免蓄電池發(fā)生過(guò)放現(xiàn)象，保護(hù)蓄電池，提高其使用壽命。 控制器的 整體設(shè)計(jì)方案 通過(guò)對(duì) 應(yīng)用實(shí)例的分析，更加明確太陽(yáng)能充電控制器的在系統(tǒng)中重要性和作用，同時(shí)山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 6 依照其功能要求和改進(jìn)的控制策略，最后確定了整體設(shè)計(jì)方案。 本系統(tǒng)以 STC89C52 單片機(jī)為 主控芯片 ，利用分壓電路對(duì)蓄電池的電壓、進(jìn)行采樣 ,然后 經(jīng)過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換 將檢測(cè) 電壓 數(shù)據(jù) 輸入到單片機(jī)中進(jìn)行處理 ， 通過(guò)液晶芯片把電壓值顯示出來(lái) 方便調(diào)整。單片機(jī) 在軟件程序的控制下 輸出 PWM 控制信號(hào)， 經(jīng)光耦驅(qū)動(dòng) MOSFET 管 開(kāi)啟 與 關(guān)閉 來(lái)控制 充放電 電路。 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(zhǎng)蓄電池的壽命。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖 24 所示。 太 陽(yáng) 能電 池 板鉛 酸蓄 電 池主 控 芯 片S T C 8 9 C 5 2 單 片 機(jī)充 電 電 路放 電 電 路負(fù) 載A / D 轉(zhuǎn) 換電 路液 晶 1 6 0 2電 壓顯 示 電 路A T 2 4 C 0 2數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ)電 路R S 2 3 2串 口 通 信電 路光 耦驅(qū) 動(dòng) 電 路光 耦驅(qū) 動(dòng) 電 路 圖 24 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖 以上通過(guò)對(duì)控制器、被控對(duì)象蓄電池的分析，結(jié)合硬件資源和軟件控制策略，進(jìn)行了硬件電路設(shè)計(jì)和軟件編程設(shè)計(jì)，最終確定整體設(shè)計(jì)方案。整體方案設(shè)計(jì)，講述了光伏發(fā)電技術(shù)中最重要部分控制器和蓄電池的作用，控制器主要負(fù)責(zé)控制太陽(yáng)能極板對(duì)蓄電池的充電以及控制蓄電池對(duì)負(fù)載的供電 。由于不合適的充放電方式會(huì)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(shí)間，與以前的充電方式相比，提高了蓄電池的充電效率。同時(shí)提出了時(shí)刻在線(xiàn)檢測(cè)蓄電池電壓的放電控制方法，避免蓄電池發(fā)生過(guò)放現(xiàn)象，保護(hù)蓄電池。各個(gè)部分的控制功能通過(guò)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。 山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 7 3 太陽(yáng)能充電控制器的 硬件電路設(shè)計(jì) 在整體方案的指導(dǎo)下，依據(jù)工程設(shè)計(jì)的常見(jiàn)思路，本論文從硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面入手，運(yùn)用模塊化的設(shè)計(jì)方法去進(jìn)行控制器的設(shè)計(jì)。 硬件電路 主 要由以下幾部分組成：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng) 、 充放電電路、光耦驅(qū)動(dòng)電路、 A/D轉(zhuǎn)換電路、 LCD 顯示電路、 E2PROM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、串口通信電路 等。 下面先從系統(tǒng) 層次原理圖入手，對(duì)系統(tǒng)原理進(jìn)行詳細(xì)的分析，然后再對(duì) 具體 電路 地進(jìn)行一一介紹。 系統(tǒng) 層次 原理圖 系統(tǒng) 層次 原理圖 如圖 31 所示，電路設(shè)計(jì)以 STC89C52 單片機(jī) 作為 主控芯片構(gòu)成控制電路模塊對(duì)整個(gè)電路 控制。首先 采用并聯(lián)分壓方式對(duì)蓄電池電壓采集后，送到 AD 模塊中的 A/D 轉(zhuǎn)換 器進(jìn)行轉(zhuǎn)換 得到一個(gè)數(shù)字信號(hào)的電壓值，再將 此 信號(hào) 送入到 控制模塊中 單片機(jī)進(jìn)行處理 ； 然后 在軟件程序 控制下， 單片機(jī)輸出 控制信號(hào) 送到充放電模塊中， 經(jīng)光耦 驅(qū)動(dòng)電路 來(lái) 控制 MOSFET?？刂?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(lái)調(diào)制 MOSFET 管柵的偏置，達(dá)到實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)功能。 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(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) .SchDocVCCGNDAD[0..7]CSADWRRDAD 模塊AD 轉(zhuǎn)換 .SchDocVCCGNDSCKSDA數(shù)據(jù)保存模塊E2PROM 存儲(chǔ)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(guò)通信模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送和保存。 串口通信 模塊 采用 MAX232 芯片進(jìn)行 TTL電平和 RS232 電平之間的轉(zhuǎn)換，加入串口的目的主要是使 控制器具有遠(yuǎn)程通信或遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，同時(shí)方便將每天的異常狀態(tài)數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，供工作人員查看。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路 模塊 ，使得當(dāng)電壓出現(xiàn)異常時(shí)，讓蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)把異常電壓 值通過(guò) I2C 總線(xiàn)存放在 E2PROM中，作為以后分析使用。 單片機(jī) 最小 系統(tǒng) STC89C52 的簡(jiǎn)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(jì) 8 存儲(chǔ)器 。 使用 STC 公司高密度非易失性 高加密性 存儲(chǔ)器技術(shù)制造 ， 與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容 。 在 芯片 內(nèi)部 ，擁有 很高頻率 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、 有效的解決方案 。 。 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(xiàn)，看門(mén)狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外， STC89C52 具有低功耗設(shè)計(jì)， 支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。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(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 同時(shí)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。 而且 STC89C52 的工作頻率很寬，可以在 0~35MHz 之間選擇，芯片具有超強(qiáng)抗干擾性，加密性強(qiáng) 。 STC89C52 常見(jiàn)的是 PDIP 封裝， 是一個(gè)有 40 個(gè)引腳的芯片，引腳如圖 32 所示。 按其功能類(lèi)別將它們分為三類(lèi)： （ 1）電源和時(shí)鐘引腳 。如 VCC、 GND、 XTAL XTAL2。 （ 2） 編程控制引腳。 RST、 PSEN 、 ALE/PROG 、 EA /VPP。 （ 3） I/O 口引腳。如 P0、 P P P3。 EA/VP31XTAL119XTAL218RESET9P37/RD17P36/WR16P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P10/T21P11/T2 EX2P123P134P145P15/MOSI6P16/MISO7P17/SCK8P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P20(A8)21P21(A9)22P22(A1023P23(A11)24P24(A12)25P25(A13)26P26(A14)27P27(A15)28PSEN29ALE/P30P31/TXD11P30/RXD10 圖 32 STC89C52 引腳圖 這里僅詳細(xì)介紹編程引腳 ： （ 1） RST：復(fù)位輸入。 晶振工作 時(shí)， RST 引 腳持續(xù) 2 個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位。看門(mén)狗計(jì)時(shí)完成后， RST 腳輸出 96 個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能無(wú)效。 DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 （ 2） ALE/PROG ：地址鎖存控制信號(hào) (ALE)是訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低 8 位山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 9 地址的輸出脈沖。在 flash 編程時(shí)，此引腳 (PROG )也用作編程輸入脈沖。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(shí)器或時(shí)鐘使用。 如果需要，通過(guò)將地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位置 “ 1” ， ALE 操作將無(wú)效。這一位置“ 1” ， ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOVC 指令時(shí)有效。否則， ALE 將被微弱拉高。這個(gè) ALE使能標(biāo)志位 (地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位 )的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無(wú)效。 （ 3） PSEN ：外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào) (PSEN )是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。 當(dāng) STC89C52 從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)， PSEN 在 每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， PSEN 將不被激活。 （ 4） EA /VPP： 訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序存儲(chǔ)器指令 ， EA 必須接 GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令， EA 應(yīng)該接 VCC。在 flash 編 程期間， EA 也接收 12 伏 Vpp 電壓。 單片機(jī)的 最小系統(tǒng) 及 擴(kuò)展電路 單片機(jī)是系統(tǒng)的主控芯片，為了使整個(gè)電路得到很好的控制，首先必須構(gòu)建最小系統(tǒng)是單片機(jī)可以工作起來(lái)。本設(shè)計(jì) 單片機(jī) 最小系統(tǒng)擴(kuò)展 電路包括上電復(fù)位電路， 時(shí)鐘電路 ，工作 指示燈 和蜂鳴器報(bào)警電路 等 。 （ 1）時(shí)鐘電路 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)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(shí)鐘源即可構(gòu)成時(shí)鐘電路， CPU的所有操作均在 時(shí)鐘脈沖同步下進(jìn)行。片內(nèi)振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率，一般多在 ~12MHz 之間選取。 時(shí)鐘電路如圖 33 所示。 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 。 12C633PFC733PFXTAL1XTAL2C810uFR1510KVCCRESTR141KS1SWPB 圖 33 時(shí)鐘電路 圖 34 復(fù)位電路 山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 10 （ 2）復(fù)位電路 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把 PC初始化為 0000H，使單片機(jī)從 0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為 擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。 單片機(jī)的復(fù)位電路如圖 34 所示。 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(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。按鈕復(fù)位是當(dāng)按鈕按下后，電源通過(guò)電阻 R14 施加到復(fù)位端上，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)復(fù)位。 復(fù)位電路雖然簡(jiǎn)單，但其作用非常重要。一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，首先要檢查是否能復(fù)位成功。初步檢查可用示波器探頭監(jiān)視 RST 引腳，按下復(fù)位鍵，觀察是否有足夠幅度的波形輸出 (瞬時(shí)的 )，還可以通過(guò)改變復(fù)位電路 電阻和電 容值進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 （ 3） 工作狀態(tài)指示燈 電路 本設(shè)計(jì) 可以時(shí)刻檢測(cè)蓄電池電壓，為了更好 的進(jìn)行監(jiān)控，要對(duì) 整個(gè) 電路的工作狀態(tài)進(jìn)行指示 ， 這是很有必要的。工作狀態(tài)指示燈電路如圖 35 所示。 其中 LED1 為正常充電 指示燈， LED2 為過(guò)壓指示燈， LED3 為欠壓指示燈。串聯(lián)的電阻的目的是為了限制通過(guò)發(fā)光二極管的電流太大而將其燒毀。 330R23LED1LED2LED3330R24330R25VCCLED1LED2LED3 LS1BellVCCQ5NPN85501KR26beep 圖 35 工作狀態(tài)指示燈電路 圖 36 蜂鳴器報(bào)警電路 （ 4） 蜂鳴器報(bào)警電路 報(bào)警電路采用蜂鳴器來(lái)發(fā)出報(bào)警聲音，由于 STC89C52 輸出引腳 的驅(qū)動(dòng)能力較弱，所以蜂鳴器要加三極管 進(jìn)行 驅(qū)動(dòng) 。 在對(duì)蓄電池電壓 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，一旦發(fā)現(xiàn)檢測(cè) 電壓 值連續(xù)超出閾值范圍，便 啟動(dòng)自身報(bào)警電路，即當(dāng) 電壓 超過(guò) 程序 設(shè)定的最高 值 或最低 值 時(shí)， 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(dòng) 蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 蜂鳴器報(bào)警 電路 圖如圖 36 所示 。 充放電電路 充放電 電路 如圖 37 所示，電路 由防反充二極管 D濾波電容 C4 和 C 穩(wěn)壓管 D續(xù)流二極管 D MOSFET 管 Q1 和 Q2 等構(gòu)成。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(yáng)能電池 板 的電壓時(shí)， D1 就生效 ，可以防止蓄電池電流流向太陽(yáng)能山東科技大學(xué)課