【文章內(nèi)容簡介】 不同溫度下的 PV 特性曲線 綜上，太陽能電池板的輸出特性具有以下特點(diǎn)： 1) 太陽能電池的輸出特性近似為矩形，即低壓段近似為恒流源，接近開路電壓時近似為恒壓源； 2) 開路電壓近似同溫度成反比，短路電流近似同日照強(qiáng)度強(qiáng)成正比；太陽能電池板的輸出功率隨著光強(qiáng)和溫度成非線性變化； 3）輸出功率在某一點(diǎn)達(dá)到最大值，該點(diǎn)即為太陽能電池板的最大功率點(diǎn)(MPP，Maximum Power Point)，且隨著外界環(huán)境的變化而變化。 單片機(jī)介紹 單機(jī)片是一種在線式實(shí)時控制計(jì)算機(jī)，在線式就是現(xiàn)場控制，需要的是有較強(qiáng)的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計(jì)算機(jī)的（比如家用PC）的主要區(qū)別。 　　單片機(jī)是靠程序的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個不是很復(fù)雜的功能要是用美國50年代開發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大PCB板！但是如果要是用美國70年代成功投放市場的系列單片機(jī)，結(jié)果就會有天壤之別！只因?yàn)閱纹瑱C(jī)的通過你編寫的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！ 由于單片機(jī)對成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級匯編語言(近幾年，C語言也開始廣泛被應(yīng)用)，它是除了二進(jìn)制機(jī)器碼以上最低級的語言了，既然這么低級為什么還要用呢？很多高級的語言已經(jīng)達(dá)到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡單，就是單片機(jī)沒有家用計(jì)算機(jī)那樣的CPU，也沒有像硬盤那樣的海量存儲設(shè)備。一個可視化高級語言編寫的小程序里面即使只有一個按鈕，也會達(dá)到幾十K的尺寸！對于家用PC的硬盤來講沒什么，可是對于單片機(jī)來講是不能接受的。單片機(jī)在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用PC上來運(yùn)行，家用PC的也是承受不了的。 目前最常用的單片機(jī)為MCS51，是由美國INTEL公司（生產(chǎn)CPU的英特爾）生產(chǎn)的，89C51是這幾年在我國非常流行的單片機(jī)，它是由美國ATMEL公司開發(fā)生產(chǎn)的，其內(nèi)核兼容MCS51單片機(jī)。（1）主流單片機(jī)包括CPU、4KB容量的ROM、128 B容量的RAM、2個16位定時計(jì)數(shù)器、4個8位并行口、全雙工串口行口、ADC/DAC、SPI、I2C、ISP、IAP；（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，實(shí)現(xiàn)模塊化；（3）單片機(jī)可靠性高，可工作到10^6 10^7小時無故障；（4）處理功能強(qiáng)，速度快；（5）低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品；（6）控制功能強(qiáng)；（7）環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。（1）運(yùn)算器運(yùn)算器由運(yùn)算部件算術(shù)邏輯單元（Arithmetic amp。 Logical Unit，簡稱ALU）、累加器和寄存器等幾部分組成。ALU的作用是把傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算，輸入來源為兩個8位數(shù)據(jù)，分別來自累加器和數(shù)據(jù)寄存器。ALU能完成對這兩個數(shù)據(jù)進(jìn)行加、減、與、或、比較大小等操作，最后將結(jié)果存入累加器。 例如，兩個數(shù)6和7相加，在相加之前，操作數(shù)6放在累加器中，7放在數(shù)據(jù)寄存器中，當(dāng)執(zhí)行加法指令時，ALU即把兩個數(shù)相加并把結(jié)果13存入累加器，取代累加器原來的內(nèi)容6。運(yùn)算器有兩個功能：1) 執(zhí)行各種算術(shù)運(yùn)算；2) 執(zhí)行各種邏輯運(yùn)算，并進(jìn)行邏輯測試，如零值測試或兩個值的比較；3) 運(yùn)算器所執(zhí)行全部操作都是由控制器發(fā)出的控制信號來指揮的，并且，一個算術(shù)操作產(chǎn)生一個運(yùn)算結(jié)果，一個邏輯操作產(chǎn)生一個判決。（2）控制器控制器由程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時序發(fā)生器和操作控制器等組成，是發(fā)布命令的“決策機(jī)構(gòu)”，即協(xié)調(diào)和指揮整個微機(jī)系統(tǒng)的操作。其主要功能有：1) 從內(nèi)存中取出一條指令，并指出下一條指令在內(nèi)存中的位置；2) 對指令進(jìn)行譯碼和測試，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號，以便于執(zhí)行規(guī)定的動作；3) 指揮并控制CPU、內(nèi)存和輸入輸出設(shè)備之間數(shù)據(jù)流動的方向。微處理器內(nèi)通過內(nèi)部總線把ALU、計(jì)數(shù)器、寄存器和控制部分互聯(lián)，并通過外部總線與外部的存儲器、輸入輸出接口電路聯(lián)接。外部總線又稱為系統(tǒng)總線，分為數(shù)據(jù)總線DB、地址總線AB和控制總線CB。通過輸入輸出接口電路，實(shí)現(xiàn)與各種外圍設(shè)備連接。（3）主要寄存器　　1) 累加器A；2) 累加器A是微處理器中使用最頻繁的寄存器。在算術(shù)和邏輯運(yùn)算時3) 它有雙功能：運(yùn)算前，用于保存一個操作數(shù)；運(yùn)算后，用于保存所得的和、差或邏輯運(yùn)算結(jié)果；4) 數(shù)據(jù)寄存器DR；5) 數(shù)據(jù)寄存器通過數(shù)據(jù)總線向存儲器和輸入/輸出設(shè)備送（寫）或取6) （讀）數(shù)據(jù)的暫存單元。它可以保存一條正在譯碼的指令，也可以保存正在送往存儲器中存儲的一個數(shù)據(jù)字節(jié)等等；7) 指令寄存器IR和指令譯碼器ID；8) 指令包括操作碼和操作數(shù)。指令寄存器是用來保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。當(dāng)執(zhí)行一條指令時，先把它從內(nèi)存中取到數(shù)據(jù)寄存器中，然后再傳送到指令寄存器。當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行給定的指令時，必須對操作碼進(jìn)行譯碼，以確定所要求的操作，指令譯碼器就是負(fù)責(zé)這項(xiàng)工作的。其中，指令寄存器中操作碼字段的輸出就是指令譯碼器的輸入；9) 程序計(jì)數(shù)器PC；10) PC用于確定下一條指令的地址，以保證程序能夠連續(xù)地執(zhí)行下去，因此通常又被稱為指令地址計(jì)數(shù)器。在程序開始執(zhí)行前必須將程序的第一條指令的內(nèi)存單元地址（即程序的首地址）送入PC，使它總是指向下一條要執(zhí)行指令的地址；11) 地址寄存器用于保存當(dāng)前CPU所要訪問的內(nèi)存單元或I/O設(shè)備的地址。由于內(nèi)存與CPU之間存在著速度上的差異，所以必須使用地址寄存器來保持地址信息，直到內(nèi)存讀/寫操作完成為止。顯然，當(dāng)CPU向存儲器存數(shù)據(jù)、CPU從內(nèi)存取數(shù)據(jù)和CPU從內(nèi)存讀出指令時，都要用到地址寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。同樣，如果把外圍設(shè)備的地址作為內(nèi)存地址單元來看的話，那么當(dāng)CPU和外圍設(shè)備交換信息時，也需要用到地址寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。 通過了解太陽能電池原理、分類和保護(hù)。了解了太陽能電池分為單晶硅太陽能電池，多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池。還了解了太陽能的等效電路和機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)和單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。第三章 方案選擇及單元電路的設(shè)計(jì) 方案選擇及方框圖 方案選擇由單片機(jī)根據(jù)采集到的控制器的充放電電壓電流參數(shù)，發(fā)出各種控制信號。實(shí)現(xiàn)充放電控制，是使充放電系統(tǒng)能穩(wěn)定有效地運(yùn)行。更好的保護(hù)了鋰電池。延長整個太陽能系統(tǒng)的使用年限。 方框圖太陽能充放電控制器的電路框圖31所示。太陽能電池板接收光照并把太陽能轉(zhuǎn)化為電能，通過充放電控制器為鋰蓄電池充電。太陽能電池板STC12c5408ADDC/DC變換顯示電路鋰蓄電池電壓檢測按鍵圖31太陽能充放電控制器的電路框圖 太陽能充電器電路原理、電池組件概述和分類（1）太陽能電池材料分類為了有效利用太陽能，首先必須找到制作太陽能電池的材料。制作太陽能電池的材料是近年來發(fā)展最快、最具活力的研究領(lǐng)域，是最受矚目的項(xiàng)目之一。制作太陽能電池的材料主要是以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)，根據(jù)所用材料的不同，太陽能電池可分為硅系太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、聚合物多層修飾電極型太陽能電池、納米晶太陽能電池、有機(jī)混合太陽能電池五大類。其中硅系太陽能電池是目前發(fā)展最快、最成熟的太陽能電池，在應(yīng)用中居主導(dǎo)地位[9]。（2）太陽能電池組件的概述具有封裝及內(nèi)部連接的、能單獨(dú)提供直流輸出的、不可分割的最小太陽能電池組合裝置，叫做太陽能電池組件或叫做太陽能電池板。太陽能電池方陣是由許多單個太陽能電池組件（也叫單體太陽能電池）通過串聯(lián)或是并聯(lián)或同時串并聯(lián)組成。而單體太陽能電池（太陽能電池組件）又是由許多一片一片的硅晶體片通過一定的安裝結(jié)構(gòu)形式組合的。這是因?yàn)橐粋€電池片所能提供的電流和電壓（）畢竟有限，單個電池片輸出功率最多也只有34W，根本無法應(yīng)用。于是人們將很多電池片（通常是36個）串聯(lián)起來，形成了太陽能光電板，又稱單個太陽能組件使用。目前市場上層壓組件最大規(guī)格有220W，最小的有5W。之所以通過專用材料和專門生產(chǎn)工藝對電池片進(jìn)行封裝后形成組件才能用，是因?yàn)閱蝹€太陽能電池片?。ê穸戎挥?00微米左右）。易碎；此外。硅太陽能電池片若直接暴露在大氣中，易受到大氣尤其是潮濕空氣的腐蝕；灰塵、冰雹、風(fēng)沙等也都會落在電池的表面，導(dǎo)致電池轉(zhuǎn)換率下降，電池的電極也會氧化、銹蝕脫落甚至?xí)?dǎo)致電池失效。（3）太陽能電池組件的分類太陽能電池組件分為鋼化玻璃層壓電池組件、環(huán)氧樹脂膠封板太陽能電池組件、透明PET層壓板光伏組件、建材型太陽能電池組件、建材一體型太陽能電池組件、新建材一體型電池組件[10]。 STC12C5408AD單片機(jī) STC12C5410系列單片機(jī)是由宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機(jī)器周期（1T）的兼容8051內(nèi)核單片機(jī)，是高速/低功耗的新一代8051單片機(jī)，全新的流水線/精簡指令集結(jié)構(gòu)，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路。其主要性能特點(diǎn)如下：（1）增強(qiáng)型1T流水線/精簡指令集結(jié)構(gòu)8051CPU；（2）工作電壓：‐（5V單片機(jī)）/‐（3V單片機(jī)）；（3）工作頻率范圍：0‐35MHz，相當(dāng)于普通8051的0‐420MHz；（4）用戶應(yīng)用程序空間12K/10K/8K/6K/4K/2K字節(jié)；（5）片上集成512字節(jié)RAM；（6）通過I/O口（27/23個），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口）可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開漏；（7）ISP（在系統(tǒng)可編程）/ASP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器可通過串口（）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片；（8）EPROM功能；（9）看門狗；（10）內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路（外部晶振20M以下時，可省外部復(fù)位電路）；（11）時鐘源：外部高精度晶體/時鐘，內(nèi)部R/C振蕩器用戶在下載用戶程序時可選擇是使用內(nèi)部R/C振蕩器還是外部晶體/時鐘常溫下內(nèi)部R/C振蕩器頻率為：，可選擇使用內(nèi)部時鐘，但因?yàn)橛袦仄?，；?2）共2個16位定時器/計(jì)數(shù)器；（13）PWM(4位)/PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列），也可用來在實(shí)現(xiàn)4個定時器；（14）ADC，10位精度ADC，共8路；（15）通用異步串行口（UART）；（16）SPI同步通信口，主模式/從模式（17）工作溫度范圍：0‐75℃/40‐+85℃；（18）封裝：PDIP—28，SOP—28，PDIP—20，SOP—20，TSSOP—20，PLCC—32STC12C5410AD單片機(jī)中包含中央處理器、程序存儲器（Flash）、數(shù)據(jù)存儲（RAM）、EEPROM、定時/計(jì)數(shù)器、I/O接口、UART接口和中斷系統(tǒng)、SPI接口、高速A/D轉(zhuǎn)換模塊、PWM（或捕捉/比較單元）以及硬件看門狗、電源監(jiān)控、片內(nèi)RC振蕩器等模塊。可以說STC12C5410AD單片機(jī)幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得上一個片上系統(tǒng)（SOC），可以很容易地構(gòu)成典型的測控系統(tǒng)。STC12系列單片機(jī)的典型結(jié)構(gòu)STC 12系列單片機(jī)是宏晶科技公司新的低功耗16位Flash單片機(jī)，它的16級中斷、高效尋址方式、10K大容量Flash, EEPROM, A/D轉(zhuǎn)換、硬件乘法器、硬件脈寬調(diào)制器(PWM)等功能特點(diǎn)，較好的實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)大的功能與超低功耗的結(jié)合，因此具有很好的性價比和應(yīng)用適應(yīng)性。STC12系列有6種型號:分別是STC12C5412AD、STC12C5410AD、STC12C5408AD、STC 12C5406AD、STC 12C5404AD、和STC 12C5402AD。它們區(qū)別在于Flash的容量大小，本設(shè)計(jì)所用到的STC12C5412AD的Flash容量為10K。該單片機(jī)的管腳結(jié)構(gòu)如圖32所示。圖32 STC12C5408DA管腳STC12C5408DA管腳說明如圖33所示。圖33管腳說明圖基本配置：STC12C5412AD單片機(jī)除了具有STC12系列單片機(jī)共有特點(diǎn)外，還具有一些自身特點(diǎn)，對其一些基本配置做以介紹:（1）Flash存儲器STC12C5412AD Flash存儲器為l 0KB。Flash存儲器主要用作程序存儲，可經(jīng)計(jì)算機(jī)串口接口下載程序。程序運(yùn)行時能對其中的1段或多段進(jìn)行擦/寫操作，因此兼有數(shù)據(jù)存儲器功能。Flash可用于程序數(shù)據(jù)保存，實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)，F(xiàn)lash存儲器可以按字或字節(jié)讀寫，最小擦除單位為1段，經(jīng)過擦除的位為“1，寫入位為“0”。（2）脈寬調(diào)節(jié)模式(PWM)所有PCA模塊都可用作PMW輸出。輸出頻率取決于PCA定時器的時鐘源。由于所有模塊共用僅有的PCA定時器，所有它們的輸出頻率相同。各個模塊的輸出占空比是獨(dú)立變化的，與使用的捕獲寄存器{EPCnL,CCAPnL}有關(guān)。當(dāng)CL SFR的值小于{EPCnL, CCAPnL}時，輸出為低，當(dāng)PCA CL SFR的值等于或大于{EPCnL, CCAPnL}時，輸出為高。當(dāng)CL的值由FF變?yōu)?0溢出時，{EPCnH, CCAPnH}的內(nèi)容裝載到{EPCnL,CCAPnL}中。這樣就可實(shí)現(xiàn)無干擾地更新PWM。要使能PWM模式，模塊CCAPMn寄存器的PWMn和ECOMn位必須置位。（3）I/O口工作類型設(shè)置STC12C5412AD帶有24個I/O引腳，它的I/O與傳統(tǒng)的I/O不同，每個I/O口均可由軟件設(shè)置成4種工作類型之一，使得功能口和通用I/O口復(fù)用。4種類型分別為:準(zhǔn)雙向口(標(biāo)準(zhǔn)8051輸出模式)、推挽輸出、僅為輸入(高阻)和開漏輸出功能。四種類型說明如下：1）準(zhǔn)雙向口輸出配置準(zhǔn)雙向口輸出類型可用作輸出和輸入功能而不需重新配置口線輸出狀態(tài)。這是因?yàn)楫?dāng)口線輸出為1時驅(qū)動能力很弱，允許外部裝置將其拉低。當(dāng)引腳輸出為低時，它的驅(qū)動能力很強(qiáng)，剛一吸收相當(dāng)大的電流。準(zhǔn)雙向口有3個上拉晶體管適應(yīng)不同的需要。在3個上拉晶體管中，有1個上拉晶體管稱為“弱上拉”，當(dāng)口線寄存器為1且引腳本