【文章內(nèi)容簡介】 原理 控制器是太陽能路燈的核心部分，下面對控制器進(jìn)行詳細(xì)的介紹： 通過對電池的電壓和充電電流這兩個(gè)參數(shù)的檢測判斷，控制兩個(gè)場效應(yīng)管的開通和關(guān)斷，達(dá)到各種控制和保護(hù)功能。充電放電控制采用的都是 PWM 脈沖調(diào)制控制保護(hù)技術(shù)，能夠進(jìn)行恒壓，恒流等充電階段的控制，其中 PWM 脈沖調(diào)制就是控制脈沖的占空比，不同占空比的波形是由單片機(jī)的定時(shí)功能來實(shí)現(xiàn)的。調(diào)整脈沖的占空比，可以控制流過燈的電流，也可以控制燈的開和關(guān)，高電平燈就關(guān)， 低電平燈就開。 電池電壓和電流的檢測 . 電壓的檢測 ： 利用一個(gè)電位器把電池的電壓降低 ,輸進(jìn)模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC0809)的第一個(gè)通道 中 ,然后通過單片機(jī) (STC89C52)把電壓反推出來再進(jìn)行顯示 . . 充電電流的檢測 ： 檢測比較大的直流電流的方法不多，本系統(tǒng)用一個(gè)小電阻 R（ 歐姆）來檢測電流，通過把小電阻的兩端的電壓放大 41 倍 （具體的放大辦法如圖 2） ， 把電壓輸進(jìn)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的第二個(gè)通道，測得一個(gè) 電壓 U1后 除以運(yùn)算放大器放大的倍數(shù) Auf 得到實(shí)際的電壓 U， 根據(jù)歐姆定律（ U=I*R）計(jì)算 出電流 I 的大小，再 在液晶屏上 顯示出來 。 圖 畫的是一個(gè)同 相 比例放大電路，運(yùn)算放大器使用的是 LM358里其中的一個(gè) ，根據(jù)運(yùn)算放大器“虛短”與“虛斷”可以得到： 所以，運(yùn)算放大器放大倍數(shù)： 圖 電壓放大電路 8 用一個(gè)小電阻來檢測電流存在的問題是 ： 對電池的電壓有一定的影響，因?yàn)楫?dāng)電流比較大時(shí)，電池分給小電阻的電壓也就大。 這樣加到負(fù)載的電壓也就相應(yīng)地減少一點(diǎn)。用小電阻檢測電流存在的另外一個(gè)問題是 :小電阻的阻值會(huì)發(fā)生變化。實(shí)際上絕對線性的電阻是不存在的。例如，絕大多數(shù)金屬 導(dǎo)體的電阻都隨溫度的升高而升高，當(dāng)電流通過金屬導(dǎo)體時(shí)，將電能轉(zhuǎn)化為熱能，使金屬導(dǎo)體的溫度升高，電阻就不是常數(shù)，而是隨著電流或電壓變化的。 本系統(tǒng)中檢測出來的充電電流跟實(shí)際的充電電流不一樣，但存在一個(gè)規(guī)律是：電流越大檢測出來的電流跟實(shí)際電流的偏差就越大，它們成線性的關(guān)系。這是由于小電阻阻值隨溫度變化而造成的。以下是試驗(yàn)采集的單片機(jī)檢測出的電流和實(shí)際電流的一些數(shù)據(jù)： 實(shí)際電流 單片機(jī)測出的電流 9 這兩組數(shù)存在著線性的關(guān)系，對第一列的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，首先求出它的關(guān)系式，假設(shè)關(guān)系式為： y1=a(1)*x+a(2)。 使用 MATLAB 求出系數(shù) a(1)和 a(2)： clear datax=[1:39]39。 a1=[,,]。 a2=[,,]。 a3=[,,]。 a4=[,,,]。 datay=[a1,a2,a3,a4]39。 %原始數(shù)據(jù) A=[datax,ones(39,1)]。B=datay。a=A\B,r=1/a(1)。 %線性擬合 plot(datax,datay,39。.39。),hold on。 %繪出原始數(shù)據(jù)值點(diǎn) 10 x=0::39。y1=a(1)*x1+a(2)。 plot(x,y1)。 hold on。 運(yùn)行以上程 序得： a(1)= a(2)= 所以這 組數(shù)據(jù) 可以用關(guān) 系式y(tǒng)1=*x+———— （ 1） 來表示。采集的數(shù)據(jù)和線性擬合后的坐標(biāo)圖如圖 （ 1） 圖 （ 1） 實(shí)際電流數(shù)據(jù)采集和線性擬合 對第二列的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，首先求出它的關(guān)系式，也假設(shè)關(guān)系式為： y2=a(1)*x+a(2)。 使用 MATLAB 求出系數(shù) a(1)和 a(2)： clear datax=[1:39]39。 a1=[,,]。 a2=[,,]。 a3=[,,]。 a4=[,,,]。 datay=[a1,a2,a3,a4]39。 %原始數(shù)據(jù) A=[datax,ones(39,1)]。B=datay。a=A\B,r=1/a(1)。 %線性擬合 plot(datax,datay,39。.39。),hold on。 %繪出原始數(shù)據(jù)點(diǎn)圖 11 x=0::39。yi=a(1)*x+a(2)。 plot(x,y2)。 hold on。 運(yùn)行以上程 序得： a(1)= a(2)= 所以這 組數(shù)據(jù) 可以用關(guān) 系式y(tǒng)2=*x+———— （ 2）來表示。采集的數(shù)據(jù)和線性擬合后的坐標(biāo)圖如圖 （ 2） 圖 （ 2） 單片機(jī)檢測出的電流數(shù)據(jù)采集和線性 擬合 結(jié)合關(guān)系式（ 1）和（ 2）便可得出兩列數(shù)據(jù)的關(guān)系式（ 也就 是 單片機(jī)測出的電流和實(shí)際電流的關(guān)系 ） ： y1=*()+，其中 y1 表示實(shí)際的電流， y2 表示 單片機(jī)檢測 出來的電流 ，單片機(jī)檢測出來的電流 y2 通過上式的轉(zhuǎn)換后變成 y1 再在液晶屏上顯示出來，這時(shí)顯示的就是實(shí)際的電流。 鋰電池充電控制 鋰電池的充電過程 上面介紹了電 壓，充電電流的檢測。有了這兩個(gè)數(shù)據(jù)就可以對鋰電池充電進(jìn)行控制了。鋰電池的充電曲線如下圖 ： 12 圖 鋰電池的充 電曲線 鋰電池的充電過程： ,電池電量很低 (例如低于 13V), 那么必須用小電流 (大概為 )開始充電，即涓流充電 .如果電壓高于 13V 就不必進(jìn)行這個(gè)步驟 . 小電流充電是為了保護(hù)電池，避免大電流沖擊給電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)帶來損害（電池在電壓很低的時(shí)候遇到大電流會(huì)受到的傷害比電壓高的時(shí)候高得多）。 13V可以開始大電流充電，就是采用允許的最大電流充電，這是為了節(jié)省充電時(shí)間，采用最大電流進(jìn)行充電就是最能節(jié)省時(shí)間的了，于是就是恒流充電，隨著充電的進(jìn)行，電池電壓逐漸升高。 3. 當(dāng)電池電 壓達(dá)到或接近充滿電壓（如 左右）時(shí)，則要開始轉(zhuǎn)入恒壓充電，因?yàn)檫_(dá)到了充滿電壓，這時(shí)就可以保持電壓基本不變，逐漸減小充電電流，如果不轉(zhuǎn)入小電流充電，就可能導(dǎo)致電壓過高，有過充的危險(xiǎn)，過充也是對電池有害的。就像往暖瓶里面充開水，前面可以使勁兒灌，到快到灌滿的時(shí)候就要減小水流了 ，這樣充滿的時(shí)候水就不容易溢出來。 當(dāng)電流減少到大概 左右 ,就停止充電 . 具體的控制原理 本方案采用 PWM 脈沖調(diào)制控制保護(hù)技術(shù) ,不僅能有效地保護(hù)蓄電池 ,防止過充電現(xiàn)象的發(fā)生 ,還能快速、平穩(wěn)地為蓄電池充電。所謂 PWM 控制就是控制輸出波形的占空比，周期并不改變，通過開關(guān)管的導(dǎo)通與閉合來控制充放電。鋰電池的充電曲線圖如圖 具體的控制電路如圖 13V 時(shí)，單片機(jī)輸出一個(gè)相應(yīng)占空比的脈沖，控制三極管 （ Q1） 通和斷的時(shí)間， 從而控制場效應(yīng)管 IRFZ44（ Q3） 的通 13 和斷，使到充電的電流為 左右，此時(shí)處于預(yù)充狀態(tài)。蓄電池的電壓高于 13V 時(shí)。單片機(jī)輸出一個(gè)高電壓 （相當(dāng)于 PWM 占空比為 0） ，三極管（ Q1）導(dǎo)通，場效應(yīng)管 IRFZ44（ Q3） 處于截?cái)酄顟B(tài)， 此時(shí)太陽能電池板以最大的電流為蓄電池充電 恒流充電。當(dāng)蓄電池電壓接近或等于 時(shí)，通過控制占空比，也使場效應(yīng)管 IRFZ44（ Q3） 實(shí)現(xiàn)通斷控制，使充電狀態(tài)處于恒壓浮充狀態(tài)。當(dāng)電流小于一個(gè)值（ ）時(shí)，單片機(jī)就輸出一個(gè)低電平，使場效應(yīng)管 IRFZ44（ Q3） 完全導(dǎo)通，停止給蓄電池充電。 圖 充放電控制電路 開關(guān)管的選擇 考慮到太陽能電池的功率和負(fù)載的功率不一致，可用不同的 MOS 管做充放電的開關(guān)管，用小功率的 MOS 管要考慮溫度因素，必要時(shí)必須加散熱器。為了提高可靠性，降低成本，通過大量的試驗(yàn)、分析、比較得出：以 3 A 電流 工作，可選用 IRFZ44， IRF540，IRF530， 50N60 等 MOS 管，基本不需加散熱器；在 5 A 電流工作，須加小散熱器；在 8 A 電流工作，用 2807， 3205， 150， 064 等 MOS 管要加小散熱器，其它 MOS 管要加大散熱器，在 1O A 以上電流工作，都應(yīng)該加大散熱器， 2807， 3205， 150， 064MOS 管帶載能力較強(qiáng)，價(jià)格高。在元件選用上，應(yīng)根據(jù)具體情況加以選擇 [3]。 照明部分的控制 14 照明燈的亮和滅的控制原理如上圖 6，當(dāng)單片機(jī)控制照明燈的控制腳輸出高電平（ 5V）的時(shí)候，三極管 Q2 就會(huì)導(dǎo)通， 三極管 Q2 集電極 E 的電壓變低（約為 0V），此時(shí)加到場效應(yīng)管（ Q4）柵極的電壓就會(huì)變低，場效應(yīng)管就截止，流過照明燈的電流減少到 0。相反，當(dāng)單片機(jī)控制照明燈的控制腳輸出低電平（ 0V）的時(shí)候，三極管 Q2 就會(huì)截止，三極管 Q2 集電極 E 的電壓高，此時(shí)加到場效應(yīng)管（ Q4）柵極的電壓也就高，場效應(yīng)管就導(dǎo)通，流過照明燈的電流大，照明燈打開。 根據(jù)監(jiān)測出的電池的電壓。利用單片機(jī)的定時(shí)功能可以控制照明燈亮燈的時(shí)間。我把開燈時(shí)間分成 5 個(gè)模式：電池電壓大于 時(shí)為模式 1；電池電壓大于 時(shí)為模式 2；電池電壓大于