【文章內(nèi)容簡介】 率一般在 11%至 13 %之間。 非晶硅太陽能電池的主要材料無定型硅，其內(nèi)部有許多所謂的“懸鍵”，沒有與硅原子成鍵的電子在電場作用下產(chǎn)生 電流，因而非晶硅太陽能電池可以很薄，由于其造價低廉，常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 3 穩(wěn)定性較低，光電轉(zhuǎn)換效率較低，大多應用于弱光性電源。其光電轉(zhuǎn)換效率一般在 5%至8%之間。 蓄電池簡介 太陽能充電控制器主要控制太陽能電池板對蓄電池的充電，蓄電池作為儲能元件，其性能的優(yōu)劣影響太陽能充電控制器。本設計采用的儲能元件是鉛酸蓄電池，在系統(tǒng)對鉛酸蓄電池進行充電的時候，蓄電池的內(nèi)部反應為正極進行氧化反應，負極進行還原反應。鉛酸蓄電池的充放電過程是可逆的，所以鉛酸蓄電池既可以充電也可以放電。鉛酸蓄電池電解液中硫酸根的濃度決定其充放電性能，蓄電池中 硫酸溶液所占的比例可用于衡量電池充放電程度。 蓄電池作為儲能元件在獨立的光伏發(fā)電系統(tǒng)中是必不可缺的部分，蓄電池的充放電性能直接影響系統(tǒng)整體性能。將太陽能電池板經(jīng)過光生伏特效應產(chǎn)生的電能經(jīng)傳輸儲存至蓄電池中，在負載需要用電的時候供電給負載。 充電控制器和控制策略 光伏發(fā)電控制器作為整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的樞紐，其性能的優(yōu)劣直接影響整個系統(tǒng)的性能。通常太陽能電池板經(jīng)過光生伏特效應產(chǎn)生的電壓是不穩(wěn)定的，需將電能傳輸存儲至儲能元件中，才能給負載供電，光伏發(fā)電控制器控制太陽能電池板經(jīng)光生伏特效應產(chǎn)生的電壓傳輸至蓄電池 中，即控制對蓄電池的充電，其主要作用是防止蓄電池過充對蓄電池造成損耗，對蓄電池使用壽命有延長的作用。 目前市場上控制器普遍存在兩個問題，蓄電池的保護不充分問題和蓄電池不適當?shù)某潆妼е滦铍姵氐膿p壞問題。為了維護蓄電池的使用壽命以及對蓄電池電壓的實時監(jiān)控，本設計采用 PWM 脈寬調(diào)制充電方式。 PWM 具有兩個主要特點：一是在處理器和被控系統(tǒng)之間無需進行數(shù)模轉(zhuǎn)換；二是其對噪聲的抵抗能力和強。因其兩大主要特點， PWM 被廣泛應用于測量、通信領域中。 PWM 脈寬調(diào)制充電方式是通過微處理器的數(shù)字輸出控制模擬電路的。PWM 脈沖調(diào)制 充電一般分為 2 步，先 脈沖充電一段時間，再停止一段時間，然后不斷地重復進行這 2個步驟 。系統(tǒng)通過控制太陽能電池板對蓄電池的一次又一次的充電一段時間來達到將蓄電池充滿的目的，在 PWM 脈沖調(diào)制充電過程中，系統(tǒng)控制對蓄電池的充電，每充一段時間就會停止一段時間，在停止的那段時間中，蓄電池內(nèi)部會將通過化學反應產(chǎn)生的氧氣和氫氣重新化合，再被蓄電池吸收， PWM 脈沖調(diào)制充電的目的在于減輕了蓄電池內(nèi)壓，為接下來的蓄電池充電做好準備，使蓄電池充電效果更好。 PWM 脈沖調(diào)制充電具有對蓄電池的充電進行在線監(jiān)控的功能，有效的維護了蓄電池的 壽命。 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 4 3. 硬件電路設計 小型光伏發(fā)電控制系統(tǒng)的硬件電路設計以 STC89C52 單片機為主要控制芯片，在 系統(tǒng)硬件電路 中， 以串聯(lián)電阻分壓方式的對蓄電池的電壓進行采集 ,然后將采集的電壓數(shù)據(jù)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換傳輸?shù)絾纹瑱C中進行處理，再把電壓值顯示在液晶 LCD1602 上 。 PWM 控制信號由STC89C52 單片機通過編寫的程序進行輸出控制，充放電電路則由光耦驅(qū)動 MOSFET 管來控制開啟與關閉。該小型光伏發(fā)電系統(tǒng)的硬件電路設計延長蓄電池的壽命，達到蓄電池更有效的吸收光伏電池板傳輸過來的電能。 STC89C52單片機最小系 統(tǒng) STC89C52 單片機作為小型光伏發(fā)電控制系統(tǒng)的主控芯片，控制著整個硬件電路，單片機正常工作的最小系統(tǒng)的構建是系統(tǒng)設計的首要任務。本系統(tǒng)設計了時鐘電路，復位電路，工作指示燈和蜂鳴器報警電路等單片機最小系統(tǒng)擴展電路。 （ 1）時鐘電路 STC89C52 單片機內(nèi)部有一個反相放大器，該反向放大器具有高增益的特點，可構成振蕩器， STC89C52 單片機的引腳 XTAL1 即為反相放大器的輸入端，引腳 XTAL2 是反相放大器的輸出端，將時鐘連接在 XTAL1 和 XTAL2 端口可構成時鐘電路，使得系統(tǒng)的所有操作都與時鐘脈沖相同步 。 STC89C52 單片機內(nèi)部振蕩器的振蕩頻率與晶振頻率接近，一般為 。時鐘電路如圖 所示。 C C7 作為反饋電容作用在電路中，其值為 33pF，晶振頻率等于 。 12C633PFC733PFXTAL1XTAL2C810uFR1510KVCCRESTR141KS1SWPB 圖 時鐘電路 圖 復位電路 （ 2）復位電路 單片機系統(tǒng)的復位方式有：手動按鈕復位和上電復位。按鈕復位即手動按下按鈕，電源通過電阻施加到復位端上，使單片機初始化，上電復位，就是系統(tǒng)對電容進行充電，達常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 5 到初始化電路的目的。復位電路的作用除了系統(tǒng)的正常初始化之 外，當程序出現(xiàn)錯誤，系統(tǒng)出現(xiàn)故障，導致死鎖，需按復位鍵重新啟動系統(tǒng)。 復位電路如圖 。本系統(tǒng)采用的按鈕復位既可以通過電平控制又可以通過上電控制，其具有兩種復位方式，更有效的控制系統(tǒng)復位。復位電路雖然其結(jié)構簡單，但其在整個系統(tǒng)電路中有著非常重要作用。一個單片機系統(tǒng)能否正常進行工作，關鍵在于其能否成功復位（初始化）。 （ 3）工作狀態(tài)指示燈電路 本設計擁有實時檢測蓄電池電壓的功能，增加工作狀態(tài)指示燈可以指示整個電路的工作狀態(tài)，更好的對蓄電池電壓進行監(jiān)控。 蓄電池 工作狀態(tài)顯示電路如圖 。在系統(tǒng)工作狀態(tài) 指示燈電路中并聯(lián)了 3 個發(fā)光二極管，蓄電池的 正常充電由 發(fā)光二極管 LED1 顯示， 蓄電池 過壓由 發(fā)光二極管 LED2 顯示， 蓄電池 欠壓由 發(fā)光二極管 LED3 顯示。為了保護發(fā)光二極管，可在工作狀態(tài)指示燈電路中串聯(lián)一個 1k 電阻，限制通過的電流，以免燒毀發(fā)光二極管。 圖 蓄電池工作狀態(tài)顯示電路 （ 4）蜂鳴器報警電路 本設計采用蜂鳴器進行報警電路的報警，蜂鳴器是一種電子訊響器，采用 直流電壓 進行供電。在蜂鳴器報警電路中蜂鳴器需加三極管進行驅(qū)動，因為 STC89C52 單片機輸出引腳的驅(qū)動能力較弱，若不增加三極管，無法正常進行驅(qū)動。 在控制系統(tǒng)對蓄電池電壓進行實時監(jiān)測時，一旦檢測電壓值連續(xù)超出閾值范圍，報警電路便會自啟，蜂鳴器就會發(fā)出報警響聲。主要原理是電壓高于程序設定的最大值，或著電壓低于程序設定最小值， STC89C52 單片機的 引腳輸出低電平，單片機控制導通三極管，蜂鳴器報警。報警電路如圖 。 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 6 LS1BellVCCQ5NPN85501KR26beep 圖 報警電路 充放電電路 充放電電路如圖 所示，二極管 D1 是防反充二極管，主要是為了防止蓄電池對太陽能電池板出現(xiàn)反充現(xiàn)象，在有陽光照射的白天，蓄電池自身電壓通常低于太陽能電池板光生伏特效應產(chǎn)生的電壓，防反充二極管 D1 將不會起作用，而在 夜晚或者無太陽光照的白天的時候，蓄電池自身電壓通常會高于太陽能電池板光生伏特效應產(chǎn)生的電壓，防反充二極管 D1就會生效，來阻止蓄電池電流流向太陽能電池板。 PWM 脈沖寬度調(diào)制即通過控制MOSFET 管閉合和斷開來控制電壓的輸出。 MOSFET 管場效應管，其由電壓控制，且其材質(zhì)為 單極性金屬氧 化物半導體 ，所以 驅(qū)動 MOSFET 管場效應管所需功率較小。而且 MOSFET 管場效應管只有多數(shù)載流子導電，并沒有少數(shù)載流子復合，開關頻率可以非常高，適合作為充放電控制開關。本設計采用導通電壓 Vth0 的 FNK6075K N 溝道 MOSFET 場效應管。當光電耦合器 U2 斷開時， MOSFET 場效應管 Q1 的 G 極電壓與蓄電池電壓相近， MOSFET 場效應管的 S 極接地，使得 Vgs0，當 MOSFET 場效應管 G 極電壓達到一定值時， MOSFET 場效應管 Q1 導通。電容 C4 具有濾波的功能，作用于太陽能電池板輸出電壓，使得蓄電池充電更 穩(wěn)定。電容 C5 也具有濾波的功能，作用于蓄電池輸出電壓，是對負載供電電路穩(wěn)定性的保證。二極管 D2 是穩(wěn)壓二極管，其是由 硅材料 制成的面接觸型 晶體二極管 ， 穩(wěn)壓管的作用是對蓄電池進行穩(wěn)壓。二極管 D3 是續(xù)流二極管，其主要作用是當蓄電池反接控制器時，D3 可以進行續(xù)流，保護控制器不被損壞。 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 7 圖 系統(tǒng) 充 放 電電路 根據(jù)系統(tǒng)充放電電路，設計的程序應當復合以下要求：系統(tǒng)對蓄電池的電壓進行實時監(jiān)控，電壓低于 48 伏 ，系統(tǒng)采用均充的充電模式，控制 MOSFET 場效應管 Q1 完全導通，達