【導讀】最有發(fā)展前景的新能源技術(shù)。目前太陽能光伏發(fā)電裝置已廣泛應用于通訊，交通，電力等。各個方面，其核心部分就是充電控制器。分析，完成了硬件電路設(shè)計和軟件編制，實現(xiàn)了對蓄電池的高效率管理。作為核心器件對整個電路進行控制。系統(tǒng)硬件電路由太陽能電池充放電電路，電壓采集和?？刂菩铍姵爻浞烹姷哪康模瑫r按照功能要求實現(xiàn)了對蓄電池過充、過放保護和短路保護?，F(xiàn)控制蓄電池最優(yōu)充放電，達到延長蓄電池的使用壽命。

　　

【正文】 天采集到數(shù)據(jù)的極限值和發(fā)生異常狀態(tài)時的數(shù)據(jù)記錄下來， 供 用戶查看。由于單片機的電平和計算機電平不兼容，設(shè)計中采用 MAX232 芯片進行 TTL 電平和 RS232 電平之間的轉(zhuǎn)換 。而且系統(tǒng)采用易于實現(xiàn)的異WP 寫保護 Vcc 電源端， +～ 工作電壓 GND 地 山東科技大學課程設(shè)計 18 步串行通信方式，用最簡單也最實用的奇偶校驗作 為串行通信錯誤校驗方式。 MAX232 芯片是專門為電腦的 RS232 標準串口設(shè)計的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片 ,使用 +5v單電源供電。 其 主要特點： （ 1） 符合所有的 RS232C 技術(shù)標準 （ 2） 只需要單一 +5V 電源供電 （ 3） 片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生 +10V 和 10V 電壓 V+、V （ 4） 功耗低，典型供電電流 5mA （ 5） 內(nèi)部集成 2 個 RS232C 驅(qū)動器 （ 6） 內(nèi)部集成兩個 RS232C 接收器 （ 7） 高集成度，片外最低只需 4 個電容即可工 作。 了解芯片的主要特點之后，接下來我們來認識 MAX232 它的各個引腳的功能，即有什么作用，以更好地設(shè)計串口通信電路。其引腳圖如圖 314 所示。 第一部分是電荷泵電路。由 6 腳和 4 只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生 +12v和 12v 兩個電源，提供給 RS232 串口電平的需要。 第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由 1 1 1 14 腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。 其中 13 腳（ R1IN）、 12 腳（ R1OUT）、 11 腳（ T1IN）、 14 腳（ T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。 8 腳（ R2IN）、 9 腳（ R2OUT）、 10 腳（ T2IN）、 7 腳（ T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。 TTL/CMOS 電平從 T1IN、 T2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 RS232 電平從 T1OUT、 T2OUT 送到電腦DB9插頭； DB9插頭的 RS232數(shù)據(jù)從 R1IN、 R2IN輸入轉(zhuǎn)換成 TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從 R1OUT、R2OUT 輸出。 第三部分是供電。 15 腳 GND、 16 腳 VCC（ +5v） 圖 314 MAX232 的引腳圖 按照串行通信原理， 根據(jù) RS232 串口協(xié)議和 MAX 232 芯片的引腳功能，結(jié)合STC89C52 單片機串行中斷方式 ，本設(shè)計采用串口方 式 1（ 10 位數(shù)據(jù)的異步通信 ） 來構(gòu)建山東科技大學課程設(shè)計 19 串口通信電路。電路如下圖 315 所示。 設(shè)計中 T1IN 連接 CMOS 電平的單片機的串行發(fā)送端； T1OUT 連接電腦的 RS232C串口的接收端 PCRXD；同理， R1IN 連接電腦的 RS232C 串口的發(fā)送端 PCTXD； R1OUT連接 CMOS 電平的單片機的串行接收端。當然單片機和 DB9 要共地，這是實現(xiàn)串行通信的前提條件。 CAP 1+1RRIN28CAP6CAP 25CAP 13CAP +2CAP 2+4RTOUT27ROUT29TIN210TIN111ROUT112RRIN113RTOUT114GND15VCC16U6MAX232C12CapC11CapC14CapC13CapVCC(+5v)TXDRXD162738495J1DB9C10Cap 圖 315 串口通信電路 本章對充放電控制器的原理以及具體的硬件實現(xiàn)電路進行了詳細的介紹，并對電路中使用到的芯片也予以描述，使讀者通過閱讀可以清晰的明白控 制器的設(shè)計思 路和實現(xiàn)過程。 山東科技大學課程設(shè)計 20 4 太陽能充電控制器的軟件設(shè)計 軟件設(shè)計采用 C 語言來實現(xiàn)，受 C 語言模塊化編程設(shè)計思想的啟發(fā)， 本系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計思路，即整個控制軟件由許多獨立的 子 程序 （子函數(shù)） 模塊組成，它們之間通過 函數(shù)調(diào)用實現(xiàn) 連接。既便于調(diào)試，連接，又便于移植、修改。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。 包括以下幾部分： 系統(tǒng) 主程序設(shè)計， 電壓采集轉(zhuǎn)換模塊， 顯示模塊 和異常數(shù)據(jù)存儲模塊 。 系統(tǒng)主程序設(shè)計 系統(tǒng) 主程序流程圖如圖 41 所示 。 開 始初 始 化主 函 數(shù) 和 子 函 數(shù)蓄 電 池 電 壓采 集 轉(zhuǎn) 換V b a t 0V b a t 1 4 . 5 V蓄 電 池 反 接關(guān) 閉 充 放 電 電 路停 止 充 電關(guān) 斷 負 載P W M 浮 充 充 電直 充 充 電NYYYYNNNN關(guān) 斷 負 載開 啟 充 電結(jié) 束NV b a t 1 2 VV b a t 1 0 . 8 V 圖 41 系統(tǒng) 主程序流程圖 系統(tǒng) 主程序是整個 電壓 測控系統(tǒng)中最重要的程序，是一個順序執(zhí)行的無限循環(huán)程序。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。 山東科技大學課程設(shè)計 21 電壓采集轉(zhuǎn)換模塊 為了更好理解模數(shù)轉(zhuǎn)換器的對蓄電池電壓采集轉(zhuǎn)換過程，下面 首先 對 ADC0804 的啟動和讀取時序圖予以介紹。 時序圖如圖 42 所示。 圖 42 ADC804 時序圖 如圖， 當 CS 與 WR 同時 置低， 為低電平 時， A/D 轉(zhuǎn)換器被啟動 ，且 在 WR 上升沿后，經(jīng)過 約 100 uS 后， 模數(shù)完成轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果存入數(shù)據(jù)鎖存器，同時， INTR 自動變?yōu)榈碗娖?，表示本次轉(zhuǎn)換已結(jié)束。 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。 反之，若 RD 為高電平， 三態(tài)門處于高阻狀態(tài) ，數(shù)據(jù)被鎖存 。 芯片的時序圖是對芯片的操作的關(guān)鍵依據(jù)。按照 ADC0804 芯片的時序圖 ，此模塊通過對其進行啟動和讀取操作，主要來完成對蓄電池電壓的采集轉(zhuǎn)換，并對結(jié)果進行數(shù)據(jù)處理，送給后面的顯示模塊予以顯示。 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。軟件設(shè)計中 AD 轉(zhuǎn)換模塊的流程圖 如圖 43 所示。 山東科技大學課程設(shè)計 22 開 始C S 置 低片 選 芯 片W R 置 低啟 動 A D 轉(zhuǎn) 換NN轉(zhuǎn) 換 完 成 ？Y延 時 等 待N結(jié) 束R D 置 低 電 平讀 使 能讀 取 A D轉(zhuǎn) 換 結(jié) 果轉(zhuǎn) 換 成實 際 電 壓 值 圖 43 A/D 轉(zhuǎn)換子程序 顯示模塊 通過電壓采集轉(zhuǎn)換子程序， 通過單片機處理 就可以得到蓄電池的實際電壓值，本 設(shè)計用液晶 1602 作顯示器來進行顯示。液晶 1602 通常用并行操作，作為一款顯示芯片，為了使其能夠正常的工作，首先必須對其進行初始化 ，然后按照其時序圖進行正確操作，才能夠得到滿意的顯示效果，這就是軟件設(shè)計中顯示模塊的任務。下面就 1602 的初始化指令和操作時序進行介紹。 液晶 1602 的初始化，是讓其正確顯示的前提，其初始化通常如下： EN=0。首先關(guān)閉使能，防止開始時顯示亂碼，同時為以后高脈沖寫入數(shù)據(jù)做準備。 write_(0x38)。 //設(shè)置 16X2 顯示 ,5X7 點陣 ,8 位數(shù)據(jù)接口 write_(0x0c)。//設(shè)置開顯示，不顯示光標 write_(0x06)。//寫一個字符后地址指針加 1 write_(0x01)。//顯示清零，數(shù)據(jù)指針清零 了解液晶 1602 的基本操作時序，讀懂其操作時序圖，是對其讀寫 操作 的 關(guān)鍵。 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。 圖 44 1602 液晶寫操作時序圖 分析時序圖可知，對 1602 液晶進行寫操作的流程如下： （ 1） 通過 RS 確定是寫數(shù)據(jù)還是寫操作，寫命令包括使液晶的 光標顯示 /不顯示、光標是否閃爍、需 /不需要移屏、在液晶的什么位置顯示，等等。寫數(shù)據(jù)是指要顯示什么內(nèi)容。 （ 2） 讀 /寫控制端設(shè)置為寫模式，即低電平。 （ 3） 將數(shù)據(jù)或命令送到達數(shù)據(jù)線上。 （ 4） 給使能端 E 一個高脈沖將數(shù)據(jù)送入到液晶控制器，完成寫操作。 關(guān)于時序圖中的各個延時，不同廠家生產(chǎn)的液晶延時不同，不過大多數(shù) 基本 為納秒級 ，而單片機操作最小單位為微秒級，因此在寫程序是可不做延時，不過為了使液晶運行穩(wěn)定，最好做簡短延時即可。本設(shè)計采用 C51 庫中自帶的延時函數(shù) _nop_（）（延時一個機器周期的意思）來實現(xiàn)簡短延時 。 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。 山東科技大學課程設(shè)計 24 開 始初 始 化 設(shè) 置讀 取 A D 轉(zhuǎn) 換 模 塊 處 理 結(jié)果 ， 得 到 實 際 電 壓 值分 離 出 十 位 、 個 位 和 十分 位 ， 送 給 1 6 0 2 液 晶具 體 位 置 顯 示調(diào) 用 寫 命 令 函 數(shù) ， 定 位第 一 行 顯 示 的 數(shù) 據(jù) 指 針調(diào) 用 寫 數(shù) 據(jù) 函 數(shù) ， 進 行第 一 行 數(shù) 據(jù) 顯 示調(diào) 用 寫 命 令 函 數(shù) ， 定 位第 二 行 顯 示 的 數(shù) 據(jù) 指 針調(diào) 用 寫 數(shù) 據(jù) 函 數(shù) ， 進 行第 二 行 數(shù) 據(jù) 顯 示移 屏 顯 示結(jié) 束 圖 45 電壓顯示流程圖 數(shù)據(jù)存儲模塊 在對蓄電池充放電控制過程中，會出現(xiàn)電壓值過高或過低的異常情況，很有必要對其進行存儲，作為以后分析 優(yōu)化 使用；同時我們可以按一定周期間隔性的對蓄電池電壓進行采集，然后求取電壓的平均值， 通過分析每天的平均值情況，可以大致了解蓄電池的充電情況，這對以后優(yōu)化充放電很有用。本設(shè)計用常見 E2PROM 器件 AT24C02 作為存儲器對數(shù)據(jù)進行保存記錄。 AT24C02 芯片的優(yōu)點： 采用 CI2 總線標準，串行操作 ，可以簡化硬件電路；同時具有很好的掉電保護功能。 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。 CI2 總線模擬時序圖山東科技大學課程設(shè)計 25 如圖 46 所示 。 S C LS D A啟 動 信 號 S 4 u s 4 . 7 u sS C LS D A 4 u s 4 . 7 u s終 止 信 號 P4 u sS C LS D A應 答 信 號S C LS D A初 始 化 信 號 圖 46 CI2 總線模擬時序圖 按照時序圖， 設(shè)計中為了模擬 CI2 總線通信，寫出了幾個關(guān)鍵部分的程序 ：總線初始化、啟動信號、應答信號、停止信號等。下面以啟動信號為例進行介紹。 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。 void start() //啟動信號 { sda=1。 delay1()。 scl=1。 delay1()。 sda=0。 delay1()。 } 作為存儲芯片最重要的是對其進行寫操作，下面將給出 CI2 總線 發(fā)送一個字節(jié) 的流程圖 如圖 47 所示 。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 。 山東科技大學課程設(shè)計 26 開 始時 鐘 信 號 S C L 置 低傳 送 數(shù) 據(jù) 左 移 一 位將 此 位 送 到 數(shù) 據(jù) 線 上時 鐘 信 號 置 高8 位 送 完 否 ？一 個 應 答 信 號 的 周 期結(jié) 束NY 開 始總 線 初 始 化 ，初 始 化 地 址 指 針異 常 電 壓 值 送 給 變 量 a標 志 位 是 否 有 效 ？清 除 標 志 位 ， 調(diào) 用A T 2