【正文】 沖量指窄脈沖的面積。 當(dāng)蓄電池電壓 處于正常情況下，單片機(jī)控制的充電驅(qū)動三極管管 Q1（ 2N5551）為高電平導(dǎo)通，三極管 Q1導(dǎo)通，此時太陽能電板向蓄電池恒流充電；當(dāng)蓄電池電壓達(dá)到 5V時，單片機(jī)控制充電驅(qū)動 Q1為低電平時， Q1截止，通過控制占空比，使 Q1實(shí)現(xiàn)通斷控制，此時處于恒壓浮充狀態(tài)；當(dāng)電流下降到某值時，進(jìn)行恒流充電；但蓄電池電壓達(dá)到設(shè)定的過充點(diǎn)5V時，再進(jìn)行恒壓涓流充電；涓流小到某一值，單片機(jī)控制的充電驅(qū)動 Q1進(jìn)行短路保護(hù)；當(dāng)蓄電池電壓下降到某設(shè)定值時， Q1重新導(dǎo)通，恢復(fù)為正常充電狀態(tài)。 控制器充放電電路 （ 1）充放電電路圖如圖 39所示。隨著充電的進(jìn)行，電池電壓逐漸升高。如果電壓高于 5V就不必進(jìn)行這個步驟。 鋰蓄電池的充電曲線如圖 38所示。當(dāng)蓄電池放電到一定程度時，應(yīng)停止放電，防止過放電減少蓄電 池壽命 。過充電程度也隨季節(jié)天氣變化，在冬季，蓄電池可能從沒充滿過，在夏天，蓄電池可能經(jīng)常是滿的。在天氣晴朗的夏日，蓄電池放電深度小 。 影響蓄電池壽命的因素有 :放電深度，過充電程度等。此外，鋰電池似乎沒有記憶效應(yīng)以及不含有毒物質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)。鋰電池具有重量輕容量大無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，因而得到普遍應(yīng)用。如果用戶把充電池接反了電路會實(shí)現(xiàn)自動報警來提醒用戶。由 單片機(jī)根據(jù)采集到的充放電電壓電流參數(shù)，發(fā)出各種摔制信號，實(shí)現(xiàn)充放電控制，使充放電系統(tǒng)能穩(wěn)定有效地運(yùn)行 。采用 PWM 脈沖調(diào)制控制保護(hù)技術(shù) 。 齊魯工業(yè)大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 圖 36震蕩電路 單片機(jī)最小系統(tǒng)整體電路圖如圖 37 所示。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。單片機(jī)晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為壓控振蕩器（ VCO）。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對精度可達(dá)百萬分之五十。如 圖35所示。復(fù)位電平的持續(xù)時間必須大于單片機(jī)的兩個機(jī)器周期。 齊魯工業(yè)大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 圖 34電源供電模塊 2）復(fù)位電路 單片機(jī)復(fù)位電路原理是在單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST 上外接電阻和電容，實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。 51 單片機(jī)雖然使用時間最早、應(yīng)用范圍最廣，但是在實(shí)際使用過程中，一個和典型的問題就是相比其他系列的單片機(jī)， 51 單片機(jī)更容易受到干擾而出現(xiàn)程序跑飛的現(xiàn)象，克服這種現(xiàn)象出現(xiàn)的一個重要手段就是為單片機(jī)系統(tǒng)配置一個穩(wěn)定可靠的電源供電模塊。 設(shè)計思路 （ 1）單片機(jī)最小系統(tǒng)介紹 單片機(jī)最小系統(tǒng)主要由電源、復(fù)位、振蕩電路以及擴(kuò)展部分等部分組成。仿真器與 STC12C5410AD 經(jīng)串口連接。同時， STC12C5410AD 的片內(nèi)己集成了程序斷點(diǎn)控制等邏輯功能。 （ 5）有配套的仿真開發(fā)工具 STC12C5412AD 的 Flash 存儲器給用戶的開發(fā)帶來方便。上電復(fù)位后 P1口是弱上拉型的 I/O 口，可以通過軟件設(shè)置將 8路中的任何一路設(shè)置為 A/D轉(zhuǎn)換，不需作為 A/D 使用的口可繼續(xù)作為 I/O 口使用。 （ 4） AD 模數(shù)轉(zhuǎn)換寄存器 STC12C5412AD 單片機(jī)的 A/D轉(zhuǎn)換口在 P1 口 ()，有 8路 10 位高速A/D 轉(zhuǎn)換器， STC12C5410AD 系列是 12 位精度的 A/D，速度均可達(dá)到 100KHz。這種方式的下拉與準(zhǔn)雙向口相同。 4）開漏輸出配置 當(dāng)口線鎖存器為 0時，開漏輸出關(guān)閉所有上拉晶體管。推挽模式一般用于需要更大驅(qū)動電流的情況 。當(dāng)發(fā)生這種情況時，強(qiáng)上拉打開約 2 個齊魯工業(yè)大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 機(jī)器周期以使引腳能夠迅速地上拉到高電平。 第 3 個上拉晶體管稱為“強(qiáng)上拉”。 第 2 個上拉晶體管，稱為“極弱上拉”，當(dāng)口線鎖存為 1 時打開。此上拉提供基本驅(qū)動電流使準(zhǔn)雙向口輸出為 1。準(zhǔn)雙向口有 3個上拉晶體管適應(yīng)不同的需要。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。 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。要使能 PWM 模式，模塊 CCAPMn 寄存器的 PWMn 和 ECOMn 位必須置位。當(dāng) CL 的值由 FF變?yōu)?00溢出時， {EPCnH, CCAPnH}的內(nèi)容裝載到 {EPCnL,CCAPnL}中。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)。輸出頻率取決于 PCA 定時器的時鐘源。 Flash 可用于程序數(shù)據(jù)保存，實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)， Flash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”。 Flash 存儲器主要用作程序存儲，可經(jīng)計算機(jī)串口接口下載程序 。 圖 32 STC12C5408DA管腳 STC12C5408DA 管腳說明如圖 33 所示。它們區(qū)別在于 Flash 的容量大小，本設(shè)計所用到的 STC12C5412AD 的 Flash 容 量為 10K。 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。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)）； 齊魯工業(yè)大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 （ 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： 精度不高時，可選擇使用內(nèi)部時鐘，但因?yàn)橛袦仄瑧?yīng)認(rèn)為是； （ 12）共 2個 16位定時器 /計數(shù)器； （ 13） PWM(4 位 )/PCA（可編程計數(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— 32 STC12C5410AD 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。 （ 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]。易碎；此外。目前市場上層壓組件最大規(guī)格有 220W，最小的有 5W。這是因?yàn)橐粋€電池片所能提供的電流和電壓（僅 左右）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。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。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]。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 。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。延長整個太陽能系統(tǒng)的使用年限。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。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)。 本章小 結(jié) 通過了解太陽能電池原理、分類和保護(hù)。 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。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)行指令的齊魯工業(yè)大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 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。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。指令寄存器是用來保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。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。通過輸入輸出接口電路，實(shí)現(xiàn)與各種外圍設(shè)備連接。微處理器內(nèi)通過內(nèi)部總線把 ALU、計數(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。 （ 2） 控制器 控制器由程序計數(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。 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。 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。 單片機(jī)基本結(jié)構(gòu) （ 1）運(yùn)算器 運(yùn)算器由運(yùn)算部件 算術(shù)邏輯單元（ Arithmetic amp。 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) 。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！ 齊魯工業(yè)大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 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)沒有家用計算機(jī)那樣的 CPU，也沒有像硬盤那樣的海量存儲設(shè)備。 單片機(jī)是靠程序的，并且可以修改。 圖 26 不同溫度下的 IV特性曲線 圖 27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?？梢钥闯觯瑴囟葘μ柲茈姵仃嚵械妮敵鲭娏饔绊懖淮螅珜λ妮敵鲩_路電壓影響較大。雖然日照的變化對陣列的輸出開路電壓影響不是那么大，但對為電流與電壓相乘的結(jié)果最大輸出功率來說，變化顯著，如圖 25中虛線與各實(shí)線的交點(diǎn)所示。圖 2圖 25 分別是太陽能電池陣列在溫度為 25℃時，不同日照 (S)下表現(xiàn)出的電流 電壓 (IV)和功率 電 壓 (PV)特性。它表示最大輸出功率的值占以 UOC和 ISC為邊長的矩形面積的百分比，填充因子是表征光電池的輸出特性好壞的重要參數(shù)之一。如果在一定光照下的IV特性曲線是理想的矩形，那么 Im和 Vm乘積就等于 ISC和 UOC的乘積。因?yàn)樗芴柲茈姵貎?nèi)部等效的串、并聯(lián)電阻的影響，其特性方程由公式可知一個超越指數(shù)方程，無法用線性方程表示，具有