【正文】 頻率可以很高，非常適合作控制充放電開(kāi)關(guān)。 分析可知， 通過(guò)控制 MOSFET 管 閉合 和 斷開(kāi)的時(shí)間（即 PWM—脈沖寬度調(diào)制），就可以控制輸出電壓。 充放電電路 充放電 電路 如圖 37 所示，電路 由防反充二極管 D濾波電容 C4 和 C 穩(wěn)壓管 D續(xù)流二極管 D MOSFET 管 Q1 和 Q2 等構(gòu)成。 在對(duì)蓄電池電壓 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，一旦發(fā)現(xiàn)檢測(cè) 電壓 值連續(xù)超出閾值范圍，便 啟動(dòng)自身報(bào)警電路，即當(dāng) 電壓 超過(guò) 程序 設(shè)定的最高 值 或最低 值 時(shí)， 單片機(jī)的 引腳 (beep 端 )輸出低電平， 三極管 隨之 導(dǎo)通， 驅(qū)動(dòng) 蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。串聯(lián)的電阻的目的是為了限制通過(guò)發(fā)光二極管的電流太大而將其燒毀。工作狀態(tài)指示燈電路如圖 35 所示。初步檢查可用示波器探頭監(jiān)視 RST 引腳，按下復(fù)位鍵，觀察是否有足夠幅度的波形輸出 (瞬時(shí)的 )，還可以通過(guò)改變復(fù)位電路 電阻和電 容值進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 復(fù)位電路雖然簡(jiǎn)單，但其作用非常重要。 本系統(tǒng)采用的是上電 +電平按鈕復(fù)位，上電復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為 擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。 12C633PFC733PFXTAL1XTAL2C810uFR1510KVCCRESTR141KS1SWPB 圖 33 時(shí)鐘電路 圖 34 復(fù)位電路 山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 10 （ 2）復(fù)位電路 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。 時(shí)鐘電路如圖 33 所示。 （ 1）時(shí)鐘電路 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，此放大器的輸入 端 和輸出端分別是引腳 XTAL1 和 XTAL2，在 XTAL1 和 XTAL2 上外接時(shí)鐘源即可構(gòu)成時(shí)鐘電路， CPU的所有操作均在 時(shí)鐘脈沖同步下進(jìn)行。 單片機(jī)的 最小系統(tǒng) 及 擴(kuò)展電路 單片機(jī)是系統(tǒng)的主控芯片，為了使整個(gè)電路得到很好的控制，首先必須構(gòu)建最小系統(tǒng)是單片機(jī)可以工作起來(lái)。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令， EA 應(yīng)該接 VCC。 （ 4） EA /VPP： 訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。 （ 3） PSEN ：外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào) (PSEN )是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。否則， ALE 將被微弱拉高。 如果需要，通過(guò)將地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位置 “ 1” ， ALE 操作將無(wú)效。在 flash 編程時(shí)，此引腳 (PROG )也用作編程輸入脈沖。 DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。看門(mén)狗計(jì)時(shí)完成后， RST 腳輸出 96 個(gè)晶振周期的高電平。 EA/VP31XTAL119XTAL218RESET9P37/RD17P36/WR16P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P10/T21P11/T2 EX2P123P134P145P15/MOSI6P16/MISO7P17/SCK8P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P20(A8)21P21(A9)22P22(A1023P23(A11)24P24(A12)25P25(A13)26P26(A14)27P27(A15)28PSEN29ALE/P30P31/TXD11P30/RXD10 圖 32 STC89C52 引腳圖 這里僅詳細(xì)介紹編程引腳 ： （ 1） RST：復(fù)位輸入。 （ 3） I/O 口引腳。 （ 2） 編程控制引腳。 按其功能類(lèi)別將它們分為三類(lèi)： （ 1）電源和時(shí)鐘引腳 。 而且 STC89C52 的工作頻率很寬，可以在 0~35MHz 之間選擇，芯片具有超強(qiáng)抗干擾性，加密性強(qiáng) 。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。另外， STC89C52 具有低功耗設(shè)計(jì)， 支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。 。 使用 STC 公司高密度非易失性 高加密性 存儲(chǔ)器技術(shù)制造 ， 與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容 。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路 模塊 ，使得當(dāng)電壓出現(xiàn)異常時(shí)，讓蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)把異常電壓 值通過(guò) I2C 總線(xiàn)存放在 E2PROM中，作為以后分析使用。 VCCGNDPWMFUZAI充放電模塊充放電電路 .SchDocVCCGNDPWMFUZAIAD[0..7]CSADWRRD2728TXDRXD控制器和顯示模塊STC 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) .SchDocVCCGNDAD[0..7]CSADWRRDAD 模塊AD 轉(zhuǎn)換 .SchDocVCCGNDSCKSDA數(shù)據(jù)保存模塊E2PROM 存儲(chǔ)電路 .SchDocVCCGNDPCRXDPCTXD串口調(diào)試模塊RS232 串口通信 .SchDoc圖 31 系統(tǒng) 原理圖 最后通過(guò)通信模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送和保存。首先 采用并聯(lián)分壓方式對(duì)蓄電池電壓采集后，送到 AD 模塊中的 A/D 轉(zhuǎn)換 器進(jìn)行轉(zhuǎn)換 得到一個(gè)數(shù)字信號(hào)的電壓值，再將 此 信號(hào) 送入到 控制模塊中 單片機(jī)進(jìn)行處理 ； 然后 在軟件程序 控制下， 單片機(jī)輸出 控制信號(hào) 送到充放電模塊中， 經(jīng)光耦 驅(qū)動(dòng)電路 來(lái) 控制 MOSFET。 下面先從系統(tǒng) 層次原理圖入手，對(duì)系統(tǒng)原理進(jìn)行詳細(xì)的分析，然后再對(duì) 具體 電路 地進(jìn)行一一介紹。 山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 7 3 太陽(yáng)能充電控制器的 硬件電路設(shè)計(jì) 在整體方案的指導(dǎo)下，依據(jù)工程設(shè)計(jì)的常見(jiàn)思路，本論文從硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面入手，運(yùn)用模塊化的設(shè)計(jì)方法去進(jìn)行控制器的設(shè)計(jì)。同時(shí)提出了時(shí)刻在線(xiàn)檢測(cè)蓄電池電壓的放電控制方法，避免蓄電池發(fā)生過(guò)放現(xiàn)象，保護(hù)蓄電池。整體方案設(shè)計(jì)，講述了光伏發(fā)電技術(shù)中最重要部分控制器和蓄電池的作用，控制器主要負(fù)責(zé)控制太陽(yáng)能極板對(duì)蓄電池的充電以及控制蓄電池對(duì)負(fù)載的供電 。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖 24 所示。單片機(jī) 在軟件程序的控制下 輸出 PWM 控制信號(hào)， 經(jīng)光耦驅(qū)動(dòng) MOSFET 管 開(kāi)啟 與 關(guān)閉 來(lái)控制 充放電 電路。 控制器的 整體設(shè)計(jì)方案 通過(guò)對(duì) 應(yīng)用實(shí)例的分析，更加明確太陽(yáng)能充電控制器的在系統(tǒng)中重要性和作用，同時(shí)山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 6 依照其功能要求和改進(jìn)的控制策略，最后確定了整體設(shè)計(jì)方案。 輸出電壓波形如圖 23 所示。脈寬調(diào)制方式是指在固定時(shí)鐘頻率下，通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)的通斷時(shí)間來(lái)控制信號(hào)的占空比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的調(diào)整。充電脈沖使 蓄電池充滿(mǎn)電量，而間歇期使蓄電池經(jīng)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣和氫氣有時(shí)間 重新化合而被吸收掉，從而 減輕了蓄電池的內(nèi)壓，使下一輪的充電能夠更加順利地進(jìn)行，使蓄電池可以吸收更多的電量。這種充電法不僅遵循蓄電池固有的充電接受率，而且能夠提高蓄電池充電接受率，這也是蓄電池充電理論的進(jìn)一步發(fā)展。 （ 2） 改進(jìn)的充放電方式 針對(duì)目前市場(chǎng)上控制器的主要問(wèn)題是由于對(duì)于 蓄電池的保護(hù)不夠充分，不合適的充電方式容易導(dǎo)致蓄電池的損壞，同時(shí) 通過(guò)對(duì)蓄電池的工作原理和對(duì)影響蓄電池使用壽命因素的 分析，本論文提出了 PWM (Pulse Width Modulation)脈寬調(diào)制充電方法。由于充電初期蓄電池電動(dòng)勢(shì)較低，充電電流很大，隨著充電的進(jìn)行，電流將逐漸減少。階段充電法這種方法雖然可以將出氣量減到最少，但作為一種快速充電方法 使用，實(shí)際應(yīng)用中受到一定的限制。 這種充電方法包括二階段充電法和三階段充電法。這種充電控制方法簡(jiǎn)單，但由于電池的可接受電流能力是隨著充電過(guò)程的進(jìn)行而逐漸下降的，到充電后期，充電電流多用于電解水，產(chǎn)生氣體，使出氣過(guò)多，影響蓄電池的使用壽命。 （ 1） 蓄電池常規(guī)充放電方式 目前，控制器常規(guī) 的蓄電池充電法包括三種：恒流充電法、階段充電法和恒壓充電法。根據(jù)蓄電池的工作原理，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，影響鉛酸蓄電池壽命的主要因素有：充電電壓的設(shè)置、過(guò)放控制點(diǎn)的設(shè)置、溫度、運(yùn)行環(huán)境等?？刂破魍瑫r(shí)負(fù)責(zé)蓄電池是否對(duì)負(fù)載供電，當(dāng)蓄電池的電壓在正常范圍內(nèi)時(shí)，控制器控制開(kāi)關(guān)接通，蓄電池給負(fù)載供電；當(dāng)蓄電池的電壓處于欠壓或是過(guò)放狀態(tài)時(shí)，控制器控制開(kāi)關(guān)截止，蓄電池停止對(duì)負(fù)載的供電，在這個(gè)過(guò)程中控制器起著至關(guān)重要的作 用，保護(hù)負(fù)載和蓄電池。 （ 3） 充電控制器 一般太陽(yáng) 能極板輸出電壓的不穩(wěn)定，不能直接應(yīng)用于負(fù)載，需要將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芎蟠鎯?chǔ)到儲(chǔ)能設(shè)備如蓄電池中，而控制器在這個(gè)過(guò)程中起著樞紐作用 ， 其性能的好壞將會(huì)直接影響實(shí)際應(yīng)用的使用效果。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池的主要作用有：儲(chǔ)存能量、對(duì)太陽(yáng)能極板的工作電壓的進(jìn)行鉗位、 給負(fù)載 提供啟動(dòng)電流等。 工作原理搞懂了之后，接著看蓄電池在整個(gè)系統(tǒng)中的 作用 。分析可知，蓄電池的充電過(guò)程和放電過(guò)程是可逆的。 一般鉛酸蓄電池是由正極板、負(fù)極板、隔板、電池槽、電解液和接線(xiàn)端子等部分組成，極板 主要有鉛制成 ，電解液是硫酸溶液。 山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 4 圖 22 太陽(yáng)能電池產(chǎn)生光伏效應(yīng) （ 2） 蓄電池 這里首 先介紹 蓄電池工作原理 。光照在半導(dǎo)體 P/N 結(jié)上， 就會(huì)在其兩端產(chǎn)生光生電壓， 當(dāng)外部接通電路時(shí)，在該電壓的作用下，將會(huì)有電流流過(guò)外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。 （ 1） 太陽(yáng)能 電池板 如圖 22 所示，太陽(yáng)能電池板 是利用半導(dǎo)體光伏效應(yīng)制成的，能夠直接將太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)換成電能的器件。 太 陽(yáng) 能 電 池 板 蓄 電 池 照 明 電 路充 電 控 制 器 圖 21 太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 從圖 21 中可以看出，太陽(yáng)能極板陣列將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能并將電能存儲(chǔ)到蓄電池中，蓄電池再將存儲(chǔ)的電能輸出給照明電路供電，完成能量的傳遞。 太陽(yáng) 能路燈系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)主要針對(duì)直流 照明 路燈進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，所以構(gòu)成太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)主要有四大部分組成，即太陽(yáng)能極板、蓄電池、充電控制器、照明電路。 山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 3 2 太陽(yáng)能充電控制器的總體設(shè)計(jì)方案 在確定 設(shè)計(jì) 方案之前， 需要結(jié)合 應(yīng)用實(shí)例，進(jìn)行 一定的綜合分析， 更加 明確 控制器的作用 ，最后 來(lái) 確定 整體方案。 （ 4）當(dāng)蓄電池處于浮充充電狀態(tài) 時(shí)電壓值控制在 左右。 （ 1） 要能自動(dòng)檢測(cè)太陽(yáng)能電池板電壓是否高于蓄電池電壓，若高于蓄電池 電壓，則可開(kāi)啟充電；若低于蓄電池電壓，則不能開(kāi)啟充電，否則蓄電池電流會(huì)反向流向太陽(yáng)能電池板而造成點(diǎn)亮損耗。 設(shè)計(jì)主要任務(wù) 本設(shè)計(jì)研究確定了一種基于 STC 單片機(jī)的太陽(yáng)能充放電控制器的方案，在太陽(yáng)能對(duì)蓄電池的充電方式、控制器的功能要求和 電路保護(hù) 方面做了分析，完成了 系統(tǒng) 硬件電路設(shè)計(jì)和 軟件編程 ，實(shí)現(xiàn)了對(duì)蓄電池的科學(xué)管理，并將充 放 電控制器應(yīng)用于太陽(yáng)能路燈 或其他負(fù)載，實(shí)現(xiàn)了控制 功能。 另一方面， 當(dāng)蓄電池給負(fù)載供電時(shí)， 由于控制器不能 時(shí)刻檢測(cè)蓄電池 的電壓，這樣很容易發(fā)生蓄電池的過(guò)放電，將會(huì)導(dǎo)致蓄電池的深度放電， 嚴(yán)重影響其壽命。 目前，控制器常用的蓄電池 充電法包括三種：恒流充電法、階段充電法和恒壓充電法。同時(shí)太陽(yáng)能充放電控制器還控制蓄電池對(duì)負(fù)載的供電，保護(hù)蓄電池和負(fù)載電路，避免蓄電池發(fā)生過(guò)放現(xiàn)象，由此可見(jiàn)，控制器具有舉足輕重的作用。但只有當(dāng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)工作過(guò)程中保持蓄電池沒(méi)有過(guò)充電，也 沒(méi)有過(guò)放電，才能使蓄電池的使用壽命延長(zhǎng)，效率也得以提高，因此 必須 對(duì)工作過(guò)程加以研究 分析 而予以控制，這種情況下太陽(yáng)能充電控制器應(yīng)運(yùn)而生。目前太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝置已廣山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 2 泛應(yīng)用于通訊，交通，電力等各個(gè)方面。 太陽(yáng)能充放電控制器現(xiàn)狀 （ 1） 太陽(yáng)能光伏發(fā)電 太陽(yáng)能作為新能源有著巨大的優(yōu)勢(shì)，所以世界各國(guó)都在努力研發(fā)新技術(shù)進(jìn)行獲取，比較成熟的是太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)。為了更高效的利用太陽(yáng)能，白天 可 將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，利用蓄電池將電能儲(chǔ)存起來(lái)，需要用電時(shí)即可由蓄電池供電。年日照時(shí)數(shù)在 2200 小時(shí)以上的地區(qū)約占國(guó)土面積的 2／ 3 以上。 我國(guó)幅員遼闊，有著十分豐富的太陽(yáng)能資源。 （ 4） 巨大性。 （ 3） 長(zhǎng)久性。 （ 2） 無(wú)害性。 而且太陽(yáng)輻射能與煤炭、石油等常規(guī)能源 相比較， 更有 如下的優(yōu)點(diǎn)： （ 1） 普遍性。而太陽(yáng)能則 不同，任何自家用戶(hù)只要找到一個(gè)有陽(yáng)光照射到的窗戶(hù)都可以裝置太陽(yáng)能極板作輔助能源，幾百元投資便可以架設(shè)。 新 能源包括水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等。 同時(shí)，以煤、石油作為燃料在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的有害物質(zhì)已經(jīng)開(kāi)始造成全球變暖，即“溫室效應(yīng) ，人類(lèi)的生活將會(huì)由此受到很大的威脅。山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) III 目 錄 1 緒論 ........................................................................................................................