【正文】 據(jù)太陽(yáng)能電池輸出特性和蓄電池的特性，設(shè)計(jì)蓄電池的充/放電控制方法。以8031為核心的單片機(jī)占據(jù)了半壁江山，在一定的時(shí)期內(nèi)，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個(gè)單片機(jī)一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補(bǔ)，相輔相成、共同發(fā)展的道路。甚至單片機(jī)廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機(jī)芯片。所以這種工藝將是今后一段時(shí)期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑?？v觀單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程，可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，大致有：低功耗CMOS化MCS51系列的80C51推出時(shí)的功耗達(dá)120mW，而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在100mW左右，隨著對(duì)單片機(jī)功耗要求越來(lái)越低，現(xiàn)在的各個(gè)單片機(jī)制造商基本都采用了CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。當(dāng)前，8位單片機(jī)主要用于工業(yè)控制，如溫度、壓力、流量、計(jì)量和機(jī)械加工的測(cè)量和控制場(chǎng)合；高效能的16位單片機(jī)（如MCS9MK68200）可用在更復(fù)雜的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。單片機(jī)是所有微處理機(jī)中性價(jià)比最高的一種，隨著種類的不斷全面，功能不斷完善，其應(yīng)用領(lǐng)域也迅速擴(kuò)大。單片機(jī)是70年代中期發(fā)展起來(lái)的一種大規(guī)模集成電路芯片，是CPU、RAM、ROM、I/O接口和中斷系統(tǒng)集成于同一硅片的器件。單片機(jī)也被稱為微控制器(Microcontroller)，由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來(lái)。同時(shí)集成諸如通訊接口、定時(shí)器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。 單片機(jī)發(fā)展前景單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。由于太陽(yáng)能存在上述的優(yōu)勢(shì)，光伏發(fā)電在世界范圍內(nèi)受到高度的重視，發(fā)展很快。太陽(yáng)能不用燃料，運(yùn)行成本很小，并且發(fā)電部件不易損壞，維護(hù)簡(jiǎn)單； 利用場(chǎng)合廣泛和靈活，既可以獨(dú)立于電網(wǎng)運(yùn)行，也可以與電網(wǎng)并行運(yùn)行； 可作為電力用戶供電可靠或提高電能質(zhì)量的不停電電源； 接近負(fù)載中心，減少電網(wǎng)的線損； 發(fā)電的效率不隨發(fā)電規(guī)模的大小而變； 就地可去，無(wú)需運(yùn)輸。光伏發(fā)電是利用光伏電池這種半導(dǎo)體器件吸收太陽(yáng)光輻射，使之轉(zhuǎn)化成電能的直接發(fā)電形式，光伏發(fā)電當(dāng)今太陽(yáng)能發(fā)電的主流。 光伏發(fā)電的特點(diǎn)太陽(yáng)能利用可分為熱利用和光伏發(fā)電兩種方式，熱利用主要在采暖領(lǐng)域多，形式比較單一；而光伏發(fā)電可以把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為當(dāng)今最普遍的能源利用形式——電能，從而具有熱利用不可比擬的優(yōu)勢(shì)。其他領(lǐng)域包括：[1]與汽車配套：太陽(yáng)能汽車/電動(dòng)車、電池充電設(shè)備、汽車空調(diào)、換氣扇、冷飲箱等；[2]太陽(yáng)能制氫加燃料電池的再生發(fā)電系統(tǒng)；[3]海水淡化設(shè)備供電；[4]衛(wèi)星、航天器、空間太陽(yáng)能電站等。光伏電站：10KW50MW 獨(dú)立光伏電站、風(fēng)光互補(bǔ)電站、各種大型停車廠充電站等。石油、海洋、氣象領(lǐng)域：石油管道和水庫(kù)閘門陰極保護(hù)太陽(yáng)能電源系統(tǒng)、石油鉆井平臺(tái)生活及應(yīng)急電源、海洋檢測(cè)設(shè)備、氣象/水文觀測(cè)設(shè)備等。交通領(lǐng)域：如航標(biāo)燈、交通/鐵路信號(hào)燈、交通警示/標(biāo)志燈、路燈、高空障礙燈、高速公路/鐵路無(wú)線電話亭、無(wú)人值守道班供電等。目前雖已用模型飛機(jī)實(shí)現(xiàn)了短距離、短時(shí)間、小功率的微波無(wú)線輸電，但離真正實(shí)用還有漫長(zhǎng)的路程。但這需要解決向地面無(wú)線輸電問(wèn)題。 另一是天上發(fā)電方案。 %或全部沙漠的 %，甚至才是撒哈拉沙漠的 % 。準(zhǔn)備利用地面上沙漠和海洋面積進(jìn)行發(fā)電，并通過(guò)超導(dǎo)電纜將全球太陽(yáng)能發(fā)電站聯(lián)成統(tǒng)一電網(wǎng)以便向全球供電。太陽(yáng)能發(fā)電有更加激動(dòng)人心的計(jì)劃。北華大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文課題名稱：智能高效太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)專 業(yè)： 姓 名： 班級(jí)學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師： 二○一二年 五 月 十五 日 太陽(yáng)能充、放電控制器設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄第1章 緒論 1 課題研究背景 1 本課題研究的主要內(nèi)容 4第2章 太陽(yáng)能電池的研究和分析 5 太陽(yáng)能電池的原理 5 太陽(yáng)能電池的分類 5 太陽(yáng)能電池的等效電路 6 太陽(yáng)能電池板的主要參數(shù) 7 本章小結(jié) 11第3章 蓄電池充電技術(shù)研究 12 蓄電池的一般特性 12 太陽(yáng)能蓄電池充電技術(shù)研究 15 本章小結(jié) 18第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 19 19 20 單片機(jī)的防干擾技術(shù) 28 本章小結(jié) 31第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 32 protues仿真 32 keil程序調(diào)試 33 35 37結(jié)論 38參考文獻(xiàn) 39致 謝 40附錄 4163第1章 緒論 課題研究背景 太陽(yáng)能發(fā)電太陽(yáng)能是一種干凈的可再生的新能源，越來(lái)越受到人們的重視，在人們生活、工作中有廣泛的作用， 其中之一就是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，太陽(yáng)能電池就是利用太陽(yáng)能工作的。而太陽(yáng)能熱電站的工作原理則是利用匯聚的太陽(yáng)光，把水燒至沸騰變?yōu)樗魵?，然后用?lái)發(fā)電。一是日本提出的創(chuàng)世紀(jì)計(jì)劃。據(jù)測(cè)算，到2000年、2050年、2100年，即使全用太陽(yáng)能發(fā)電供給全球能源，占地也不過(guò)為 、 、。因此這一方案是有可能實(shí)現(xiàn)的。早在1980年美國(guó)宇航局和能源部就提出在空間建設(shè)太陽(yáng)能發(fā)電站設(shè)想，準(zhǔn)備在同步軌道上放一個(gè)長(zhǎng)10公里、寬5公里的大平板，上面布滿太陽(yáng)電池，這樣便可提供500萬(wàn)千瓦電力?，F(xiàn)已提出用微波束、激光束等各種方案。 　隨著我國(guó)技術(shù)的發(fā)展，在2006年，中國(guó)有三家企業(yè)進(jìn)入了全球前十名，標(biāo)志著中國(guó)將成為全球新能源科技的中心之一，世界上太陽(yáng)能光伏的廣泛應(yīng)用，導(dǎo)致了目前缺乏的是原材料的供應(yīng)和價(jià)格的上漲，我們需要將技術(shù)推廣的同時(shí)，必須采用新的技術(shù)，以便大幅度降低成本，為這一新能源的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展提供原動(dòng)力！ 太陽(yáng)能的應(yīng)用領(lǐng)域 用戶太陽(yáng)能電源：[1]小型電源10100W不等，用語(yǔ)邊遠(yuǎn)無(wú)電地區(qū)如高原、海島、牧區(qū)、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、電視、收錄機(jī)等；[2]35KW家庭屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；[3]光伏水泵：解決無(wú)電地區(qū)的深水井飲用、灌溉。通訊/通信領(lǐng)域：太陽(yáng)能無(wú)人值守微波中繼站、光纜維護(hù)站、廣播/通訊/尋呼電源系統(tǒng)；農(nóng)村載波電話光伏系統(tǒng)、小型通信機(jī)、士兵GPS 供電等。家庭燈具電源：如庭院燈、路燈、手提燈、野營(yíng)燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節(jié)能燈等。太陽(yáng)能建筑：將太陽(yáng)能發(fā)電與建筑材料相結(jié)合，使得未來(lái)的大型建筑實(shí)現(xiàn)電力自給，是未來(lái)一大發(fā)展方向。目前美國(guó)、歐洲各國(guó)特別是德國(guó)及日本、印度等都在大力發(fā)展太陽(yáng)電池應(yīng)用，開始實(shí)施的十萬(wàn)屋頂計(jì)劃、百萬(wàn)屋頂計(jì)劃等，極大地推動(dòng)了光伏市場(chǎng)的發(fā)展，前途十分光明。太陽(yáng)能發(fā)電又分為光電發(fā)電、光化學(xué)發(fā)電、光感應(yīng)發(fā)電和光生物發(fā)電。與常規(guī)發(fā)電和其他綠色發(fā)電技術(shù)相比，光伏發(fā)電系統(tǒng)具有如下的優(yōu)勢(shì)： 是真正的無(wú)污染排放、不破壞環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展的綠色能源。光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)周期短，由于是模塊化安裝，不僅可用于小到太陽(yáng)能計(jì)算器的幾個(gè)毫伏，大到數(shù)十兆瓦的光伏電站，而且可以根據(jù)負(fù)荷的增減，任意添加或減少太陽(yáng)電池容量，既方便靈活，又避免了浪費(fèi)。但是，目前光伏發(fā)電與電網(wǎng)供電的比較，光伏發(fā)電價(jià)格還比較高，不過(guò)其維修費(fèi)用很少，隨著發(fā)電量的增加，其價(jià)格會(huì)下降，優(yōu)勢(shì)才逐漸體現(xiàn)出來(lái)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會(huì)具有外存。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。單片機(jī)用于控制有利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制的最小化和單片化，簡(jiǎn)化一些專用接口電路，如編程計(jì)數(shù)器、鎖相環(huán)（PLL）、模擬開關(guān)、A/D和D/A變換器、電壓比較器等組成的專用控制處理功能的單板式微系統(tǒng)。單片機(jī)在智能儀表、實(shí)時(shí)控制、機(jī)電一體化、辦公機(jī)械、家用電器等方面都有相當(dāng)?shù)膽?yīng)用領(lǐng)域?？梢哉f(shuō)，微機(jī)測(cè)控技術(shù)的應(yīng)用已滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門，微機(jī)測(cè)控技術(shù)的應(yīng)用是產(chǎn)品提高檔次和推陳出新的有效途徑。CMOS雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點(diǎn)，更適合于在要求低功耗像電池供電的應(yīng)用場(chǎng)合。微型單片化常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(RAM)、只讀程序存儲(chǔ)器(ROM)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時(shí)電路、時(shí)鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW(脈寬調(diào)制電路)、WDT(看門狗)、有些單片機(jī)將LCD(液晶)驅(qū)動(dòng)電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多，功能就越強(qiáng)大。主流與多品種共存現(xiàn)在雖然單片機(jī)的品種繁多，各具特色，但仍以MCS51為核心的單片機(jī)占主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有PHILIPS公司的產(chǎn)品，ATMEL公司的產(chǎn)品和中國(guó)臺(tái)灣的WinBond系列單片機(jī)。 本課題研究的主要內(nèi)容 分析太陽(yáng)能電池板和蓄電池的特性。 畫出電路圖，并生成相應(yīng)的PCB。第2章 太陽(yáng)能電池的研究和分析 太陽(yáng)能電池的原理太陽(yáng)能光伏電池表面有一層金屬薄膜似的半導(dǎo)體薄片。被吸收的光，當(dāng)然有一些變成熱，另一些光子則同組成半導(dǎo)體的原子價(jià)電子碰撞，于是產(chǎn)生電子——空穴對(duì)。薄片的另一側(cè)和金屬薄膜之間將產(chǎn)生一定的電壓，這一現(xiàn)象稱為光伏效應(yīng)。對(duì)于半導(dǎo)體PN結(jié)，光伏效應(yīng)更明顯。太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一個(gè)大面積二極管，其基本特性也與二極管類似。半導(dǎo)體內(nèi)在P型和N型交界面兩邊形成勢(shì)壘電場(chǎng)，能將電子驅(qū)向N區(qū)，空穴驅(qū)向P區(qū)，從而使得N區(qū)有過(guò)剩的電子，P區(qū)有過(guò)剩的空穴，在PN結(jié)附近形成與勢(shì)壘電場(chǎng)方向相反的光生電場(chǎng)。若分別在P型層和N型層焊上金屬引線，接通負(fù)載，外電路則有電流通過(guò)。這樣，太陽(yáng)的光能就直接變成了可付諸實(shí)用的電能。 太陽(yáng)能電池的分類目前，有許多材料可以用來(lái)做太陽(yáng)能光伏電池的半導(dǎo)體層，但是能產(chǎn)生高能量轉(zhuǎn)換效率的光伏材料并不多。從對(duì)太陽(yáng)能光吸收效率、能量轉(zhuǎn)換效率、制造技術(shù)的成熟與否以及制造成本等多個(gè)因素來(lái)看，每種光伏材料各有其有缺點(diǎn)。這里采用的是硅太陽(yáng)能電池。在電池制作中，一般都采用表面織構(gòu)化、發(fā)射區(qū)鈍化、分區(qū)摻雜等技術(shù)。多晶硅薄膜電池所使用的硅遠(yuǎn)較單晶硅少，又無(wú)較大效率衰退問(wèn)題，并且有可能在廉價(jià)襯底材料上制備，其成本遠(yuǎn)低于單晶硅電池，而效率高于非晶硅薄膜電池，電池效率達(dá)12%左右。 太陽(yáng)能電池的等效電路光伏電池受光的照射便產(chǎn)生電流。目前使用的光伏電池可看作PN結(jié)型二極管，因?yàn)樵诠獾恼丈湎庐a(chǎn)生正向偏壓，所以在PN結(jié)為理想狀態(tài)的情況下，可根據(jù)圖21表示的等效電路來(lái)考慮。 (21)當(dāng)I=0時(shí)，可以得到太陽(yáng)能電池的開路電壓 (22)其中為電池單元輸出電流；為PN結(jié)電流(A)；為二極管的反向飽和電流(A)；為外加電壓(V)；q是單位電荷(庫(kù)侖)；K是玻耳茲曼常數(shù)()；是絕對(duì)溫度()；為二極管指數(shù)。同時(shí)，由于電池邊沿的漏電，在電池的微裂痕、劃痕等處形成的金屬橋漏電等，使一部分本該通過(guò)負(fù)載的電流短路，這種作用可用一個(gè)并聯(lián)電阻來(lái)等效表示。太陽(yáng)光圖22 實(shí)際光伏電池等效電路 (23)此式叫做光伏電池的超越方程式。② 開路電壓：在給定日照強(qiáng)度和溫度下的最大輸出電壓。④ 最大功率點(diǎn)電壓()：在給定日照和溫度下相應(yīng)于最大功率點(diǎn)的電壓。⑥ 填充因子 (24)⑦ 光伏電池的轉(zhuǎn)換效率：輸出功率與陽(yáng)光投射到電池表面上的功率之比，其值取決于工作點(diǎn)。以上各個(gè)參數(shù)可以在圖23中表示如下：0圖23太陽(yáng)能電池的IV特性關(guān)系曲線圖24太陽(yáng)能電池的PV特性曲線圖23中，在IV曲線上總可以找到一個(gè)工作點(diǎn)，此點(diǎn)處的輸出功率最大，此點(diǎn)就是最大功率點(diǎn)(MPPT)，即圖中M點(diǎn)。原則上講，可對(duì)輸出功率求導(dǎo)使其為0，即可得到該電池的最佳工作點(diǎn)，從而求出最大輸出功率：。因?yàn)樗芴?yáng)能電池內(nèi)部等效的串、并聯(lián)電阻的影響，無(wú)法用線性方程表示，具有非線性。，和的乘積就是最佳工作點(diǎn)的縱橫坐標(biāo)所確定的矩形面積，在曲線范圍內(nèi)這個(gè)面積越大，表明電池的輸出特性越優(yōu)越。對(duì)實(shí)際光電池，引人填充因子FF(Fill factor)概念來(lái)表征光電池的這一特性，填充因子FF定義為式24。它的值越大，表明輸出特性曲線越“方”，電池的轉(zhuǎn)換效率也越高。從圖25可知，太陽(yáng)能電池陣列的輸出短路電流()和最大功率點(diǎn)電流()隨日照強(qiáng)度的上升而顯著增大雖然日照的變化對(duì)陣列的輸出開路電壓影響不是那么大，但對(duì)為電流與電壓相乘的結(jié)果最大輸出功率來(lái)說(shuō)，變化顯著，如圖26中虛線與各實(shí)線的交點(diǎn)所示?？梢钥闯?，溫度對(duì)太陽(yáng)能電池陣列的輸出電流影響不大，但對(duì)它的輸出開路電壓影響較大。 圖27不同溫度下的IV特性曲線 圖28不同溫度下的PV特性曲線綜上，太陽(yáng)能電池板的輸出特性具有以下特點(diǎn)：① 太陽(yáng)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(shí)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(yáng)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(yáng)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。首先介紹了太陽(yáng)能電池的原理，即太陽(yáng)能電池板進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的原理；其次對(duì)太陽(yáng)能電池板的等效電路進(jìn)行了分析；介紹了太陽(yáng)能電池的分類；最后結(jié)合可能影響太陽(yáng)能電池板內(nèi)部和外部因素對(duì)其輸出特性作了分析介紹。蓄電池的性能和充放電的方式有很大的關(guān)系，為了