【正文】 的部分。蓄電池的存在，可以解決太陽能產(chǎn)生電能和負(fù)載用電時(shí)間不一致不同步的問題，太陽能極板和負(fù)載兩者之間電壓不匹配的問題等?？刂破骺刂铺柲軜O板對(duì)蓄電池的充電，為了延長蓄電池的使用壽命，必須對(duì)它的充放電條件加以限制，防止蓄電池過充電及深度充電。 充電控制器的控制策略作為光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，蓄電池的壽命短是阻礙整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)性能和推廣的主要原因之一。依據(jù)這些影響因素，分析蓄電池常見充放電方式局限性，對(duì)充放電方式進(jìn)行了一定的改進(jìn)。恒流充電法是通過保持充電電流強(qiáng)度不變進(jìn)行充電的方法。第二種是階段充電法。二階段充電法是先用恒定電流充電至預(yù)定的電壓值，然后改為恒定電壓完成剩余的充電，一般兩階段之間的轉(zhuǎn)換電壓就是第二階段的恒電壓；三階段充電法是指在充電開始和結(jié)束時(shí)采用恒定的電流充電，中間用恒定的電壓進(jìn)行充電。恒壓充電時(shí)要嚴(yán)格掌握充電電壓，電壓在全部充電時(shí)間里保持恒定的數(shù)值，充電電壓過低，蓄電池會(huì)充不滿，過高則會(huì)造成過量充電。這種充電方法在充電初期電流過大，對(duì)蓄電池壽命造成很大影響，且容易使蓄電池極板彎曲，將會(huì)影響蓄電池的使用。 PWM是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。PWM脈沖調(diào)制充電方式首先對(duì)電池充電一段時(shí)間，然后讓電池停止充電一段時(shí)間，如此循環(huán)往復(fù)。PWM調(diào)制充電方式使蓄電池有較充分的反應(yīng)時(shí)間，減少了析氣量，提高了蓄電池的充電效率。實(shí)際也就是以一直流電壓經(jīng)過以一定頻率打開與閉合開關(guān)的控制來改變電壓。圖23 輸出電壓波形針對(duì)目前市場上的太陽能充電控制器當(dāng)蓄電池給負(fù)載供電時(shí)，沒有時(shí)刻檢測(cè)蓄電池的電壓，很容易導(dǎo)致蓄電池的深度放電這個(gè)問題，本論文提出時(shí)刻在線檢測(cè)蓄電池電壓來避免蓄電池發(fā)生過放現(xiàn)象，保護(hù)蓄電池，提高其使用壽命。本系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為主控芯片，利用分壓電路對(duì)蓄電池的電壓、進(jìn)行采樣,然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換將檢測(cè)電壓數(shù)據(jù)輸入到單片機(jī)中進(jìn)行處理，通過液晶芯片把電壓值顯示出來方便調(diào)整。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)控制蓄電池的最優(yōu)充放電，有效的延長蓄電池的壽命。圖24 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖以上通過對(duì)控制器、被控對(duì)象蓄電池的分析，結(jié)合硬件資源和軟件控制策略，進(jìn)行了硬件電路設(shè)計(jì)和軟件編程設(shè)計(jì)，最終確定整體設(shè)計(jì)方案。由于不合適的充放電方式會(huì)導(dǎo)致蓄電池的損壞，縮短蓄電池的使用壽命，本論文提出了PWM脈寬調(diào)制充電方法，這種充電方法能夠使蓄電池有較充分的反應(yīng)時(shí)間，與以前的充電方式相比，提高了蓄電池的充電效率。各個(gè)部分的控制功能通過對(duì)單片機(jī)進(jìn)行軟件編程來實(shí)現(xiàn)。硬件電路主要由以下幾部分組成：單片機(jī)最小系統(tǒng)、充放電電路、光耦驅(qū)動(dòng)電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、LCD顯示電路、E2PROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、串口通信電路等。 系統(tǒng)層次原理圖系統(tǒng)層次原理圖如圖31所示，電路設(shè)計(jì)以STC89C52單片機(jī)作為主控芯片構(gòu)成控制電路模塊對(duì)整個(gè)電路控制?？刂芃OSFET管導(dǎo)通的方式是脈沖寬度調(diào)制(PWM)，根據(jù)載荷變化來調(diào)制MOSFET管柵的偏置，達(dá)到實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能。串口通信模塊采用MAX232芯片進(jìn)行TTL電平和RS232電平之間的轉(zhuǎn)換，加入串口的目的主要是使控制器具有遠(yuǎn)程通信或遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，同時(shí)方便將每天的異常狀態(tài)數(shù)據(jù)記錄下來，供工作人員查看。 單片機(jī)最小系統(tǒng) STC89C52的簡介STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。在芯片內(nèi)部，擁有很高頻率8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。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。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。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)。按其功能類別將它們分為三類：（1）電源和時(shí)鐘引腳。（2）編程控制引腳。（3）I/O口引腳。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?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后，RST腳輸出96個(gè)晶振周期的高電平。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。在flash編程時(shí)，此引腳()也用作編程輸入脈沖。如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作將無效。否則，ALE將被微弱拉高。（3）：外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)()是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。（4）/VPP：訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。 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。（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。時(shí)鐘電路如圖33所示。 圖 33 時(shí)鐘電路 圖 34 復(fù)位電路（2）復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。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)。本系統(tǒng)采用的是上電+電平按鈕復(fù)位，上電復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位電路雖然簡單，但其作用非常重要。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)，還可以通過改變復(fù)位電路電阻和電容值進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。工作狀態(tài)指示燈電路如圖35所示。串聯(lián)的電阻的目的是為了限制通過發(fā)光二極管的電流太大而將其燒毀。在對(duì)蓄電池電壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的過程中，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)電壓超過程序設(shè)定的最高值或最低值時(shí)，(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)。 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DMOSFET管Q1和Q2等構(gòu)成。分析可知，通過控制MOSFET管閉合和斷開的時(shí)間（即PWM—脈沖寬度調(diào)制），就可以控制輸出電壓。而且MOSFET只有多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，不存在少數(shù)載流子的復(fù)合時(shí)間，因而開關(guān)頻率可以很高，非常適合作控制充放電開關(guān)。當(dāng)光耦U2斷開時(shí)，由于Q1的G極電壓接近蓄電池電壓，S極是接地，使得Vgs0，當(dāng)G極電壓達(dá)到一定值時(shí)，Q1導(dǎo)通。電容C5是對(duì)蓄電池輸出電壓進(jìn)行濾波，以保證負(fù)載供電電路的穩(wěn)定性。當(dāng)用戶將蓄電池反接至控制器時(shí)，續(xù)流二極管D3可以進(jìn)行續(xù)流，從而保護(hù)控制器不被毀壞。Q2關(guān)閉停止放電，關(guān)斷負(fù)載來實(shí)現(xiàn)欠壓關(guān)斷。光耦驅(qū)動(dòng)電路如圖38所示。這就是充電電路原理。 圖 38 光耦驅(qū)動(dòng)電路 A/D轉(zhuǎn)換電路本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的STC89C52單片機(jī)沒有內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換模塊，因此需要先采集蓄電池的電壓，然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換才可接入單片機(jī)。一般逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器用到較多，本設(shè)計(jì)采用8位并行A/D轉(zhuǎn)換器芯片ADC0804。 ADC0804的簡介AD轉(zhuǎn)換就是模數(shù)轉(zhuǎn)換，顧名思義，就是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。ADC0804就是這類集成A/D轉(zhuǎn)換器。ADC0804引腳圖如圖39所示，其各個(gè)引腳的功能：— 芯片片選信號(hào)輸入端，低電平有效，一旦有效，表明A/D轉(zhuǎn)換器別選中，可啟動(dòng)工作。為 1 時(shí)，DB0~DB7 處理高阻抗： 為 0 時(shí)，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)才會(huì)輸出。 圖 39 ADC0804引腳圖CLK IN—時(shí)鐘信號(hào)輸入端CLK R：內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的外接電阻端，與CLK配合可有芯片自身產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，其振蕩頻率為 1/（） —中斷請(qǐng)求信號(hào)輸出,端，低地平動(dòng)作.，表明本次轉(zhuǎn)換已完成。輸入單端正電壓時(shí), VIN()接地:而差動(dòng)輸入時(shí), 直接加入 VIN(+) VIN(). AGND,DGND——模擬信號(hào)以及數(shù)字信號(hào)的接地. VREF/2—參考電平輸入，決定量化單位。由分壓公式得出采集的電壓為ADIN，符合A/D轉(zhuǎn)換芯片的ADC0804的輸入值。用來實(shí)現(xiàn)片選；、進(jìn)行讀寫控制；CLK、CLKR、GND之間用電阻和電容構(gòu)成RC振蕩電路，用來給ADC0804提供工作所需的脈沖。 LCD顯示電路液晶具有體積小、功耗低，顯示清晰的優(yōu)點(diǎn)，所以比較適合作顯示使用。在使用1602之前，我們首先查閱其使用手冊(cè)，對(duì)其進(jìn)行一定的了解。表 31 1602的主要技術(shù)參數(shù)顯示容量 162個(gè)字符 芯片工作電壓 ~ 工作電流 （）模塊最佳工作電壓 字符尺寸 （WH）mm顯然，1602液晶可以滿足要求，接下來介紹其各個(gè)引腳的功能，為后面設(shè)計(jì)電壓顯示電路做準(zhǔn)備。表 32 1602引腳功能表 引腳符 號(hào)名 稱功 能1Vss接地0V2VDD電路電源5V177。用來實(shí)現(xiàn)片選；，進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令選擇；R/，進(jìn)行讀寫控制； 為防止直接加5V電壓燒壞背光燈，在15腳串接一個(gè)10 的電阻用于限流。數(shù)據(jù)輸入端D0D7接單片機(jī)的P0口用于電壓數(shù)據(jù)的傳送。若采用普通存儲(chǔ)器，在掉電時(shí)需要備用電池供電，并需要在硬件上增加掉電檢測(cè)電路，但存在電池不可靠及擴(kuò)展芯片占用單片機(jī)過多口線的缺點(diǎn)。AT24C02可有效解決掉電數(shù)據(jù)保存問題，可對(duì)所存在數(shù)據(jù)保存100年，并可多次擦寫，擦寫次數(shù)可達(dá)10萬次以上。AT24C02內(nèi)部有一個(gè)8字節(jié)頁寫入數(shù)據(jù)緩沖器。為了更好的使用AT24C02，首先來介紹其各個(gè)引腳功能，如表33 所示。所有接到I2C總線設(shè)備上的串行數(shù)據(jù)SDA都接到總線的SDA上，各設(shè)備的時(shí)鐘線SCL接到總線的SCL上。圖 313 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路 串口通信電路隨著單片機(jī)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用和計(jì)算機(jī)網(wǎng)路技術(shù)的普及，單片機(jī)的通信功能愈來愈顯得重要。通信有并行和串行兩種方式。本設(shè)計(jì)中加入串行通信電路的目的主要有三個(gè)：一是方便給單片機(jī)下載程序；二是使控制器具有遠(yuǎn)程通信或遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能；三是將控制器每天采集到數(shù)據(jù)的極限值和發(fā)生異常狀態(tài)時(shí)的數(shù)據(jù)記錄下來，供用戶查看。而且系統(tǒng)采用易于實(shí)現(xiàn)的異步串行通信方式，用最簡單也最實(shí)用的奇偶校驗(yàn)作為串行通信錯(cuò)誤校驗(yàn)方式。其主要特點(diǎn)：（1）符合所有的RS232C技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) （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(gè)RS232C驅(qū)動(dòng)器 （6）內(nèi)部集成兩個(gè)RS232C接收器 （7）高集成度，片外最低只需4個(gè)電容即可工作。其引腳圖如圖314所示。由6腳和4只電容構(gòu)成。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。 其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。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。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(jī)串行中斷方式，本設(shè)計(jì)采用串口方式1（10位數(shù)據(jù)的異步通信）來構(gòu)建串口通信電路。設(shè)計(jì)中T1IN連接CMOS電平的單片機(jī)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(jī)的串行接收端。圖315 串口通信電路本章對(duì)充放電控制器的原理以及具體的硬件實(shí)現(xiàn)電路進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并對(duì)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(jì)思路和實(shí)現(xiàn)過程。既便于調(diào)試，連接，又便于移植、修改。包括以下幾部分：系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)，電壓采集轉(zhuǎn)換模塊， 顯示模塊和異常數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。圖 41 系統(tǒng)主程序流程圖系統(tǒng)主程序是整個(gè)電壓測(cè)控系統(tǒng)中最重要的程序，是一個(gè)順序執(zhí)行的無限循環(huán)程序。 電壓采集轉(zhuǎn)換模塊為了更好理解模數(shù)轉(zhuǎn)換器的對(duì)蓄電池電壓采集轉(zhuǎn)換過程，下面首先對(duì)ADC0804的啟動(dòng)和讀取時(shí)序圖予以介紹。圖 42 ADC804時(shí)序圖如圖，當(dāng)CS與WR同時(shí)置低，為低電平時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器被啟動(dòng)，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(shí)，INTR自動(dòng)變?yōu)榈碗娖?，表示本次轉(zhuǎn)換