【正文】 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)流程圖 30 軟件調(diào)試和仿真 30結(jié) 論 33參考文獻(xiàn) 34致 謝 36附錄Ⅰ 系統(tǒng)程序 37附錄Ⅱ 總機(jī)電路圖 51第一章 緒論第一章 緒論太陽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)，比較成熟的是太陽能光伏發(fā)電技術(shù)。目前太陽能光伏發(fā)電裝置已廣泛應(yīng)用于通訊，交通，電力等各個(gè)方面。但只有當(dāng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)工作過程中保持蓄電池沒有過充電，也沒有過放電，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)工作過程加以研究分析而予以控制，這種情況下太陽能充電控制器應(yīng)運(yùn)而生。伴隨著世界能源危機(jī)的日益嚴(yán)重，石油價(jià)格不斷上漲，利用常規(guī)能源已經(jīng)不能適應(yīng)世界經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的需要，如何解決能源問題，是每個(gè)國(guó)家都必須面臨的問題。這些難題迫使政府和社會(huì)在發(fā)展常規(guī)能源的同時(shí)必須加大對(duì)新能源的開發(fā)和利用。雖然風(fēng)能或水能等更加便宜，但是大多數(shù)的自家用戶卻都不可能找到適當(dāng)場(chǎng)合進(jìn)行架設(shè)，架設(shè)成本較高。所以綜合考慮，太陽能無疑是符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的理想綠色能源，全球能源專家也認(rèn)為，太陽能將成為21世紀(jì)最重要也最有前景的能源之一。地球上處處都有太陽能，不需要到處去尋找，去運(yùn)輸，容易獲取。利用太陽能作為能源，沒有廢渣，廢料，廢氣，廢水的排放，沒有噪聲，不會(huì)污染環(huán)境，沒有公害，清潔干凈。 只要有太陽，就有太陽能，因此太陽能可以說是取之不盡，用之不竭。一年內(nèi)到達(dá)地面的太陽輻射能總量要比現(xiàn)在地球上消耗的各種能量的總和大幾萬倍。全國(guó)各地的年太陽輻射總量3340．8400MJ／m2，中值為5852MJ／m2。我國(guó)的西部地區(qū)，包括西藏、新疆、青海、內(nèi)蒙古等省，年日照時(shí)間長(zhǎng)，這些地區(qū)面積寬廣、人口密集低，在一些偏僻的地區(qū)傳統(tǒng)的供電設(shè)施建設(shè)成本高，電能的供需矛盾顯得十分突出，因此當(dāng)?shù)卣浞掷锰柲馨l(fā)電解決無電地區(qū)的用電具有重大的戰(zhàn)略意義?？傮w看來我國(guó)太陽能資源比較豐富，因此充分利用豐富的太陽能資源，采用太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，可以節(jié)約能源，發(fā)展經(jīng)濟(jì)，提高人民生活水平。這里以充/放電最大電流10A，額定電壓12V控制器系統(tǒng)為例，其實(shí)現(xiàn)的主要功能如下。（2），自動(dòng)關(guān)斷負(fù)載（欠壓關(guān)斷），同時(shí)有報(bào)警功能；（3），自動(dòng)關(guān)斷負(fù)載（過壓關(guān)斷）和充電電路，同時(shí)有報(bào)警功能。（5）當(dāng)用戶將太陽能電池板接反至控制器時(shí)，具有保護(hù)控制器不被毀壞的功能；（6）當(dāng)用戶將蓄電池接反至控制器時(shí)，要有報(bào)警功能，并且具有保護(hù)控制器不被毀壞的功能。具有很強(qiáng)的光伏效應(yīng)半導(dǎo)體材料，當(dāng)吸收一定能量的光子后其內(nèi)部導(dǎo)電的載流子電子和空穴分布和濃度發(fā)生變化。在這個(gè)過程中，光電池本身不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)，也沒有轉(zhuǎn)動(dòng)磨損，因此使用太陽能電池的過程中沒有噪聲，沒有環(huán)境污染，這是其他方式發(fā)電所不能比擬的。一般鉛酸蓄電池是由正極板、負(fù)極板、隔板、電池槽、電解液和接線端子等部分組成，極板主要有鉛制成，電解液是硫酸溶液。分析可知，蓄電池的充電過程和放電過程是可逆的。（2）蓄電池在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的作用在獨(dú)立的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池是整個(gè)系統(tǒng)的重要組成部分，是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)性能可靠性影響比較大的部分。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。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。階段充電法：這種充電方法包括二階段充電法和三階段充電法。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。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。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。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。充電脈沖使蓄電池充滿電量，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。脈寬調(diào)制方式是指在固定時(shí)鐘頻率下，通過調(diào)節(jié)開關(guān)的通斷時(shí)間來控制信號(hào)的占空比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的調(diào)整。輸出電壓波形如圖22所示。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)?？刂破骺刂铺柲軜O板對(duì)蓄電池的充電，為了延長(zhǎng)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。 總體設(shè)計(jì)方案通過以上對(duì)各種分析，明確太陽能充電控制器的重要性和作用，依照應(yīng)該具有的功能，制訂出控制策略，最后確定了整體設(shè)計(jì)方案。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管開啟與關(guān)閉來控制充放電電路。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖23所示。整體方案設(shè)計(jì)，講述了光伏發(fā)電技術(shù)中控制器和蓄電池的作用，控制器主要負(fù)責(zé)控制太陽能極板對(duì)蓄電池的充電以及控制蓄電池對(duì)負(fù)載的供電。同時(shí)提出了時(shí)刻在線檢測(cè)蓄電池電壓的放電控制方法，避免蓄電池發(fā)生過放現(xiàn)象，保護(hù)蓄電池。第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 第三章 系統(tǒng)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)。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。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。STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。STC89C52常見的是PDIP封裝，是一個(gè)有40個(gè)引腳的芯片，引腳如圖31所示。如VCC、GND、XTALXTAL2。RST、ALE/、/VPP。如P0、PPP3。晶振工作時(shí)，RST引腳持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。 （2） ALE/：地址鎖存控制信號(hào)(ALE)是訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的振蕩頻率輸出脈沖，可作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。這一位置“1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOVC指令時(shí)有效。這個(gè)ALE使能標(biāo)志位(地址為8EH的SFR的第0位)的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。當(dāng)STC89C52從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將不被激活。為使能從0000H 到FFFFH的外部程序存儲(chǔ)器指令，必須接GND。在flash編 程期間，也接收12伏Vpp電壓。本設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)擴(kuò)展電路包括上電復(fù)位電路，時(shí)鐘電路，工作指示燈和蜂鳴器報(bào)警電路等。片內(nèi)振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率，~12MHz之間選取。電路中CC7是反饋電容，其值在5pF~30pF之間選取，本電路選用的電容為30pF。其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。單片機(jī)的復(fù)位電路如圖33所示。按鈕復(fù)位是當(dāng)按鈕按下后，電源通過電阻R14施加到復(fù)位端上，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)復(fù)位。一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，首先要檢查是否能復(fù)位成功。 圖 32 時(shí)鐘電路 圖 33 復(fù)位電路（3）工作狀態(tài)指示燈電路本設(shè)計(jì)可以時(shí)刻檢測(cè)蓄電池電壓，為了更好的進(jìn)行監(jiān)控，要對(duì)整個(gè)電路的工作狀態(tài)進(jìn)行指示，這是很有必要的。其中LED1為正常充電指示燈，LED2為過壓指示燈，LED3為欠壓指示燈。（4）蜂鳴器報(bào)警電路報(bào)警電路采用蜂鳴器來發(fā)出報(bào)警聲音，由于STC89C52輸出引腳的驅(qū)動(dòng)能力較弱，所以蜂鳴器要加三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。蜂鳴器報(bào)警電路圖如圖35所示。二極管D1是為了防止反充，當(dāng)陰天或晚上蓄電池的電壓高于太陽能電池板的電壓時(shí)，D1就生效，可以防止蓄電池電流流向太陽能電池板。所使用的MOSFET是電壓控制單極性金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所需驅(qū)動(dòng)功率較小。設(shè)計(jì)中采用IRL2703 N溝道MOSFET管，N溝道MOSFET的導(dǎo)通電壓Vth0。電容C4是太陽能電池板輸出電壓濾波，使得更穩(wěn)定地給蓄電池充電。圖中穩(wěn)壓管D2用來對(duì)蓄電池進(jìn)行穩(wěn)壓作用。按程序設(shè)計(jì)當(dāng)檢測(cè)到蓄電池的電壓低于12V，充電模式為均充，Q1為完全導(dǎo)通狀態(tài)，也就是導(dǎo)通的脈沖占空比最大；， 圖 36 充放電電路充電模式為浮充，Q1導(dǎo)通與不導(dǎo)通的占空比例變小，當(dāng)檢測(cè)到蓄電池的電壓等于15V左右，Q1截止使充電停止，同時(shí)Q2也關(guān)閉來關(guān)斷負(fù)載。為了增加系統(tǒng)的可靠性，本設(shè)計(jì)用光電耦合器實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制電路和充放電電路的隔離。M0S管Q1控制著充電電路，當(dāng)充電控制信號(hào)PWM為低電平時(shí)，光耦內(nèi)部的發(fā)光二極管的電流近似為零，右側(cè)三極管不導(dǎo)通，輸出端兩管腳間的電阻很大，相當(dāng)于開關(guān)“斷開”，輸出端K1被抬高，電阻R9右側(cè)被穩(wěn)壓管D2穩(wěn)壓到12V左右，MOSEFT的Vgs0，MOS管Q1開啟，太陽能極板開始對(duì)蓄電池充電；當(dāng)充電控制器信號(hào)為高電平時(shí)，光耦內(nèi)部的發(fā)光二極管發(fā)光，三極管導(dǎo)通，輸出端兩管腳間的電阻變小，相當(dāng)于開關(guān)“接通”，此時(shí)從U2輸入的電壓經(jīng)光耦流向接地端，K1處的電壓接近為零，MOSEFT的Vgs0，Q1截止，充電電路關(guān)斷。M0S管Q2控制著放電電路，其原理與Q1相似。市場(chǎng)中集成的A/D轉(zhuǎn)換器品種很多，選用時(shí)需要綜合考慮各種因素進(jìn)行選取。因?yàn)樾铍姵仉妷旱牟杉D(zhuǎn)換在系統(tǒng)中極為重要，所以下面對(duì)所選ADC0804芯片及在本系統(tǒng)中是典型連接電路予以介紹。AD轉(zhuǎn)換器最主要的技術(shù)參數(shù)是轉(zhuǎn)換速度和轉(zhuǎn)換精度，由于逐次比較型兼有并行A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度高和雙積分型轉(zhuǎn)換精度高的優(yōu)點(diǎn)，所以得到普遍應(yīng)用。ADC0804 為一只具有20引腳并行8位CMOS工藝逐次比較型的集成A/D 轉(zhuǎn)換器， 其規(guī)格如下： (1) 高阻抗?fàn)顟B(tài)輸出，分辨率：8 位(0~255)(2) 存取時(shí)間：135 us ；轉(zhuǎn)換時(shí)間：100 us(3) 總誤差：正負(fù)1LSB (4) 工作溫度：0度~70度； (5) 模擬輸入電壓范圍：0V~5V (6) 參考電壓：；工作電壓：5V (7) 輸出為三態(tài)結(jié)構(gòu)，可直接連接在數(shù)據(jù)總線上。—外部讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的控制輸出信號(hào)?！脕韱?dòng)轉(zhuǎn)換的控制輸入，相當(dāng)于 ADC 的轉(zhuǎn)換開始（=0 時(shí)），當(dāng) 由 1變?yōu)?0時(shí)，轉(zhuǎn)換器被清除：當(dāng) 回到 1時(shí)，轉(zhuǎn)換正式開始。VIN(+) VIN() ——差動(dòng)模擬電壓輸入。 DB0~DB7—三態(tài)特性數(shù)字信號(hào)輸出端. VCC: 電源供應(yīng)以及作為電路的參考電壓. ADC0804外圍接線電路（1）電壓采集電路 如圖39所示，電壓采集電路使用兩個(gè)串聯(lián)的電阻，大小比例為2:1，然后并聯(lián)在需要檢測(cè)的電壓兩端，從兩個(gè)電阻中間采集電壓。圖 39電壓采集電路（2）ADC0804構(gòu)成的典型A/D轉(zhuǎn)換電路按照芯片手冊(cè)中ADC0804的典型接法，系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的A/D轉(zhuǎn)換電路如311所示。蓄電池的電壓采集信號(hào)ADIN從6腳引入，在內(nèi)部采集轉(zhuǎn)換后，從數(shù)字輸出端輸出到單片機(jī)的P1口，通過讀P1口數(shù)據(jù)，便可以得到蓄電池的電壓，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)。為了更好的顯示電壓值，同時(shí)擴(kuò)展自己學(xué)習(xí)芯片的能力，本設(shè)計(jì)用液晶1602來顯示蓄電池的電壓值。從芯片手冊(cè)中，可以得到1602液晶的主要技術(shù)資料，如表31所示，通過此表我們可以知道1602工作電壓和顯示容量，可以驗(yàn)證設(shè)計(jì)選擇的是否合適。1602引腳功能如表32所示。10%3VO液晶顯示對(duì)比度調(diào)節(jié)端用于調(diào)節(jié)對(duì)比度4RS寄存器選擇信號(hào)H:數(shù)據(jù)寄存器 L:指令寄存器5R/W讀/寫信號(hào)H:讀 L:寫6E片選信號(hào)下降沿觸發(fā),鎖存數(shù)據(jù)714DB0DB7數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)傳輸根據(jù)1602的技術(shù)參數(shù)和引腳功能， 1602與單片機(jī)連接構(gòu)成的電壓顯示電路如圖312所示。液晶3端通過接一個(gè)10K 電位器接地來調(diào)節(jié)顯示對(duì)比度。圖 311 電壓顯示電路 E2PROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路為了把電路發(fā)生異常時(shí)的蓄電池電壓記錄下來，需要用存儲(chǔ)芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)保存。為了解決這一難題，本設(shè)計(jì)采用具有I2C總線接口的串行E2PROM器件，這里選擇AT24C02芯片。AT24C02是一個(gè)2K位串行CMOS E2PROM， 內(nèi)部含有256個(gè)字節(jié)，采用先進(jìn)CMOS技術(shù)實(shí)質(zhì)上減少了器件的功耗。該器件通過I2C總線接口進(jìn)行操作，有一個(gè)專門的寫保護(hù)功能。I2C串行總線一般有兩根信號(hào)線，一根是雙向的數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時(shí)鐘線SCL。根據(jù)各引腳的功能，依據(jù)總線系統(tǒng)的典型硬件連接圖，AT24C02與單片機(jī)連接構(gòu)成的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路如圖31所示。單片機(jī)通信是指單片機(jī)與計(jì)算機(jī)或單片機(jī)與單片機(jī)之間的信息交換，不過通常使用的是單片機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信。由于并行通信存在使用傳輸線較多，長(zhǎng)距離傳送成本高且收、發(fā)方的各位同時(shí)接受存在困難等諸多問題，所以在現(xiàn)代單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，信息的交換多采用串行通信方式。由于單片機(jī)的電平和計(jì)算機(jī)電平不兼容，設(shè)計(jì)中采用MAX232芯片進(jìn)行TTL電平和RS232電平之間的轉(zhuǎn)換。MAX232芯片是專門為電腦的RS232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片,使用+5v單電源供電。了解芯片的主要特點(diǎn)之后，接下來我們來認(rèn)識(shí)MAX23