太陽(yáng)能充電控制器設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　太陽(yáng)能充電控制器及逆變器設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　太陽(yáng)能光伏發(fā)電現(xiàn)已成為新能源和可再生能源的重要組成部分，也被認(rèn)為是當(dāng)前世界最有發(fā)展前景的新能源技術(shù)。目前太陽(yáng)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，其核心部分就是充電控制器。</p><p>　　在總體方案的指導(dǎo)下，本

2、設(shè)計(jì)使用低功耗、高性能，超強(qiáng)抗干擾的STC89C52單片機(jī)作為核心器件對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行控制。系統(tǒng)硬件電路由太陽(yáng)能電池充放電電路，電壓采集和顯示電路，單片機(jī)控制電路和RS232串口通信電路組成，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池電壓的采集和顯示。軟件部分依據(jù)PWM（Pulse Width Modulation）脈寬調(diào)制控制策略，編制程序使單片機(jī)輸出PWM控制信號(hào)，通過(guò)控制光電耦合器通斷進(jìn)而控制MOSFET管開(kāi)啟和關(guān)閉，達(dá)到控制蓄電池充放電的目的，同時(shí)按照功能

3、要求實(shí)現(xiàn)了對(duì)蓄電池過(guò)充、過(guò)放保護(hù)和短路保護(hù)。實(shí)驗(yàn)表明，該控制器性能優(yōu)良，可靠性高，可以時(shí)刻監(jiān)視太陽(yáng)能電池板和蓄電池狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)控制蓄電池最優(yōu)充放電，達(dá)到延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。</p><p>　　關(guān)鍵詞：充電控制器 太陽(yáng)能光伏發(fā)電 PWM脈寬調(diào)制</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Solar phot

4、ovoltaic power generation has become an important part of new energy and renewable energy, it is considered the current world's most promising new energy technologies. At present solar photovoltaic device has been wi

5、dely used in communications, transport, electricity and other aspects, the core part is the charge controller. </p><p>　　Under the guidance of the overall program, the design uses low-power, high performance

6、, super anti-jamming STC89C52 microcontroller as a core device to control the entire circuit. Hardware circuit consists of a solar battery charging and discharging circuit, voltage acquisition and display circuit, the MC

7、U control circuit and RS232 serial communication circuit, the main achievement of the acquisition and display battery voltage. Software is based in part on PWM (Pulse Width Modulation) pulse wid</p><p>　　Key

8、words: charge controller, solar photovoltaic, PWM pulse width modulation</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘 要 I</p><p>　　A

9、bstract II</p><p>　　目 錄 III</p><p>　　1 緒論

10、1</p><p>　　1.1 課題研究背景和意義1</p><p>　　1.2 太陽(yáng)能充放電控制器現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3 設(shè)計(jì)主要任務(wù)3</p><p>　　2 太陽(yáng)能充電控制器的總體設(shè)計(jì)方案 5</p><p>　　2.1 太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

11、5</p><p>　　2.2 充電控制器的控制策略7</p><p>　　2.3 控制器的整體設(shè)計(jì)方案9</p><p>　　3 太陽(yáng)能充電控制器的硬件電路設(shè)計(jì) 11</p><p>　　3.1 系統(tǒng)層次原理圖11</p><p>　　3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)12

12、</p><p>　　3.2.1 STC89C52的簡(jiǎn)介12</p><p>　　3.2.2 單片機(jī)的最小系統(tǒng)及擴(kuò)展電路15</p><p>　　3.3 充放電電路17</p><p>　　3.4光耦驅(qū)動(dòng)電路18</p><p>　　3.5 A/D轉(zhuǎn)換電路19</p><p>　　3.

13、5.1 ADC0804的簡(jiǎn)介19</p><p>　　3.5.2 ADC0804外圍接線電路21</p><p>　　3.6 LCD顯示電路22</p><p>　　3.7 E2PROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路24</p><p>　　3.8 串口通信電路25</p><p>　　4 12V轉(zhuǎn)交流220V逆變器28&l

14、t;/p><p>　　4.1方波的產(chǎn)生30</p><p>　　4.2 場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電路30</p><p>　　4.3 場(chǎng)效應(yīng)管電源開(kāi)關(guān)電路31</p><p>　　5 太陽(yáng)能充電控制器的軟件設(shè)計(jì) 36</p><p>　　5.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)36<

15、/p><p>　　5.2 電壓采集轉(zhuǎn)換模塊37</p><p>　　5.3 顯示模塊38</p><p>　　5.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊41</p><p>　　5.5 軟件調(diào)試和仿真43</p><p>　　總結(jié)與展望 46&l

16、t;/p><p>　　致 謝 48</p><p>　　參考文獻(xiàn) 49</p><p>　　附錄Ⅰ 源程序

17、 50</p><p>　　附錄Ⅱ 硬件電路圖 61</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 課題研究背景和意義</p><p>　　能源資源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)之一，隨著人民生活水平的不

18、斷提高和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，能源的缺口增大，能源問(wèn)題作為困擾人類長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展的一大因素?cái)[在了人們面前。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(wèn)題，是每個(gè)國(guó)家都必須面臨的問(wèn)題。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)"，人類的生活將會(huì)由此受到很大的威脅。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(kāi)發(fā)

19、和利用。</p><p>　　新能源包括水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等。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。而太陽(yáng)能則不同，任何自家用戶只要找到一個(gè)有陽(yáng)光照射到的窗戶都可以裝置太陽(yáng)能極板作輔助能源，幾百元投資便可以架設(shè)。所以綜合考慮，太陽(yáng)能無(wú)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(yáng)能將成為21世紀(jì)最重要也最有前景的能源之一。</p>

20、;<p>　　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)：</p><p><b>　?。?）普遍性。</b></p><p>　　地球上處處都有太陽(yáng)能，不需要到處去尋找，去運(yùn)輸，容易獲取。</p><p><b>　?。?）無(wú)害性。</b></p><p>　　利用太

21、陽(yáng)能作為能源，沒(méi)有廢渣，廢料，廢氣，廢水的排放，沒(méi)有噪聲，不會(huì)污染環(huán)境，沒(méi)有公害，清潔干凈。</p><p><b>　?。?）長(zhǎng)久性。 </b></p><p>　　只要有太陽(yáng)，就有太陽(yáng)能，因此太陽(yáng)能可以說(shuō)是取之不盡，用之不竭。</p><p><b>　?。?）巨大性。</b></p><p>

22、　　一年內(nèi)到達(dá)地面的太陽(yáng)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(wàn)倍。</p><p>　　我國(guó)幅員遼闊，有著十分豐富的太陽(yáng)能資源。全國(guó)各地的年太陽(yáng)輻射總量3340．8400MJ／m2，中值為5852MJ／m2。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)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，

23、電能的供需矛盾顯得十分突出，因此當(dāng)?shù)卣浞掷锰?yáng)能發(fā)電解決無(wú)電地區(qū)的用電具有重大的戰(zhàn)略意義。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。</p><p>　　總體看來(lái)我國(guó)太陽(yáng)能資源比較豐富，因此充分利用豐富的太陽(yáng)能資源，采用太陽(yáng)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。</p><p>　　1.2 太陽(yáng)能充放電

24、控制器現(xiàn)狀</p><p>　?。?）太陽(yáng)能光伏發(fā)電</p><p>　　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)。太陽(yáng)能光伏發(fā)電現(xiàn)已成為新能源和可再生能源的重要組成部分，也被認(rèn)為是當(dāng)前世界最有發(fā)展前景的新能源技術(shù)。目前太陽(yáng)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。</p><p>　　在進(jìn)行

25、太陽(yáng)能光伏發(fā)電時(shí)，由于一般太陽(yáng)能極板輸出電壓不穩(wěn)定，不能直接將太陽(yáng)能極板應(yīng)用于負(fù)載，需要將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芎蟠鎯?chǔ)到一定的儲(chǔ)能設(shè)備中，如鉛酸蓄電池。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。</p><p>　　（2）充電控制器的作用及現(xiàn)狀</p>&

26、lt;p>　　太陽(yáng)能充電控制器具備充電控制、過(guò)充保護(hù)、過(guò)放保護(hù)、防反接保護(hù)及短路保護(hù)等一系列功能，解決了這一難題，這樣控制器在這個(gè)過(guò)程中起著樞紐作用，它控制太陽(yáng)能極板對(duì)蓄電池的充電，加快蓄電池的充電速度，延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。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。</p><p>　　目前市場(chǎng)上有各種各樣的太陽(yáng)能控制

27、器，但這些控制器主要問(wèn)題對(duì)于蓄電池的保護(hù)不夠充分，不合適的充放電方式容易導(dǎo)致蓄電池的損壞，使蓄電池的使用壽命降低。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。但是這些方法由于充電方式單一加上控制策略不夠完善，都存在一定的局限性。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。</p><p>

28、;　　所以，如何改善太陽(yáng)充控制器的充放電方式，開(kāi)發(fā)性能優(yōu)良的充放電控制器，提高其在實(shí)際應(yīng)用中的效率，成為了一個(gè)重要的研究方面。</p><p>　　1.3 設(shè)計(jì)主要任務(wù)</p><p>　　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

29、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。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。</p><p>　?。?）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。</p><p>　?。?）當(dāng)蓄電池電壓低于10.8V時(shí)，自動(dòng)關(guān)斷

30、負(fù)載（欠壓關(guān)斷），同時(shí)有報(bào)警功能。</p><p>　?。?）當(dāng)蓄電池電壓高于14.5V，自動(dòng)關(guān)斷負(fù)載（過(guò)壓關(guān)斷）和充電電路，同時(shí)有報(bào)警功能。</p><p>　　（4）當(dāng)蓄電池處于浮充充電狀態(tài)時(shí)電壓值控制在13.5V左右。</p><p>　?。?）當(dāng)用戶將太陽(yáng)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。</p><p>　?。?

31、）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。</p><p>　　2 太陽(yáng)能充電控制器的總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　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。這里以太陽(yáng)能充電控制器應(yīng)用于太陽(yáng)能光伏發(fā)電路燈系統(tǒng)為例，對(duì)系統(tǒng)各個(gè)組成部分的主要功能做詳細(xì)的分析說(shuō)明。</p><

32、p>　　2.1 太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　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。太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。</p><p>　　圖 2.1 太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　從圖2.1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

33、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。系統(tǒng)各個(gè)部分的控制功能全由充電控制器來(lái)完成。</p><p><b>　?。?）太陽(yáng)能電池板</b></p><p>　　如圖2.2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。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

34、布和濃度發(fā)生變化。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。在這個(gè)過(guò)程中，光電池本身不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)，也沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)磨損，因此使用太陽(yáng)能電池的過(guò)程中沒(méi)有噪聲，沒(méi)有環(huán)境污染，這是其他方式發(fā)電所不能比擬的。</p><p>　　圖2.2 太陽(yáng)能電池產(chǎn)生光伏效應(yīng)</p><p><b>　　（2）蓄電

35、池</b></p><p>　　這里首先介紹蓄電池工作原理。</p><p>　　太陽(yáng)能充電控制器最主要的功能是控制太陽(yáng)能極板對(duì)蓄電池的充電，蓄電池的性能和充放電的方式有很大的關(guān)系，所以在設(shè)計(jì)控制器之前需要對(duì)蓄電池的原理、充放電過(guò)程做一個(gè)分析。</p><p>　　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

36、成，電解液是硫酸溶液。依據(jù)化學(xué)基礎(chǔ)理論：鉛酸蓄電池釋放化學(xué)能的過(guò)程(放電過(guò)程)是負(fù)極進(jìn)行氧化，正極進(jìn)行還原的過(guò)程；電池補(bǔ)充化學(xué)能的過(guò)程(充電過(guò)程)是負(fù)極進(jìn)行還原，正極進(jìn)行氧化的過(guò)程。分析可知，蓄電池的充電過(guò)程和放電過(guò)程是可逆的。實(shí)際上，蓄電池最重要的指標(biāo)就是電解液中硫酸根的濃度，因此可以用電池中硫酸溶液的密度(比重)來(lái)衡量電池充放電的程度。</p><p>　　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。

37、</p><p>　　在獨(dú)立的太陽(yáng)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。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。蓄電池的存在，可以解決太陽(yáng)能產(chǎn)生電能和負(fù)載用電時(shí)間不一致不同步的問(wèn)題，太陽(yáng)能極板和負(fù)載兩者之間電壓不匹配的問(wèn)題等。</p><p><b>　?。?）充電

38、控制器</b></p><p>　　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?？刂破骺刂铺?yáng)能極板對(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(guò)充電及深度充電?？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

39、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。</p><p>　　2.2 充電控制器的控制策略</p><p>　　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。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)

40、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。依據(jù)這些影響因素，分析蓄電池常見(jiàn)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)。</p><p>　?。?）蓄電池常規(guī)充放電方式</p><p>　　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。</p><p>　　恒流充電法是通過(guò)保持充電電流強(qiáng)度

41、不變進(jìn)行充電的方法。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。</p><p>　　第二種是階段充電法。這種充電方法包括二階段充電法和三階段充電法。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(kāi)始

42、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。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。</p><p>　　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(guò)低，蓄電池會(huì)充不滿，過(guò)高則會(huì)造成過(guò)量充電。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。這種充電方法在充電初期電流過(guò)大，對(duì)蓄電池壽命造成

43、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。</p><p>　?。?）改進(jìn)的充放電方式</p><p>　　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。 PWM是利用微處理器的

44、數(shù)字輸出來(lái)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。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。</p><p>　　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)。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

45、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。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。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。實(shí)際也就是以一直流電壓經(jīng)過(guò)以一定頻率打開(kāi)與閉合開(kāi)關(guān)的控制來(lái)改變電壓。輸出電壓波形如圖2.3所示。</p><p>　　圖2.3 輸出電壓波形<

46、/p><p>　　針對(duì)目前市場(chǎng)上的太陽(yáng)能充電控制器當(dāng)蓄電池給負(fù)載供電時(shí)，沒(méi)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(wèn)題，本論文提出時(shí)刻在線檢測(cè)蓄電池電壓來(lái)避免蓄電池發(fā)生過(guò)放現(xiàn)象，保護(hù)蓄電池，提高其使用壽命。</p><p>　　2.3 控制器的整體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　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)依照其

47、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。</p><p>　　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(guò)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(guò)液晶芯片把電壓值顯示出來(lái)方便調(diào)整。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。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(zhǎng)蓄電池的壽命。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

48、框圖如圖2.4所示。</p><p>　　圖2.4 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　以上通過(guò)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。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。由于不合適的充放電方式會(huì)導(dǎo)致蓄電池的損壞

49、，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。同時(shí)提出了時(shí)刻在線監(jiān)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。</p><p>　　各個(gè)部分的控制功能通過(guò)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　3 太陽(yáng)能充電控制器的硬件電路設(shè)計(jì)</p><

50、;p>　　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)。</p><p>　　硬件電路主要由以下幾部分組成：?jiǎn)纹瑱C(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。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。</p>

51、;<p>　　3.1 系統(tǒng)層次原理圖</p><p>　　系統(tǒng)層次原理圖如圖3.1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。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?？?/p>

52、制MOSFET管導(dǎo)通的方式是脈沖寬度調(diào)制(PWM)，根據(jù)載荷變化來(lái)調(diào)制MOSFET管柵的偏置，達(dá)到實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)功能。</p><p>　　圖 3.1 系統(tǒng)原理圖</p><p>　　最后通過(guò)通信模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送和保存。串口通信模塊采用MAX232芯片進(jìn)行TTL電平和RS-232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(lái)，供工作

53、人員查看。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總線存放在E2PROM中，作為以后分析使用。</p><p>　　3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　3.2.1 STC89C52的簡(jiǎn)介</p><p>　　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。使用STC公司

54、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。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</p><p>　　控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。</p><p>　　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(mén)狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/

55、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。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?？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。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。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。而且STC89C52的工作頻率很寬，可以在0~35M

56、Hz之間選擇，芯片具有超強(qiáng)抗干擾性，加密性強(qiáng)。</p><p>　　STC89C52常見(jiàn)的是PDIP封裝，是一個(gè)有40個(gè)引腳的芯片，引腳如圖3.2所示。按其功能類別將它們分為三類：</p><p>　?。?）電源和時(shí)鐘引腳。如VCC、GND、XTAL1、XTAL2。</p><p>　?。?）編程控制引腳。RST、、ALE/、/VPP。</p><

57、;p>　　（3）I/O口引腳。如P0、P1、P2、P3。</p><p>　　圖 3.2 STC89C52引腳圖</p><p>　　這里僅詳細(xì)介紹編程引腳：</p><p>　?。?）RST：復(fù)位輸入。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?？撮T(mén)狗計(jì)時(shí)完成后，RST腳輸出96個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DIS

58、RTO位可以使此功能無(wú)效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。</p><p>　?。?）ALE/：地址鎖存控制信號(hào)(ALE)是訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。在flash編程時(shí)，此引腳()也用作編程輸入脈沖。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。</p><p>　　如果需要，通過(guò)將地址為8EH的SFR的第0位置“1”，A

59、LE操作將無(wú)效。這一位置“1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOVC指令時(shí)有效。否則，ALE將被微弱拉高。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(wú)效。</p><p>　?。?）：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)。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(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將不被激活。</p>&

60、lt;p>　　（4）/VPP：訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從0000H 到FFFFH的外部程序存儲(chǔ)器指令，必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。在flash編 程期間，也接收12伏Vpp電壓。</p><p>　　3.2.2 單片機(jī)的最小系統(tǒng)及擴(kuò)展電路</p><p>　　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

61、起來(lái)。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。</p><p><b>　?。?）時(shí)鐘電路</b></p><p>　　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。片

62、內(nèi)振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率，一般多在1.2MHz~12MHz之間選取。時(shí)鐘電路如圖3.3所示。電路中C6、C7是反饋電容，其值在5pF~30pF之間選取，本電路選用的電容為30pF，晶振頻率為11.0952MHz。</p><p>　　圖 3.3 時(shí)鐘電路 圖 3.4 復(fù)位電路</p><p><b>　?。?）復(fù)位電路</b&g

63、t;</p><p>　　復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序。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)。</p><p>　　單片機(jī)的復(fù)位電路如圖3.4所示。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。按鈕復(fù)位是當(dāng)按鈕

64、按下后，電源通過(guò)電阻R14施加到復(fù)位端上，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)復(fù)位。</p><p>　　復(fù)位電路雖然簡(jiǎn)單，但其作用非常重要。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。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)。</p><p>　?。?）工作狀態(tài)指示燈電路</p><p>

65、　　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。工作狀態(tài)指示燈電路如圖3.5所示。其中LED1為正常充電指示燈，LED2為過(guò)壓指示燈，LED3為欠壓指示燈。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。</p><p>　　圖 3.5工作狀態(tài)指示燈電路圖 3.6 蜂鳴器報(bào)警電路</p><p>　?。?）蜂鳴器報(bào)警

66、電路</p><p>　　報(bào)警電路采用蜂鳴器來(lái)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)。</p><p>　　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P2.6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)。蜂鳴器報(bào)警電路圖如圖3

67、.6所示。</p><p><b>　　3.3 充放電電路</b></p><p>　　充放電電路如圖3.7所示，電路由防反充二極管D1、濾波電容C4和C5、穩(wěn)壓管D2、續(xù)流二極管D3、MOSFET管Q1和Q2等構(gòu)成。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(yáng)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(yáng)能電池板。分析可知，通過(guò)控制MOSFE

68、T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。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。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(kāi)關(guān)頻率可以很高，非常適合作控制充放電開(kāi)關(guān)。設(shè)計(jì)中采用IRL2703- N溝道MOSFET管，N溝道MOSFET的導(dǎo)通電壓Vth>0。當(dāng)光耦U2斷開(kāi)時(shí)，由于Q1的G極電壓接近蓄電池電壓，S極是接地，使得Vgs&

69、gt;0，當(dāng)G極電壓達(dá)到一定值時(shí)，Q1導(dǎo)通。電容C4是太陽(yáng)能電池板輸出電壓濾波，使得更穩(wěn)定地給蓄電池充電。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。圖中穩(wěn)壓管D2用來(lái)對(duì)蓄電池進(jìn)行穩(wěn)壓作用。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</p><p>　　圖 3.7 充放電電路</p><p>　　按程序設(shè)計(jì)當(dāng)檢測(cè)到蓄電池的電壓低于1

70、2V，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；當(dāng)檢測(cè)到蓄電池的電壓在12V-14.5V，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(lái)關(guān)斷負(fù)載。當(dāng)檢測(cè)到蓄電池的電壓低于10.8V，Q2關(guān)閉停止放電，關(guān)斷負(fù)載來(lái)實(shí)現(xiàn)欠壓關(guān)斷。</p><p><b>　　3.4光耦驅(qū)動(dòng)電路</b></p&g

71、t;<p>　　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。光耦驅(qū)動(dòng)電路如圖3.8所示。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(kāi)關(guān)“斷開(kāi)”，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Vgs>0，MOS管Q1開(kāi)啟，太陽(yáng)能極板開(kāi)始對(duì)蓄電池充電；當(dāng)充電

72、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(kāi)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Vgs<0，Q1截止，充電電路關(guān)斷。這就是充電電路原理。M0S管Q2控制著放電電路，其原理與Q1相似。</p><p>　　圖 3.8 光耦驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　3.5 A/D轉(zhuǎn)換電路</p&

73、gt;<p>　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的STC89C52單片機(jī)沒(méi)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)。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。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。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。</p>

74、<p>　　3.5.1 ADC0804的簡(jiǎn)介</p><p>　　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)。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就是這類集成A/D轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　ADC0804 為一只具有20引腳并行8位CMOS工

75、藝逐次比較型的集成A/D 轉(zhuǎn)換器， 其規(guī)格如下： </p><p>　　(1) 高阻抗?fàn)顟B(tài)輸出，分辨率：8 位(0~255)</p><p>　　(2) 存取時(shí)間：135 us ；轉(zhuǎn)換時(shí)間：100 us</p><p>　　(3) 總誤差：正負(fù)1LSB</p><p>　　(4) 工作溫度：0度~70度； </p>

76、<p>　　(5) 模擬輸入電壓范圍：0V~5V </p><p>　　(6) 參考電壓：2.5V；工作電壓：5V </p><p>　　(7) 輸出為三態(tài)結(jié)構(gòu)，可直接連接在數(shù)據(jù)總線上。</p><p>　　ADC0804引腳圖如圖3.9所示，其各個(gè)引腳的功能：</p><p>　　— 芯片片選信號(hào)輸入端，低電平有效，一旦有效，

77、表明A/D轉(zhuǎn)換器別選中，可啟動(dòng)工作。</p><p>　　—外部讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的控制輸出信號(hào)。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。</p><p>　　—用來(lái)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的控制輸入，相當(dāng)于 ADC 的轉(zhuǎn)換開(kāi)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(kāi)始。 </p><p>　　圖 3.9 ADC0804

78、引腳圖</p><p>　　CLK IN—時(shí)鐘信號(hào)輸入端</p><p>　　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/（1.1RC） </p><p>　　—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。</p><p>　　VIN(+) VIN(-) ——差動(dòng)模擬電壓輸入。

79、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(-)。 </p><p>　　AGND,DGND——模擬信號(hào)以及數(shù)字信號(hào)的接地. </p><p>　　VREF/2—參考電平輸入，決定量化單位。 </p><p>　　DB0~DB7—三態(tài)特性數(shù)字信號(hào)輸出端. </p><p>　　VCC: 電源供應(yīng)以及

80、作為電路的參考電壓. </p><p>　　3.5.2 ADC0804外圍接線電路</p><p><b>　　（1）電壓采集電路</b></p><p>　　如圖3.10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。由分壓公式得出采集的電壓為ADIN，當(dāng)蓄電池充滿電時(shí)電壓大概為1

81、4.5V，計(jì)算出采集到的電壓為4.8V，符合A/D轉(zhuǎn)換芯片的ADC0804的輸入值。</p><p>　　圖 3.10 電壓采集電路</p><p>　　（2）ADC0804構(gòu)成的典型A/D轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　圖 3.11 A/D轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　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3-

82、11所示。單片機(jī)的P2.7引腳，用來(lái)實(shí)現(xiàn)片選；、分別接單片機(jī)的P3.6和P3.7引腳，進(jìn)行讀寫(xiě)控制；CLK、CLKR、GND之間用電阻和電容構(gòu)成RC振蕩電路，用來(lái)給ADC0804提供工作所需的脈沖。</p><p>　　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(guò)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)。</p><p>　

83、　3.6 LCD顯示電路</p><p>　　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。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(lái)顯示蓄電池的電壓值。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。從芯片手冊(cè)中，可以得到1602液晶的主要技術(shù)資料，如表3-1所示，通過(guò)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。<

84、/p><p>　　表 3.1 1602的主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　　顯然，1602液晶可以滿足要求，接下來(lái)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。1602引腳功能如表3.2所示</p><p>　　表 3.2 1602引腳功能</p><p>　　圖 3.12 電壓顯示電路</p><p>　　根據(jù)

85、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3.12所示。EN使能端接單片機(jī)的P2.2引腳，用來(lái)實(shí)現(xiàn)片選；RS接單片機(jī)P2.0引腳，進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令選擇；R/W接單片機(jī)P2.1引腳，進(jìn)行讀寫(xiě)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。液晶3端通過(guò)接一個(gè)10K 電位器接地來(lái)調(diào)節(jié)顯示對(duì)比度。數(shù)據(jù)輸入端D0-D7接單片機(jī)的P0口用于電壓數(shù)據(jù)的傳送。</p><p

86、>　　3.7 E2PROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路</p><p>　　為了把電路發(fā)生異常時(shí)的蓄電池電壓記錄下來(lái)，需要用存儲(chǔ)芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)保存。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(guò)多口線的缺點(diǎn)。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可有效解決掉電數(shù)據(jù)保存問(wèn)題，可對(duì)所存在數(shù)

87、據(jù)保存100年，并可多次擦寫(xiě)，擦寫(xiě)次數(shù)可達(dá)10萬(wàn)次以上。</p><p>　　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。AT24C02內(nèi)部有一個(gè)8字節(jié)頁(yè)寫(xiě)入數(shù)據(jù)緩沖器。該器件通過(guò)I2C總線接口進(jìn)行操作，有一個(gè)專門(mén)的寫(xiě)保護(hù)功能。為了更好的使用AT24C02，首先來(lái)介紹其各個(gè)引腳功能，如表3.3 所示。</p><p&

88、gt;　　表 3.3 AT24C02管腳描述</p><p>　　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。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。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3.13所示</p><p>　　圖 3.13

89、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路</p><p>　　3.8 串口通信電路</p><p>　　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(lái)愈顯得重要。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(guò)通常使用的是單片機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信。通信有并行和串行兩種方式。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(wèn)題，所以在現(xiàn)代單片機(jī)

90、測(cè)控系統(tǒng)中，信息的交換多采用串行通信方式。</p><p>　　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(lái)，供用戶查看。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RS-232電平之間的轉(zhuǎn)換。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(jiǎn)單也最實(shí)用的

91、奇偶校驗(yàn)作為串行通信錯(cuò)誤校驗(yàn)方式。</p><p>　　MAX232芯片是專門(mén)為電腦的RS-232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。其主要特點(diǎn)：</p><p>　　（1）符合所有的RS-232C技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) </p><p>　?。?）只需要單一 +5V電源供電 </p><p>　?。?）片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)

92、能力，能夠產(chǎn)生+10V和-10V電壓V+、V- </p><p>　?。?）功耗低，典型供電電流5mA </p><p>　　（5）內(nèi)部集成2個(gè)RS-232C驅(qū)動(dòng)器 </p><p>　?。?）內(nèi)部集成兩個(gè)RS-232C接收器 </p><p>　　（7）高集成度，片外最低只需4個(gè)電容即可工作。</p><p>　　了

93、解芯片的主要特點(diǎn)之后，接下來(lái)我們來(lái)認(rèn)識(shí)MAX232它的各個(gè)引腳的功能，即有什么作用，以更好地設(shè)計(jì)串口通信電路。其引腳圖如圖3.14所示。</p><p>　　第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個(gè)電源，提供給RS-232串口電平的需要。</p><p>　　第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個(gè)

94、數(shù)據(jù)通道。 </p><p>　　其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。 8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。</p><p>　　TTL/CMOS電平從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232電平從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從

95、R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。 </p><p>　　第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5v）</p><p>　　圖 3.14 MAX232引腳圖</p><p>　　按照串行通信原理，根據(jù)RS-232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（

96、10位數(shù)據(jù)的異步通信）來(lái)構(gòu)建串口通信電路。電路如下圖3.15所示。</p><p>　　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RS-232C串口的接收端PCRXD；同理，R1IN連接電腦的RS-232C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。當(dāng)然單片機(jī)和DB9要共地，這是實(shí)現(xiàn)串行通信的前提條件。</p><p>　　圖3.1

97、5 串口通信電路</p><p>　　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(guò)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(guò)程。</p><p>　　4 12V直流轉(zhuǎn)220V交流逆變器</p><p>　　逆變器主要由MOS場(chǎng)效應(yīng)管，普通電源變壓器構(gòu)成。其輸出功率取決于MOS場(chǎng)效應(yīng)管和電源變壓器的功率

98、，免除了煩瑣的變壓器繞制，適合電子愛(ài)好者業(yè)余制作中采用。下面介紹該變壓器的工作原理及制作過(guò)程。 </p><p>　　逆變器電路及工作原理： </p><p>　　電路圖如圖4.1所示,下面我們將分步詳細(xì)介紹這個(gè)逆變器的工作原理。</p><p>　　圖4.1 逆變電路圖</p><p><b>　　4.1方波的產(chǎn)生</b&g

99、t;</p><p>　　這里采用CD4069構(gòu)成方波信號(hào)發(fā)生器。電路中R1是補(bǔ)償電阻，用于改善由于電源電壓的變化而引起的震蕩頻率不穩(wěn)。電路的震蕩是通過(guò)電容C1充放電完成的。其振蕩頻率為f=1/2.2RC。圖示電路的</p><p><b>　　最大頻率為：</b></p><p>　　fmax=1/2.2x103x2.2x10—6=62.6H

100、z 式3.1</p><p><b>　　最小頻率為:</b></p><p>　　fmin=1/2.2x4.3x103x2.2x10—6=48.0Hz 式3.2</p><p>　　由于元件的誤差，實(shí)際值會(huì)略有差異。其它多余的發(fā)相器，輸入端接地避免影響其它電路</p><p>　　圖4.

101、2 方波產(chǎn)生電路</p><p>　　4.2 場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　由于方波信號(hào)發(fā)生器輸出的振蕩信號(hào)電壓最大振幅為0~5V，為充分驅(qū)動(dòng)電源開(kāi)關(guān)電路，這里用TR1、TR2將振蕩信號(hào)電壓放大至0~12V。如圖4.3所示</p><p>　　圖4.3 場(chǎng)效應(yīng)管電路</p><p>　　4.3 場(chǎng)效應(yīng)管電源開(kāi)關(guān)電路</p>

102、;<p>　　MOS場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理介紹：</p><p>　　下面簡(jiǎn)述一下用C—MOS場(chǎng)效應(yīng)管（增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管）組成的應(yīng)用電路的工作過(guò)程（見(jiàn)圖3.19）。電路將一個(gè)增強(qiáng)型P溝道MOS場(chǎng)校官和一個(gè)增強(qiáng)型N溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管組合在一起使用。當(dāng)輸入端為底電平時(shí)，P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，輸出端與電源正極接通。當(dāng)輸入端為高電平時(shí)，N溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，輸出端與電源地接通。在該電路中，P溝道MO

103、S場(chǎng)效應(yīng)管和N溝道場(chǎng)效應(yīng)管總是在相反的狀態(tài)下工作，其相位輸入端和輸出端相反。通過(guò)這種工作方式我們可以獲得較大的電流輸出。同時(shí)由于漏電流的影響，使得柵壓在還沒(méi)有到0V，通常在柵極電壓小于1V到2V時(shí)，MOS場(chǎng)效應(yīng)管即被關(guān)斷。不同場(chǎng)效應(yīng)管關(guān)斷電壓略有不同。也以為如此，使得該電路不會(huì)因?yàn)閮晒芡瑫r(shí)導(dǎo)通而造成電源短路。</p><p>　　圖4.4 場(chǎng)效應(yīng)管工作過(guò)程</p><p>　　圖4.5

104、MOS場(chǎng)效應(yīng)管工作過(guò)程</p><p>　　由以上分析我們可以畫(huà)出原理圖中MOS場(chǎng)效應(yīng)管部分的工作過(guò)程（見(jiàn)圖4.4）。工作原理同前所述，這種低電壓、大電流、頻率為50Hz的交變信號(hào)通過(guò)變壓器的低壓繞組時(shí)，會(huì)在變壓器的高壓側(cè)感應(yīng)出高壓交流電壓，完成直流到交流的轉(zhuǎn)換。這里需要注意的是，在某些情況下，如振蕩部分停止工作時(shí)，變壓器的低壓側(cè)有時(shí)會(huì)有很大的電流通過(guò)，所以該電路的保險(xiǎn)絲不能省略或短接。</p>&

105、lt;p>　　電路板見(jiàn)圖4.5。所用元件可參考圖4. 4。逆變器的變壓器采用次級(jí)為12V、電流為10A、初級(jí)電壓為220V的成品電源變壓器。P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管（2SJ471）最大漏極電流為30A，在場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí)，漏—源極間電阻為25毫歐。此時(shí)如果通過(guò)10A電流時(shí)會(huì)有2.5W的功率消耗。N溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管（2SK2956）最大漏極電流為50A，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí)，漏—源極間電阻為7毫歐，此時(shí)如果通過(guò)10A電流時(shí)消耗的功率為0.7W

106、。由此我們也可知在同樣的工作電流情況下，2SJ471的發(fā)熱量約為2SK2956的4倍。所以在考慮散熱器時(shí)應(yīng)注意這點(diǎn)。圖4.6展示本文介紹的逆變器場(chǎng)效應(yīng)管在散熱器（100mm×100mm×17mm）上的位置分布和接法。盡管場(chǎng)效應(yīng)管工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)發(fā)熱量不會(huì)很大，出于安全考慮這里選用的散熱器稍偏大。</p><p>　　圖 4.6 逆變器場(chǎng)效應(yīng)管</p><p>　　圖 4

107、.7 逆變器供電框圖</p><p>　　圖 4.8 逆變器特性曲線</p><p>　　圖 4.9 輸出波形圖</p><p>　　5 太陽(yáng)能充電控制器的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　軟件設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，受C語(yǔ)言模塊化編程設(shè)計(jì)思想的啟發(fā)，本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)思路，即整個(gè)控制軟件由許多獨(dú)立的子程序（子函數(shù)）模塊組成，它們之間通

108、過(guò)函數(shù)調(diào)用實(shí)現(xiàn)連接。既便于調(diào)試，連接，又便于移植、修改。系統(tǒng)軟件主要完成蓄電池電壓采集轉(zhuǎn)換，PWM脈沖充電控制、實(shí)時(shí)LCD顯示，異常報(bào)警等。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。</p><p>　　5.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)</p><p>　　系統(tǒng)主程序流程圖如圖5.1所示：</p><p>　　圖 5.1 系統(tǒng)主程序流程圖