太陽能光伏照明控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

1、XXXX大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 太陽能光伏照明控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)摘 要隨著化石能源的日益衰竭，開發(fā)和使用新能源已成當(dāng)務(wù)之急。本論文設(shè)計(jì)了一種采用太陽能作為能源的照明系統(tǒng)，基于ATmega48單片機(jī)作為中央控制芯片，采用PWM充電控制法，具有充電效率高、可靠性高、性能好等特點(diǎn)。本文先是對(duì)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行闡述，再對(duì)蓄電池、太陽能電池、中央控制單元等各模塊進(jìn)行分析，最后對(duì)軟件部分的主程序進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析。文章還分析了影響蓄電池使用壽命各種因素和如何提高蓄電池的使用性能也作了詳細(xì)的分析和研究。其次，對(duì)電池的充電方法進(jìn)行了分析，提出了高效率的PWM充電控制法。本文著重描述了系統(tǒng)控制器部分的設(shè)計(jì)。論

2、文結(jié)尾對(duì)本次設(shè)計(jì)的太陽能光伏照明控制系統(tǒng)的應(yīng)用前景進(jìn)行了分析，認(rèn)為本設(shè)計(jì)具有一定的理論意義和實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：光伏；控制器；PWM充電控制法；ATmega48The Hardware Circuit Design for Solar PV Lighting Control SystemAbstractWith the increasingly exhaustion of fossil energy, developing and using new energy is becoming imperative affair. This paper designs a illumination

3、 system which adopt solar energy as energy, based on ATmega48 microcontroller as central control chip and adopt PWM charging control method. It has high charging efficiency, high reliability and better performance features etc.At first this paper take an elaborate on the overall design program of sy

4、stem and then analyse the modules of battery, solar energy battery and central control unit etc. Finally it will make a design and analysis for main program of software.At the end of paper writer analyse the prospect of solar PV lighting control system in this design and consider that it has a certa

5、in theoretical significance and the value of practical application. Keywords: PV ; Controller ; PWM Charging Control Method ; ATmega48目錄引言1第1章 緒論21.1 概述21.2 光伏照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)21.3 本文的主要內(nèi)容3第2章 光伏照明控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案42.1 充電方法的選擇42.1.1 恒流充電法42.1.2 階段充電法52.1.3 恒壓充電法52.1.4 脈沖式充電法（PWM充電控制法）62.2系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)72.3系統(tǒng)的工作過程8第3章 電池組部

6、分概述93.1 蓄電池部分概述93.1.1 閥控密封鉛酸蓄電池的簡(jiǎn)介93.1.2 閥控密封鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)及原理93.1.3 閥控密封鉛酸蓄電池的特點(diǎn)103.1.4 影響閥控密封鉛酸蓄電池使用壽命的因素103.2 太陽能電池部分概述123.2.1 輻射參數(shù)的確定123.2.2 相關(guān)參數(shù)的換算123.2.3 光伏板參數(shù)的確定13第4章 控制器的設(shè)計(jì)144.1 單片機(jī)元件概述144.1.1 AVR系列單片機(jī)及ATmega48單片機(jī)簡(jiǎn)介144.1.2 AVR單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)144.1.3 ATmega48單片機(jī)的引腳164.1.4 ATmega48單片機(jī)的特點(diǎn)164.2 控制器技術(shù)指標(biāo)和技術(shù)要求164.

7、2.1 技術(shù)指標(biāo)164.2.2 控制器的功能174.2.3 控制器工作模式的設(shè)置174.3 控制器的硬件設(shè)計(jì)方案184.4 控制器的電路設(shè)計(jì)184.4.1 單片機(jī)的最小系統(tǒng)184.4.2 電源模塊設(shè)計(jì)194.4.3 檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)204.4.4 驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)224.4.5 顯示模塊設(shè)計(jì)244.4.6 放大電路的設(shè)計(jì)25第5章 主程序設(shè)計(jì)265.1程序設(shè)計(jì)思路265.2 主程序流程圖設(shè)計(jì)275.3 主程序代碼28結(jié)論與展望30謝 辭31參考文獻(xiàn)32附錄A 外文文獻(xiàn)及其譯文33附錄B 主要參考文獻(xiàn)的提要及摘要42插圖清單圖1- 1 光伏系統(tǒng)組成框圖 2圖2- 1 最佳充電曲線 4圖2- 2 恒流充

8、電電路 4圖2- 3 恒流充電曲線 4圖2- 4 二階段法曲線 5圖2- 5 恒壓充電電路 5圖2- 6 恒壓充電曲線 6圖2- 7 脈沖式充電曲線 6圖2- 8 光伏照明控制系統(tǒng)總框圖 7圖3- 1 閥控密封鉛酸蓄電池 9 圖4- 1 ATmega48單片機(jī)引腳圖14圖4- 2 太陽能光伏照明控制系統(tǒng)控制器結(jié)構(gòu)圖18圖4- 3 單片機(jī)的最小系統(tǒng)19圖4- 4 IRF3205圖形符號(hào) 19圖4- 5 單片機(jī)電源電路20圖4- 6 溫度檢測(cè)電路20圖4- 7 蓄電池電壓檢測(cè)電路21圖4- 8 太陽能極板檢測(cè)電路22圖4- 9 串聯(lián)PWM充電電路23圖4- 10 放電電路 23圖4- 11顯示模塊

9、電路24圖4- 12 放大電路 25圖5- 1 主程序流程圖27表格列表表2- 1 對(duì)上述幾種充電方法的比較 6表3- 1 全國(guó)主要城市輻射參數(shù)表11表3- 2所選定光伏板的參數(shù) 13表4- 1 ATmega48單片機(jī)各引腳的功能15表4- 2 控制器的技術(shù)指標(biāo)17表4- 3 控制器工作模式設(shè)置18表4- 4 BCD譯碼表2443引言傳統(tǒng)的化石能源資源日益枯竭，嚴(yán)重的環(huán)境污染制約了世界經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。太陽能的研究和利用受到廣泛的關(guān)注。太陽能利用和光伏發(fā)電是最有發(fā)展前景的可再生能源，因此，世界各國(guó)都把太陽能光伏發(fā)電的商業(yè)化開發(fā)和利用作為重要的發(fā)展方向。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽能電池組件和其

10、他輔助設(shè)備將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的系統(tǒng)。因此光伏發(fā)電系統(tǒng)有著巨大的發(fā)展前景。市場(chǎng)上有各種各樣的太陽能控制器，但這些控制器主要問題對(duì)于蓄電池的保護(hù)不夠充分，不合適的充放電方式導(dǎo)致蓄電池的損壞，使蓄電池的使用壽命降低。因此選擇合適的充放電方法，設(shè)計(jì)出合適的控制器對(duì)光伏系統(tǒng)尤為重要。這就是本研究課題的根本目的。第1章 緒論1.1 概述傳統(tǒng)的化石能源資源日益枯竭，嚴(yán)重的環(huán)境污染制約了世界經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。能源的需求有增無減，能源資源已成為重要的戰(zhàn)略物資，化石能源儲(chǔ)量的有限性是發(fā)展可再生能源的主要因素之一。根據(jù)世界能源權(quán)威機(jī)構(gòu)的分析，按照目前已經(jīng)探明的化石能源儲(chǔ)量以及開采速度來計(jì)算，全球石油剩余可采年限僅有

11、41 年，其年占世界能源總消耗量的40.5%，國(guó)內(nèi)剩余可開采年限為15 年；天然氣剩余可采年限61.9 年，其年占世界能源總消耗量的24.1%，國(guó)內(nèi)剩余可開采年限30 年；煤炭剩余可采年限230 年，其年占世界能源總消耗量的25.2%，國(guó)內(nèi)剩余可開采年限81 年；鈾剩余可采年限71 年，其年占世界能源總消耗量的7.6%，國(guó)內(nèi)剩余可開采年限為50 年。太陽能利用和光伏發(fā)電是最有發(fā)展前景的可再生能源，因此，世界各國(guó)都把太陽能光伏發(fā)電的商業(yè)化開發(fā)和利用作為重要的發(fā)展方向，制定了相應(yīng)的導(dǎo)向政策。在光伏發(fā)電的歷史上，最早規(guī)?；茝V的是日本，而后是德國(guó)，再發(fā)展到現(xiàn)在大力推廣的包括美國(guó)、西班牙、意大利、挪威

12、、澳大利亞、韓國(guó)、印度等超過40個(gè)國(guó)家與地區(qū)，如日本“新陽光計(jì)劃”、歐盟“可再生能源白皮書”，以及美國(guó)國(guó)家光伏發(fā)展計(jì)劃、百萬太陽能屋頂計(jì)劃、光伏先鋒計(jì)劃等的相繼推出，成為近年來推動(dòng)太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的主要?jiǎng)恿?。根?jù)歐盟的預(yù)測(cè)：到2030年太陽能發(fā)電將占總能耗10%以上，到2050年太陽能發(fā)電將占總能耗20%。1.2 光伏照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖1- 1 光伏系統(tǒng)組成框圖太陽能電池控制器蓄電池DC負(fù)載光伏照明系統(tǒng)主要由五大部分組成，即太陽能電池、蓄電池、控制器、照明電路、負(fù)載，如下圖1-1所示。在系統(tǒng)中，控制器是整個(gè)系統(tǒng)的核心。它控制蓄電池的充電及蓄電池對(duì)負(fù)載的供電，對(duì)蓄電池性能、使用壽命有非常大的影響

13、。目前，光伏系統(tǒng)主要由于控制器控制蓄電池充電方式不合理，降低了蓄電池壽命而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)可靠性不高，因此，在控制器的設(shè)計(jì)中采用什么樣的充電方式非常關(guān)鍵。 目前市場(chǎng)上的光伏控制器還存在著許多的不足之處，比如：系統(tǒng)的配置、控制精準(zhǔn)度不夠高，系統(tǒng)的使用壽命、陰雨天的工作時(shí)間等。因此，改善太陽能路燈系統(tǒng)的可靠性，開發(fā)性能優(yōu)良的太陽能控制器也成為重要的研究課題。1.3 本文的主要內(nèi)容 本論文設(shè)計(jì)了一種光伏照明控制系統(tǒng)，針對(duì)目前光伏控制系統(tǒng)控制器未能充分利用太陽能電池，對(duì)蓄電池的保護(hù)不夠充分、蓄電池的壽命縮短這種狀況，研究設(shè)計(jì)了一種基于ATmega48單片機(jī)的光伏控制器。本文在太陽能電池對(duì)蓄電池的充電方式及

14、蓄電池對(duì)負(fù)載的供電方面做了分析，完成了硬件電路設(shè)計(jì)和軟件主程序的設(shè)計(jì)，結(jié)合PWM充電控制法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)蓄電池充放電的管理，以滿足本系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)的功能。本論文由以下四部分組成：第一部分是系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，先通過對(duì)常用幾種充電方法的比較，從而確定本系統(tǒng)采用的是PWM充電控制法，基于此種充電方法設(shè)計(jì)出光伏控制系統(tǒng)的總體方案。第二部分簡(jiǎn)單介紹了電池組的基本情況，包括蓄電池的結(jié)構(gòu)和鉛酸蓄電池的工作原理，以及根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求與自然條件選擇合適的太陽能電池板。第三部分是本論文的核心內(nèi)容，介紹了光伏系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)，重點(diǎn)闡述了充放電電路以及檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)。第四部分闡述本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方案，主要介紹了系統(tǒng)軟件

15、的主程序流程。 第2章 光伏照明控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案2.1 充電方法的選擇圖2- 1 最佳充電曲線一般情況下，充電電流的安培數(shù)不應(yīng)超過蓄電池待充電的安培時(shí)數(shù)。常規(guī)充電的速度被蓄電池在充電過程中的溫升和產(chǎn)生的氣體量所限制。以上兩點(diǎn)對(duì)于為蓄電池選擇合適的充電方法有著重要的意義。2.1.1 恒流充電法恒流充電法是用調(diào)整充電裝置輸出電壓或改變與蓄電池串聯(lián)電阻的方法，保持充電電流強(qiáng)度不變的充電方法。恒流充電電路如圖2-2所示?？刂品椒ê?jiǎn)單，但由于電池的可接受電流能力是隨著充電過程的進(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，使出氣過甚，因此，一般情況下不選用此方法。圖2- 2 恒流充

16、電電路圖2- 3 恒流充電曲線2.1.2 階段充電法1.二階段法采用恒電流和恒電壓相結(jié)合的快速充電方法，如圖2-4所示。首先，以恒電流充電至預(yù)定的電壓值，然后，改為恒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。圖2- 4 二階段法曲線2.三階段充電法在充電開始和結(jié)束時(shí)采用恒電流充電，中間用恒電壓充電。當(dāng)電流衰減到預(yù)定值時(shí)，由第二階段轉(zhuǎn)換到第三階段。這種方法可以將出氣量減到最少，但作為一種快速充電方法使用，受到一定的限制。2.1.3 恒壓充電法充電電源的電壓在全部充電時(shí)間里保持恒定的數(shù)值，隨著蓄電池端電壓的逐漸升高，電流逐漸減少。與恒流充電法相比，其充電過程更接近于最佳充電

17、曲線。用恒定電壓快速充電, 如圖2-6所示。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，因此，只需簡(jiǎn)易控制系統(tǒng)。這種充電方法電解水很少，避免了蓄電池過充。但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，造成電池報(bào)廢。圖2- 5 恒壓充電電路圖2- 6 恒壓充電曲線2.1.4 脈沖式充電法（PWM充電控制法）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，從而打破了蓄電池指數(shù)充電接受曲線的限制，這也是蓄電池充電理論的新發(fā)展。脈沖充電方式首先是用脈沖電流對(duì)電池充電，然后讓電池停充一段時(shí)間，如此循環(huán)，如圖2-7所示。充電

18、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，使?jié)獠顦O化和歐姆極化自然而然地得到消除，從而減輕了蓄電池的內(nèi)壓，使下一輪的恒流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。間歇脈沖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電流接受率。3圖2- 7 脈沖式充電曲線表2- 1 對(duì)上述幾種充電方法的比較充電方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)恒流充電法可以任意選擇和調(diào)整充電電流，特別適合蓄電池容量恢復(fù)的小電流長(zhǎng)時(shí)間充電初始充電電流過小，充電后期電流又過大充電時(shí)間長(zhǎng)、析出氣體多、對(duì)極板的沖擊較大、能耗較高、效電率較低，充電時(shí)間長(zhǎng)階段充電法產(chǎn)生氣體少，較其他兩種

19、方法充電快不易控制，前后兩段都包括恒流與恒壓充電的缺點(diǎn)恒壓充電法接近最佳曲線，電解水少，避免了蓄電池過充，控制裝置簡(jiǎn)單充電初期電流過大，對(duì)蓄電池壽命造成很大影響，且容易使電池極板彎曲，造成電池報(bào)廢脈沖式充電法充電過程不產(chǎn)生大量，且不熱，從而可大量縮短充電時(shí)間快速充電轉(zhuǎn)換效率低，易造成極板的活性物質(zhì)脫落通過幾種蓄電池充電方法的分析，可知，脈沖式充電法（PWM充電控制法），有其它充電方法無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。所以采用PWM充電控制法，設(shè)計(jì)太陽能光伏照明智能控制器。該控制器提高了充電效率，延長(zhǎng)了蓄電池的使用壽命，增強(qiáng)了太陽能路燈系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。2.2系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)通過對(duì)蓄電池的幾種充電方法的比較，可知不同

20、的充電方法對(duì)蓄電池的充電效率及使用壽命有著重要的影響。光伏照明控制系統(tǒng)主要由五大部分組成，即太陽能電池、蓄電池、控制器、照明電路、負(fù)載，如圖2-8所示。圖2- 8 光伏照明控制系統(tǒng)總框圖1太陽能電池（光伏板）太陽能電池在整個(gè)系統(tǒng)中的作用有兩個(gè)，其一是把太陽能轉(zhuǎn)變成電能，即白天時(shí)，太陽能電池給蓄電池充電。其二是太陽能電池作為系統(tǒng)的光控元件，從太陽能電池兩端電壓的大小即可判斷光亮程度，也就是從太陽能電池電壓的大小來判斷天黑和天亮。太陽能電池方陣是由太陽能電池單體按照一定的排列組合而成。太陽能電池單體是光電轉(zhuǎn)換的最小單元，太陽能電池單體的工作電壓約為0.5V，工作電流約為20-25mA/cm2一般不

21、能單獨(dú)作為電源使用。將太陽能電池單體進(jìn)行串并聯(lián)并封裝后，就成為太陽能電池組件，其功率一般為幾瓦至幾十瓦，是可以單獨(dú)作為電源使用的最小單元。太陽能電池組件再經(jīng)過串并聯(lián)并裝在支架上，就構(gòu)成了太陽能電池方陣，可以滿足負(fù)載所要求的輸出功率。2蓄電池蓄電池也是整個(gè)太陽能路燈系統(tǒng)的關(guān)鍵部位，它是整個(gè)太陽能系統(tǒng)的儲(chǔ)備能源設(shè)備。白天時(shí)太陽能電池給蓄電池充電；晚上及陰雨天，系統(tǒng)和負(fù)載所用電全部由蓄電池來提供。本系統(tǒng)采用的是12V-12AH的閥控密封鉛酸蓄電池。3控制器 控制器是整個(gè)系統(tǒng)的智能核心，控制整個(gè)太陽能路燈系統(tǒng)的正常運(yùn)行，能自動(dòng)防止蓄電池組過充電和過放電的設(shè)備。本設(shè)計(jì)采用ATmega48單片機(jī)做為中央控

22、制芯片。本設(shè)計(jì)所研究的智能控制器，具有測(cè)量、計(jì)算和推理功能，采用了一對(duì)MOS晶體管（Power MOSFET）（如圖2-8中的Q1、Q2），構(gòu)成串聯(lián)式PWM充電主電路，電壓損失較使用二極管的充電電路降低近一半，提高了充電效率。4負(fù)載 按要求選取額定電壓是12V、額定功率是10W的白熾燈。2.3系統(tǒng)的工作過程當(dāng)系統(tǒng)連接正常且有陽光照射到太陽能電池上時(shí)，控制器面板上的指示燈為綠色常亮，表示系統(tǒng)充電電路正常；當(dāng)充電指示燈出現(xiàn)綠色快速閃爍時(shí)，說明系統(tǒng)過電壓。蓄電池充電過程使用了PWM方式，如果過放保護(hù)動(dòng)作，在恢復(fù)充電時(shí)，控制器先要提升充電電壓到設(shè)定值，并保持10min，而后降到直充電壓，保持30分鐘，

23、以激活蓄電池，避免蓄電池硫化結(jié)晶，最后降到浮充電壓，并保持浮充電壓。如果沒有發(fā)生過放，將不會(huì)進(jìn)入提升充電電壓方式，以防蓄電池失水。這些自動(dòng)控制過程將使蓄電池達(dá)到最佳充電效果并保證或延長(zhǎng)其使用壽命。蓄電池電壓在正常范圍時(shí)，控制器面板上的狀態(tài)提示燈為綠色常亮；充滿后狀態(tài)提示燈為綠色慢閃；當(dāng)蓄電池電壓降到欠壓時(shí)，狀態(tài)提示燈變成橙黃色；當(dāng)蓄電池電壓繼續(xù)降低到過放電壓時(shí)，狀態(tài)指示燈變?yōu)榧t色，此時(shí)控制器將自動(dòng)關(guān)閉輸出。當(dāng)蓄電池電壓恢復(fù)到正常工作范圍內(nèi)時(shí)，將自動(dòng)使輸出開關(guān)導(dǎo)通，狀態(tài)指示燈為綠色。第3章 電池組部分概述3.1 蓄電池部分概述3.1.1 閥控密封鉛酸蓄電池的簡(jiǎn)介 普通鉛酸蓄電池由于使用壽命短、效

24、率低，維護(hù)復(fù)雜、所產(chǎn)生的酸霧污染環(huán)境等問題，其使用范圍有限，目前已逐漸被淘汰。在本系統(tǒng)中，我們使用閥控密封式鉛酸（VRLA）蓄電池。閥控密封式鉛酸（VRLA）蓄電池誕生于20世紀(jì)70年代，到1975年時(shí)，在一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)形成了相當(dāng)?shù)纳a(chǎn)規(guī)模，很快就形成了產(chǎn)業(yè)化并大量投放市場(chǎng)。這種電池雖然也是鉛酸蓄電池，但是它與原來的鉛酸蓄電池相比具有很多優(yōu)點(diǎn)，而倍受用戶歡迎，特別是讓那些需要將電池配套設(shè)備安裝在一起(或一個(gè)工作間)的用戶青睞，例如UPS、電信設(shè)備、移動(dòng)通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)、摩托車等。這是因?yàn)閂RLA電池是全密封的，不會(huì)漏酸，而且在充放電時(shí)不會(huì)象老式鉛酸蓄電池那樣會(huì)有酸霧放出來而腐蝕設(shè)備，污染環(huán)境

25、，所以從結(jié)構(gòu)特性上人們把VRLA電池又叫做密閉（封）鉛酸蓄電池。為了區(qū)分，把老式鉛酸蓄電池叫做開口鉛酸蓄電池。由于VRLA電池從結(jié)構(gòu)上來看，它不但是全密封的，而且還有一個(gè)可以控制電池內(nèi)部氣體壓力的閥，所以VRLA鉛酸蓄電池的全稱便成了“閥控式密閉鉛酸蓄電池”閥控式鉛酸蓄電池的密封機(jī)理。3.1.2 閥控密封鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)及原理PbPbSO4負(fù)極板PbO2PbSO4正極板O2電解液H2SO4隔板AGM整流器4e安全閥I+-閥控密封鉛酸蓄電池由極板、隔板、防爆帽、外殼等部分組成，采用全密封、貧液式結(jié)構(gòu)和陰極吸附式原理，在電池內(nèi)部通過實(shí)現(xiàn)氧氣與氫氣的再化合，達(dá)到全密封的效果。閥控密封鉛酸蓄電池工作原

26、理如圖所示。正極板采用鉛鈣合金、鉛鎘合金或低銻合金，負(fù)極板采用鉛鈣合金。圖3- 1 閥控密封鉛酸蓄電池VRLA蓄電池有兩種：一種是采用超細(xì)玻璃纖維隔膜的VRLA蓄電池（AGM）；另一種是采用膠體電解液的VRLA蓄電池（GFL）。不論是采用玻璃纖維隔膜的閥控式密封鉛蓄電池(以下簡(jiǎn)稱AGM密封鉛蓄電池)還是采用膠體電解液的閥控式密封鉛蓄電池(以下簡(jiǎn)稱膠體密封鉛蓄電池)，它們都是利用陰極吸收原理使電池得以密封的。電池充電時(shí)，正極會(huì)析出氧氣，負(fù)極會(huì)析出氫氣。正極析氧是在正極充電量達(dá)到70%時(shí)就開始了。析出的氧到達(dá)負(fù)極，跟負(fù)極起下述反應(yīng)，達(dá)到陰極吸收的目的。2Pb+O2=2PbO （3-1）2PbO+2

27、H2SO4=2PbSO4+2H2O （3-2）負(fù)極析氫則要在充電到90%時(shí)開始，再加上氧在負(fù)極上的還原作用及負(fù)極本身氫過電位的提高，從而避免了大量析氫反應(yīng)。對(duì)AGM密封鉛蓄電池而言，AGM隔膜中雖然保持了電池的大部分電解液，但必須使10%的隔膜孔隙中不進(jìn)入電解液。正極生成的氧就是通過這部分孔隙到達(dá)負(fù)極而被負(fù)極吸收的。對(duì)膠體密封鉛蓄電池而言，電池內(nèi)的硅凝膠是以SiQ質(zhì)點(diǎn)作為骨架構(gòu)成的三維多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，它將電解液包藏在里邊。電池灌注的硅溶膠變成凝膠后，骨架要進(jìn)一步收縮，使凝膠出現(xiàn)裂縫貫穿于正負(fù)極板之間，給正極析出的氧提供了到達(dá)負(fù)極的通道。3.1.3 閥控密封鉛酸蓄電池的特點(diǎn)鉛酸蓄電池密封的難點(diǎn)就是

28、充電時(shí)水的電解。當(dāng)充電達(dá)到一定電壓時(shí)（一般在2.30V/單體以上）在蓄電池的正極上放出氧氣，負(fù)極上放出氫氣。一方面釋放氣體帶出酸霧污染環(huán)境，另一方面電解液中水份減少，必須隔一段時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)加水維護(hù)。閥控式鉛酸蓄電池就是為克服這些缺點(diǎn)而研制的產(chǎn)品，其產(chǎn)品特點(diǎn)為：（1）采用多元優(yōu)質(zhì)板柵合金，提高氣體釋放的過電位。即普通蓄電池板柵合金在2.30V/單體（25）以上時(shí)釋放氣體。采用優(yōu)質(zhì)多元合金后，在2.35V/單體（25）以上時(shí)釋放氣體，從而相對(duì)減少了氣體釋放量。（2）讓負(fù)極有多余的容量，即比正極多出10%的容量。充電后期正極釋放的氧氣與負(fù)極接觸，發(fā)生反應(yīng)，重新生成水，如式（3-1）、（3-2）所示，使

29、負(fù)極由于氧氣的作用處于欠充電狀態(tài)，因而不產(chǎn)生氫氣。這種正極的氧氣被負(fù)極鉛吸收，再進(jìn)一步化合成水的過程，即所謂陰極吸收。（3）為了讓正極釋放的氧氣盡快流通到負(fù)極，必須采用和普通鉛酸蓄電池所采用的微孔橡膠隔板不同的新型超細(xì)玻璃纖維隔板。其孔率由橡膠隔板的50%提高到90%以上，從而使氧氣易于流通到負(fù)極，再化合成水。另外，超細(xì)玻璃纖維隔板具有將硫酸電解液吸附的功能，因此即使電池傾倒，也無電解液溢出。（4）采用密封式閥控濾酸結(jié)構(gòu)，使酸霧不能逸出，達(dá)到安全、保護(hù)環(huán)境的目的。（5）殼體上裝有安全排氣閥，當(dāng)VRLA蓄電池內(nèi)部壓力超過安全閥的閾值時(shí)自動(dòng)開啟保證VRLA蓄電池的安全3.1.4 影響閥控密封鉛酸蓄

30、電池使用壽命的因素 閥控蓄電池特有的氧復(fù)合機(jī)理和閥控密封的結(jié)構(gòu)，雖然在一定程度上減少了它的維護(hù)工作量，但使得其比防酸隔爆蓄電池在可靠性和魯棒性上有所下降，更容易受環(huán)境的變化、使用條件等因素的影響。影響閥控密封鉛酸蓄電池壽命的外部因素主要有以下幾個(gè)方面：1環(huán)境溫度 環(huán)境溫度過高對(duì)閥控蓄電池使用壽命的影響很大。溫度升高時(shí)，蓄電池的極板腐蝕將加劇，同時(shí)將消耗更多的水，從而使電池壽命縮短。閥控蓄電在使用中對(duì)溫度有一定要求。典型的閥控蓄電池高于25 時(shí)，每升高69 ，電池壽命縮短一半。因此，其浮充電壓應(yīng)根據(jù)溫度進(jìn)行補(bǔ)償，一般為24 m V / ，而現(xiàn)有很多充電機(jī)沒有此功能。為達(dá)到閥控蓄電池的最佳使用壽命

31、，應(yīng)盡可能創(chuàng)造恒溫下的使用環(huán)境，同時(shí)保持蓄電池良好的通風(fēng)和散熱條件。具體來說，安放蓄電池的房間應(yīng)有空調(diào)設(shè)備。蓄電池?cái)[放要留有適當(dāng)?shù)拈g距，改善電池與環(huán)境媒介的熱交換。電池間保持不小于15mm的間隙，電池與上層隔板間有不小于150mm的間距的“通風(fēng)道”來降低溫升。表3- 1 全國(guó)主要城市輻射參數(shù)表城市緯度日輻射量Ht最佳傾角op斜面日輻射量修正系數(shù)Kop哈爾濱45.6812703+3158381.1400長(zhǎng)春43.9013572+1171271.1548沈陽41.7713793+1165631.0671北京39.8015261+4180351.0976天津39.1014356+5167221.06

32、92呼和浩特40.7816574+3200751.1468太原37.7815061+5173941.1005烏魯木齊43.7814464+12165941.0092西寧36.7516777+1196171.1360蘭州36.0514966+8158420.9489銀川38.4816553+2196151.1559西安34.3012781+14129520.9275上海31.1712760+3136910.9900南京32.0013099+5142071.0249合肥31.8512525+9132990.9988杭州30.2311668+3123720.9362南昌28.6713094+2137

33、140.8640福州26.0812001+4124510.8978濟(jì)南36.6814043+6159941.0630鄭州34.7213332+7145581.0476武漢30.6313201+7137070.9036長(zhǎng)沙28.2011377+6115890.8028廣州23.1312110-7127020.8850?？?0.0313835+12135100.8761南寧22.8212515+5127340.8231成都30.6710392+2103040.7553貴陽26.5810327+8102350.8135昆明25.0214194-8153330.9216拉薩29.7021301-824

34、1511.09642過度充電提升浮充電壓，或環(huán)境溫度升高，使充入電流陡升，氣體再化合效率隨充電電流增大而變小，在0.05C時(shí)復(fù)合率為90%，當(dāng)電流在0.1C時(shí)，氣體再化合效率近似為零。由于過充電將使產(chǎn)生的氣體不可能完全被再化合，從而引起電池內(nèi)部壓力增加，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定壓力時(shí)，安全閥打開，氫氣和氧氣逸出，同時(shí)帶出酸霧，消耗了有限的電解液，導(dǎo)致電池容量下降或早期失效。其次，在長(zhǎng)期過充電狀態(tài)下，H+增加，從而導(dǎo)致正極附近酸度增加，板柵腐蝕加速，使板柵變薄，加速電池的腐蝕，使電池容量降低，從而影響蓄電池的壽命。為避免產(chǎn)生多余的氣體，閥控蓄電池對(duì)充電機(jī)穩(wěn)壓限流精度提出了較高的要求。3過度放電或小電流放電 蓄

35、電池過度放電主要發(fā)生在交流電源停電后，蓄電池長(zhǎng)時(shí)間為負(fù)載供電。當(dāng)蓄電池被過度放電時(shí)，會(huì)在電池的陰極造成“硫酸鹽化”。因硫酸鉛是一種絕緣體，它的形成必將對(duì)蓄電池的充、放電性能產(chǎn)生很大的負(fù)面影響。在陰極上形成的硫酸鹽越多，蓄電池的內(nèi)阻越大，電池的充、放電性能就越差，蓄電池的使用壽命就越短。小電流放電條件下形成的硫酸鉛，要氧化還原是十分困難的，若硫酸鉛晶體長(zhǎng)期得不到清理，必然會(huì)影響蓄電池的容量和使用壽命。過度放電或小電流放電對(duì)閥控蓄電池的影響比對(duì)常規(guī)蓄電池的影響更大。因此在直流系統(tǒng)交流電源失去后，要嚴(yán)密監(jiān)視蓄電池的電壓和電流，防止閥控蓄電池過度放電。為避免小電流放電，閥控蓄電池不應(yīng)長(zhǎng)期退出系統(tǒng)運(yùn)行。

36、3.2 太陽能電池部分概述3.2.1 輻射參數(shù)的確定如表3-1所示，本設(shè)計(jì)中，參考合肥地區(qū)的相關(guān)參數(shù)。3.2.2 相關(guān)參數(shù)的換算1.傾斜面上太陽總輻射的換算傾斜面上的太陽總輻射計(jì)算公式： HT=Kop*HL （3-1）式中：HT傾斜面上的太陽總輻射量；Kop斜面最佳輻射系數(shù)；HL水平面上的年平均日輻射量。2. 白熾燈的日功耗計(jì)算出白熾燈每天的功耗，計(jì)算公式如下： Q=Pi*hi （3-2）式中：Q白熾燈每天功耗；Pi白熾燈的額定功率，Pi=10W；hi每天平均工作的小時(shí)數(shù)，hi=8h。3.太陽能電池總功率的計(jì)算所消耗太陽能電池總功率的計(jì)算公式：P=5168*A*QKop*HL (3-3)式中：

37、P太陽能電池總用量；A安全系數(shù)，一般取A=1.11.3。 4.太陽能電池輸出電壓Vs 的確定太陽能電池方陣的輸出電壓Vs與負(fù)載工作電壓(VfV1）應(yīng)滿足電壓平衡方程式：Vs=Vf+V1 （3-4）式中：Vs太陽能電池輸出電壓；Vf蓄電池的浮充電壓，Vf=13.6V；V1所有串聯(lián)入回路的元器件和線路引起的電壓降，一般取V1=1V?？捎山?jīng)驗(yàn)公式確定：Vs=1.3VB （3-5）式中：VB蓄電池的工作電壓，VB=12V；VS和VB的比例設(shè)計(jì)合理，太陽能光電池可近似實(shí)現(xiàn)最大功率輸出，提高太陽能光電池的光電轉(zhuǎn)化效率。5.太陽能電池輸出電流Is的確定太陽能電池輸出電流與太陽能電池總功率滿足如下計(jì)算公式：P

38、=Vs*Is （3-6）3.2.3 光伏板參數(shù)的確定綜上可得，光伏板最終的參數(shù)為：表3- 2所選定光伏板的參數(shù)開路電壓Voc2428V短路電流Isc13001600mA工作電壓Vop14.520V工作電流Iop9301120mA峰值功率Pm1521W第4章 控制器的設(shè)計(jì)4.1 單片機(jī)元件概述4.1.1 AVR系列單片機(jī)及ATmega48單片機(jī)簡(jiǎn)介AVR單片機(jī)是1997年由ATMEL公司研發(fā)出的增強(qiáng)型內(nèi)置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精簡(jiǎn)指令集高速8位單片機(jī)。AVR單片機(jī)廢除了機(jī)器周期，拋棄復(fù)雜指令計(jì)算機(jī)(CISC)追求指令完備的做法；采用精簡(jiǎn)指

39、令集，以字作為指令長(zhǎng)度單位，將內(nèi)容豐富的操作數(shù)與操作碼安排在一字之中(指令集中占大多數(shù)的單周期指令都是如此)，取指周期短，又可預(yù)取指令，實(shí)現(xiàn)流水作業(yè)，故可高速執(zhí)行指令。ATmega48是基于AVR 增強(qiáng)型RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega48的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1Mimps/ MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。圖4- 1 ATmega48單片機(jī)引腳圖4.1.2 AVR單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)1.簡(jiǎn)便易學(xué)，費(fèi)用低廉選擇AVR單片機(jī)的最主要原因，是進(jìn)入AVR單片機(jī)開發(fā)的門檻非常低，只要會(huì)操作電腦就可以學(xué)習(xí)AVR單片機(jī)的開發(fā)。AVR

40、單片機(jī)費(fèi)用低廉。學(xué)習(xí)AVR單片機(jī)可使用ISP在線下載編程方式(即把PC機(jī)上編譯好的程序?qū)懙絾纹瑱C(jī)的程序存儲(chǔ)器中)，不需購(gòu)買仿真器、編程器、擦抹器和芯片適配器等，即可進(jìn)行所有AVR單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用，這可節(jié)省很多開發(fā)費(fèi)用。程序存儲(chǔ)器擦寫可達(dá)10000次以上，不會(huì)產(chǎn)生報(bào)廢品。2.高速、低耗、保密AVR單片機(jī)是高速嵌入式單片機(jī)：AVR單片機(jī)具有預(yù)取指令功能，即在執(zhí)行一條指令時(shí)，預(yù)先把下一條指令取進(jìn)來；AVR單片機(jī)具有32個(gè)通用工作寄存器，相當(dāng)于有32條立交橋，可以快速通行；中斷響應(yīng)速度快；耗能低，有的器件最低1.8V即可工作；保密性能好。它具有不可破解的位加密鎖L0ckBit技術(shù)，保密位單元深藏于芯片

41、內(nèi)部，無法用電子顯微鏡看到。3.I/O口的功能強(qiáng)大，具有AD轉(zhuǎn)換電路AVR單片機(jī)的I/0是真正的I/O口，能正確反映I/O口輸入輸出的真實(shí)情況。工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，具有大電流(灌電流)1040mA，可直接驅(qū)動(dòng)可控硅SSR或繼電器，節(jié)省了外圍驅(qū)動(dòng)器件；AVR單片機(jī)內(nèi)帶模擬比較器，I/O口可用作AD轉(zhuǎn)換，可組成廉價(jià)的AD轉(zhuǎn)換器。表4- 1 ATmega48單片機(jī)各引腳的功能端口引腳功能VCC數(shù)字電路的電源GND地端口 B (PB7.0) XTAL1/XTAL2/TOSC1/TOSC2端口B 為8 位雙向I/O 口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使

42、用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口B保持為高阻態(tài)。通過對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘選擇位的設(shè)定，PB6 可作為反向振蕩放大器與內(nèi)部時(shí)鐘操作電路的輸入 。通過對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘選擇位的設(shè)定，PB7 可作為反向振蕩放大器的輸出。系統(tǒng)使用內(nèi)部RC振蕩器時(shí)，通過設(shè)置 ASSR 寄存器的 AS2 位，可以將 PB7.6作為異步定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器2 的輸入口TOSC2.1 使用。端口 C (PC5.0)端口C 為7 位雙向I/O 口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)

43、將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口C 保持為高阻態(tài)。PC6/RESETRSTDISBL位被編程時(shí)，可將PC6 作為一個(gè)I/O 口使用。因此，PC6 引腳與端口C 其他引腳的電特性是有區(qū)別的。RSTDISBL 位未編程時(shí)，PC6將作為復(fù)位輸入引腳Reset。此時(shí)，即使系統(tǒng)時(shí)鐘沒有運(yùn)行，該引腳上出現(xiàn)的持續(xù)時(shí)間超過最小脈沖寬度的低電平將產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。持續(xù)時(shí)間不到最小脈沖寬度的低電平不會(huì)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。端口 D (PD7.0)端口D為8位雙向I/O口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低

44、時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口D呈現(xiàn)為三態(tài)。AVCCAVCC 為A/D 轉(zhuǎn)換器的電源。當(dāng)引腳PC3.0與PC7.6用于ADC時(shí)，AVCC應(yīng)通過一個(gè)低通濾波器與VCC連接。不使用ADC時(shí)該引腳應(yīng)直接與VCC連接。PC6.4的電源則是由VCC提供的。AREFAREF為ADC的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。ADC7.6 （TQFP 與 MLF 封裝）TQFP與MLF封裝芯片的ADC7.6引腳為兩個(gè)10位A/D轉(zhuǎn)換器的輸入口，它們的電壓由AVCC提供。4.功能強(qiáng)大的定時(shí)器計(jì)數(shù)器及通訊接口定時(shí)計(jì)數(shù)器TC有8位和16位，可用作比較器。計(jì)數(shù)器外部中斷和PWM可用于控制輸出。Atmega48是在A

45、VR大家庭中尤為突出的是一款新型的AVR高檔單片機(jī)，它是基于AVR RISC、低功耗CMOS的8位單片機(jī)，芯片內(nèi)部集成了較大容量的存儲(chǔ)器和豐富強(qiáng)大的硬件接口電路，它具備AVR高檔單片機(jī)的MEGE系列的全部性能和特點(diǎn)，但由于其采用了小引腳封裝(為DIP28和TQFPMLF32)，所以其價(jià)格僅與低檔單片機(jī)相當(dāng)，成為AVR高檔單片機(jī)中內(nèi)部接口豐富、功能齊全、性能價(jià)格比最好的品種。4.1.3 ATmega48單片機(jī)的引腳如圖4-1，ATmega48單片機(jī)各引腳功能如表4-1所示4.1.4 ATmega48單片機(jī)的特點(diǎn)4K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(具有在編程過程中還可以讀的能力，即RWW)，256字

46、節(jié)EEPROM，512字節(jié)SRAM，23個(gè)通用I/O口線，32個(gè)通用工作寄存器，三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(T/C)，片內(nèi)/外中斷，可編程串行USART，面向字節(jié)的兩線串行接口，一個(gè)SPI串行端口，一個(gè)6路10位ADC(TQFP與MLF封裝的器件具有8路10位ADC)，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器，以及五種可以通過軟件選擇的省電模式?？臻e模式時(shí)CPU停止工作，而SRAM、T/C、USART、兩線串行接口、SPI端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時(shí)晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作，寄存器的內(nèi)容則一直保持；省電模式時(shí)異步定時(shí)器繼續(xù)運(yùn)行，以允許用戶維持時(shí)

47、間基準(zhǔn)，器件的其他部分則處于睡眠狀態(tài)；ADC噪聲抑制模式時(shí)CPU和所有的I/O模塊停止運(yùn)行，而異步定時(shí)器和ADC 繼續(xù)工作，以減少ADC轉(zhuǎn)換時(shí)的開關(guān)噪聲；Standby模式時(shí)振蕩器工作而其他部分睡眠，使得器件只消耗極少的電流，同時(shí)具有快速啟動(dòng)能力。ATmega48是以Atmel的高密度非易失性內(nèi)存技術(shù)生產(chǎn)的。片內(nèi)ISPFlash可以通過SPI接口、通用編程器，或引導(dǎo)程序進(jìn)行多次編程。引導(dǎo)程序可以使用任意接口將應(yīng)用程序下載到應(yīng)用Flash存儲(chǔ)區(qū)。在更新應(yīng)用Flash存儲(chǔ)區(qū)時(shí)引導(dǎo)程序區(qū)的代碼繼續(xù)運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)了FLASH的RWW操作。通過將8位RISC CPU與系統(tǒng)內(nèi)可編程的Flash集成在一個(gè)芯

48、片內(nèi)，ATmega48為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的方案。4.2 控制器技術(shù)指標(biāo)和技術(shù)要求4.2.1 技術(shù)指標(biāo) 本課題所研究的控制器專為12V光伏照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。控制器能達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)如表4-2所示。4.2.2 控制器的功能本系統(tǒng)中使用的控制器是專為太陽能直流供電系統(tǒng)、太陽能直流負(fù)載系統(tǒng)設(shè)計(jì)的。采用一鍵式輕觸開關(guān)，完成所有操作及設(shè)置。具有短路、過載、防反接、充滿、過放自動(dòng)關(guān)段、恢復(fù)等保護(hù)功能，實(shí)時(shí)顯示充電、蓄電池狀態(tài)、負(fù)載及各種故障指示?？刂破魍ㄟ^微處理器對(duì)蓄電池的端電壓、放電電流、環(huán)境溫度等涉及蓄電池容量的參數(shù)進(jìn)行采樣。通過專用控制模型計(jì)算，實(shí)現(xiàn)符合蓄電池特性的放大率、溫度補(bǔ)償?shù)?/p>

49、高精度控制，并采用高效的PWM充電模式，保證蓄電池工作在最佳狀態(tài)，有效地延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，具有多種工作模式、輸出狀態(tài)，滿足各種應(yīng)用需要。表4- 2 控制器的技術(shù)指標(biāo)額定充電電流5A額定負(fù)載電流5A系統(tǒng)電壓12V過載、短路保護(hù)1.25倍額定電流60秒時(shí)過載保護(hù)動(dòng)作；1.5倍額定電流5S時(shí)過載保護(hù)動(dòng)作；3倍額定電流短路動(dòng)作保護(hù)空載損耗6mA充電回路壓降不大于0.26V放電回路壓降不大于0.15V超壓保護(hù)17V工作溫度-35+55提升充電電壓14.6V直充充電電壓14.4V浮充13.6V充電返回電壓13.2V溫度補(bǔ)償-5mV/2V欠壓電壓12.0V過放電壓11.1V過放返回電壓12.6V控制方式

50、充電為PWM脈寬調(diào)制4.2.3 控制器工作模式的設(shè)置（1）設(shè)置方法。按下開關(guān)設(shè)置按鈕持續(xù)5s，模式（MODE）顯示數(shù)字LED閃爍，松開按鈕，每按一次轉(zhuǎn)換一個(gè)數(shù)字，直到LED顯示的數(shù)字與表4-3中所選用的模式對(duì)應(yīng)的數(shù)字即停止按鍵，等到LED數(shù)字不閃爍即完成設(shè)置。每按一次按鈕，LED數(shù)字點(diǎn)亮，可觀察到設(shè)置的值。（2）純光控方式。當(dāng)沒有陽光時(shí)，光強(qiáng)降到啟動(dòng)點(diǎn)，控制器延時(shí)10min確認(rèn)啟動(dòng)信號(hào)后，開通負(fù)載，負(fù)載開始工作；當(dāng)沒有陽光時(shí)，光強(qiáng)升到啟動(dòng)點(diǎn)，控制器延時(shí)10min確認(rèn)關(guān)閉輸出信號(hào)后關(guān)閉輸出，負(fù)載停止工作。（3）光控開+延時(shí)關(guān)方式。啟動(dòng)過程同前。當(dāng)負(fù)載工作到設(shè)定的時(shí)間就關(guān)閉負(fù)載，時(shí)間設(shè)定見表4-6

51、。（4）通用控制器方式。此方式僅取消光控、時(shí)控功能、輸出延時(shí)及相關(guān)的功能，保留其他所有功能。作為一般的通用控制器使用。（5）系統(tǒng)調(diào)試方式。系統(tǒng)調(diào)試方式和純光控模式相同，只取消了判斷光信號(hào)控制輸出的10min延時(shí)，保留其他所有功能。有光信號(hào)即接通負(fù)載，無光信號(hào)即關(guān)斷負(fù)載，可方便地檢查系統(tǒng)安裝的正確性。表4- 3 控制器工作模式設(shè)置LED數(shù)碼01234模式測(cè)試4/OFF5/OFF6/OFF7/OFFLED數(shù)碼56789模式8/OFF9/OFF10/OFF純光控通用4.3 控制器的硬件設(shè)計(jì)方案微控制器太陽能電池板電壓采集模塊蓄電池端電壓采集模塊負(fù)載電流檢測(cè)模塊溫度檢測(cè)PWM功率驅(qū)動(dòng)充電驅(qū)動(dòng)放電驅(qū)動(dòng)輸

52、出保護(hù)功率驅(qū)動(dòng)鍵盤顯示模塊光伏照明控制系統(tǒng)通過微控制器對(duì)太陽電池板電壓、蓄電池端電壓、負(fù)載電流、環(huán)境溫度等參數(shù)進(jìn)行采樣，通過軟件設(shè)置，實(shí)現(xiàn)符合蓄電池特性的放電率，溫度補(bǔ)償修正的高效、高準(zhǔn)確率控制，并采用高效PWM模式對(duì)蓄電池充放電，保證蓄電池工作在最佳狀態(tài)，延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命?？刂破骶哂蟹览讚?、蓄電池防反充、蓄電池防反接、過載、負(fù)載短路等保護(hù)措施，并且有充放電、蓄電池狀態(tài)、負(fù)載工作及各種故障的指示。8圖4- 2 太陽能光伏照明控制系統(tǒng)控制器結(jié)構(gòu)圖4.4 控制器的電路設(shè)計(jì)4.4.1 單片機(jī)的最小系統(tǒng)單片機(jī)是整個(gè)控制器的智能核心。該智能控制器，采用8位AVR微處理器ATmega48作用主控制芯片。ATmega48是基于AVR增強(qiáng)型RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器，具有高性能、高保密性、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可獨(dú)立訪問的哈佛結(jié)構(gòu)，代碼執(zhí)行效率高。ATmega48處理器包含有4 KB片