太陽能充電放電控制器設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

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：智能高效太陽能電池的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)目錄第1章緒論1.1課題研究背景1.2本課題研究的主要內(nèi)容第2章太陽能電池的研究和分析2.1太陽能電池的原理2.2太陽能電池的分類2.3太陽能電池的等效電路2.4太陽能電池板的主要參數(shù)2.5本章小結(jié)第3章蓄電池充電技術(shù)研究3.1蓄電池的一般特性3.2太陽能蓄電池充電技術(shù)研究3.3本章小結(jié)第4章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)194.1太陽能充/放電器原理4.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.3單片機(jī)的防干擾技術(shù)4.4本章小結(jié)第5章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1protues仿真5.2keil程序調(diào)試5.3流程圖5.4本章小結(jié)結(jié)論參考文獻(xiàn)致謝附錄-1-北華大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）北華大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）化合物為材料的太陽能電池；③功能高分子材料(有機(jī)半導(dǎo)體)制備的太陽能電池；④納米晶太陽能電池等。這里采用的是硅太陽能電池。硅系列太陽能電池中，單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。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)。開發(fā)的電池主要有平面單晶硅電池和刻槽埋柵電極單晶硅電池，電池轉(zhuǎn)化效率20%左右。多晶硅薄膜電池所使用的硅遠(yuǎn)較單晶硅少，又無較大效率衰退問題，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。非晶硅薄膜太陽能電池與結(jié)晶硅電池相比轉(zhuǎn)換效率偏底，但其成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)，受到人們普遍的重視并得到迅速發(fā)展，電池最高轉(zhuǎn)換效率為10%左右。2.3太陽能電池的等效電路光伏電池受光的照射便產(chǎn)生電流。這個(gè)電流隨著光強(qiáng)的增加而增大，當(dāng)接受的光強(qiáng)度一定時(shí)，可以將光伏電池看作恒流電源。目前使用的光伏電池可看作P-N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P-N結(jié)為理想狀態(tài)的情況下，可根據(jù)圖2-1表示的等效電路來考慮。IIOILI太陽光VLI圖2-1理想狀態(tài)的太陽能電池等效電路圖在這種等效電路中，加給負(fù)荷的電壓V和流過負(fù)荷的電流I之間的關(guān)系式，可由下式給出。qvIILIOexpnKT1(2-1)當(dāng)I=0時(shí)，可以得到太陽能電池的開路電壓KTIVlnL1 qIO(2-2)其中I為電池單元輸出電流；I為PN結(jié)電流(A)；I為二極管的反向飽和電 L O流(A)；V為外加電壓(V)；q是單位電荷(1.61019K庫侖)；K是玻耳茲曼常數(shù)(1.381023J/K)；T是絕對(duì)溫度(Tt273K)；n為二極管指數(shù)。但是在實(shí)際的光伏電池中，由于電池表面和背面的電極和接觸，以及材料本身具有一定的電阻率，流經(jīng)負(fù)載的電流經(jīng)過它們時(shí)，必然引起損耗，在等效電路中可將它們的總效果用一個(gè)串聯(lián)電阻R來表示。同時(shí)，由于電池邊沿的漏電，在S電池的微裂痕、劃痕等處形成的金屬橋漏電等，使一部分本該通過負(fù)載的電流短路，這種作用可用一個(gè)并聯(lián)電阻R來等效表示。此時(shí)的等效電路可根據(jù)圖2-2sh來描述，其伏安特性可由2-2式給出。shshRIOILI太陽光VLIshI圖2-2實(shí)際光伏電池等效電路qvRIV+RI IIIexpS1 S(2-3)L OnKTRsh此式叫做光伏電池的超越方程式。2.4太陽能電池板的主要參數(shù)2.4.1光伏電池的主要參數(shù)光伏電池的幾個(gè)重要技術(shù)：短路電流I：在給定日照強(qiáng)度和溫度下的最大輸出電流。SC開路電壓V：在給定日照強(qiáng)度和溫度下的最大輸出電壓。OC最大功率點(diǎn)電流(I)：在給定日照強(qiáng)度和溫度下相應(yīng)最大功率點(diǎn)的電流。M最大功率點(diǎn)電壓(V)：在給定日照和溫度下相應(yīng)于最大功率點(diǎn)的電壓。M最大輸出功率(P)：在給定日照和溫度下光伏電池可能輸出的最大功率。M填充因子P FF M (2-4)VI OC SC⑦光伏電池的轉(zhuǎn)換效率：輸出功率P與陽光投射到電池表面上的功率P之 M S比，其值取決于工作點(diǎn)。通常采用光伏電池的最大效率值作為其效率，MPPTPM/PS。以上各個(gè)參數(shù)可以在圖2-3中表示如下：SCI0SCI0OCVMVMPVIMIMAXMAXV)(vVMPMAXP)(wP圖2-4太陽能電池的P-V特性曲線圖2-3中，在I-V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)。M點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電流I為最佳工作電M流，V為最佳工作電壓，P為最大輸出功率，由圖和公式還可以看出，光伏電 M M池不工作于最大功率點(diǎn)時(shí)，其效率都低于按此定義的效率值，甚至?xí)偷搅?。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)I，V，M M從而求出最大輸出功率：PIV。但是要求出其解析解，幾乎不可能。因 M M M為它受太陽能電池內(nèi)部等效的串、并聯(lián)電阻的影響，其特性方程由公式2.3可知一個(gè)超越指數(shù)方程，無法用線性方程表示，具有非線性。圖2-4可表示太陽能電池的P-V曲線。從圖2.3可見，I和V的乘積就是最佳工作點(diǎn)的縱橫坐標(biāo)所確定的矩形面 M M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。如果在一定光照下的I-V特性曲線是理想的矩形，那么I和V乘積就等于I和V的乘積。對(duì) M M SC OC實(shí)際光電池，引人填充因子FF(Fillfactor)概念來表征光電池的這一特性，填充因子FF定義為式2-4。它表示最大輸出功率的值所占的以V和I為邊長的矩形面 OC SC積的百分比，填充因子是表征光電池的輸出特性好壞的重要參數(shù)之一。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。2.4.2太陽的光照強(qiáng)度對(duì)光伏電池轉(zhuǎn)換效率的影響圖2-5、圖2-6分別是太陽能電池陣列在溫度為25℃時(shí)，不同日照(S)下表現(xiàn)出的電流-電壓(I-V)和功率-電壓(P-V)特性。從圖2-5可知，太陽能電池陣列的輸出短路電流(I)和最大功率點(diǎn)電流(I)隨日照強(qiáng)度的上升而顯著增大雖然日照 SC M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)果最大輸出功率來說，變化顯著，如圖2-6中虛線與各實(shí)線的交點(diǎn)所示。21000W/m21000W/mS2800W/mS2600W/mS2400W/mS2200W/mS1000W800W600W400W200W2.010001.58006001.04000.5200UVUV O100200300400500 O100200300400500圖2-5不同日照下的I-V關(guān)系曲線圖圖2-6不同日照下的P-V曲線圖2.4.3溫度對(duì)光伏電池輸出特性的影響 圖2-7，圖2-8分別給出了太陽能電池陣列在日照射為1000w/m2，和在變化溫度(T)的情況下，表現(xiàn)出典型的I-V和P-V特性?？梢钥闯?，溫度對(duì)太陽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。因而對(duì)最大輸出功率影響明顯，見圖2-8中各實(shí)線的波峰的幅值變化。o50Co50Co0Co25C21000/SWm21000/SWmo0Co25Co50C2.010001.58006001.04000.5200U(V) 100200300400500600 100200300400500600圖2-7不同溫度下的I-V特性曲線圖2-8不同溫度下的P-V特性曲線綜上，太陽能電池板的輸出特性具有以下特點(diǎn)：太陽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；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；太陽能電池板的輸出功率隨著光強(qiáng)和溫度成非線性變化；輸出功率在某一點(diǎn)達(dá)到最大值，該點(diǎn)即為太陽能電池板的最大功率點(diǎn)(MPP，MaximumPowerPoint)，且隨著外界環(huán)境的變化而變化。2.5本章小結(jié)本章內(nèi)容主要介紹太陽能電池板的相關(guān)知識(shí)。首先介紹了太陽能電池的原理，即太陽能電池板進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的原理；其次對(duì)太陽能電池板的等效電路進(jìn)行了分析；介紹了太陽能電池的分類；最后結(jié)合可能影響太陽能電池板內(nèi)部和外部因素對(duì)其輸出特性作了分析介紹。

第3章蓄電池充電技術(shù)研究太陽能充電系統(tǒng)中充電器最主要的功能是控制太陽能電池向蓄電池充電，控制蓄電池向負(fù)載供電，控制整個(gè)系統(tǒng)的正常、可靠運(yùn)行。蓄電池的性能和充放電的方式有很大的關(guān)系，為了尋求最佳方案，在設(shè)計(jì)充電器之前必須做的一項(xiàng)工作是對(duì)蓄電池原理作一個(gè)詳細(xì)的分析研究。3.1蓄電池的一般特性3.1.1主要參數(shù)指標(biāo) 描述蓄電池特性的參數(shù)有很多，主要的有：蓄電池的充放電容量、蓄電池效率、荷電狀態(tài)、放電深度和蓄電池壽命等。當(dāng)然對(duì)于不同的蓄電池還有不同的參數(shù)，后面用到鉛酸蓄電池時(shí)再詳述。下面介紹其中一些參數(shù)的概念及相互間的關(guān)系。1蓄電池充放電容量蓄電池充電容量Q：蓄電池充電時(shí)消耗的電量。CQtCIdt(3-1) C C0式中I為充電電流，t為充電時(shí)間。蓄電放電容量Q：全充足電的蓄電池在一定放電條件下放出的電量。dQtdIdt(3-2) d d0式中I為放電電流，t為放電時(shí)間。 d d影響蓄電池放電容量的主要因素有：放電率放電時(shí)間越短，放電電流就越大，蓄電池的終止電壓越低，蓄電池的容量就越小。電解液的溫度當(dāng)電解液溫度在10-35℃變化時(shí)，溫度每升高1℃，蓄電池容量約增加額定容量的0.008。通常采用25℃下10小時(shí)放電率取得的容量作為蓄電池的額定容量。2蓄電池效率放電時(shí)能放出的全部電量與充電時(shí)充入的全部電量的百分比?？捎冒矔r(shí)效率或瓦時(shí)效率表示，它們的關(guān)系為A WIUtd d dw IUtc c cUd100%(3-3)AUc式中U和U分別為蓄電池充放電時(shí)的平均電壓。 C d3荷電狀態(tài)(SOC)己充電量與蓄電池額定容量的比值。Q(t) SOC (3-4)Qr式中Q(t)是蓄電池實(shí)際帶電量，Q是額定容量。r荷電狀態(tài)是描述蓄電池實(shí)際工作狀態(tài)的重要參數(shù)。放電深度(DOD)蓄電池放電量與額定容量的比值。DOC1SOC(3-5)蓄電池壽命浮動(dòng)充電壽命：蓄電池保持在浮動(dòng)充電條件下的使用壽命。即在一個(gè)固定的浮充電壓和特定的電解液溫度條件下的使用壽命。循環(huán)壽命：在一定的充電條件下，蓄電池被全充全放的次數(shù)。蓄電池的壽命與放電深度、充電電壓和環(huán)境溫度密切相關(guān)。選擇放電深度30-50%，環(huán)境溫度10-25℃可充分延長蓄電池使用壽命。3.1.2鉛酸蓄電池的充放電特性 鉛酸蓄電池充電后，正極板二氧化鉛（PbO），在硫酸溶液中水分子的作用2下，少量二氧化鉛與水生成可離解的不穩(wěn)定物質(zhì)--氫氧化鉛（PbOH），氫氧根4離子在溶液中，鉛離子（Pb4）留在正極板上，故正極板上缺少電子。鉛酸蓄電池充電后，負(fù)極板是鉛（Pb），與電解液中的硫酸（HSO）發(fā)生反應(yīng)，變成鉛2 4離子（Pb2），鉛離子轉(zhuǎn)移到電解液中，負(fù)極板上留下多余的兩個(gè)電子（2e）?？梢?，在未接通外電路時(shí)（電池開路），由于化學(xué)作用，正極板上缺少電子，負(fù)極板上多余電子，如圖3-1所示，兩極板間就產(chǎn)生了一定的電位差，這就是電池的電動(dòng)勢。 PbO Pb2424HSO4Pb2OH2H2OH2H24SO24SO2Pb2Pb圖3-1鉛酸蓄電池電動(dòng)勢產(chǎn)生原理其原理可通過下面的反應(yīng)方程式來表示：負(fù)極：PbHSOPbSO2H2e(3-8) 2 4 4 PbOHSO2H2e PbS2O HO 正極： 2 2 4 4 2(3-9) PbPbO2HSO2 PbS2O HO總反應(yīng)：22442(3-10)圖3-2是固定放電電流下電池端電壓與放電時(shí)間的示意圖。從圖可以看出，在大部分放電過程中，電池端電壓是穩(wěn)定下降的，說明電池釋放的能量與電池端電壓的降低量間存在一定的關(guān)系。但到了放電末期，出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，此時(shí)電池端電壓急劇下降，這是因?yàn)殡娊庖褐?，硫酸的濃度已?jīng)很低，電解液擴(kuò)散到極板的速度不及放電的速度，在電解質(zhì)不足的情況下，極板的電動(dòng)勢急劇降低，造成電池端電壓的下降，至此應(yīng)停止放電，否則會(huì)造成電池的過度放電。過放電會(huì)致使電池內(nèi)部大量的硫酸鉛被吸附到蓄電池的陰極表面，造成電池陰極“硫酸鹽化”，由于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，因此在陰極上形成的硫酸鹽越多，蓄電池的內(nèi)阻也越大，電池的充、放電性能就越差，從而使蓄電池的壽命縮短。放電時(shí)間放電時(shí)間U電池端電壓轉(zhuǎn)折點(diǎn)圖3-2鉛酸電池端電壓與放電時(shí)間的關(guān)系3.2太陽能蓄電池充電技術(shù)研究對(duì)蓄電池的充電方法有很多種，如恒流充電、恒壓充電、恒壓限流充電、兩階段充電、三階段充電、快速充電、智能充電、均衡充電等方法3.2.1恒流充電 恒流充電就是以一定的電流進(jìn)行充電，在充電過程中隨著蓄電池電壓的變化要進(jìn)行電流調(diào)整使之恒定不變。這種方法特別適合于有多個(gè)蓄電池串聯(lián)的蓄電池組進(jìn)行充電，能使落后的蓄電池的容量易于得到恢復(fù)，最好用于小電流長時(shí)間的充電模式。這種充電方式的不足之處是，蓄電池開始充電電流偏小，在充電后期充電電流又偏大，充電電壓偏高，整個(gè)充電過程時(shí)間長，特別在充電后期，析出氣體多，對(duì)極板沖擊大，能耗高，其充電效率不足65%。為避免充電后期電流過大的缺點(diǎn)，一種改進(jìn)型的恒流方法得到應(yīng)用，它就是分段恒流充電，這種方法在充電后期把電流減小。具體充電電流的大小、充電時(shí)間以及何時(shí)轉(zhuǎn)換為小電流，必須參照蓄電池維護(hù)使用說明書中的有關(guān)規(guī)定，否則容易損壞蓄電池。充電過程中電壓、電流變化關(guān)系如圖3-3所示。IIU,tIU,UIUIt圖3-3恒流充電曲線圖3-4恒壓充電曲線3.2.2恒壓充電恒壓充電就是指以一恒定電壓對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。因此在充電初期由于蓄電池電壓較低，充電電流很大，但隨著蓄電池電壓的漸漸升高，電流逐漸減小。在充電末期只有很小的電流通過，這樣在充電過程中就不必調(diào)整電流。相對(duì)恒流充電來說，此法的充電電流自動(dòng)減小，所以充電過程中析氣量小，充電時(shí)間短，能耗低，充電效率可達(dá)80%，如充電電壓選擇適當(dāng)，可在8小時(shí)內(nèi)完成充電。此法的充電特性曲線如圖3-4所示，此法也有其不足之處：在充電初期，如果蓄電池放電深度過深，充電電流會(huì)很大，不僅危及充電控制器的安全，而且蓄電池可能因過流而受到損傷。如果蓄電池電壓過低，后期充電電流又過小，充電時(shí)間過長，不適合串聯(lián)數(shù)量多的電池組充電。蓄電池端電壓的變化很難補(bǔ)償，充電過程中對(duì)落后電池的完全充電也很難完成。這種充電方式，在光伏小系統(tǒng)中常采用，由于其充電電源來自太陽能陣列，其功率不足以使蓄電池產(chǎn)生很大的電流，所以在這樣的系統(tǒng)中蓄電池組串聯(lián)不多。3.2.3恒壓限流充電恒壓限流充電方式是為克服恒壓充電時(shí)初始電流過大而進(jìn)行改進(jìn)的一種方式。它是在充電電源與蓄電池之間串聯(lián)一限流電阻，當(dāng)電流大時(shí)，其上的電壓降就大，從而減小了充電電壓；當(dāng)電流小時(shí)，限流電阻上的電壓降也小，從而加到蓄電池上的電壓也增大，這樣就自動(dòng)調(diào)整了充電電流，使之在某個(gè)限定范圍內(nèi)，這樣在充電初期的電流就得到限制，雖然充電控制器輸出是恒壓，但加在蓄電池上的電壓不為恒壓，因此也稱這種方式為準(zhǔn)恒壓方式。3.2.4兩階段、三階段充電 這種方式是以克服恒流與恒壓充電的缺點(diǎn)而結(jié)合的一種充電策略。它要求首先對(duì)蓄電池采用恒流充電方式充電，蓄電池充電到達(dá)一定容量后，然后采用恒壓方式進(jìn)行充電。這樣蓄電池在初期充電不會(huì)出現(xiàn)很大的電流，在后期也不會(huì)出現(xiàn)高電壓，使蓄電池產(chǎn)生析氣。其充電特性如圖3-5所示。在兩階段充電完畢，即蓄電池容量到達(dá)其額定容量(當(dāng)時(shí)環(huán)境條件下)時(shí)，許多充電控制器允許對(duì)蓄電池繼續(xù)以小電流進(jìn)行充電，以彌補(bǔ)蓄電池的自放電，這種以小電流充電的方式也稱為浮充。這就是在兩階段基礎(chǔ)上的第三階段，但在這一階段的充電電壓要比恒壓階段的要低。如圖3-5的虛線段U。本系統(tǒng)采用的就f是三階段充電階段。UUUIfUIU,t圖3-5兩階段、三階段充電曲線3.2.5快速充電正常充電方式蓄電池從0%到100%容量比，一般需要8-20小時(shí)，充電時(shí)間長。在某些場合需要縮短充電時(shí)間，但采用電流過大時(shí)蓄電池的溫度會(huì)升高過快，對(duì)蓄電池有損害，且電流利用率也下降。快速充電就是采用大電流和高電壓對(duì)蓄電池充電，在1-2小時(shí)內(nèi)把蓄電池充好，而且在這個(gè)過程中不會(huì)使蓄電池產(chǎn)生大量析氣和使蓄電池電解液溫度過高(一般在45℃以下)。這種方式解決不產(chǎn)生大量析氣和不使溫度升高過大的方法是采用不斷地脈沖充電和反向電流短時(shí)間放電相結(jié)合方法。短時(shí)反向放電的目的是消除蓄電池大電流充電過程中產(chǎn)生的極化。這樣就可以大大地提高充電速度，縮短充電時(shí)間。當(dāng)然脈沖充電電流、持續(xù)時(shí)間和放電電流以及持續(xù)時(shí)間必須根據(jù)蓄電池的要求進(jìn)行。3.2.6智能充電 智能充電是以美國人J.A.MAS（馬斯）研究提出的蓄電池快速充電的一些基本規(guī)律為基礎(chǔ)。它是以最低析氣率為前提，找出蓄電池能夠接受的最大充電電流和可以接受的充電電流曲線。雖說可以使蓄電池的充電電流始終保持在可接受電流的附近，從而使蓄電池能得到快速充電，且對(duì)蓄電池影響較小。但是在光伏系統(tǒng)中因?yàn)槌潆婋娫幢旧聿⒉皇钦嬲饬x上的“無限電源”，而是來自太陽能光伏陣列這個(gè)“有限電源”，對(duì)蓄電池充電的同時(shí)還必須考慮電源電流的“來源”是否足夠。因此還未見到在光伏系統(tǒng)中采用充電可接受電流控制的智能充電的研究報(bào)道。3.3本章小結(jié)介紹了蓄電池的相關(guān)知識(shí)。首先通過對(duì)蓄電池的概念和一般特性的介紹，使我們對(duì)蓄電池有了更多的了解；并結(jié)合上一章對(duì)太陽能電池板的介紹，簡單的對(duì)太陽能蓄電池充電技術(shù)作了簡單的研究。

第4章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1太陽能充/放電器原理太陽能充放/電控制器的作用是有效地控制太陽能電池板給蓄電池充電，同時(shí)控制蓄電池為負(fù)載放電，以12V蓄電池為例，以其配套的太陽能電池板在有一定光照強(qiáng)度下的開路電壓為21V，接入控制器后的電壓為17V，蓄電池的電壓為10~14V，不同的蓄電池其充放電特性是不同的，若為小容量蓄電池，當(dāng)接通太陽能電池板與蓄電池后，蓄電池的電壓會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)被電池板充到14V，若不加控制，蓄電池電壓甚至?xí)?，我們判斷蓄電池是否已?jīng)充滿的標(biāo)準(zhǔn)就是檢測蓄電池的電壓值，實(shí)際上在這種方式下檢測出的結(jié)果是不準(zhǔn)確的，因此此時(shí)檢測到得蓄電池電壓是虛電壓，而等電池穩(wěn)定后，再測量電壓，會(huì)發(fā)現(xiàn)電壓下降了許多，我們加入控制器的目的就是當(dāng)檢測到蓄電池電壓達(dá)到一定值時(shí)，使用控制器控制連接太陽能電池板與蓄電池之間的MOS管的開關(guān)，以一種脈寬調(diào)制的方式，降低充電電流以進(jìn)一步為蓄電池充電，直到最后用很微小的電流將蓄電池電壓維持在某一固定值。控制負(fù)載是需要注意，當(dāng)蓄電池電壓放電到一定電壓值以下時(shí)，要關(guān)斷負(fù)載，以保護(hù)蓄電池不能太過放電，若控制器控制充電部分電路出現(xiàn)問題，蓄電池電壓將有可能一直被充到16V以上，這樣的電壓連進(jìn)負(fù)載時(shí)，極有可能燒毀負(fù)載，因此，也要保證當(dāng)蓄電池電壓高于一定電壓值時(shí)同樣要關(guān)斷負(fù)載。以充/放電最大電流10A、額定電壓12V控制系統(tǒng)為例，其主要實(shí)現(xiàn)功能如下：要能自動(dòng)檢測太陽能電池板電壓是否高于蓄電池電壓，若高于蓄電池電壓則開始充電：若低于蓄電池電壓，則不能開啟充電，否則蓄電池電流會(huì)反向流向太陽能電池板而造成電量損耗。負(fù)載放電電流達(dá)到12A時(shí)控制器通過蜂鳴器報(bào)警，提示用戶負(fù)載已經(jīng)過載請(qǐng)降低負(fù)載功率運(yùn)行：當(dāng)放電電流達(dá)到15A時(shí)控制器會(huì)自動(dòng)切斷負(fù)載輸出，以保護(hù)控制器不被燒壞。切斷負(fù)載輸出后，控制器要能夠自動(dòng)檢測負(fù)載功率，當(dāng)負(fù)載功率降低到額定功率一下時(shí)，控制器又可自動(dòng)開啟負(fù)載。當(dāng)蓄電池電壓低于10.8V時(shí)，自動(dòng)關(guān)斷負(fù)載（欠壓關(guān)斷），同時(shí)有報(bào)警提示；當(dāng)從低于10.8V回升到13.2V時(shí)自動(dòng)接通負(fù)載（欠壓恢復(fù)）。當(dāng)蓄電池電壓高于14.8V時(shí)，自動(dòng)關(guān)斷負(fù)載（欠壓關(guān)斷），同時(shí)有報(bào)警提示；當(dāng)從高于14.8V回落到14.7V時(shí)自動(dòng)接通負(fù)載（過壓恢復(fù)）。當(dāng)蓄電池處于浮充狀態(tài)時(shí)電壓值控制在13.7V。當(dāng)用戶將太陽能電池板反接至控制器時(shí)，要有報(bào)警功能，并且具有保護(hù)控制器不被損壞的功能。當(dāng)用戶將蓄電池反接至控制器時(shí)，要有報(bào)警功能，并且具有保護(hù)控制器不被損壞的功能。當(dāng)負(fù)載發(fā)生短路時(shí)，控制器要具有自我保護(hù)能力，同時(shí)能檢驗(yàn)出短路狀態(tài)并給予報(bào)警提示；當(dāng)短路解除時(shí)能夠自動(dòng)恢復(fù)正常。不同的溫度對(duì)于蓄電池的浮充電壓點(diǎn)是不同的，要有自動(dòng)檢測溫度功能，并且能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)蓄電池的各個(gè)電壓點(diǎn)。最后，以上設(shè)計(jì)中的所有參考點(diǎn)都可手動(dòng)調(diào)節(jié)，同時(shí)可手動(dòng)微調(diào)以校準(zhǔn)單片機(jī)的A∕D參考電壓，使所有控制器的參考點(diǎn)統(tǒng)一。4.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.2.1主控芯片的設(shè)計(jì) 單片機(jī)是整個(gè)路燈制器的智能核心模塊，在此選用STC12C5412AD單片機(jī)，如圖4-1所示，該芯片具有4路PWM輸出，這里使用其中一路PWM控制充電MOS管的開關(guān)，自帶8路10位A/D，用來采集系統(tǒng)中所有需要處理的模擬信號(hào)，R1和R2采用精密電阻，主要用來分壓蓄電池電壓后，讓單片機(jī)采集，通過R1和R2大小關(guān)系計(jì)算出蓄電池實(shí)際電壓，然后根據(jù)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)功能進(jìn)行相應(yīng)的控制。其中R1、R2一定要使用精密電阻，其他電阻可選用普通電阻。所謂精密電阻是指誤差小于1%的電阻，普通電阻的精度為5%~0%。圖4-1主控芯片主控芯片采用STC12C5412AD單片機(jī)，該單片機(jī)具有以下特性：·增強(qiáng)型8051CPU，指令代碼完全兼容8051內(nèi)核·1個(gè)時(shí)鐘/機(jī)器周期高速運(yùn)行·SOP-28超小封裝·4路PWM/PCA/CCU/捕獲/比較單元·8路10位高速A/D轉(zhuǎn)換·12KBFlash程序存儲(chǔ)器·片上集成512字節(jié)RAM·內(nèi)置E2PROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器·外部中斷9路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷·內(nèi)置硬件看門狗·兩個(gè)定時(shí)器·全雙工異步串行口（UART）·高速硬件SPI通信端口，主模式/從模式·片內(nèi)R/C振蕩器·寬電壓范圍3.8～5.5V·低功耗設(shè)計(jì)，包含空閑模式和掉電模式·工作頻率為0～35MHz，相當(dāng)于普通8051的0～420MHz·加密性強(qiáng)，無法解密·超強(qiáng)抗干擾·工作溫度范圍：-40～+85℃(工業(yè)級(jí))/0～75℃（商業(yè)級(jí)）·6個(gè)16位定時(shí)器其中兩個(gè)與傳統(tǒng)8051兼容的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，16位定時(shí)器T0和T1，沒有定時(shí)器T2，PCA模塊可實(shí)現(xiàn)4個(gè)16位定時(shí)器4.2.2串口通信設(shè)計(jì) 如圖4-2所示，串口通信部分采用MAX232芯片進(jìn)行TTL電平和RS-232電平之間的轉(zhuǎn)換。MAX232CSE—TTL電平與RS-232電平轉(zhuǎn)換芯片，4路轉(zhuǎn)換，外圍接5個(gè)104電容。加入串口的目的主要有三個(gè)：一是給單片機(jī)下載程序；二是使控制器具有遠(yuǎn)程通信或遠(yuǎn)程監(jiān)視的功能；三是將控制器每天采集到得數(shù)據(jù)的極限值和發(fā)生異常狀態(tài)時(shí)的數(shù)據(jù)記錄在其內(nèi)部的E2PROM中，當(dāng)工作人員需要查看數(shù)據(jù)時(shí)，可直接通過串口讀取數(shù)據(jù)。最后，還需要與上位機(jī)軟件配合使用。圖4-2串口通信4.2.3液晶接口的設(shè)計(jì)控制器板上預(yù)留有1602液晶接口，如圖4-3所示，可根據(jù)用戶需要選擇安裝1602液晶。1602液晶—可顯示兩行，每行16個(gè)字母，工作電壓4.5～5.5V,帶背光，并口操作方式。特點(diǎn)：單5V電源電壓，低功耗，長壽命，高可靠性。內(nèi)置192種字符。具有64個(gè)字節(jié)的自定義字符RAM，可自定義8個(gè)58點(diǎn)陣字符或四個(gè)511點(diǎn)陣字符。圖4-31602液晶接口4.2.4發(fā)光二極管的設(shè)計(jì)圖4-4為控制器發(fā)光二極管指示燈，它有6個(gè)狀態(tài)指示：①蓄電池接入指示燈；②系統(tǒng)正常工作狀態(tài)指示燈；③蓄電池欠壓指示燈；④蓄電池過壓指示燈；⑤充電狀態(tài)指示燈；⑥負(fù)載工作狀態(tài)指示燈。圖4-4發(fā)光二極管指示燈4.2.5蜂鳴器的設(shè)計(jì) 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。蜂鳴器用于系統(tǒng)出現(xiàn)異常是報(bào)警，如圖4-5所示，其中使用了4個(gè)二極管，其作用是當(dāng)用戶不小心將蓄電池反接至控制器時(shí)，蜂鳴器會(huì)以長響報(bào)警，用戶提示接入有異常，同時(shí)還保證在蓄電池正確接入系統(tǒng)的條件下當(dāng)BEEP端為單片機(jī)輸出高電平時(shí)，蜂鳴器也可發(fā)聲報(bào)警。圖4-5蜂鳴器4.2.6按鍵設(shè)計(jì)圖4-6中按鍵用來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)及狀態(tài)。圖4-6按鍵4.2.7電源接口設(shè)計(jì)圖4-7為電源接口，控制器采用太陽能電池板、蓄電池和負(fù)載共用正極的方式接入，通過蓄電池負(fù)極與太陽能電池板負(fù)極之間的MOS管控制充電的開/關(guān)，通過蓄電池負(fù)極與負(fù)載負(fù)極之間的MOS管控制負(fù)載放電的開/關(guān)，圖7中各個(gè)電氣符號(hào)意義如下：PV+—太陽能電池板正極PV-—太陽能電池板負(fù)極VCC(12V)—蓄電池正極BAT-—蓄電池負(fù)極FU+—負(fù)載正極FU-—負(fù)載負(fù)極圖4-7電源接口其中，PV+、VCC(12V)、FU+連接在一起。4.2.8晶振設(shè)計(jì) 圖4-8為單片機(jī)晶振電路，晶振頻率采用12MHz。單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振作用非常大，全程叫晶體振蕩器，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，那么單片機(jī)運(yùn)行速度就越快，單片接的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對(duì)精度可達(dá)百萬分之五十，高級(jí)的精度更高。晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。單片機(jī)晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，可以用與同一個(gè)晶振相連的不同鎖相環(huán)來提供。圖4-8晶振電路4.2.9電源部分和控制部分電路設(shè)計(jì)圖4-9為電源轉(zhuǎn)換及控制器部分電路，蓄電池正極從二極管DD6的陽極接入，DD6為防電源反接構(gòu)成反向回路設(shè)計(jì)。Q3，R16，DW2為一級(jí)降壓電路，將蓄電池電壓鉗位在9.4V左右。DW2為10V穩(wěn)壓管，當(dāng)蓄電池電壓高于10V時(shí)，通過三極管Q3和穩(wěn)壓管DW2后降壓到9.4V。降壓到9.4V的原因是三極管的基極電壓被穩(wěn)壓管穩(wěn)定在10V，通過BE極之間的PN結(jié)后電壓下降0.6V，所以為9.4V。然后通過二級(jí)降壓電路R17，Q4和DW3將輸出電壓鉗位到5V,這5V電壓用來給單片機(jī)系統(tǒng)提供電源，兩級(jí)降壓電路中使用三極管的作用是為了擴(kuò)流，單純用穩(wěn)壓管同樣可以穩(wěn)壓到期望的電壓值，可是輸出的電流會(huì)非常小，以至根本無法帶負(fù)載。電阻R25，R26和二極管DD8用來檢測太陽能電池板電壓值，標(biāo)號(hào)“PV-”為太陽能電池板負(fù)極，“JCPV”接單片機(jī)A/D輸入口。當(dāng)“PV-”電壓等于或大于“BAT-”電壓時(shí)，說明太陽能電池板電壓等于或小于蓄電池電壓，這時(shí)不能開啟充電控制。R12，R13，R14，R15，DW1，Q2，T1為控制負(fù)載開關(guān)電路。DW1用來保證MOS管與GS之間電壓最大不得超過10V，否則會(huì)損壞MOS管，三極管Q3導(dǎo)通時(shí)，MOS管T1關(guān)閉；Q2不導(dǎo)通時(shí)，MOS管T1開啟。標(biāo)號(hào)“ADC1”有三個(gè)作用，一用于單片機(jī)控制負(fù)載通斷；二用于采集MOS管在開啟狀態(tài)下的DS壓降，從而檢測負(fù)載消耗電流大小；三當(dāng)負(fù)載過度或短路時(shí)，“ADC1”由硬件自動(dòng)時(shí)MOS關(guān)閉，從而保護(hù)MOS管及負(fù)載的進(jìn)一步損壞。R21，R20用來啟動(dòng)硬件自動(dòng)關(guān)閉充電，當(dāng)太陽能電池板低于蓄電池電壓時(shí)，可由“PV-”直接控制Q5三極管，Q6的控制將失效。T2，T3兩個(gè)MOS管對(duì)接才可有效控制充電回路，因?yàn)镸OS管內(nèi)部自身會(huì)有一個(gè)二極管，N溝道為S指向D，P溝道為D指向S，DW4為T2和T3MOS管穩(wěn)壓。T2和T3MOS管的開/關(guān)由Q3和Q6兩個(gè)三極管的狀態(tài)共同決定。其中三極管9012—PNP型，低頻放大，50V，0.5A，0.625W,150MHz。9013—NPN型，低頻放大，50V，0.5A，0.625W,150MHz。BC337—NPN型，低頻放大，45V，0.5A，0.625W,100MHz。而二極管IN4148—電流150mA，反向最大電壓75V,截止頻率100MHz。MOS管IRL2703—N溝道功率MOS管，V=30V,R(ON)=0.04 DSS DSΩ，I=24A,最高運(yùn)行溫度175℃。D圖4-9圖4-9電源轉(zhuǎn)換及控制部分電路4.2.10生成并設(shè)計(jì)PCB電路圖設(shè)計(jì)完畢之后進(jìn)行PCB的設(shè)計(jì)，首先進(jìn)行驗(yàn)證，程序?qū)Ⅱ?yàn)證結(jié)果顯示在Check字段，如圖4-10所示，在進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，程序?qū)?shù)據(jù)更新結(jié)果顯示在Done字段，如圖4-11所示。再對(duì)其進(jìn)行布局布線，結(jié)果如圖4-12所示。4-10數(shù)據(jù)驗(yàn)證4-11數(shù)據(jù)更新4-12PCB圖4.3單片機(jī)的防干擾技術(shù)4.3.1干擾分析 1、干擾產(chǎn)生的原因總的來說，干擾信號(hào)的產(chǎn)生主要有三類：放電干擾：主要是雷電、靜電、大功率開關(guān)觸電斷開等放電產(chǎn)生的干擾；高頻振蕩干擾：主要指感應(yīng)電爐、中頻電弧、開關(guān)電源、直流-交流變換器產(chǎn)生高頻振蕩時(shí)形成的；浪涌干擾：主要是交流系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流、電爐合閘電流、開關(guān)調(diào)節(jié)器等設(shè)備產(chǎn)生涌流引起的。這些干擾可能通過各種形式作用于計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)，對(duì)它們的性能有嚴(yán)重的影響，其中以各類開關(guān)分?jǐn)嚯姼行载?fù)載所產(chǎn)生的干擾最難以抑制與消除。本系統(tǒng)最有可能產(chǎn)生干擾的就是靜電引起的放電干擾，還有開關(guān)電源引起的高頻振蕩干擾。2、干擾的危害干擾對(duì)于不同設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的影響范圍和影響程度不一樣，基本上干擾產(chǎn)生的后果有以下五個(gè)方面：數(shù)據(jù)采集誤差加大。干擾侵入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)測量單元模擬信號(hào)的輸入通道，疊加在有用信號(hào)上，會(huì)使數(shù)據(jù)采集誤差加大，特別是對(duì)于比較微弱的信號(hào)，干擾更加嚴(yán)重?？刂茽顟B(tài)失靈。一般計(jì)算機(jī)輸出的控制信號(hào)較大，不易受到外界的干擾。但計(jì)算機(jī)輸出的控制信號(hào)常依據(jù)某些條件的狀態(tài)輸入信號(hào)和這些信號(hào)的邏輯處理結(jié)果。若這些輸入的信號(hào)受到干擾，引入虛假的狀態(tài)信號(hào)，將導(dǎo)致輸出控制誤差加大，甚至控制失常。數(shù)據(jù)受干擾發(fā)生變化。就是在進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀/寫操作時(shí)，由于一些錯(cuò)誤的信號(hào)使得數(shù)據(jù)發(fā)生異變，而這些數(shù)據(jù)的變化可能使得控制狀態(tài)失靈，也可能改變程序的運(yùn)行狀態(tài)。程序運(yùn)行失常。這個(gè)嚴(yán)重的后果表現(xiàn)為程序執(zhí)行一系列毫無意義的指令，最后進(jìn)入死循環(huán)，這將使輸出嚴(yán)重混亂或系統(tǒng)失靈。器件損壞。某些干擾：靜電可能會(huì)使得芯片上加上一個(gè)較大的電壓，這樣一個(gè)芯片的某些部件將很快的燒毀。4.3.2硬件抗 干擾方法在上面的分析中已經(jīng)很清楚的闡述了干擾帶來的危害，所以必須采取措施抵抗干擾的出現(xiàn)，或者把干擾帶來的危害降到最低。下面是一些常用的抗干擾措施，并且在本文的硬件設(shè)計(jì)中也用到了其中的一些措施。抑制干擾源。這里常用的措施有：繼電器線圈增加續(xù)流二極管，消除斷開線圈時(shí)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢干擾；適當(dāng)增加電路板上各個(gè)集成塊的濾波電路，并且要注意高頻電容的布線，連線應(yīng)靠近電源端并盡量粗短，否則等于增大了電容的等效串聯(lián)電阻，會(huì)影響濾波效果；布線時(shí)避免90度折線，減少高頻噪聲發(fā)射。如下圖4-13所示。圖4-13抗干擾電路圖中主要采用了兩種電容來對(duì)抗可能的干擾，采用大容量的濾波電容可以有效地抑制電源上出現(xiàn)的紋波，即輕微的電壓波動(dòng)，并且能夠構(gòu)成電壓快速變化分量的泄放電路，防止電壓的快速波動(dòng)；而退藕電容是并接在芯片的電源和地線之間的，用于消除高速跳變的電流產(chǎn)生的阻抗噪聲。其中C5是退藕電容C6是濾波電容。切斷干擾傳播途徑。這里就有幾個(gè)需要注意的方面了：充分考慮電源對(duì)單片機(jī)的影響；有可能的話抑制電場、磁場的干擾，這個(gè)現(xiàn)在最常見的就是光耦器件，本系統(tǒng)并沒有采用；注意晶振布線，晶振與單片機(jī)引腳盡量靠近，用地線把時(shí)鐘區(qū)隔離起來，晶振外殼接地并固定；電路板合理分區(qū)，盡可能把干擾源與敏感元件隔離；模擬地和數(shù)字地的隔離（如圖4-14）；上拉電阻的使用（如圖4-15）。R1R1模擬地模擬電路1模擬電路2數(shù)字電路1數(shù)字電路1數(shù)字地電源地R3R2R4圖4-14地線連接P0.0P0.1P0.2P0.3...AT89S52CCV4.4本章小結(jié)本章首先介紹了太陽能充/放電的原理，然后從硬件電路的各個(gè)部分著手，詳細(xì)介紹每一部分的工作原理和工作工程。 對(duì)硬件電路的介紹中主要從系統(tǒng)的兩個(gè)核心部件STC12C5412AD 和MAX232展開，并對(duì)其他部分做了一定的介紹，并且生成了PCB。另外，本文也比較詳細(xì)的介紹了單片機(jī)的抗干擾技術(shù)。第5章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1protues仿真使用protues進(jìn)行仿真，首先要畫電路圖，電路圖與前面的protel圖基本一樣，但因?yàn)榇税姹局袥]有STC12C5412AD單片機(jī)，所以用AT89C52代替。而MAX232因其電源內(nèi)置而沒有畫出。因?yàn)閜rotues中沒有太陽能電池板所以沒有畫出。仿真電路圖如圖5-1所示，運(yùn)行后如圖5-2所示。圖5-1仿真圖圖5-2仿真運(yùn)行圖5.2keil程序調(diào)試使用keil編譯程序，在調(diào)試成功后與之前畫好的protues仿真圖相連，便可完成仿真，本系統(tǒng)調(diào)試在keil.c環(huán)境下進(jìn)行，具體步驟如下：(1)打開keil軟件，新建工程打開keil軟件，選擇project——newproject創(chuàng)建新工程，如圖5-3所示。(2)選擇單片機(jī)輸入功能項(xiàng)目名之后，因?yàn)橄到y(tǒng)中沒有STC12C5412AD所以在單片機(jī)窗口中選擇AT89C52單片機(jī)作為模擬單片機(jī)，如圖5-4所示。(3)新建文件并導(dǎo)入工程通過菜單File——New創(chuàng)建一個(gè)新的文字編輯窗口，我們可以將寫好的程序直接復(fù)制上面，也可以直接在上面編寫。編寫完畢以后選擇“保存”。保存完畢后，會(huì)出現(xiàn)類似第2步的對(duì)話框，我們把第一個(gè)程序命名為TEXT.c，保存在項(xiàng)目所在的目錄中，這時(shí)您會(huì)發(fā)現(xiàn)程序單詞有了不同的顏色，說明KEIL的C語法檢查生效了。此時(shí)鼠標(biāo)在屏幕左邊的SourceGroup1文件夾圖標(biāo)上右擊彈出菜單，在這里可以做在項(xiàng)目中增加減少文件等操作。我們選“AddFiletoGroup?SourceGroup1?彈”出文件窗口，選擇剛剛保存的文件，按ADD按鈕，關(guān)閉文件窗，程序文件已加到項(xiàng)目中了。圖5-3新建工程圖5-4選擇單片機(jī)型號(hào)5.3流程圖5.3.1系統(tǒng)流程圖下圖是本系統(tǒng)的工作流程圖。如圖5-5所示從系統(tǒng)開始運(yùn)行、初始化然后互在電池端電壓采樣，當(dāng)測得蓄電池電壓低于10.8V時(shí)，自動(dòng)關(guān)斷負(fù)載（欠壓關(guān)斷），同時(shí)有報(bào)警提示；當(dāng)蓄電池電壓介于10.8V到13.2V之間時(shí)自動(dòng)接通負(fù)載；當(dāng)蓄電池電壓高于14.8V時(shí)，自動(dòng)關(guān)斷負(fù)載（欠壓關(guān)斷），同時(shí)有報(bào)警提示。NNN10.8V<U<13.2VYYYYNN開始初始化電池端電壓采樣U<10.8V13.2V<U≤14.7VU≥14.8V自動(dòng)關(guān)斷負(fù)載（欠壓關(guān)斷），并報(bào)警自動(dòng)關(guān)斷負(fù)載（過壓關(guān)斷），并報(bào)警自動(dòng)接通負(fù)載圖5-5系統(tǒng)的工作流程圖5.3.2A/D轉(zhuǎn)換流程圖下圖是A/D轉(zhuǎn)換的流程圖，如圖5-6所示，系統(tǒng)開始后選擇通道，允許A/D轉(zhuǎn)換，在設(shè)置其相應(yīng)寄存器的值之后啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，若結(jié)束，讀取轉(zhuǎn)換值，再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。若沒結(jié)束，則繼續(xù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。YY開始選擇通道，允許A/D轉(zhuǎn)換設(shè)置相應(yīng)寄存器的值啟動(dòng)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換是否結(jié)束讀取轉(zhuǎn)換值數(shù)據(jù)處理N圖5-6A/D流程圖5.3.3蜂鳴器流程圖蜂鳴器流程圖如圖5-7所示，開始后設(shè)置循環(huán)計(jì)數(shù)A，當(dāng)BEEP=1后延時(shí)400ms,延時(shí)后BEEP=0，再延時(shí)400ms,若判斷A=0則結(jié)束，若不等于則重新開始。YY判斷A是否等于0開始設(shè)置循環(huán)計(jì)數(shù)值A(chǔ)BEEP=1BEEP=0延時(shí)400ms延時(shí)400ms結(jié)束N5.4本章小結(jié)本章重點(diǎn)介紹了系統(tǒng)的仿真，程序調(diào)試以及流程圖。仿真中包括了仿真圖以及運(yùn)行圖，詳細(xì)的介紹了程序調(diào)試的各個(gè)步驟，畫出了系統(tǒng)流程圖、A/D轉(zhuǎn)換流程圖以及蜂鳴器流程圖。結(jié)論在本課題的研究中，我對(duì)太陽能發(fā)電、蓄電池以及單片機(jī)硬件和軟件的知識(shí)有了很大程度的提高。太陽能充放電控制器的主要作用就是要能自動(dòng)檢測太陽能電池板電壓是否高于蓄電池電壓，若高于蓄電池電壓則開始充電：若低于蓄電池電壓，則不能開啟充電，否則蓄電池電流會(huì)反向流向太陽能電池板而造成電量損耗。本文是以充/放電最大電流10A、額定電壓12V控制系統(tǒng)為例。當(dāng)蓄電池電壓低于10.8V時(shí)，自動(dòng)關(guān)斷負(fù)載，同時(shí)有報(bào)警提示；當(dāng)從低于10.8V回升到13.2V時(shí)自動(dòng)接通負(fù)載。當(dāng)蓄電池電壓高于14.8V時(shí)，自動(dòng)關(guān)斷負(fù)載，同時(shí)有報(bào)警提示。在設(shè)計(jì)的過程中也遇到過很多問題。比如：在使用protel軟件畫電路圖時(shí)因?yàn)镾TC12C5412AD沒有封裝而無法生成相應(yīng)的PCB，但最后通過學(xué)習(xí)完成了封裝；在電路圖設(shè)計(jì)完成后又加入了防干擾電路并且將晶振和單片機(jī)之間的距離盡量縮短以減少干擾。但是由于時(shí)間比較緊，很遺憾的是，并沒有完成電路板的制作，希望能在以后的學(xué)習(xí)中完成這項(xiàng)工作，完善整個(gè)設(shè)計(jì)。隨著能源問題的日益嚴(yán)峻，相信太陽能充放電技術(shù)講會(huì)運(yùn)用在更多領(lǐng)域，也相信這方面的前景一片光芒。參考文獻(xiàn)高橋清．太陽光發(fā)電．北京：科學(xué)出版社，1987.ChihchiangHua,ChihmingShen.StudyofmaximumpowertrackingtechniquescontrolofDC/DCconvertersforphotovoltaicpowersystem.PESC98Record29thAnnualIEEE.1998(1):86-93.歐陽名三，余世杰，沈玉梁等.具有最大功率點(diǎn)跟蹤功能的戶用光伏充電系統(tǒng)的研究[Jl.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào).2003,19C6):272~275.楊樹明，史勝達(dá).獨(dú)立光伏電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法.2001年全國電源技術(shù)應(yīng)用研討會(huì)論文集.2001.劉廣林．鉛酸蓄電池技術(shù)手冊．北京：宇航出版社出版，1991.羅光毅．蓄電池智能管理系統(tǒng)．浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文，2003.劉建平．從閥控式密封鉛酸蓄電池看充電器．移動(dòng)電源與車輛，2000(3)：29-32.JamesP,DunlopBrianN,Farhi.Recommendationsformaximizingbatterylifeinphotovoltaicsystems.AreviewoflessonslearnedProceedingsofForum2001SolarRnerny,ThePowertoChooseWashingtonDC,2001.21-25.劉福刁，劉新田．單片機(jī)全自動(dòng)跟蹤太陽發(fā)電設(shè)備控制器的設(shè)計(jì)．微計(jì)算機(jī)信息，1999，15(4)：2-6.薛均義，張彥斌．MC5-51/96系列單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用．西安：西安交通大學(xué)出版社，1997.趙富鑫，魏彥章等．太陽電池及其應(yīng)用.北京:國防工業(yè)出版社，1985.朱小同，趙桂先．蓄電池快速充電的原理與實(shí)踐.北京:煤炭工業(yè)出版社.畢大成，周希德．電動(dòng)汽車鉛酸蓄電池快速充電方法的研究.電源技術(shù)，200024(3)159~161.太陽能多功能充電器的設(shè)計(jì).德州學(xué)院機(jī)電工程系.陳潔.智能型多用途太陽能供電系統(tǒng)（遼寧工學(xué)院碩士學(xué)位論文）.閏妍.2007.3[16]太陽能電池，李海雁，楊錫震著，大學(xué)物理第22卷第9期2003年9月.[17]郭天祥.新概念51單片機(jī)C語言教程入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略[M].北京:電子工業(yè)出版社，2009.致謝附錄程序：以下代碼為主程序代碼controller.c:#include"STC12C5410AD.h"#include<intrins.h>#include"define.h"#include<STC_EEPROM.H>#include"ad.h"#include"writeyejing.h"#include"pvgz.h"#include"init.h"voidint_t1()interrupt3{TH1=(65536-50000)/256;TL1=(65536-50000)%256;t1_num++;t1_numgz++;if(t1_num==jcjg){t1_num=0;flag_t1=1;}if(t1_numgz==jcgzjg){t1_numgz=0;flag_t1gz=1;}}voidmain(){init();while(1){if(flag_pv==1){v_temp=Ad_Av(1);if(v_temp<qy){qyd=0;delay(1000);diqynum=3;P1M0=0x87;P1M1=0xc9;fz_off;fzd=1;flag_fz=0;while(!(Ad_Av(1)>=qyhf)){checkpv();if(flag_pv==1){pwm_1();cdd=0;}fcd_z();fcd_j();func();diqynum--;if(diqynum>0){didi(3);delay(1000);}elsediqynum=1;}didi(1);fz_on;delay(1);fzd=0;P1M0=0x8f;P1M1=0xc1;flag_fz=1;delay(1000);qyd=1;pwm_a=20;}if(v_temp>=qy&&v_temp<=gygd){qyd=1;if(v_temp<fcdy){cdd=0;}if(v_temp>fcdy&&v_temp<gddy){cdd=0;}if(v_temp>gddy){cdd=0;}}if(v_temp>gygd){pwm_0();cdd=1;}}else{v_temp=Ad_Av(1);if(v_temp<qy){qyd=0;delay(1000);diqynum=3;P1M0=0x87;P1M1=0xc9;fz_off;fzd=1;flag_fz=0;while(!(Ad_Av(1)>=qyhf)){checkpv();if(flag_pv==1){pwm_1();cdd=0;}fcd_z();fcd_j();func();diqynum--;if(diqynum>0){didi(3);delay(1000);}elsediqynum=1;}didi(1);fz_on;delay(1);fzd=0;P1M0=0x8f;P1M1=0xc1;flag_fz=1;delay(1000);qyd=1;}if(v_temp>gygd){diqynum=3;gyd=0;P1M0=0x87;P1M1=0xc9;fz_off;fzd=1;flag_fz=0;while(!(Ad_Av(1)>=gyhf)){fcd_z();fcd_j();func();diqynum--;if(diqynum>0){didi(3);delay(1000);}elsediqynum=1;}didi(1);fz_on;delay(1);fzd=0;P1M0=0x8f;P1M1=0xc1;flag_fz=1;delay(1000);gyd=1;}}pwm_zk(10);checkpv();checkgz();fcd_z();fcd_j();func();};}以下源代碼為pvgz.h:voidpwm_zk(uchargao){PCA_PWM0=0;CCAP0H=(256-gao);CR=1;}voidpwm_1(){PCA_PWM0=0;CCAP0H=0;}voidpwm_0(){PCA_PWM0=0X03;CCAP0H=0xff;}voidcheckpv(){}voidcheckgz(){floattemp_gz;if(flag_fz==1){temp_gz=Ad_fu(4);if(temp_gz>gzdy){P1M0=0x87;P1M1=0xc9;fz_off;didi(1);flag_fz=0;fzd=1;flag_gz=1;flag_t1gz=0;}if(temp_gz>(gzdy-0.02)){didi(1);}}}以下源代碼為writeyejing.h:voidfcd_z(){if(key1==0){delay(20);if(key1==0){while(!key1);switch(flag_fun){case0:fcd+=0.01;cwfc+=0.01;sectorerase(0x2e00);write_eep(cwfc,0x2e00);byte_write(0x2e06,1);break;case1:gzdy=gzdy+0.01;sectorerase(0x2c00);byte_write(0x2c00,gzdy*100);byte_write(0x2c06,1);break;case2:break;case3:gzdy=0.13;fcd=13.7;cwfc=13.7;sectorerase(0x2c00);sectorerase(0x2c00);break;}didi(1);}}}voidfcd_j(){if(key2==0){delay(20);if(key2==0){while(!key2);switch(flag_fun){case0:fcd-=0.01;cwfc-=0.01;sectorerase(0x2e00);write_eep(cwfc,0x2e00);byte_write(0x2e06,1);break;case1:gzdy=gzdy-0.01;sectorerase(0x2c00);byte_write(0x2c00,gzdy*100);byte_write(0x2c06,1);break;case2:break;case3:break;}didi(1);}}}voidfunc(){ucharkey_flag=0;if(key3==0){delay(20);if(key3==0){while(!key3);flag_fun++;if(flag_fun==2){didi(3);while(key_flag==0){if(key1==0){delay(20);if(key1==0){while(!key1);fcd+=0.01;cwfc+=0.01;}didi(1);}if(key2==0){delay(20);if(key2==0){while(!key2);fcd-=0.01;cwfc-=0.01;}didi(1);}if(key3==0){delay(20);if(key3==0){while(!key3);flag_fun++;sectorerase(0x2e00);write_eep(cwfc,0x2e00);byte_write(0x2e06,1);key_flag=1;}}if((Ad_Av(1)>(fcd-0.01))&&(Ad_Av(1)<(fcd+0.01)))didi(1);}}if(flag_fun==4)flag_fun=0;switch(flag_fun){case0:didi(1);break;case1:didi(2);break;case2:didi(3);break;case3:beep=1;delay(2000);beep=0;break;}}}}以下源代碼為init.h；voiddidi(uchardi_num){uchara;for(a=di_num;a>0;a--){beep=1;delay(400);beep=0;delay(400);}}voidinit(){qyd=1;gyd=1;cdd=1;fzd=1;zcd=1;beep=0;czfz=1;czcf=0;diqynum=0;digynum=0;flag_pv=0;flag_fun=0;flag_t1=0;flag_gz=0;flag_t1gz=0;pwm_num=2;pwm_a=30;fcd=13.7;cwfc=13.7;dwfc=14.1;gwfc=13.3;gzdy=0.45;cd_off;t1_num=0;t1_numgz=0;P1M0=0x87;P1M1=0x49;fz_off;delay(1);P1M0=0x8f;P1M1=0x41;didi(1);delay(6000);if(byte_read(0x2e06)==1){cwfc=read_eep(0x2e00);fcd=cwfc;}if(byte_read(0x2c06)==1){gzdy=byte_read(0x2c00)/100.0;}TMOD=0x12;IP=0x08;TH0=(256-115);TL0=(256-115);TH1=(65536-50000)/256;TL1=(65536-50000)%256;ET0=1;ET1=1;TR1=1;TR0=1;EA=1;CMOD=0x04;CCAPM0=0x42;CL=0;CH=0;ADC_CONTR|=0xe0;P1M0=0x87;P1M1=0x49;fz_on;delayus(5);flag_fz=1;fzd=0;P1M0=0x8f;P1M1=0x41;didi(1);checkgz();checkpv();}voiddelay(uintx){uinty,z;for(y=x;y>0;y--)for(z=110;z>0;z--);}voiddelayus(ucharx){uchary;for(y=x;y>0;y--);}以下源代碼為ad.h:floatGetAD(ucharchannel){unsignedcharAD_finished=0;floattad_val;tad_val=0;ADC_CONTR|=(channel-1);ADC_DATA=0;ADC_LOW2=0;ADC_CONTR|=0X08;while(AD_finished==0){AD_finished=(ADC_CONTR&0x10);}tad_val=(ADC_DATA*4+ADC_LOW2);ADC_CONTR&=0xe0;return(tad_val);}floatAd_Av(ucharchan){floatVal_Av;ucharnum;Val_Av=0;for(num+120;num>0;num--){Val_Av+=GetAD(chan);}Val_Av/=120.0;Val_Av=Val_Av*15.0/1024;return(Val_Av);}floatAd_fu(ucharchan){floatVal_Av;ucharnum;Val_Av=0;for(num=5;num>0;num--){Val_Av+=GetAD(chan);}Val_Av/=5.0;Val_Av=Val_Av*5.0/1024;return(Val_Av);}以下源代碼為define.h:#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar#defineqyfcd-2.9//10.8#defineqyhffcd-0.5//13.2#definefcdyfcd-0.128//13.2#definegddyfcd+0.128//13.456#definegyhffcd+0.9//14.6#definegygdfcd+1.1//14.8#definepvbt0.5#definejcjg1200#definejcgzjg100#definefz_onczfz=0#definefz_offczfz=1#definecd_onczcf=1#definecd_offczcf=0sbitczfz=P1^3;sbitczcf=P3^7;sbitbeep=P1^6;sbitrs=p1^7;sbitlcden=P1^4;sbitqyd=P2^2;sbitgyd=P2^3;sbitfzd=P2^4;sbitcdd=P2^5;sbitzcd=P1^5;sbitkey1=P3^2;sbitkey2=P3^3;sbitkey3=P3^4;voiddelay(uint);voiddelayus(uchar);voiddidi(uchar);voidinit();uchara,fz,diqynum,digynum,flag_t1gz,flag_gz;ucharflag_t1,flag_pv,flag_fz,pwm_num,t1_numgz;ucharpwm_a,flag_fun;uintt1_num;floatxdatafcd,ad_val,v_temp,cwfc,dwfc,gwfc,gzdy;以下源代碼為stc_eeprom.h;/*externvoidSectorErase(uintsector_addr);externucharbyte_read(uintbyte_addr);externvoidbyte_write(uintbyte_addr,ucharoriginal_data);externucharbyte_write_verify(uintbyte_addr,ucharoriginal_data);externucharArrayWrite(uintbegin_addr,uintlen,ucharcode*array);externvoidArrayRead(uintbegin_addr,ucharlen);#defineRdCommand0x01#definePrgCommand0x02#defineEraseCommand0x03#defineError1#defineOk0#defineWaitTime0x01#definePersector512voidISP_IAP_enable(void){EA=0;ISP_CONTR=ISP_CONTR&0xx8;I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