太陽能充放電控制器設(shè)計(jì)

太陽能充放電控制器設(shè)計(jì)

摘要

太陽能光伏發(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)。目前太陽能光伏發(fā)電裝置L1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。

木設(shè)計(jì)針對(duì)目前市場(chǎng)上傳統(tǒng)充電控制器對(duì)蓄電池的充放電控制不合理，同時(shí)保護(hù)也不

夠充分，使得蓄電池的壽命縮短這種情況，研究確定了?種基于單片機(jī)的太陽能充電控制

器的方案。在太陽能對(duì)蓄電池的充放電方式、控制器的功能要求和實(shí)際應(yīng)用方面做了一定

分析，完成了硬件電路設(shè)計(jì)和軟件編制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)蓄電池的高效率管理。

在總體方案的指導(dǎo)下，本設(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(PulseWidthModulation)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)，通過控制光電耦合器通斷進(jìn)而控制MOSFET管開啟和關(guān)閉，達(dá)到

控制蓄電池充放電的目的，同時(shí)按照功能要求實(shí)現(xiàn)了對(duì)蓄電池過充、過放保護(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。

關(guān)鍵詞：充電控制器；太陽能光伏發(fā)電；PWM脈寬調(diào)制;

Abstract

Solarphotovoltaicpowergenerationhasbecomeanimportantpartofnewenergyand

renewableenergy,itisconsideredthecurrentworld'smostpromisingnewenergytechnologies.

Atpresentsolarphotovoltaicdevicehasbeenwidelyusedincommunications,transport,

electricityandotheraspects,thecorepartisthechargecontroller.

Theconventionalchargecontrolleronthemarkettodayonthebatterychargeanddischarge

controlisunreasonable,anditsprotectionisalsoinadequate,whichsmakesthebatterylifeto

shorten.Tosolvethisproblem,thedesignidentifiesasolarchargecontrollerbasedonsinglechip

solution.Inthesolarenergytobatterychargeanddischargemeans,thecontrollerofthe

functionalrequirementsandthepracticalapplicationaspects,makingsomeanalysis,completed

thehardwarecircuitdesignandsoftwaredevelopment,toachievethehighefficiencyofthe

batterymanagement.

Undertheguidanceoftheoverallprogram,thedesignuseslow-power,highperformance,

superanti-jammingSTC89C52microcontrollerasacoredevicetocontroltheentirecircuit.

Hardwarecircuitconsistsofasolarbatterycharginganddischargingcircuit,voltageacquisition

anddisplaycircuit,theMCUcontrolcircuitandRS232serialcommunicationcircuit,themain

achievementoftheacquisitionanddisplaybatteryvoltage.SoftwareisbasedinpartonPWM

(PulseWidthModulation)pulsewidthmodulationcontrolstrategy,programmingthe

microcontrolleroutputPWMcontrolsignal,bycontrollingthephotocoupleron-offthecontrol

MOSFETopeningandclosing,tocontrolbatterycharginganddischargingpurposes,andin

accordancewiththefunctionalrequirementsimplementedthebatteryovercharge,overdischarge

protectionandshortcircuitprotection.Experimentsshowthatthecontrollerperformance,high

reliability,canalwaysmonitorthestateofsolarpanelsandbatteriestoachieveoptimalcontrol

ofbatterychargeanddischarge,toprolongbatterylife.

Keywords:chargecontroller;solarphotovoltaic;PWMpulsewidthmodulation;

目錄

1緒論..........................................................................1

1.1課題研究背景和意義....................................................1

1.2太陽能充放電控制器現(xiàn)狀................................................1

1.3設(shè)計(jì)主要任務(wù)..........................................................2

2太陽能充電控制器的總體設(shè)計(jì)方案...............................................3

2.1太陽能路燈系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)................................................3

2.2充電控制器的控制策略..................................................4

2.3控制器的整體設(shè)計(jì)方案..................................................6

3太陽能充電控制器的硬件電路設(shè)計(jì)...............................................7

3.1系統(tǒng)層次原理圖........................................................7

3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)........................................................8

3.2.1STC89C52的簡(jiǎn)介................................................8

3.2.2單片機(jī)的最小系統(tǒng)及擴(kuò)展電路.....................................9

3.3充放電電路............................................................11

3.4光耦驅(qū)動(dòng)電路.........................................................12

3.5A/D轉(zhuǎn)換電路..........................................................12

3.5.1ADC0804的簡(jiǎn)介.................................................13

3.5.2ADC0804外圍接線電路..........................................14

3.6LCD顯示電路.........................................................15

3.7E2PROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路.................................................16

3.8串口通信電路..........................................................18

4太陽能充電控制器的軟件設(shè)計(jì)..................................................21

4.1系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì).......................................................21

4.2電壓采集轉(zhuǎn)換模塊.....................................................22

4.3顯小模塊.............................................................23

4.4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊.........................................................25

4.5軟件調(diào)試和仿真.......................................................27

5總結(jié)與展望..................................................................30

5.1設(shè)計(jì)總結(jié)..............................................................30

5.1展望..................................................................30

參考文獻(xiàn).......................................................................32

致謝.........................................................................33

附錄I源程序.................................................................34

附錄H硬件電路圖.............................................................45

1緒論

1.1課題研究背景和意義

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II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。同時(shí)，

以煤、石油作為燃料在燃燒過程中產(chǎn)生的有害物質(zhì)已經(jīng)開始造成全球變暖，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)新能源的開發(fā)和利用。

新能源包括水能、風(fēng)能、太陽能等。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。而太陽能則不同，任何自家用戶

只要找到一個(gè)有陽光照射到的窗戶都可以裝置太陽能極板作輔助能源，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。

而且太陽輻射能與煤炭、石油等常規(guī)能源相比較，更有如下的優(yōu)點(diǎn)：

(1)普遍性。

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。

(2)無害性。

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。

(3)長(zhǎng)久性。

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。

(4)巨大性。

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。

我國(guó)幅員遼闊，有著十分豐富的太陽能資源。全國(guó)各地的年太陽輻射總量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，年日照忖間長(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。

為了更高效的利用太陽能，白天可將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，利用蓄電池將電能儲(chǔ)存起來，需

要用電時(shí)即可由蓄電池供電。

總體看來我國(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。

1.2太陽能充放電控制器現(xiàn)狀

(1)太陽能光伏發(fā)電

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)進(jìn)行獲取，比

較成熟的是太陽能光伏發(fā)電技術(shù)。太陽能光伏發(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。

在進(jìn)行太陽能光伏發(fā)電時(shí)，由于?般太陽能極板輸出電壓不穩(wěn)定，不能直接將太陽能

極板應(yīng)用于負(fù)載，需要將太陽能轉(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。

（2）充電控制器的作用及現(xiàn)狀

太陽能充電控制器具備充電控制、過充保護(hù)、過放保護(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)過程中起著樞紐作用，它控制太陽能極板

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)生過放現(xiàn)象，由

此可見，控制器具有舉足輕重的作用。

市目前場(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)生蓄電池的過放

電，將會(huì)導(dǎo)致蓄電池的深度放電，嚴(yán)重影響其壽命。

所以，如何改善太陽充控制器的充放電方式，開發(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。

1.3設(shè)計(jì)主要任務(wù)

本設(shè)計(jì)研究確定了一種基于STC單片機(jī)的太陽能充放電控制器的方案，在太陽能對(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，并將充放電控制器應(yīng)用于太陽能路燈或其他負(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。

（1）要能自動(dòng)檢測(cè)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，則可開啟充電；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點(diǎn)亮損耗。

（2）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)警功能；

（3）當(dāng)蓄電池電壓高于14.5V,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。

（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。

（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。

2太陽能充電控制器的總體設(shè)計(jì)方案

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，最后來確定整體方案。這里以太陽能充電控制器應(yīng)用于太陽能光伏發(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)的分析說明。

2.1太陽能路燈系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

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)成太陽能路燈系統(tǒng)主要有四大部

分組成，即太陽能極板、蓄電池、充電控制器、照明電路。太陽能路燈系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖

2-1所示。

圖2-1太陽能路燈系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

從圖2-1中可以看出，太陽能極板陣列將太陽能轉(zhuǎn)換為電能并將電能存儲(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

全由充電捽制器來完成。

(1)太陽能電池板

如圖2-2所示，太陽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布利濃度發(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)有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸

出功率。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。

芍區(qū)正電極導(dǎo)線

晶片受光后負(fù)電子從N區(qū)負(fù)電極流出

空穴從P區(qū)正電極流出

圖2-2太陽能電池產(chǎn)生光伏效應(yīng)

（2）蓄電池

這里首先介紹蓄電池工作原理。

太陽能充電控制器最主要的功能是控制太陽能極板對(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、充放電過程做

一個(gè)分析。

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。依據(jù)化學(xué)基礎(chǔ)理論：鉛酸蓄電池釋放化學(xué)能的過

程（放電過程）是負(fù)極進(jìn)行氧化，正極進(jìn)行還原的過程；電池補(bǔ)充化學(xué)能的過程（充電過程）

是負(fù)極進(jìn)行還原，正極進(jìn)行氧化的過程。分析可知，蓄電池的充電過程和放電過程是可逆

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）來衡量電池充放電的程度。

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。

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。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。

（3）充電控制器

一般太陽能極板輸出電壓的不穩(wěn)定，不能直接應(yīng)用于負(fù)載，需要將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?/p>

后存儲(chǔ)到儲(chǔ)能設(shè)備如蓄電池中，而控制器在這個(gè)過程中起著樞紐作用，其性能的好壞將會(huì)

直接影響實(shí)際應(yīng)用的使用效果。控制器控制太陽能極板對(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，防止蓄電池過充電及深度充電?？刂破魍?/p>

時(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)，控制器控制開關(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放狀態(tài)時(shí)，控制器控制開關(guān)截止，蓄

電池停止對(duì)負(fù)載的供電，在這個(gè)過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。

2.2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。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)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)。

（1）蓄電池常規(guī)充放電方式

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。

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。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，使出氣過多，影響蓄電池的使用壽命。

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,?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。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?定的限制。

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。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。

(2)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(PulseWidthModulation)脈寬調(diào)制充電方法。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。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。

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?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)反及產(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。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。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。輸出電壓波形如圖2-3所示。

電壓

U

0---------------------------------------------------?時(shí)間

圖2-3輸出電壓波形

針對(duì)目前市場(chǎng)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。

2.3控制器的整體設(shè)計(jì)方案

通過對(duì)應(yīng)用實(shí)例的分析，更加明確太陽能充電控制器的在系統(tǒng)中重要性和作用，同時(shí)

依照其功能要求和改進(jìn)的捽制策略，最后確定了整體設(shè)計(jì)方案。

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。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。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)框圖如圖24所示。

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。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，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。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)。

3太陽能充電控制器的硬件電路設(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)。

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、E?PROM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。

3.1系統(tǒng)層次原理圖

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)

電路來控制MOSFET,控制MOSFET管導(dǎo)通的方式是脈沖寬度調(diào)制(PWM),根據(jù)載荷變

化來調(diào)制MOSFET管柵的偏置，達(dá)到實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能。

圖3-1系統(tǒng)原理圖

最后通過通信模塊實(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，供工作人員查看。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12c總線存放在E2PROM

中，作為以后分析使用。

3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)

3.2.1STC89C52的簡(jiǎn)介

STC89c52是一種低功耗、高性能CMOS8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為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。

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。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0~35MHz之間選擇，芯片具有超

強(qiáng)抗干擾性，加密性強(qiáng)。

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3-2所示。按

其功能類別將它們分為三類：

(1)電源和時(shí)鐘引腳。如VCC、GND、XTAL1>XTAL2。

(2)編程控制引腳。RST、PSEN、ALE/PR°G、EA/vppo

(3)I/O口引腳。如P0、Pl、P2、P3?

PI0/T239

POO38

PI1/T2EXP0137

PI2P0236

PI3P0335

P14P0434f

PI5/MOSIP05c

P16/MISOP06

PI7/SCKP07J

P33/INT1P20(A8)lt

P32/INT0P21(A9)

P22(AI0o

P35/T1P23(A11)

t

P34/T0P24(A12)

P25(A13)

E^VPP26(A14)

P27(A15)

XTAL1

XTAL2

RESETP30/RXD

P3I/TXD

P37/RDALE/P

P36/WRPSEN

圖3-2STC89c52引腳圖

這里僅詳細(xì)介紹編程引腳:

(1)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。看門狗計(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D1SRT0位可以使此功能無效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。

(2)ALE/麗云：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flash編程時(shí)，此引腳(PROG)也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，

ALE以晶振六分之?的振蕩頻率輸出脈沖，可作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。

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。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。位)的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。

(3)PSEN：外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)(PSEN)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)，PSEN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)，PSEN將不被激活。

(4)EA/VPP：訪問外部程序存儲(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，麗必須接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，麗也接收12伏Vpp電壓。

3.2.2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。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。

(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。片內(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~3OpF之間選取，本電路選用的電容為3OpF,晶振頻率為11.0952MHz。

C6vcc

圖3-3時(shí)鐘電路圖3-4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。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。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)。

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

過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。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。

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），還可以通過改變復(fù)位電路電阻和電容值進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

（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。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發(fā)光

二極管的電流太大而將其燒毀。

VCC

LED1

LED1轡

330

LED2。

LED2轡

330

LED3年

330LED3

圖3-5工作狀態(tài)指示燈電路圖3-6蜂鳴器報(bào)警電路

（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)。

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)，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3-6所

示。

3.3充放電電路

充放電電路如圖3-7所示，電路山防反充二極管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。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。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，因而開關(guān)頻率可以很高，非常適合作控制充放電開關(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>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。

圖3-7充放電電路

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；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)載來實(shí)現(xiàn)欠壓關(guān)斷。

3.4光耦驅(qū)動(dòng)電路

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。MOS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Vgs>0,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。

圖3-8光耦驅(qū)動(dòng)電路

3.5A/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)。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。

3.5.1ADC0804的簡(jiǎn)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)。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。

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:135us；轉(zhuǎn)換時(shí)間：100us

(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：2.5V：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。

ADC0804引腳圖如圖3-9所示，其各個(gè)引腳的功能：

西一芯片片選信號(hào)輸入端，低電平有效，一旦衣有效，表明A/D轉(zhuǎn)換器別選中,

可啟動(dòng)工作。

而一外部讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的控制輸出信號(hào)。而為1時(shí)，DB0~DB7處理高阻抗：麗

為0時(shí)，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)才會(huì)輸出。

禰一用來啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的控制輸入，相當(dāng)于ADC的轉(zhuǎn)換開始(氐=0時(shí))，當(dāng)標(biāo)由

1變?yōu)?時(shí)，轉(zhuǎn)換器被清除：當(dāng)禰回到1時(shí)，轉(zhuǎn)換正式開始。

CZZUVoc

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匚ZOCLKR

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1=二］

AGND匚二JDBs

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圖3-9ADC0804引腳圖

CLKIN一時(shí)鐘信號(hào)輸入端

CLKR：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)

WTR一中斷請(qǐng)求信號(hào)輸出，端，低地平動(dòng)作.，表明本次轉(zhuǎn)換已完成。

VIN(+)VIN(-)——差動(dòng)模擬電壓輸入。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。

DB0~DB7一三態(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.

3.5.2ADC0804外圍接線電路

(1)電壓采集電路

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14.5V,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。

圖3-10電壓采集電路

(2)ADC0804構(gòu)成的典型A/D轉(zhuǎn)換電路

圖3-11A/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3-11所示。單

片機(jī)的P2.7弓I腳，用來實(shí)現(xiàn)片選；RD、WH分別接單片機(jī)的P3.6和P3.7引腳，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。

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)。

3.6LCD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。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。

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所東，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。

表3-11602的主要技術(shù)參數(shù)

顯示容量16x2個(gè)字符

芯片工作電壓4.5~5.5V

工作電流2.0mA(5.0V)

模塊最佳工作電壓5.0V

字符尺寸2.95X4.35(WXH)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。1602引腳功能如表3-2所示。

表3-21602引腳功能表

引腳符號(hào)名稱功能

1Vss接地0V

2VDD電路電源5V±10%

液晶顯示對(duì)比度調(diào)節(jié)

3VO用于調(diào)節(jié)對(duì)比度

端

H:數(shù)據(jù)寄存器L:指令寄存

4RS寄存器選擇信號(hào)

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)

7-14DB0-DB7數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)傳輸

VCC三LCD1602

1

2

3

-ww4

R21

RSr—5

10k

R/W—6

ENDO7

D?8

D29

D310

D411

D512

D613

D714

R2215

vcc|-----LZ1

io6

圖3-12電壓顯示電路

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3-12

所示。EN使能端接單片機(jī)的P2.2引腳，用來實(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弓|腳，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。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。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。

3.7E2PROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路

為了把電路發(fā)生異常時(shí)的蓄電池電壓記錄卜來，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)過多口線的缺點(diǎn)。為了解決這一難題，本設(shè)計(jì)采用具有

12c總線接口的串行E2PR0M器件，這里選擇AT24C02芯片。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是?個(gè)2K位串行CMOSE