小型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)控制器的設計

1、.本科畢業(yè)設計（論文）題目 小型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)控制器的設計學 院 物理與電子工程學院 年 級 2011 專 業(yè) 光伏技術與產(chǎn)業(yè) 班 級 學 號 學生姓名 校內(nèi)導師 職 稱 校外導師 職 稱 論文提交日期 2015-5-10 常熟理工學院本科畢業(yè)設計(論文)誠信承諾書本人鄭重聲明： 所呈交的本科畢業(yè)設計(論文)，是本人在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。本人簽名： 日期：常熟理工學院本科畢業(yè)設計

2、(論文)使用授權說明本人完全了解常熟理工學院有關收集、保留和使用畢業(yè)設計(論文)的規(guī)定，即：本科生在校期間進行畢業(yè)設計(論文)工作的知識產(chǎn)權單位屬常熟理工學院。學校有權保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許畢業(yè)設計(論文)被查閱和借閱；學校可以將畢業(yè)設計(論文)的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存、匯編畢業(yè)設計（論文），并且本人電子文檔和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。保密的畢業(yè)設計(論文)在解密后遵守此規(guī)定。本人簽名： 日期：導師簽名： 日期：. v.小型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)控制器的設計摘 要目前，光伏發(fā)電已受到廣大人民的追捧，很多國家建立了光

3、伏發(fā)電站。在新能源領域中，小型獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)以其簡單，靈活等特點占有重要的地位，光伏發(fā)電控制器作為獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，對其研究具有重要意義。本文基于單片機STC89C52設計了控制系統(tǒng)，控制太陽能電池板對蓄電池的充電?？刂葡到y(tǒng)硬件設計包括單片機STC89C52最小電路，充放電電路、光耦驅(qū)動電路，A/D轉(zhuǎn)換電路和電壓顯示電路的設計。本文設計的單片機STC89C52最小電路主要包括時鐘電路，復位電路，工作狀態(tài)顯示電路和蜂鳴器報警電路?？刂葡到y(tǒng)軟件設計包括確定整體系統(tǒng)布局，設計系統(tǒng)各個程序流程圖以及按照自頂向下的層次完成對各個程序模塊的設計。通過控制系統(tǒng)硬件電路和軟件的設計，控制太陽能電池

4、板對蓄電池正常的充電，防止蓄電池過充、過放和短路，延長蓄電池壽命。關鍵詞：單片機 STC89C52 鉛酸蓄電池 充放電. v.Design of a Small Solar Photovoltaic Power Generation System ControllerAbstract At present, photovoltaic power generation has been sought after by the majority of the people, the photovoltaic power station has been set up in many countri

5、es. In the field of new energy, small independent photovoltaic power generation system with its simple, flexible occupies an important position, the photovoltaic power generation controller as the core component of the photovoltaic system. Has the important significance to the study of photovoltaic

6、power generation controller. Based on the design of single chip STC89C52 controller control system, solar panel charging of the battery. The hardware design of the control system consists of MCU STC89C52 minimum circuit, charge discharge circuit, optocoupler voltage driving circuit and display circu

7、it design. MCU STC89C52 minimum circuit designed in this paper mainly includes the clock circuit, reset circuit, working state display circuit and a buzzer alarm circuit. The control system software design includes the overall system layout design system of each program flow chart and in accordance

8、with the top-down levels to complete design of each program module. Through the design of hardware circuit and software control system, control of battery normal charging solar panels, to prevent the battery from overcharge, overdischarge and short-circuit, prolong the service life of the accumulato

9、r.Key words :SCM;STC89C52 ; Lead-acid battery;Charge and Discharge. v.目 錄1.引言12.系統(tǒng)總體設計22.1太陽能電池簡介22.2蓄電池簡介22.3充電控制器和控制策略33.硬件電路設計53.1 STC89C52單片機最小系統(tǒng)53.2 充放電電路73.3光耦驅(qū)動電路83.4 A/D轉(zhuǎn)換電路93.4.1 電壓采集電路93.4.2 ADC0804構成的A/D轉(zhuǎn)換電路93.5 LCD顯示電路104.系統(tǒng)軟件設計124.1 系統(tǒng)主程序設計124.2 電壓采集轉(zhuǎn)換模塊124.3 顯示模塊144.4 軟件調(diào)試和仿真15結語18致謝19

10、參考文獻20. v.1.引言目前，煤炭，石油和天然氣等傳統(tǒng)能源在不斷的減少，且是不可再生的，人們向往清潔，無害的新能源可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源。太陽能作為清潔，無害，廉價的新能源，其發(fā)展對我國能源的可持續(xù)發(fā)展具有促進作用，且太陽能有著很好的發(fā)展前景。所以開發(fā)太陽能是社會發(fā)展，科學進步的必然趨勢。光伏發(fā)電是利用太陽能電池板的光生伏特效應產(chǎn)生光生電壓，是太陽能主要的利用方向之一。光伏控制器作為光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，控制整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行，所以對光伏控制器的研究和設計具有重要意義。為了克服市場上常見的充電控制器對蓄電池保護不夠充分的缺點，設計以STC89C52單片機作為主要控制芯片的光伏控制器。A

11、DC0804作為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，鉛酸蓄電池為儲能元件，LCD1602負責顯示數(shù)據(jù)。確定了光伏充電控制器的方案，通過對恒流充電、恒壓充電和浮充充電進行控制達到電路保護作用，通過設計系統(tǒng)硬件電路和編程軟件，科學有效的管理蓄電池，光伏控制器應用于負載，實現(xiàn)控制功能。光伏控制器設計采用STC89C52單片機和ADC0804組合采樣獲取數(shù)據(jù)，實時監(jiān)控蓄電池的充電過程。本次設計以充放電最大電流10安，額定電壓48伏的控制器系統(tǒng)，通過設計使其能夠自動檢測光伏電池板輸出電壓，當光伏電池板的輸出電壓高于蓄電池電壓時，光伏電池板對蓄電池充電；當光伏電池板輸出的電壓低于蓄電池電壓時，光伏電池板停止充電，若繼續(xù)進行充電

12、，則蓄電池中電流會反向流向太陽能電池板，對太陽能電池板造成損耗。當蓄電池電壓低于40.8伏時，系統(tǒng)控制負載關斷，停止充電，蜂鳴器發(fā)出警報；當蓄電池電壓高于57.6伏，控制系統(tǒng)控制負載關斷，太陽能電池板對蓄電池停止充電，蜂鳴器發(fā)出警報；控制系統(tǒng)控制蓄電池進行浮充充電時，電壓值應保持在48伏左右。本設計要解決的主要問題是光伏發(fā)電系統(tǒng)蓄電池充放電的控制問題，且對蓄電池的保護有著重要的作用，對光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展有著積極作用，使人們更有效地利用清潔能源，早日擺脫能源危機。2.系統(tǒng)總體設計 本設計目的在于設計出一個小型光伏發(fā)電控制系統(tǒng)，太陽能電池板、蓄電池、光伏充電控制器和負載是小型光伏發(fā)電控制系統(tǒng)中不可

13、缺少的組成元件。系統(tǒng)基本結構如圖2.1所示。太陽能電池板吸收太陽光，將光能轉(zhuǎn)化為電能并儲存到蓄電池中，蓄電池再供電給負載。圖 2.1 系統(tǒng)基本結構2.1太陽能電池簡介目前，市場上常見的主要是以硅為主要材料的太陽能電池。與普通電池和可循環(huán)充電電池不同，太陽能電池具有節(jié)能環(huán)保的特點，太陽能電池板通過光生伏特效應能夠直接將光能轉(zhuǎn)換成電能。其主要原理：太陽能電池板在陽光的照射下，其內(nèi)部載流子濃度發(fā)生改變，載流子分布也發(fā)生改變，導致半導體P-N結兩端產(chǎn)生電壓，在該此電壓的作用下，電流流過外部電路，給外電路供電。在過程中，太陽能電池不發(fā)生化學反應，沒有轉(zhuǎn)動磨損，沒有噪聲，沒有環(huán)境污染，這是傳統(tǒng)發(fā)電方式不能

14、比擬的。目前，市場上常見的以硅為原料的太陽能電池主要有單晶、多晶和非晶硅太陽能電池三種。單晶硅太陽能電池具有高轉(zhuǎn)換效率和長壽命的特點，且目前制造單晶硅太陽能電池的技術已經(jīng)成熟。由于單晶硅太陽能電池所使用的原料為高純度的單晶硅棒，所以單晶硅太陽能電池有著高昂的使用成本。其光電轉(zhuǎn)換效率一般在13%至15%之間。多晶硅太陽能電池的生產(chǎn)主要通過鑄造的方法進行的，其成本與單晶硅太陽能電池相比要低一些。多晶硅太陽能電池具有無規(guī)則的晶體方向，在晶體與晶體的邊界上，由于晶體的不規(guī)則而存在損失，導致其正電荷和負電荷不能完全通過PN結電場進行分離，其光電轉(zhuǎn)換效率要降低不少。其光電轉(zhuǎn)換效率一般在11%至13 %之間

15、。非晶硅太陽能電池的主要材料無定型硅，其內(nèi)部有許多所謂的“懸鍵”，沒有與硅原子成鍵的電子在電場作用下產(chǎn)生電流，因而非晶硅太陽能電池可以很薄，由于其造價低廉，穩(wěn)定性較低，光電轉(zhuǎn)換效率較低，大多應用于弱光性電源。其光電轉(zhuǎn)換效率一般在5%至8%之間。2.2蓄電池簡介太陽能充電控制器主要控制太陽能電池板對蓄電池的充電，蓄電池作為儲能元件，其性能的優(yōu)劣影響太陽能充電控制器。本設計采用的儲能元件是鉛酸蓄電池，在系統(tǒng)對鉛酸蓄電池進行充電的時候，蓄電池的內(nèi)部反應為正極進行氧化反應，負極進行還原反應。鉛酸蓄電池的充放電過程是可逆的，所以鉛酸蓄電池既可以充電也可以放電。鉛酸蓄電池電解液中硫酸根的濃度決定其充放電性

16、能，蓄電池中硫酸溶液所占的比例可用于衡量電池充放電程度。蓄電池作為儲能元件在獨立的光伏發(fā)電系統(tǒng)中是必不可缺的部分，蓄電池的充放電性能直接影響系統(tǒng)整體性能。將太陽能電池板經(jīng)過光生伏特效應產(chǎn)生的電能經(jīng)傳輸儲存至蓄電池中，在負載需要用電的時候供電給負載。2.3充電控制器和控制策略光伏發(fā)電控制器作為整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的樞紐，其性能的優(yōu)劣直接影響整個系統(tǒng)的性能。通常太陽能電池板經(jīng)過光生伏特效應產(chǎn)生的電壓是不穩(wěn)定的，需將電能傳輸存儲至儲能元件中，才能給負載供電，光伏發(fā)電控制器控制太陽能電池板經(jīng)光生伏特效應產(chǎn)生的電壓傳輸至蓄電池中，即控制對蓄電池的充電，其主要作用是防止蓄電池過充對蓄電池造成損耗，對蓄電池使用

17、壽命有延長的作用。目前市場上控制器普遍存在兩個問題，蓄電池的保護不充分問題和蓄電池不適當?shù)某潆妼е滦铍姵氐膿p壞問題。為了維護蓄電池的使用壽命以及對蓄電池電壓的實時監(jiān)控，本設計采用PWM脈寬調(diào)制充電方式。PWM具有兩個主要特點：一是在處理器和被控系統(tǒng)之間無需進行數(shù)模轉(zhuǎn)換；二是其對噪聲的抵抗能力和強。因其兩大主要特點，PWM被廣泛應用于測量、通信領域中。PWM脈寬調(diào)制充電方式是通過微處理器的數(shù)字輸出控制模擬電路的。PWM脈沖調(diào)制充電一般分為2步，先脈沖充電一段時間，再停止一段時間，然后不斷地重復進行這2個步驟。系統(tǒng)通過控制太陽能電池板對蓄電池的一次又一次的充電一段時間來達到將蓄電池充滿的目的，在P

18、WM脈沖調(diào)制充電過程中，系統(tǒng)控制對蓄電池的充電，每充一段時間就會停止一段時間，在停止的那段時間中，蓄電池內(nèi)部會將通過化學反應產(chǎn)生的氧氣和氫氣重新化合，再被蓄電池吸收，PWM脈沖調(diào)制充電的目的在于減輕了蓄電池內(nèi)壓，為接下來的蓄電池充電做好準備，使蓄電池充電效果更好。PWM脈沖調(diào)制充電具有對蓄電池的充電進行在線監(jiān)控的功能，有效的維護了蓄電池的壽命。3. 硬件電路設計小型光伏發(fā)電控制系統(tǒng)的硬件電路設計以STC89C52單片機為主要控制芯片，在系統(tǒng)硬件電路中，以串聯(lián)電阻分壓方式的對蓄電池的電壓進行采集,然后將采集的電壓數(shù)據(jù)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換傳輸?shù)絾纹瑱C中進行處理，再把電壓值顯示在液晶LCD1602上。PWM控

19、制信號由STC89C52單片機通過編寫的程序進行輸出控制，充放電電路則由光耦驅(qū)動MOSFET管來控制開啟與關閉。該小型光伏發(fā)電系統(tǒng)的硬件電路設計延長蓄電池的壽命，達到蓄電池更有效的吸收光伏電池板傳輸過來的電能。3.1 STC89C52單片機最小系統(tǒng)STC89C52單片機作為小型光伏發(fā)電控制系統(tǒng)的主控芯片，控制著整個硬件電路，單片機正常工作的最小系統(tǒng)的構建是系統(tǒng)設計的首要任務。本系統(tǒng)設計了時鐘電路，復位電路，工作指示燈和蜂鳴器報警電路等單片機最小系統(tǒng)擴展電路。（1）時鐘電路STC89C52單片機內(nèi)部有一個反相放大器，該反向放大器具有高增益的特點，可構成振蕩器，STC89C52單片機的引腳XTAL

20、1即為反相放大器的輸入端，引腳XTAL2是反相放大器的輸出端，將時鐘連接在XTAL1和XTAL2端口可構成時鐘電路，使得系統(tǒng)的所有操作都與時鐘脈沖相同步。STC89C52單片機內(nèi)部振蕩器的振蕩頻率與晶振頻率接近，一般為1.2MHz。時鐘電路如圖3.1所示。C6、C7作為反饋電容作用在電路中，其值為33pF，晶振頻率等于11.0952MHz。 圖3.1 時鐘電路圖3.2 復位電路（2）復位電路單片機系統(tǒng)的復位方式有：手動按鈕復位和上電復位。按鈕復位即手動按下按鈕，電源通過電阻施加到復位端上，使單片機初始化，上電復位，就是系統(tǒng)對電容進行充電，達到初始化電路的目的。復位電路的作用除了系統(tǒng)的正常初始化

21、之外，當程序出現(xiàn)錯誤，系統(tǒng)出現(xiàn)故障，導致死鎖，需按復位鍵重新啟動系統(tǒng)。復位電路如圖3.2所示。本系統(tǒng)采用的按鈕復位既可以通過電平控制又可以通過上電控制，其具有兩種復位方式，更有效的控制系統(tǒng)復位。復位電路雖然其結構簡單，但其在整個系統(tǒng)電路中有著非常重要作用。一個單片機系統(tǒng)能否正常進行工作，關鍵在于其能否成功復位（初始化）。（3）工作狀態(tài)指示燈電路本設計擁有實時檢測蓄電池電壓的功能，增加工作狀態(tài)指示燈可以指示整個電路的工作狀態(tài)，更好的對蓄電池電壓進行監(jiān)控。蓄電池工作狀態(tài)顯示電路如圖3.3所示。在系統(tǒng)工作狀態(tài)指示燈電路中并聯(lián)了3個發(fā)光二極管，蓄電池的正常充電由發(fā)光二極管LED1顯示，蓄電池過壓由發(fā)光

22、二極管LED2顯示，蓄電池欠壓由發(fā)光二極管LED3顯示。為了保護發(fā)光二極管，可在工作狀態(tài)指示燈電路中串聯(lián)一個1k電阻，限制通過的電流，以免燒毀發(fā)光二極管。圖3.3 蓄電池工作狀態(tài)顯示電路（4）蜂鳴器報警電路本設計采用蜂鳴器進行報警電路的報警，蜂鳴器是一種電子訊響器，采用直流電壓進行供電。在蜂鳴器報警電路中蜂鳴器需加三極管進行驅(qū)動，因為STC89C52單片機輸出引腳的驅(qū)動能力較弱，若不增加三極管，無法正常進行驅(qū)動。在控制系統(tǒng)對蓄電池電壓進行實時監(jiān)測時，一旦檢測電壓值連續(xù)超出閾值范圍，報警電路便會自啟，蜂鳴器就會發(fā)出報警響聲。主要原理是電壓高于程序設定的最大值，或著電壓低于程序設定最小值，STC8

23、9C52單片機的P2.6引腳輸出低電平，單片機控制導通三極管，蜂鳴器報警。報警電路如圖3.4所示。圖 3.4 報警電路3.2 充放電電路充放電電路如圖3.5所示，二極管D1是防反充二極管，主要是為了防止蓄電池對太陽能電池板出現(xiàn)反充現(xiàn)象，在有陽光照射的白天，蓄電池自身電壓通常低于太陽能電池板光生伏特效應產(chǎn)生的電壓，防反充二極管D1將不會起作用，而在夜晚或者無太陽光照的白天的時候，蓄電池自身電壓通常會高于太陽能電池板光生伏特效應產(chǎn)生的電壓，防反充二極管D1就會生效，來阻止蓄電池電流流向太陽能電池板。PWM脈沖寬度調(diào)制即通過控制MOSFET管閉合和斷開來控制電壓的輸出。MOSFET管場效應管，其由電

24、壓控制，且其材質(zhì)為單極性金屬氧化物半導體，所以驅(qū)動MOSFET管場效應管所需功率較小。而且MOSFET管場效應管只有多數(shù)載流子導電，并沒有少數(shù)載流子復合，開關頻率可以非常高，適合作為充放電控制開關。本設計采用導通電壓Vth>0的FNK6075K- N溝道MOSFET場效應管。當光電耦合器U2斷開時，MOSFET場效應管Q1的G極電壓與蓄電池電壓相近，MOSFET場效應管的S極接地，使得Vgs>0，當MOSFET場效應管G極電壓達到一定值時，MOSFET場效應管Q1導通。電容C4具有濾波的功能，作用于太陽能電池板輸出電壓，使得蓄電池充電更穩(wěn)定。電容C5也具有濾波的功能，作用于蓄電池輸

25、出電壓，是對負載供電電路穩(wěn)定性的保證。二極管D2是穩(wěn)壓二極管，其是由硅材料制成的面接觸型晶體二極管，穩(wěn)壓管的作用是對蓄電池進行穩(wěn)壓。二極管D3是續(xù)流二極管，其主要作用是當蓄電池反接控制器時，D3可以進行續(xù)流，保護控制器不被損壞。圖 3.5 系統(tǒng)充放電電路根據(jù)系統(tǒng)充放電電路，設計的程序應當復合以下要求：系統(tǒng)對蓄電池的電壓進行實時監(jiān)控，電壓低于48伏，系統(tǒng)采用均充的充電模式，控制MOSFET場效應管Q1完全導通，達到導通脈沖的最大占空比；電壓在48伏至57.6伏之間，系統(tǒng)采用浮充的充電模式，MOSFET場效應管Q1導通脈沖占空比例變小，MOSFET場效應管Q1不導通的占空比例也變??；電壓低于40.

26、8伏，系統(tǒng)控制MOSFET場效應管Q2關閉停止放電，從而實現(xiàn)充放電電路欠壓關斷。3.3光耦驅(qū)動電路本設計為了隔離單片機控制電路與充放電電路，采用光電耦合器進行控制，增加了硬件電路的可靠性，光電耦合器驅(qū)動電路如圖3.6所示。光耦驅(qū)動原理：充電電路由MOSFET場效應管Q1控制，當充電控制器的數(shù)字信號為0時，即低電平，光電耦合器內(nèi)部的發(fā)光二極管的電流基本為零，單片機控制右側三極管阻斷，導致輸出端兩管腳間的電阻非常大，相當于斷開，輸出端K1的電壓上升，穩(wěn)壓二級管D2穩(wěn)壓控制電阻R9的右側電路保持在48伏左右，MOSEFT場效應管的Vgs>0，Q1開啟，太陽能電池板充電給蓄電池；當充電控制器的數(shù)

27、字信號為1時，即高電平，單片機控制光電耦合器內(nèi)部的發(fā)光二極管發(fā)光，控制右側三極管導通，輸出端兩管腳間的電阻變小，相當于電路被阻斷，從U2傳輸?shù)碾妷航?jīng)過光耦接地，MOSEFT場效應管K1端的電壓和零非常接近，MOSEFT場效應管Q1的Vgs小于0，Q1不參與充電電路工作，充電電路關閉。MOSEFT場效應管Q2與MOSEFT場效應管Q1不同，其控制著放電電路，但其原理與MOSEFT場效應管Q1相似。圖 3.6光耦驅(qū)動電路3.4 A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換又稱整流，即模數(shù)轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換器的優(yōu)劣主要由兩大技術參數(shù)決定：轉(zhuǎn)換速度和轉(zhuǎn)換精度，ADC0804是逐次比較型的集成A/D轉(zhuǎn)換器，其有著轉(zhuǎn)換速度高，

28、轉(zhuǎn)換精度高的優(yōu)點，因而受到廣泛應用。單片機STC89C52無內(nèi)置模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊，則應先采集蓄電池自身的電壓，然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊整流，傳輸至單片機STC89C52。目前，市場上集成A/D轉(zhuǎn)換器有很多品種，最常用的是逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器，本設計采用的A/D轉(zhuǎn)換器ADC0804，即為逐次比較型8位并行A/D轉(zhuǎn)換器芯片。3.4.1 電壓采集電路電壓采集電路需串聯(lián)兩個較大的電阻，且阻值大小比例為11:1，然后并聯(lián)在待檢蓄電池兩端，在這兩個串聯(lián)的電阻中間采集阻值小的電阻兩端電壓。通過分壓公式計算出采集的阻值小的電阻兩端的電壓值，蓄電池滿充電壓約為57.6伏，通過計算得出采集電壓為4.8伏，符合ADC

29、0804的輸入值。3.4.2 ADC0804構成的A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換電路如3-7所示。圖 3.7 A/D轉(zhuǎn)換電路ADC0804接法：單片機STC89C52的P2.7引腳實現(xiàn)片選；接單片機STC89C52的P3.6，接單片機STC89C52的P3.7引腳，進行讀寫控制；在CLKR接口處串聯(lián)一個電阻，再與CLK并聯(lián)，然后串聯(lián)一個電容接地，組合成RC振蕩電路，提供模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC0804工作所需的脈沖。電壓采集信號ADIN連接模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC0804的6腳IN，采集得到的電壓經(jīng)轉(zhuǎn)換后，以數(shù)字信號的形式輸出到單片機的P1口，對蓄電池的電壓在線不間斷跟蹤檢測，蓄電池的電壓值可在P1口獲得。

30、3.5 LCD顯示電路本設計使用液晶LCD1602顯示數(shù)據(jù)，其具有體積小、功耗低，顯示清晰的特點，適合作為顯示屏，來顯示蓄電池的電壓值。的主要參數(shù):液晶LCD1602芯片顯示容量為16X2個字符，工作電壓4.5伏至5.5伏之間,工作電流2毫安（5伏)，模塊最佳工作電壓為5V。LCD1602引腳功能如表3.1所示表 3.1 LCD1602引腳功能根據(jù)LCD1602的主要參數(shù)和引腳功能，LCD1602與單片機STC89C52連接構成的電壓顯示電路如圖3.8所示。EN使能端連接單片機STC89C52的P2.2引腳，用來實現(xiàn)片選；RS接單片機STC89C52的P2.0引腳，進行數(shù)據(jù)和命令選擇；R/W接

31、單片機STC89C52的P2.1引腳，以達到控制讀寫的目的；將一個阻值為10的電阻連接在LCD1602的15腳，進行限流保護。LCD1602的3腳連接一個10K電位器并接地，調(diào)節(jié)LCD1602顯示的對比度。數(shù)據(jù)輸入端D0-D7接單片機STC89C52的P0口傳送電壓數(shù)據(jù)。圖 3.8 電壓顯示電路4.系統(tǒng)軟件設計4.1 系統(tǒng)主程序設計系統(tǒng)軟件設計如圖4.1所示：圖4.1 系統(tǒng)軟件設計控制系統(tǒng)軟件主程序是一個無限循環(huán)程序，且是有序進行的，在系統(tǒng)軟件主程序下分別有蓄電池電壓的采集子程序、轉(zhuǎn)換顯示子程序和異常數(shù)據(jù)的存儲子程序，系統(tǒng)軟件主程序可以分成一個一個模塊化來進行，第一個模塊是程序初始化，然后按序

32、依次運行各個模塊子程序，通過系統(tǒng)的自檢可以對數(shù)據(jù)進行處理，通過系統(tǒng)的控制可以進行對電路的控制，對蓄電池充放電進行有效的監(jiān)控，維護蓄電池使用壽命。4.2 電壓采集轉(zhuǎn)換模塊電壓采集轉(zhuǎn)換模塊時序圖如圖4.2所示。圖 4.2 ADC0804時序圖電壓采集轉(zhuǎn)換模塊是整個系統(tǒng)主程序的重要組成部分，模數(shù)轉(zhuǎn)換器參與蓄電池電壓的采集轉(zhuǎn)換。ADC0804的啟動和讀取時序圖：當CS與WR同時處于低電平狀態(tài)時，ADC0804啟動，在WR上升沿后，經(jīng)過約100 us，完成模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，經(jīng)轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)被鎖存器鎖存，INTR轉(zhuǎn)換為低電平狀態(tài)，轉(zhuǎn)換結束。當INTR處于低電平狀態(tài)是，如果RD和CS同時也處于低電平

33、狀態(tài)，則數(shù)據(jù)鎖存器的三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號可以讀取。反之，若RD處于高電平狀態(tài)，三態(tài)門關閉，數(shù)據(jù)鎖存器鎖存數(shù)據(jù)。一般對芯片進行操作前，芯片的時序圖是必須設計好的。本次設計采用的是ADC0804模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，其主要用于蓄電池電壓數(shù)據(jù)的采集轉(zhuǎn)換，并對結果進行處理，再傳送給顯示模塊。由于ADC0804模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的轉(zhuǎn)換時間較短，在開始啟動A/D轉(zhuǎn)換后片刻便可直接從A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字輸出口的獲取數(shù)據(jù)。A/D轉(zhuǎn)換子程序如圖4.3所示。圖4.3 A/D轉(zhuǎn)換子程序4.3 顯示模塊顯示模塊作為蓄電池的實際電壓值的獲取模塊，其通過電壓采集轉(zhuǎn)換子程序，將采集到的蓄電池電壓，先經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，再由單片機進行處理，

34、便可傳輸至顯示模塊。本設計采用液晶LCD1602顯示屏。液晶LCD1602作為一款顯示芯片，一般并行操作，先對其進行初始化，然后按照時序圖進行正確操作，使其能夠正常工作，得到正常的顯示結果，這就是顯示模塊所需完成的功能。為了保證液晶LCD1602的正確顯示，程序初始化是必要的，其初始化方法如下：EN=0;使能關閉，防止程序剛開始就顯示亂碼write_(0x38); /設置顯示16X2,點陣5X7,數(shù)據(jù)接口為8位write_(0x0c);/設置開顯示，不顯示光標write_(0x06);/寫1個字符，地址指針就加1write_(0x01);/顯示清零，數(shù)據(jù)指針清零液晶LCD1602的基本時序如下

35、：讀狀態(tài) 輸入：RS=L,=H,E=H輸出：DOD7=狀態(tài)字讀數(shù)據(jù) 輸入：RS=H,=H, E=H輸出：無寫指令 輸入：RS=L,=L, DOD7=指令碼，E=H高脈沖輸出：DOD7=狀態(tài)字寫數(shù)據(jù) 輸入：RS=H,=L, DOD7=數(shù)據(jù)，E=H高脈沖輸出：無液晶LCD1602作為顯示芯片，一般需要對其進行寫操作，寫操作時序圖如圖4.4所示。圖 4.4 寫操作時序圖寫操作流程：將讀/寫控制端設置為寫模式，即讀/寫控制端處于低電平狀態(tài)。寫模式分為兩種，一是寫數(shù)據(jù)，二是寫命令。寫數(shù)據(jù)即將要顯示屏顯示的內(nèi)容寫入。寫命令包括液晶的光標是否顯示、是否閃爍、數(shù)據(jù)在液晶LCD1602屏上所顯示的位置以及液晶L

36、CD1602是否移屏等。在使能端E上給予一個高脈沖通過數(shù)據(jù)線把數(shù)據(jù)或命令傳入液晶LCD1602的控制器，完成液晶LCD1602的寫操作。液晶LCD1602顯示數(shù)據(jù)一般是存在延時的，為納秒級延時，該軟件設計程序可不做延時，因為單片機最小操作單位是微秒級，為了使液晶工作更加穩(wěn)定，程序設計了簡短的延時。軟件編程時采用延時函數(shù)_nop_（）對程序進行一個機器周期的延時。液晶顯示電壓流程圖如圖4.5所示。圖4.5 液晶顯示電壓流程圖4.4 軟件調(diào)試和仿真系統(tǒng)的模擬仿真是檢驗硬件能否正常工作，軟件設計是否合理的重要措施。通過系統(tǒng)的模擬仿真找出系統(tǒng)硬件設計的不合理，使得系統(tǒng)得到進一步改善，使其更加合理；為了

37、檢測軟件程序所編寫的功能是否可以達成其設計要求和任務，軟件調(diào)試是必須的。軟件調(diào)試的過程：先將小型光伏發(fā)電控制器系統(tǒng)軟件設計所要要完成的任務羅列出來，再對軟件的各個模塊進行C語言編程，在KEIL C51中編寫系統(tǒng)的各個子模塊相應的程序以及流程圖相應的程序，并加以實現(xiàn)。以下信息為顯示輸出信息窗口最終輸出信息：Build target 'Target 1' /創(chuàng)建目標'Target 1'compiling 控制器移屏.c. /編譯文件控制器移屏.clinking./. Program Size: data=21.1 xdata=0 code=1572 /項目大?。捍鎯?/p>

38、空間RAM和ROM的數(shù)據(jù)存儲量creating hex file from "充放電控制器". / 創(chuàng)建了十六進制的目標文件"充放電控制器" - 0 Error(s), 0 Warning(s). /編譯結果為0個錯誤，0個警告。通過顯示輸出信息窗口最終輸出信息可知程序調(diào)試已成功，接下來進行軟件仿真測試，軟件仿真測試是檢測程序是否正確運行的必經(jīng)之路。本設計采用Proteus仿真軟件對單片機STC89C52及其外圍器件進行仿真測試。Proteus軟件為單片機STC89C52運行提供了良好的仿真環(huán)境，將程序在軟件上進行調(diào)試，程序經(jīng)調(diào)試完成后，在51系列兼容單

39、片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)KEIL C51中生成目標文件HEX文件，傳輸?shù)椒抡嫦到y(tǒng)的單片機中。將KEIL C51軟件調(diào)試和proteus軟件調(diào)試聯(lián)合進行，測試系統(tǒng)能否正常工作。正常工作狀態(tài)仿真如下圖4.6所示圖 4.6正常工作狀態(tài)仿真基于proteus軟件仿真環(huán)境下的單片機STC89C52運行軟件程序，對系統(tǒng)各個部分的硬件電路進行控制，使系統(tǒng)各個部分進行正常有序的工作，在LCD1602液晶上顯示經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號，由單片機處理所得的蓄電池的電壓值，當發(fā)光二極管綠燈亮時意味著硬件系統(tǒng)進行正常充電。為了得到更好proteus軟件仿真效果，仿真時以直流電機作為輸出負載。本設計的單片機STC8

40、9C52軟件開發(fā)采用的是C語言編程，C語言比匯編語言操作簡單、模塊化處理適應性強、規(guī)范性良好、以及移植更容易。本設計的C語言編程是按照系統(tǒng)主程序和各個子模塊進行設計程序的，實現(xiàn)了對蓄電池使用壽命的維護和對硬件電路重要元器件的保護，基本完成了軟件設計相應的任務。結語在光伏發(fā)電控制系統(tǒng)中，太陽能充電控制器控制著整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的正常運行，其性能的好壞直接影響光伏發(fā)電系統(tǒng)的正常工作。小型光伏發(fā)電控制器系統(tǒng)的設計主要包括：（1）設計以STC89C52單片機作為控制系統(tǒng)主要控制芯片。ADC0804作為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，鉛酸蓄電池為儲能元件，LCD1602負責顯示數(shù)據(jù)?？刂铺柲茈姵貙π铍姵氐某潆姡_到蓄電池保護作用。（2）在硬件設計方面