小型太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)Word版

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 小型太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì) 學(xué) 院 物理與電子工程學(xué)院 年 級(jí) 2011 專(zhuān) 業(yè) 光伏技術(shù)與產(chǎn)業(yè) 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 校內(nèi)導(dǎo)師 職 稱(chēng) 校外導(dǎo)師 職 稱(chēng) 論文提交日期 2015-5-10 常熟理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)誠(chéng)信承諾書(shū)本人鄭重聲明： 所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)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(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。本人簽名： 日期：常熟理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

2、(論文)使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解常熟理工學(xué)院有關(guān)收集、保留和使用畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的規(guī)定，即：本科生在校期間進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)單位屬常熟理工學(xué)院。學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)被查閱和借閱；學(xué)校可以將畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(shè)計(jì)(論文)在解密后遵守此規(guī)定。本人簽名： 日期：導(dǎo)師簽名： 日期：小型太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)摘 要目前，光伏發(fā)電已受到廣大人民的追捧，很多國(guó)家建立了光伏發(fā)電站

3、。在新能源領(lǐng)域中，小型獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)以其簡(jiǎn)單，靈活等特點(diǎn)占有重要的地位，光伏發(fā)電控制器作為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，對(duì)其研究具有重要意義。本文基于單片機(jī)STC89C52設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)，控制太陽(yáng)能電池板對(duì)蓄電池的充電?？刂葡到y(tǒng)硬件設(shè)計(jì)包括單片機(jī)STC89C52最小電路，充放電電路、光耦驅(qū)動(dòng)電路，A/D轉(zhuǎn)換電路和電壓顯示電路的設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)的單片機(jī)STC89C52最小電路主要包括時(shí)鐘電路，復(fù)位電路，工作狀態(tài)顯示電路和蜂鳴器報(bào)警電路?？刂葡到y(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括確定整體系統(tǒng)布局，設(shè)計(jì)系統(tǒng)各個(gè)程序流程圖以及按照自頂向下的層次完成對(duì)各個(gè)程序模塊的設(shè)計(jì)。通過(guò)控制系統(tǒng)硬件電路和軟件的設(shè)計(jì)，控制太陽(yáng)能電池板對(duì)蓄電

4、池正常的充電，防止蓄電池過(guò)充、過(guò)放和短路，延長(zhǎng)蓄電池壽命。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) STC89C52 鉛酸蓄電池 充放電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 countries. In t

5、he 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 power ge

6、neration 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 circuit desig

7、n. 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 with the

8、 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 accumulator.Key wo

9、rds : SCM;STC89C52 ; Lead-acid battery;Charge and Discharge目 錄1.引言12.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)22.1太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介22.2蓄電池簡(jiǎn)介22.3充電控制器和控制策略33.硬件電路設(shè)計(jì)53.1 STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)53.2 充放電電路73.3光耦驅(qū)動(dòng)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(gòu)成的A/D轉(zhuǎn)換電路93.5 LCD顯示電路104.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)124.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)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(jié)語(yǔ)18致謝19參考文獻(xiàn)201.引言目

10、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(wú)害的新能源可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源。太陽(yáng)能作為清潔，無(wú)害，廉價(jià)的新能源，其發(fā)展對(duì)我國(guó)能源的可持續(xù)發(fā)展具有促進(jìn)作用，且太陽(yáng)能有著很好的發(fā)展前景。所以開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能是社會(huì)發(fā)展，科學(xué)進(jìn)步的必然趨勢(shì)。光伏發(fā)電是利用太陽(yáng)能電池板的光生伏特效應(yīng)產(chǎn)生光生電壓，是太陽(yáng)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(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行，所以對(duì)光伏控制器的研究和設(shè)計(jì)具有重要意義。為了克服市場(chǎng)上常見(jiàn)的充電控制器對(duì)蓄電池保護(hù)不夠充分的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)以STC89C52單片機(jī)作為主要控制芯片的光伏控制器。ADC0804作為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，

11、鉛酸蓄電池為儲(chǔ)能元件，LCD1602負(fù)責(zé)顯示數(shù)據(jù)。確定了光伏充電控制器的方案，通過(guò)對(duì)恒流充電、恒壓充電和浮充充電進(jìn)行控制達(dá)到電路保護(hù)作用，通過(guò)設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路和編程軟件，科學(xué)有效的管理蓄電池，光伏控制器應(yīng)用于負(fù)載，實(shí)現(xiàn)控制功能。光伏控制器設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)和ADC0804組合采樣獲取數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控蓄電池的充電過(guò)程。本次設(shè)計(jì)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(guò)設(shè)計(jì)使其能夠自動(dòng)檢測(cè)光伏電池板輸出電壓，當(dāng)光伏電池板的輸出電壓高于蓄電池電壓時(shí)，光伏電池板對(duì)蓄電池充電；當(dāng)光伏電池板輸出的電壓低于蓄電池電壓時(shí)，光伏電池板停止充電，若繼續(xù)進(jìn)行充電，則蓄電池中電流會(huì)反向流向太陽(yáng)

12、能電池板，對(duì)太陽(yáng)能電池板造成損耗。當(dāng)蓄電池電壓低于40.8伏時(shí)，系統(tǒng)控制負(fù)載關(guān)斷，停止充電，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)；當(dāng)蓄電池電壓高于57.6伏，控制系統(tǒng)控制負(fù)載關(guān)斷，太陽(yáng)能電池板對(duì)蓄電池停止充電，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)；控制系統(tǒng)控制蓄電池進(jìn)行浮充充電時(shí)，電壓值應(yīng)保持在48伏左右。本設(shè)計(jì)要解決的主要問(wèn)題是光伏發(fā)電系統(tǒng)蓄電池充放電的控制問(wèn)題，且對(duì)蓄電池的保護(hù)有著重要的作用，對(duì)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(jī)。2.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)目的在于設(shè)計(jì)出一個(gè)小型光伏發(fā)電控制系統(tǒng)，太陽(yáng)能電池板、蓄電池、光伏充電控制器和負(fù)載是小型光伏發(fā)電控制系統(tǒng)中不可缺少的組成元件。系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如

13、圖2.1所示。太陽(yáng)能電池板吸收太陽(yáng)光，將光能轉(zhuǎn)化為電能并儲(chǔ)存到蓄電池中，蓄電池再供電給負(fù)載。圖 2.1 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)2.1太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介目前，市場(chǎng)上常見(jiàn)的主要是以硅為主要材料的太陽(yáng)能電池。與普通電池和可循環(huán)充電電池不同，太陽(yáng)能電池具有節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，太陽(yáng)能電池板通過(guò)光生伏特效應(yīng)能夠直接將光能轉(zhuǎn)換成電能。其主要原理：太陽(yáng)能電池板在陽(yáng)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(dǎo)致半導(dǎo)體P-N結(jié)兩端產(chǎn)生電壓，在該此電壓的作用下，電流流過(guò)外部電路，給外電路供電。在過(guò)程中，太陽(yáng)能電池不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)磨損，沒(méi)有噪聲，沒(méi)有環(huán)境污染，這是傳統(tǒng)發(fā)電方式不能比擬的。目前，市場(chǎng)上常見(jiàn)的以硅

14、為原料的太陽(yáng)能電池主要有單晶、多晶和非晶硅太陽(yáng)能電池三種。單晶硅太陽(yáng)能電池具有高轉(zhuǎn)換效率和長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)，且目前制造單晶硅太陽(yáng)能電池的技術(shù)已經(jīng)成熟。由于單晶硅太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)能電池的生產(chǎn)主要通過(guò)鑄造的方法進(jìn)行的，其成本與單晶硅太陽(yáng)能電池相比要低一些。多晶硅太陽(yáng)能電池具有無(wú)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(dǎo)致其正電荷和負(fù)電荷不能完全通過(guò)PN結(jié)電場(chǎng)進(jìn)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。非晶硅太陽(yáng)能電池的主要材料無(wú)

15、定型硅，其內(nèi)部有許多所謂的“懸鍵”，沒(méi)有與硅原子成鍵的電子在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生電流，因而非晶硅太陽(yáng)能電池可以很薄，由于其造價(jià)低廉，穩(wěn)定性較低，光電轉(zhuǎn)換效率較低，大多應(yīng)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(jiǎn)介太陽(yáng)能充電控制器主要控制太陽(yáng)能電池板對(duì)蓄電池的充電，蓄電池作為儲(chǔ)能元件，其性能的優(yōu)劣影響太陽(yáng)能充電控制器。本設(shè)計(jì)采用的儲(chǔ)能元件是鉛酸蓄電池，在系統(tǒng)對(duì)鉛酸蓄電池進(jìn)行充電的時(shí)候，蓄電池的內(nèi)部反應(yīng)為正極進(jìn)行氧化反應(yīng)，負(fù)極進(jìn)行還原反應(yīng)。鉛酸蓄電池的充放電過(guò)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能，蓄電池中硫酸溶液所占的比例

16、可用于衡量電池充放電程度。蓄電池作為儲(chǔ)能元件在獨(dú)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(yáng)能電池板經(jīng)過(guò)光生伏特效應(yīng)產(chǎn)生的電能經(jīng)傳輸儲(chǔ)存至蓄電池中，在負(fù)載需要用電的時(shí)候供電給負(fù)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(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的樞紐，其性能的優(yōu)劣直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。通常太陽(yáng)能電池板經(jīng)過(guò)光生伏特效應(yīng)產(chǎn)生的電壓是不穩(wěn)定的，需將電能傳輸存儲(chǔ)至儲(chǔ)能元件中，才能給負(fù)載供電，光伏發(fā)電控制器控制太陽(yáng)能電池板經(jīng)光生伏特效應(yīng)產(chǎn)生的電壓傳輸至蓄電池中，即控制對(duì)蓄電池的充電，其主要作用是防止蓄電池過(guò)充對(duì)蓄電池造成損耗，對(duì)蓄電池使用壽命有延長(zhǎng)的作用。目前市場(chǎng)上控

17、制器普遍存在兩個(gè)問(wèn)題，蓄電池的保護(hù)不充分問(wèn)題和蓄電池不適當(dāng)?shù)某潆妼?dǎo)致蓄電池的損壞問(wèn)題。為了維護(hù)蓄電池的使用壽命以及對(duì)蓄電池電壓的實(shí)時(shí)監(jiān)控，本設(shè)計(jì)采用PWM脈寬調(diào)制充電方式。PWM具有兩個(gè)主要特點(diǎn)：一是在處理器和被控系統(tǒng)之間無(wú)需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換；二是其對(duì)噪聲的抵抗能力和強(qiáng)。因其兩大主要特點(diǎn)，PWM被廣泛應(yīng)用于測(cè)量、通信領(lǐng)域中。PWM脈寬調(diào)制充電方式是通過(guò)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(shí)間，再停止一段時(shí)間，然后不斷地重復(fù)進(jìn)行這2個(gè)步驟。系統(tǒng)通過(guò)控制太陽(yáng)能電池板對(duì)蓄電池的一次又一次的充電一段時(shí)間來(lái)達(dá)到將蓄電池充滿的目的，在PWM脈沖調(diào)制充電過(guò)程中，系統(tǒng)控

18、制對(duì)蓄電池的充電，每充一段時(shí)間就會(huì)停止一段時(shí)間，在停止的那段時(shí)間中，蓄電池內(nèi)部會(huì)將通過(guò)化學(xué)反應(yīng)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(lái)的蓄電池充電做好準(zhǔn)備，使蓄電池充電效果更好。PWM脈沖調(diào)制充電具有對(duì)蓄電池的充電進(jìn)行在線監(jiān)控的功能，有效的維護(hù)了蓄電池的壽命。3. 硬件電路設(shè)計(jì)小型光伏發(fā)電控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)以STC89C52單片機(jī)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(duì)蓄電池的電壓進(jìn)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(jī)中進(jìn)行處理，再把電壓值顯示在液晶LCD1602上。PWM控制信號(hào)由STC89C52單片機(jī)

19、通過(guò)編寫(xiě)的程序進(jìn)行輸出控制，充放電電路則由光耦驅(qū)動(dòng)MOSFET管來(lái)控制開(kāi)啟與關(guān)閉。該小型光伏發(fā)電系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)延長(zhǎng)蓄電池的壽命，達(dá)到蓄電池更有效的吸收光伏電池板傳輸過(guò)來(lái)的電能。3.1 STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)STC89C52單片機(jī)作為小型光伏發(fā)電控制系統(tǒng)的主控芯片，控制著整個(gè)硬件電路，單片機(jī)正常工作的最小系統(tǒng)的構(gòu)建是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要任務(wù)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了時(shí)鐘電路，復(fù)位電路，工作指示燈和蜂鳴器報(bào)警電路等單片機(jī)最小系統(tǒng)擴(kuò)展電路。（1）時(shí)鐘電路STC89C52單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)反相放大器，該反向放大器具有高增益的特點(diǎn)，可構(gòu)成振蕩器，STC89C52單片機(jī)的引腳XTAL1即為反相放大器的輸入端，引腳

20、XTAL2是反相放大器的輸出端，將時(shí)鐘連接在XTAL1和XTAL2端口可構(gòu)成時(shí)鐘電路，使得系統(tǒng)的所有操作都與時(shí)鐘脈沖相同步。STC89C52單片機(jī)內(nèi)部振蕩器的振蕩頻率與晶振頻率接近，一般為1.2MHz。時(shí)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(shí)鐘電路 圖3.2 復(fù)位電路（2）復(fù)位電路單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。按鈕復(fù)位即手動(dòng)按下按鈕，電源通過(guò)電阻施加到復(fù)位端上，使單片機(jī)初始化，上電復(fù)位，就是系統(tǒng)對(duì)電容進(jìn)行充電，達(dá)到初始化電路的目的。復(fù)位電路的作用除了系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)程序出現(xiàn)錯(cuò)誤，系統(tǒng)出

21、現(xiàn)故障，導(dǎo)致死鎖，需按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)系統(tǒng)。復(fù)位電路如圖3.2所示。本系統(tǒng)采用的按鈕復(fù)位既可以通過(guò)電平控制又可以通過(guò)上電控制，其具有兩種復(fù)位方式，更有效的控制系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位電路雖然其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但其在整個(gè)系統(tǒng)電路中有著非常重要作用。一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)能否正常進(jìn)行工作，關(guān)鍵在于其能否成功復(fù)位（初始化）。（3）工作狀態(tài)指示燈電路本設(shè)計(jì)擁有實(shí)時(shí)檢測(cè)蓄電池電壓的功能，增加工作狀態(tài)指示燈可以指示整個(gè)電路的工作狀態(tài)，更好的對(duì)蓄電池電壓進(jìn)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(gè)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(guò)壓由發(fā)光二極管LED2顯示，蓄電池欠

22、壓由發(fā)光二極管LED3顯示。為了保護(hù)發(fā)光二極管，可在工作狀態(tài)指示燈電路中串聯(lián)一個(gè)1k電阻，限制通過(guò)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(bào)警電路本設(shè)計(jì)采用蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警電路的報(bào)警，蜂鳴器是一種電子訊響器，采用直流電壓進(jìn)行供電。在蜂鳴器報(bào)警電路中蜂鳴器需加三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因?yàn)镾TC89C52單片機(jī)輸出引腳的驅(qū)動(dòng)能力較弱，若不增加三極管，無(wú)法正常進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。在控制系統(tǒng)對(duì)蓄電池電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)時(shí)，一旦檢測(cè)電壓值連續(xù)超出閾值范圍，報(bào)警電路便會(huì)自啟，蜂鳴器就會(huì)發(fā)出報(bào)警響聲。主要原理是電壓高于程序設(shè)定的最大值，或著電壓低于程序設(shè)定最小值，STC89C52單片機(jī)的P2.6引腳

23、輸出低電平，單片機(jī)控制導(dǎo)通三極管，蜂鳴器報(bào)警。報(bào)警電路如圖3.4所示。圖 3.4 報(bào)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(duì)太陽(yáng)能電池板出現(xiàn)反充現(xiàn)象，在有陽(yáng)光照射的白天，蓄電池自身電壓通常低于太陽(yáng)能電池板光生伏特效應(yīng)產(chǎn)生的電壓，防反充二極管D1將不會(huì)起作用，而在夜晚或者無(wú)太陽(yáng)光照的白天的時(shí)候，蓄電池自身電壓通常會(huì)高于太陽(yáng)能電池板光生伏特效應(yīng)產(chǎn)生的電壓，防反充二極管D1就會(huì)生效，來(lái)阻止蓄電池電流流向太陽(yáng)能電池板。PWM脈沖寬度調(diào)制即通過(guò)控制MOSFET管閉合和斷開(kāi)來(lái)控制電壓的輸出。MOSFET管場(chǎng)效應(yīng)管，其由電壓控制，且其材質(zhì)為單極性金屬

24、氧化物半導(dǎo)體，所以驅(qū)動(dòng)MOSFET管場(chǎng)效應(yīng)管所需功率較小。而且MOSFET管場(chǎng)效應(yīng)管只有多數(shù)載流子導(dǎo)電，并沒(méi)有少數(shù)載流子復(fù)合，開(kāi)關(guān)頻率可以非常高，適合作為充放電控制開(kāi)關(guān)。本設(shè)計(jì)采用導(dǎo)通電壓Vth>0的FNK6075K- N溝道MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管。當(dāng)光電耦合器U2斷開(kāi)時(shí)，MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管Q1的G極電壓與蓄電池電壓相近，MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管的S極接地，使得Vgs>0，當(dāng)MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管G極電壓達(dá)到一定值時(shí)，MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管Q1導(dǎo)通。電容C4具有濾波的功能，作用于太陽(yáng)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，作用于蓄電池輸出電壓，是對(duì)負(fù)載供電電路穩(wěn)定

25、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(duì)蓄電池進(jìn)行穩(wěn)壓。二極管D3是續(xù)流二極管，其主要作用是當(dāng)蓄電池反接控制器時(shí)，D3可以進(jìn)行續(xù)流，保護(hù)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(shè)計(jì)的程序應(yīng)當(dāng)復(fù)合以下要求：系統(tǒng)對(duì)蓄電池的電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)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(chǎng)效應(yīng)管Q1完全導(dǎo)通，達(dá)到導(dǎo)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(chǎng)效應(yīng)管Q1導(dǎo)通脈沖占空比例變小，MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管Q1不導(dǎo)通的占空比例也變小；電壓低于40.8伏，系統(tǒng)控制MOSFET場(chǎng)

26、效應(yīng)管Q2關(guān)閉停止放電，從而實(shí)現(xiàn)充放電電路欠壓關(guān)斷。3.3光耦驅(qū)動(dòng)電路本設(shè)計(jì)為了隔離單片機(jī)控制電路與充放電電路，采用光電耦合器進(jìn)行控制，增加了硬件電路的可靠性，光電耦合器驅(qū)動(dòng)電路如圖3.6所示。光耦驅(qū)動(dòng)原理：充電電路由MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管Q1控制，當(dāng)充電控制器的數(shù)字信號(hào)為0時(shí)，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(jī)控制右側(cè)三極管阻斷，導(dǎo)致輸出端兩管腳間的電阻非常大，相當(dāng)于斷開(kāi)，輸出端K1的電壓上升，穩(wěn)壓二級(jí)管D2穩(wěn)壓控制電阻R9的右側(cè)電路保持在48伏左右，MOSEFT場(chǎng)效應(yīng)管的Vgs>0，Q1開(kāi)啟，太陽(yáng)能電池板充電給蓄電池；當(dāng)充電控制器的數(shù)字信號(hào)為1時(shí)，即高電平，單片

27、機(jī)控制光電耦合器內(nèi)部的發(fā)光二極管發(fā)光，控制右側(cè)三極管導(dǎo)通，輸出端兩管腳間的電阻變小，相當(dāng)于電路被阻斷，從U2傳輸?shù)碾妷航?jīng)過(guò)光耦接地，MOSEFT場(chǎng)效應(yīng)管K1端的電壓和零非常接近，MOSEFT場(chǎng)效應(yīng)管Q1的Vgs小于0，Q1不參與充電電路工作，充電電路關(guān)閉。MOSEFT場(chǎng)效應(yīng)管Q2與MOSEFT場(chǎng)效應(yīng)管Q1不同，其控制著放電電路，但其原理與MOSEFT場(chǎng)效應(yīng)管Q1相似。圖 3.6光耦驅(qū)動(dòng)電路3.4 A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換又稱(chēng)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(shù)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，轉(zhuǎn)換精度高的優(yōu)點(diǎn)，因而受到廣

28、泛應(yīng)用。單片機(jī)STC89C52無(wú)內(nèi)置模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊，則應(yīng)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(jī)STC89C52。目前，市場(chǎng)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(shè)計(jì)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(gè)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(gè)串聯(lián)的電阻中間采集阻值小的電阻兩端電壓。通過(guò)分壓公式計(jì)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(guò)計(jì)算得出采集電壓為4.8伏，符合ADC0804的輸入值。3.4.2

29、 ADC0804構(gòu)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：?jiǎn)纹瑱C(jī)STC89C52的P2.7引腳實(shí)現(xiàn)片選；接單片機(jī)STC89C52的P3.6，接單片機(jī)STC89C52的P3.7引腳，進(jìn)行讀寫(xiě)控制；在CLKR接口處串聯(lián)一個(gè)電阻，再與CLK并聯(lián)，然后串聯(lián)一個(gè)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(hào)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(hào)的形式輸出到單片機(jī)的P1口，對(duì)蓄電池的電壓在線不間斷跟蹤檢測(cè)，蓄電池的電壓值可在P1口獲得。3.5 LCD顯示電路本設(shè)計(jì)

30、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(diǎn)，適合作為顯示屏，來(lái)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(gè)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(jī)STC89C52連接構(gòu)成的電壓顯示電路如圖3.8所示。EN使能端連接單片機(jī)STC89C52的P2.2引腳，用來(lái)實(shí)現(xiàn)片選；RS接單片機(jī)STC89C52的P2.0引腳，進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令選擇；R/W接單片機(jī)STC89C52的P2

31、.1引腳，以達(dá)到控制讀寫(xiě)的目的；將一個(gè)阻值為10的電阻連接在LCD1602的15腳，進(jìn)行限流保護(hù)。LCD1602的3腳連接一個(gè)10K電位器并接地，調(diào)節(jié)LCD1602顯示的對(duì)比度。數(shù)據(jù)輸入端D0-D7接單片機(jī)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(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)如圖4.1所示： 圖4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)軟件主程序是一個(gè)無(wú)限循環(huán)程序，且是有序進(jìn)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(chǔ)子程序，系統(tǒng)軟件主程序可以分成一個(gè)一個(gè)模塊化來(lái)進(jìn)行，第一個(gè)模塊是程序初始化，然后按序依次運(yùn)行各個(gè)模塊子程序，

32、通過(guò)系統(tǒng)的自檢可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過(guò)系統(tǒng)的控制可以進(jìn)行對(duì)電路的控制，對(duì)蓄電池充放電進(jìn)行有效的監(jiān)控，維護(hù)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(shí)序圖如圖4.2所示。圖 4.2 ADC0804時(shí)序圖電壓采集轉(zhuǎn)換模塊是整個(gè)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(dòng)和讀取時(shí)序圖：當(dāng)CS與WR同時(shí)處于低電平狀態(tài)時(shí)，ADC0804啟動(dòng)，在WR上升沿后，經(jīng)過(guò)約100 us，完成模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)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(jié)束。當(dāng)INTR處于低電平狀態(tài)是，如果RD和CS同時(shí)也處于低電平狀態(tài)，則數(shù)據(jù)鎖存器的三態(tài)

33、門(mén)打開(kāi)，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)可以讀取。反之，若RD處于高電平狀態(tài)，三態(tài)門(mén)關(guān)閉，數(shù)據(jù)鎖存器鎖存數(shù)據(jù)。一般對(duì)芯片進(jìn)行操作前，芯片的時(shí)序圖是必須設(shè)計(jì)好的。本次設(shè)計(jì)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(duì)結(jié)果進(jìn)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(shí)間較短，在開(kāi)始啟動(dòng)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(shí)際電壓值的獲取模塊，其通過(guò)電壓采集轉(zhuǎn)換子程序，將采集到的蓄電池電壓，先經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換，再由單片機(jī)進(jìn)行處理，便可傳輸至顯示模塊。本設(shè)

34、計(jì)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(duì)其進(jìn)行初始化，然后按照時(shí)序圖進(jìn)行正確操作，使其能夠正常工作，得到正常的顯示結(jié)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(guān)閉，防止程序剛開(kāi)始就顯示亂碼write_com(0x38); /設(shè)置顯示16X2,點(diǎn)陣5X7,數(shù)據(jù)接口為8位write_com(0x0c);/設(shè)置開(kāi)顯示，不顯示光標(biāo)write_com(0x06);/寫(xiě)1個(gè)字符，地址指針就加1write_com(0x01);/顯示清零，數(shù)據(jù)指針清零液晶LCD1602的基本時(shí)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(wú)寫(xiě)指令 輸入：RS=L,=L, DOD7=指令碼，E=H高脈沖輸出：DOD7=狀態(tài)字寫(xiě)數(shù)據(jù) 輸入：RS=H,=L, DOD7=數(shù)據(jù)，E=H高脈沖輸出：無(wú)液晶LCD1602作為顯示芯片，一般需要對(duì)其進(jìn)行寫(xiě)操作，寫(xiě)操作時(shí)序圖如圖4.4所示。圖 4.4 寫(xiě)操作時(shí)序圖寫(xiě)操作流程：將讀/寫(xiě)控制端設(shè)置為寫(xiě)模式，即讀/寫(xiě)控制端處于低電平狀態(tài)。寫(xiě)模式分為兩種，一是寫(xiě)數(shù)據(jù)，二是寫(xiě)命令。寫(xiě)數(shù)據(jù)即將要顯示屏顯示的內(nèi)容寫(xiě)入。寫(xiě)命令包括液晶的光標(biāo)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(gè)高脈沖通過(guò)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(xiě)操作。液晶LCD1602顯示數(shù)據(jù)一般是存在延時(shí)的，為納秒級(jí)延時(shí)，該軟件設(shè)計(jì)程序可不做延時(shí)，因?yàn)閱纹瑱C(jī)最小操作單位是微秒級(jí)，為了使液晶工作更加穩(wěn)定，程序設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)短的延時(shí)。軟件編程時(shí)采用延時(shí)函數(shù)_nop_（）對(duì)程序進(jìn)行一個(gè)機(jī)器周期的延時(shí)。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(yàn)硬件能否正常工作，軟件設(shè)計(jì)是否合理的重要措施。通過(guò)系統(tǒng)的模擬仿真找出系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的不合理，使得系統(tǒng)得到進(jìn)一步改善，使其更加合理；為了

37、檢測(cè)軟件程序所編寫(xiě)的功能是否可以達(dá)成其設(shè)計(jì)要求和任務(wù)，軟件調(diào)試是必須的。軟件調(diào)試的過(guò)程：先將小型光伏發(fā)電控制器系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)所要要完成的任務(wù)羅列出來(lái)，再對(duì)軟件的各個(gè)模塊進(jìn)行C語(yǔ)言編程，在KEIL C51中編寫(xiě)系統(tǒng)的各個(gè)子模塊相應(yīng)的程序以及流程圖相應(yīng)的程序，并加以實(shí)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(biāo)'Target 1'compiling 控制器移屏.c. /編譯文件控制器移屏.clinking./鏈接. Program Size: data=21.1 xdata=0 code=1572 /項(xiàng)目大小：

38、存儲(chǔ)空間RAM和ROM的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量creating hex file from "充放電控制器". / 創(chuàng)建了十六進(jìn)制的目標(biāo)文件"充放電控制器" - 0 Error(s), 0 Warning(s). /編譯結(jié)果為0個(gè)錯(cuò)誤，0個(gè)警告。通過(guò)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(lái)進(jìn)行軟件仿真測(cè)試，軟件仿真測(cè)試是檢測(cè)程序是否正確運(yùn)行的必經(jīng)之路。本設(shè)計(jì)采用Proteus仿真軟件對(duì)單片機(jī)STC89C52及其外圍器件進(jìn)行仿真測(cè)試。Proteus軟件為單片機(jī)STC89C52運(yùn)行提供了良好的仿真環(huán)境，將程序在軟件上進(jìn)行調(diào)試，程序經(jīng)調(diào)試完成后，在51系列兼

39、容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)KEIL C51中生成目標(biāo)文件HEX文件，傳輸?shù)椒抡嫦到y(tǒng)的單片機(jī)中。將KEIL C51軟件調(diào)試和proteus軟件調(diào)試聯(lián)合進(jìn)行，測(cè)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(jī)STC89C52運(yùn)行軟件程序，對(duì)系統(tǒng)各個(gè)部分的硬件電路進(jìn)行控制，使系統(tǒng)各個(gè)部分進(jìn)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(hào)，由單片機(jī)處理所得的蓄電池的電壓值，當(dāng)發(fā)光二極管綠燈亮?xí)r意味著硬件系統(tǒng)進(jìn)行正常充電。為了得到更好proteus軟件仿真效果，仿真時(shí)以直流電機(jī)作為輸出負(fù)載。本設(shè)計(jì)的單片機(jī)ST

40、C89C52軟件開(kāi)發(fā)采用的是C語(yǔ)言編程，C語(yǔ)言比匯編語(yǔ)言操作簡(jiǎn)單、模塊化處理適應(yīng)性強(qiáng)、規(guī)范性良好、以及移植更容易。本設(shè)計(jì)的C語(yǔ)言編程是按照系統(tǒng)主程序和各個(gè)子模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)程序的，實(shí)現(xiàn)了對(duì)蓄電池使用壽命的維護(hù)和對(duì)硬件電路重要元器件的保護(hù)，基本完成了軟件設(shè)計(jì)相應(yīng)的任務(wù)。結(jié)語(yǔ)在光伏發(fā)電控制系統(tǒng)中，太陽(yáng)能充電控制器控制著整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的正常運(yùn)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(shè)計(jì)主要包括：（1）設(shè)計(jì)以STC89C52單片機(jī)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(chǔ)能元件，LCD1602負(fù)責(zé)顯示數(shù)據(jù)?？刂铺?yáng)能電池對(duì)蓄電池的充電，達(dá)到蓄電池保護(hù)作用。（2）在硬件設(shè)計(jì)方面，設(shè)計(jì)了單片機(jī)最小電路，充放電電路,光耦驅(qū)動(dòng)電路,A/D轉(zhuǎn)換電路和電壓顯示電路。對(duì)單片機(jī)最小電路進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了時(shí)鐘電路，復(fù)位電路，工作狀態(tài)顯示電路和蜂鳴器報(bào)警電路。（3）在