太陽能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計

摘要進入二十一世紀，人類面臨著實現(xiàn)經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)，而能源問題日益嚴重。太陽能被看做是最具有代表性的新能源和可再生能源。因此，光伏發(fā)電系統(tǒng)對解決能源問題起到非常積極的作用，近年來發(fā)展迅速。本設(shè)計重點針對光伏發(fā)電裝置中蓄電池充放電控制模塊和逆變器模塊進行了細致科學的設(shè)計，此外，論文內(nèi)容對 CPU最小系統(tǒng)設(shè)計、DCDC與DCAC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計、指示電路部分的設(shè)計也進行了詳細說明。 并針對目前市場上傳統(tǒng)充電控制器對蓄電池的充放電控制不合理，同時保護也不夠充分，使得蓄電池的壽命縮短這種情況，研究確定了一種基于單片機的太陽能充電控制器的方案。逆變環(huán)節(jié)采用 SPWM調(diào)制方式，簡化了驅(qū)動電路設(shè)計。軟件設(shè)計中，采用瞬時電壓反饋，增加了電路保護等功能，論文闡述了軟件設(shè)計總體思想構(gòu)架，給出了程序代碼和系統(tǒng)各部分控制流程圖。最后,經(jīng)過仿真軟件進行整體系統(tǒng)仿真，基本達到性能要求，具有實際應用意義。本設(shè)計著重在太陽能對蓄電池的充放電方式、 控制器的功能要求和實際應用方面做了一定分析，完成了硬件電路設(shè)計和軟件編制，實現(xiàn)了對蓄電池的高效率管理，具有創(chuàng)新意義。關(guān)鍵詞：太陽能；光伏發(fā)電；蓄電池；控制；逆變器；AbstractEnteringthe21stcentury,humanbeingsarefacingtorealizethesustainabledevelopmentofeconomyandsociety,andenergyproblembecomesmoreandmoreserious.Andsolarpowerareconsideredthemostrepresentativeofnewandrenewableenergy，Thepowertechnologyofsolarenergyandwindattackworld'sattention.Therefore,thephotovoltaicpowergenerationsystemplaysaverypositiveroleinsolvingtheenergyproblem,andhasdevelopedrapidlyinrecentyears.Thepaperofthekeyforphotovoltaicpowergenerationdevicebatterycharginganddischargingcontrolmoduleandtheinvertermoduleofscientificandmeticulousdesign,inaddition,thecontentofminimumCPUsystemdesign,DCACandDC-DCconversioncircuitdesign,indicatingthepartofthecircuitdesignwerealsodescribedindetail.Andinviewofthepresentmarketconventionalchargecontrollerofbatterychargeanddischargecontrolunreasonable,andprotectionisalsoinadequate,makingthelifeofthebatteryrelationshipthat,thestudyidentifiedaschemebasedonMCUsolarchargecontroller,inverterusingSPWMmodulationmethod,simplifyingthedrivecircuitdesign.SoftwaredesignMeter,theinstantaneousvoltagefeedbackcircuitprotectionfunctionhasbeenadded,thesisdescribestheoverallframeworkofsoftwaredesign,giventhevariouspartsoftheprogramcodeandthesystemcontrolflowchart.Finally,throughthesoftwaresimulationofthewholesystemsimulation,cansatisfythebasicperformancerequirements,hasthepracticalapplicationsignificance.Thispapermainlyinthesolarbatterychargeanddischargemode,thefunctionalrequirementsofthecontrollerandthepracticalapplicationaspectsdoanalysis,completedthehardwarecircuitdesignandsoftwaredevelopment,realizetheefficientmanagementofthebattery,havingthemeaningofinnovation.

Keyword:pvpower;photovoltaicpowergeneration;battery;control;inverter；目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第1章緒論 0...太陽能的應用與特點 0..研究背景與意義 2...光伏發(fā)電系統(tǒng)概述 3...離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng) 8..第2章光伏發(fā)電系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 7..光伏發(fā)電系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 7..太陽能電池板 錯.誤!未定義書簽。功率變換器 錯.誤!未定義書簽。變換器的種類 錯.誤!未定義書簽。光伏發(fā)電系統(tǒng)中變換器與其作用 3.8儲能元件單元 錯.誤!未定義書簽。儲能元件的分類 錯誤!未定義書簽。儲能元件的作用 1...6第3章電池板與蓄電池的參數(shù)計算與選擇 1..1太陽能電池板參數(shù)計算與選擇 1..1蓄電池參數(shù)計算與選擇 1...4鉛酸蓄電池的充電特性 1..6鉛酸蓄電池的放電特性 1..8鉛酸蓄電池充電方式 1...9第4章蓄電池充電控制器的設(shè)計 2...3系統(tǒng)層次原理圖 錯.誤!未定義書簽。單片機最小系統(tǒng) 2..4.數(shù)據(jù)存儲器擴展 2...6復位電路設(shè)計 2..7.時鐘電路設(shè)計 2..8.CPU最小系統(tǒng)圖 2...9充放電電路 2...9.光耦驅(qū)動電路 3...0.AC/DC轉(zhuǎn)換電路 3..1.ADC0804的簡介 3...1LCD顯示電路 3...4.串口通信電路 3...5.太陽能充電控制器的軟件設(shè)計 錯誤!未定義書簽。TOC\o"1-5"\h\z第5章變換器主電路設(shè)計 3..8.幾種變換器的特點 3..8.MPPT控制電路 4..0.升壓變換器 4...1.DC/DC升壓變換器的選擇 4..1推挽電路的基本原理 4...2逆變電路 錯.誤!未定義書簽。逆變器的選擇 4..3.全橋逆變模塊 錯.誤!未定義書簽。全橋逆變器控制技術(shù) 4...5控制芯片 4...6.PIC16F73供電電源 錯誤!未定義書簽。時序和死區(qū)電路 4...6光耦隔離電路 4..7.電壓反饋檢測電路 4...8PWM控制電路系統(tǒng)圖 錯誤!未定義書簽。參考文獻 5...0..致謝 5..2...附錄 5..3...第1章緒論1.1太陽能的應用與特點世界經(jīng)濟的快速發(fā)展，與化石能源息息相關(guān)，能源是人類社會存在和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。能量遵循守衡定律，它不會產(chǎn)生也不會消失，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。在經(jīng)濟快速發(fā)展的21世紀，能源卻在迅速枯竭。工業(yè)生產(chǎn)對化石能源需求量的日益增加與其儲存的逐漸減少所引起的結(jié)構(gòu)性矛盾日益成為能源安全所面臨的最大難題。根據(jù)社會經(jīng)濟學家和科學家們對形勢的估計，全球石油儲量約有一千億噸到一千五百億噸，以1995年的年開采量33.2億噸估算，石油將在21世紀中葉全部用完。天然氣儲備大約在十三萬至十五萬兆立方米范圍內(nèi)。如果假設(shè)年開采量恒定在2300Mcm3，也將在六十年左右內(nèi)全部用完。煤炭是傳統(tǒng)化石能源里存儲量較多的，全球總共約有5600億噸。若煤炭的年開采量，按照1995年統(tǒng)計的33億噸計算，大約可以還維持169年。如果那個時候新的能源體系尚未建立，能源危機將席卷全球，而且越是依賴于化石資源的國家，受害就越嚴重。能源的供應不足，必然引起經(jīng)濟上的大幅衰退和各國之間的沖突。近10年來，因為化石能源而頻繁引發(fā)戰(zhàn)爭就是證明，每一次戰(zhàn)爭都牽扯到能源的重新分配。如果不從根本解決能源問題，這種全球性質(zhì)的戰(zhàn)略沖突，今后還會發(fā)生?？偠灾茉次C一觸即發(fā)。我國技術(shù)可開發(fā)能源蘊藏量見表1.1。由表1.1可以看出，即使將太陽能以外的所有可再生能源加在一起，也不能滿足我國未來對太陽能的需求。太陽能作為清潔的可再生能源即將代替常規(guī)能源，成為拯救經(jīng)濟發(fā)展的“救I=r”表1.1我國可開發(fā)資源蘊藏量技術(shù)可幵發(fā)資源種類蘊臧量生物質(zhì)能（年產(chǎn)量）10.0億噸標準煤水能5.4億千瓦風能陸上和近?？傆??12億千瓦太陽能960萬平方公里接收太陽能輻射能 17000億噸標準煤目前我國正在工業(yè)化和城市化的加速階段，經(jīng)濟發(fā)展帶來的一系列的能源問題和環(huán)境問題，正嚴重威脅著我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，資源有效利用與經(jīng)濟發(fā)展、環(huán)境污染與國民生活質(zhì)量之間的協(xié)調(diào)發(fā)展是我國現(xiàn)階段需要合理處理的事情。這些都在提醒著我國政府，加大改革力度，在合理利用已有資源的基礎(chǔ)上，“政府支持”盡快幵發(fā)新能源，實現(xiàn)“綠色循環(huán)體系”太陽能具有以下明顯的優(yōu)點：能源清潔：不會對環(huán)境產(chǎn)生負面影響，不會像燃燒化石能源那樣，向大氣排放量廢氣和顆粒物，造成霧霾天氣和燃料廢渣的大量堆積，影響環(huán)境質(zhì)量；能量“之不竭”：太陽光是個源源不斷的可再生能量，在人類出現(xiàn)之前就在發(fā)光發(fā)熱，給地球帶來光明，據(jù)科學家的推斷，太陽至少還有四十多億年的壽命；能源“隨處可得”：基本上不受地域限制，有光照的地方就有太陽能；可就近供電，不必長距離輸送，避免了輸電線路上的電能損失，而且能提高整個能源系統(tǒng)的安全性和可靠性；發(fā)展前景好：隨著能源危機的越演愈烈，世界各國都在著力幵發(fā)新能源，隨著研究的深入和科學技術(shù)的進步，光伏發(fā)電裝置的轉(zhuǎn)換效率會越來越高，而且太陽能的幵發(fā)和利用只需要裝置和技術(shù)的支持，不需要能源成本，因此具有很好的經(jīng)濟性。這些優(yōu)勢使得光伏產(chǎn)業(yè)具有巨大的發(fā)展?jié)摿Γ悄芰棵芏鹊?，容易受氣象條件影響的缺點使得太陽能的綜合利用受到一定程度的限制。為了更好的利用太陽能，對光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究具有深遠的意義。1.2研究背景與意義電能是社會發(fā)展和經(jīng)濟建設(shè)的重要保障，它和高科技的緊密結(jié)合創(chuàng)造了豐富多彩的人類生活，同時電能的廣泛應用也導致全球范圍內(nèi)的電力供應不足現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)。從世界范圍內(nèi)來看，火力發(fā)電是目前發(fā)電的最主要形式，但是由于石油、天然氣、煤炭等化石燃料的大量燃燒，不僅帶來了能源枯竭問題，也使環(huán)境污染，尤其是大氣污染問題日益嚴重。從2013年年初開始，PM2.5這個詞匯不斷被人們所關(guān)注，惡劣的霧霾天氣已經(jīng)影響到我國的絕大多數(shù)城市，而且在2014年又有加重的趨勢。為了緩解經(jīng)濟增長、能源短缺以與環(huán)境污染之間的矛盾，我國政府相關(guān)部門出臺了很多政策，比如提高能源利用率、搬遷高污染行業(yè)、完善各區(qū)域間大氣污染聯(lián)控機制等。但是從實施效果上來看，這些措施都是治標不治本，只有轉(zhuǎn)變目前能源的使用方式，大力發(fā)展和普與太陽能、風能等清潔能源，徹底改變以化石能源為主的能源結(jié)構(gòu)，才能從根源上緩解能源短缺和環(huán)境污染問題，進而消除電力供應不足和大氣霧霾等現(xiàn)象。此外，一些技術(shù)落后的電廠設(shè)備和年代陳舊的輸電網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)無法滿足目前持續(xù)增加的電能需求，供電過程中的安全性和供電質(zhì)量也達不到較高的水準。在這種情況下如果以新能源的開發(fā)利用為切入點來改變傳統(tǒng)的用電模式不失為一種很好的選擇。在目前被人類成功利用的新能源家族中，分布最廣且資源最豐富的是太陽能，大力推廣以光伏發(fā)電為主的太陽能發(fā)電技術(shù)是符合可持續(xù)發(fā)展方針的重要舉措。從1954年美國科學家在貝爾實驗室中首次成功研發(fā)單晶硅片光伏電池，到后來光伏電池在航天工程中的大范圍使用，再到今天的光伏一體化建筑（BIPV），光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)走過了六十多年的歷程。光伏發(fā)電憑借其無污染、安全隱患小、使用時間長和運行維護量少等許多優(yōu)點，被認為是新時代中最具發(fā)展?jié)撃艿陌l(fā)電模式。最近二十年是世界光伏產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展期，在美國、日本、德國等國家推出一系列光伏推廣計劃后，光伏產(chǎn)業(yè)一直保持著年均30%以上的增長速度，據(jù)歐洲光伏行業(yè)協(xié)會（EPIA）最新公布的全球光伏發(fā)電系統(tǒng)情況報告顯示，截止2013年底的全球累計光伏裝機容量已達136.7GW。據(jù)歐委會聯(lián)合研究中心（JRC）預測，光伏發(fā)電量所占世界總發(fā)電量的比例到2030年可達10%以上，到2100年可占68%的份額，從而使能源構(gòu)成比例產(chǎn)生顛覆性的變化。光伏裝機容量的迅猛發(fā)展離不開光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展?，F(xiàn)在國際上對光伏發(fā)電技術(shù)的研究側(cè)重于高效穩(wěn)定且成本低廉的光伏直流變換器、光伏并網(wǎng)逆變器以與分布式光伏發(fā)電應用技術(shù)等方面。依托于光伏屋頂計劃和國家法規(guī)的支持，許多歐美發(fā)達國家相繼成功研發(fā)了針對不同場合的光伏發(fā)電裝置。與世界光伏產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展相比，我國的光伏產(chǎn)業(yè)才起步不久，而且相關(guān)政策的不健全使得我國的光伏發(fā)電工程存在應用面窄、技術(shù)不規(guī)范和閑置率高等問題。另外，我國的光伏板制造產(chǎn)業(yè)從2012年開始進入冬天，歐美對我國光伏廠商制定的雙反政策使得國內(nèi)生產(chǎn)的大部分光伏電池都無法出口，而此時國內(nèi)滯后的光伏發(fā)電市場又不能消化如此高的產(chǎn)能。因此，為了促進我國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我國一方面要完善光伏發(fā)電政策來擴大國內(nèi)市場，另一方面要大力推進光伏應用技術(shù)研發(fā)來保證光伏發(fā)電項目的順利開展。目前的光伏發(fā)電系統(tǒng)主要有并網(wǎng)和離網(wǎng)兩種形式。從長遠發(fā)展來看光伏并網(wǎng)發(fā)電形式是光伏發(fā)電應用的趨勢，但是目前光伏并網(wǎng)發(fā)電成本過高，而且電網(wǎng)對光伏電能的收購政策還不完善，使得并網(wǎng)發(fā)電無法大規(guī)模推廣。相比之下，離網(wǎng)發(fā)電形式因具有安裝方便、不受電網(wǎng)政策限制、成本相對較低等特點而同樣具有廣闊的應用前景。離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)對家庭用戶和遠離公共電網(wǎng)的無電區(qū)以與一些特殊場所有極其特殊的意義，本文將要研究的離網(wǎng)型光伏發(fā)電裝置首先可以為不在電網(wǎng)供電范圍內(nèi)的居民解決用電問題，從而改善他們的生活條件、提高生活品質(zhì)。其次，有電網(wǎng)覆蓋的區(qū)域也可以采用此系統(tǒng)來緩解用電高峰時的電網(wǎng)壓力，做到綠色能源的良好利用。在產(chǎn)品創(chuàng)新方面，本論文將蓄電池充電技術(shù)與正弦波逆變功能相結(jié)合，并引入能量管理策略設(shè)計了離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)，目前市場上同類產(chǎn)品較少，有一定的市場潛力。1.3光伏發(fā)電系統(tǒng)概述20世紀90年代以來是我國太陽能光伏發(fā)電快速發(fā)展的時期，在這一時期我國光伏組件生產(chǎn)能力逐年增強，成本不斷降低，市場不斷擴大，裝機容量逐年增加，2004年累計容量達35MW，約占世界份額的3%。10多年來，我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)長期平均維持了全球市場1%左右的份額。到2020年前，我國太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)將會得到不斷的完善和發(fā)展， 成本將不斷下降，太陽能光伏發(fā)電市場發(fā)生巨大的變化:2005-2010年，我國的太陽能電池主要用于獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電成本到2010年將約為1.20元心Wh);2010-2020年，太陽能光伏發(fā)電將會由獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)向并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電成本到 2020年將約為0.60元/(kwh)。到2020年，我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平有望達到世界先進行列。目前太陽能利用的方式有:太陽能光伏發(fā)電，太陽能熱利用，太陽能動力利用，太陽能光化利用，太陽能生物利用和太陽能光 -光利用。其中太陽能光伏發(fā)電以其優(yōu)異的特性近年來在全世界范圍得到了快速發(fā)展，被認為是當前具有發(fā)展前景的新能源技術(shù)，各發(fā)達國家均投入巨資競相研究開發(fā)，并產(chǎn)業(yè)化進程，大力開拓太陽能光伏發(fā)電的市場應用。太陽能光伏發(fā)電是利用太陽能電池將太陽光能轉(zhuǎn)化為電能的一種發(fā)太陽能電池單元是光電轉(zhuǎn)化的最小單位，將太陽能電池單元進行串并聯(lián)可以做成太陽能電池組件，其功率一般為幾瓦到幾百瓦，這種太陽能電池組件可以單獨作為電源使用的最小單元，可以將太陽能電池組件進行進一步的串并聯(lián)，構(gòu)成太陽能電池方陣，以滿足負載所需要的功率輸出。太陽能光伏發(fā)電之所以發(fā)展如此迅速，是因為其具有以下優(yōu)點取之不盡，用之不竭。地球表面所接受的太陽能約為 1.07X1014GWh/年，是全球能量年需求的35000倍，可以說是一種無限的資源。無污染。光伏發(fā)電本身不消耗工質(zhì)，不向外界排放廢物，無轉(zhuǎn)動部件，不產(chǎn)生噪聲，是一種理想的清潔能源。資源分布廣泛。不同于水電受水力資源限制，火電受到煤炭資源與運輸成本等影響，光伏發(fā)電幾乎不受地域的限制，理論上講在任何可以得到太陽能的地方都可以利用太陽能進行發(fā)電。建設(shè)周期短，建造靈活方便，運行維護費用低。光伏發(fā)電系統(tǒng)可以按照需要將光伏組件靈活地串并聯(lián)，達到所需功率，所以其建設(shè)周期短，擴容方便;安裝于房頂，沙漠，還可與建筑相結(jié)合，從而節(jié)約占地面積，節(jié)省安裝成本;太陽能光伏發(fā)電所消耗的太陽能無需付費，一年中往往只需在遇到連續(xù)陰雨天最長的季節(jié)前后去檢查太陽能電池組件表面是否被污染，接線是否可靠以與蓄電池電壓是否正常等，因而太陽能光伏發(fā)電的運行費用很低。光伏建筑集成。光伏產(chǎn)品與建筑材料集成是目前國際上研究與發(fā)展的前沿，這種產(chǎn)品不僅美觀大方，還節(jié)省發(fā)電站使用的土地面積和費用。分布式。光伏發(fā)電系統(tǒng)的分布式特點將提高整個能源系統(tǒng)的安全性和可靠性，特別是從抗御自然災害和戰(zhàn)備的角度看，更具有明顯的意義。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)按是否與電網(wǎng)連接可分為獨立離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)中的能量能進行雙向傳輸。在有太陽能輻射時，由太陽能電池陣列向負載提供能量 ;當無太陽能輻射或太陽能電池陣列提供的能量不夠時，由蓄電池向系統(tǒng)負載提供能量。該系統(tǒng)可為交流負載提供能量，也可為直流負載提供能量，當太陽能電池陣列能量過剩時，可以將過剩能量存儲起來或把過剩能量送入電網(wǎng)。該系統(tǒng)功能全面，但是系統(tǒng)過于復雜，成本高，僅在大型的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中才使用這種結(jié)構(gòu)，并具有上述全面的功能;而一般使用的中小型系統(tǒng)僅具有該系統(tǒng)的部分功能。雖然我國光伏產(chǎn)業(yè)多年來實現(xiàn)了長足的進步，但不可否認的是，我國的光伏產(chǎn)業(yè)也存在不容忽視的技術(shù)不高、環(huán)境較惡劣和市場風險等缺點和難題；近期在國內(nèi)光伏市場額應用方面也面臨成本高、上網(wǎng)難、缺乏經(jīng)驗等障礙。我國光伏產(chǎn)業(yè)的缺點如下：1、國內(nèi)光伏技術(shù)總體的技術(shù)水平不高、內(nèi)在競爭力不強。由于我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷史短，主要方向放在生產(chǎn)組件方面而基礎(chǔ)研究工作薄弱，導致目前我國光伏技術(shù)總體水平仍然不高，太陽能電池與其組件的效率和質(zhì)量水平仍然普遍落后于世界先進水平，在新型高效的太陽能電池和高純硅生產(chǎn)技術(shù)的研究開發(fā)方面也落后于歐美等發(fā)達國家，許多裝備主要依賴國外引進。目前我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)仍主要依靠市場驅(qū)動而非技術(shù)驅(qū)動，缺乏強大的內(nèi)在競爭力。2、產(chǎn)業(yè)和市場發(fā)展不平衡，不利于產(chǎn)業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展和節(jié)能減排。在過去的幾年內(nèi)，我國光伏產(chǎn)業(yè)界慧眼如炬，抓住了歐美國家光伏市場快速增長這一機遇，利用了國內(nèi)資源和人力成本較低的優(yōu)勢，實現(xiàn)了迅速起步與不斷的發(fā)展壯大。但由于近年來全球光伏產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)能過快擴張與金融危機的負面影響，未來兩年內(nèi)世界光伏組件和高純硅材料市場勢必供過于求，這將使得光伏產(chǎn)業(yè)面臨大規(guī)模洗牌的局面。所以我國光伏企業(yè)近期來已普遍停止擴產(chǎn)、削減產(chǎn)量。在這個洗牌過程中，利潤率最高的環(huán)節(jié)也將逐漸轉(zhuǎn)向下游的光伏發(fā)電運營業(yè)，使得出售光伏電力比出售光伏組件和系統(tǒng)具有更長遠穩(wěn)定的回報，這也是傳統(tǒng)光伏產(chǎn)業(yè)界和光伏設(shè)備制造業(yè)日益重視、極力呼吁啟動國內(nèi)光伏市場的根本原因。目前這種產(chǎn)業(yè)和市場格局意味著我國光伏產(chǎn)業(yè)面臨著日益突出的市場風險。而廣受爭論的光伏產(chǎn)業(yè)的高能耗問題，其實質(zhì)問題也在于產(chǎn)業(yè)和市場發(fā)展不平衡，即取決于國內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)和國內(nèi)外市場的選擇。3、光伏產(chǎn)業(yè)在近期仍缺乏足夠經(jīng)濟競爭力。有賴于政府政策扶持最近數(shù)十年全球光伏市場的重心隨著各國光伏市場政策的變化而先后從美國（1996年以前）轉(zhuǎn)移到日本（1996—2002年）和歐盟（2002年以來），即充分反映了全球光伏市場的需求主要是由扶持政策推動的。目前我國還未制定比較系統(tǒng)完善的光伏發(fā)電經(jīng)濟激勵政策，電價有待于加快制定必要適度的財政補貼和優(yōu)惠上網(wǎng)電價扶持政策。當今世界各國特別是發(fā)達國家對于太陽能光伏發(fā)電十分重視，針對其制定規(guī)劃，增加投入，大力發(fā)展。20世紀80年代以來，即使是在世界經(jīng)濟從總體上處于衰退和低谷的時期，太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)也一直以10%-15%的遞增速度在發(fā)展。90年代后期，發(fā)展更為迅速，成為全球增長速度最快的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。1.4本文研究內(nèi)容本文主要對光伏發(fā)電裝置中蓄電池充放電控制模塊和逆變器模塊進行了細致科學的設(shè)計，此外，論文內(nèi)容對CPU最小系統(tǒng)設(shè)計、DCDC與DCAC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計、指示電路部分的設(shè)計也進行了詳細說明。具體內(nèi)容如下：控制器總體方案：利用結(jié)構(gòu)框圖說明系統(tǒng)組成太陽能電池板充電接口設(shè)計DCDC與DCAC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計：逆變功率達到2kW。蓄電池充放電保護電路設(shè)計：防止蓄電池過充、過放影響其使用壽命。CPU最小系統(tǒng)設(shè)計：采用單片機、或嵌入式控制器進行充放電管理。指示電路：利用液晶屏和少量發(fā)光二極管指示蓄電池充、放電的電流電壓狀態(tài)。軟件設(shè)計：系統(tǒng)各部分控制流程圖和具體程序的編寫。第2章光伏發(fā)電系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)2.1離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)太陽能光伏電源系統(tǒng)的設(shè)計計算主要依據(jù)現(xiàn)場實際情況，為滿足符合能量的需求,在系統(tǒng)設(shè)置地點的日照條件和環(huán)境溫度等情況下，優(yōu)選出合適的太陽能電池方陣和蓄電池容量，并使系統(tǒng)中所有設(shè)備相互匹配，保證系統(tǒng)的合理性和適用性。一個完善的太陽能光伏電源系統(tǒng)需要考慮多種因素進行設(shè)計，如電氣性能設(shè)計、熱力設(shè)計、機械結(jié)構(gòu)設(shè)計等，對地面應用的獨立電源系統(tǒng)來說，最主要的是根據(jù)使用要求，決定太陽能電池方陣和蓄電池規(guī)模，以滿足正常工作的需求。太陽能離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)包括：（1）太陽能控制器（光伏控制器和風光互補控制器）對所發(fā)的電能進行調(diào)節(jié)和控制，一方面把調(diào)整后的能量送往直流負載或交流負載，另一方面把多余的能量送往蓄電池組儲存，當所發(fā)的電不能滿足負載需要時，太陽能控制器又把蓄電池的電能送往負載。蓄電池充滿電后，控制器要控制蓄電池不被過充。當蓄電池所儲存的電能放完時，太陽能控制器要控制蓄電池不被過放電，保護蓄電池?？刂破鞯男阅懿缓脮r，對蓄電池的使用壽命影響很大，并最終影響系統(tǒng)的可靠性。（2）太陽能蓄電池組的任務(wù)是貯能，以便在夜間或陰雨天保證負載用電。（3）太陽能逆變器負責把直流電轉(zhuǎn)換為交流電，供交流負荷使用。太陽能逆變器是光伏風力發(fā)電系統(tǒng)的核心部件。由于使用地區(qū)相對落后、偏僻，維護困難，為了提高光伏風力發(fā)電系統(tǒng)的整體性能，保證電站的長期穩(wěn)定運行，對逆變器的可靠性提出了很高的要求。另外由于新能源發(fā)電成本較高，太陽能逆變器的高效運行也顯得非常重要。太陽能離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要產(chǎn)品分類A、光伏組件B、風機C、控制器D、蓄電池組E、逆變器F、光伏發(fā)電控制與逆變器一體化電源。離網(wǎng)光伏蓄電系統(tǒng)是一種常見的太陽能應用方式，一般來說，太陽能離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)主要包括太陽能電池陣列、控制器、蓄電池組和逆變器等部分。太陽能電池陣列是整個系統(tǒng)能源的來源，它把照射到其表面的太陽能轉(zhuǎn)化為電能;控制器是整個系統(tǒng)的核心部件之一，其運行狀態(tài)決定著系統(tǒng)的運行狀態(tài)，系統(tǒng)在控制器的管理下運行；蓄電池的功能在于儲存太陽能電池陣列受光照時所發(fā)出的電能并在無光照時向負載供電 ；逆變器是將直流電變換為交流電的設(shè)備，由于太陽能電池陣列和蓄電池發(fā)出的是直流電，因此當系統(tǒng)向交流負載供電時，逆變器是不可缺少的。常用的太陽能離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)如圖2.1所示。圖2.1離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)示意圖太陽能光伏電源系統(tǒng)總體設(shè)計原則是在保證滿足負載用電量需要的前提下，確定最少的太陽能電池組件和蓄電池容量。通過技術(shù)經(jīng)濟分析，合理確定太陽能電池組件數(shù)量和蓄電池容量、包括安全性、可靠性等諸多方面的要求。系統(tǒng)配置的設(shè)計主要考慮兩種因素：（1） 根據(jù)負荷需求，環(huán)境參數(shù)和太陽能光伏電源系統(tǒng)部件的電氣參數(shù)，選擇不同的系統(tǒng)部件。（2） 需要確定的數(shù)據(jù)主要包括：安裝地點的日照輻射、太陽能電池方陣傾斜面的日照輻射、環(huán)境溫度參數(shù)。系統(tǒng)電壓、負荷能量需求，最大和平均的放電電流?？刂破?、逆變器調(diào)節(jié)特性與參數(shù)，太陽能電池組件和蓄電池的特征參數(shù)和系統(tǒng)供電可靠性和供電電源可用率。離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)形式介紹與選擇目前離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的應用區(qū)域主要分布在偏遠的山區(qū)和農(nóng)牧區(qū)以與一些特殊場合。應用形式有戶用式光伏供電系統(tǒng)、太陽能照明、光伏通信電源等。由于我國有很多的海島和偏遠村落，因此離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)擁有廣闊的應用市場，其靈活的發(fā)電方式正為改善偏遠地區(qū)人民的生活質(zhì)量發(fā)揮著積極有效的作用。離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)存在多種系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)和控制方式。 市面上最早出現(xiàn)的一種應用形式是先把光伏電池正負端子直接與蓄電池正負端子相連，再將蓄電池與負載相連，如圖2.2所示。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是線路簡單、易于搭建。它的缺點很多：負載只能是一種電壓等級的直流負載，且要根據(jù)負載電壓等級選擇蓄電池的串聯(lián)個數(shù)；光伏電池不能實現(xiàn)最大功率輸出，同時還要嚴格匹配蓄電池的充電電壓，使用場合有限。為了最大化利用光伏電池發(fā)電能力，需要在光伏電池和蓄電池之間加入一個DC/DC變換器，并且利用最大功率跟蹤技術(shù)（MPPT）來進行控制,于是出現(xiàn)了離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的第二種應用形式，如圖 2.3所示。這種結(jié)構(gòu)中DC/DC變換器既可以實現(xiàn)蓄電池的充電保護功能，又可以使光伏陣列所發(fā)電能最大化地被蓄電池利用。但是，這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也只適用于直流負載，使用場合依然有限。圖2.3離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)形式二為了克服以上兩種形式的不足，使離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)適用于更多的場合，國內(nèi)的研究中出現(xiàn)了圖2.4中的形式，稱為直流母線式離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。帆流母線圖2.4離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)形式三在圖2.4中，光伏電池通過DC/DC變換器向直流母線提供電能，并且采用MPPT技術(shù)進行控制；蓄電池通過一個雙向DC/DC變換器與直流母線相連，可以根據(jù)系統(tǒng)的不同狀態(tài)確定其充放電形式。由于系統(tǒng)中加入了DC/AC變換器，所以此種形式既可用于直流負載又可用于交流負載。本文設(shè)計的離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)就是基于這種形式。第3章電池板與蓄電池的參數(shù)計算與選擇3.1太陽能電池板參數(shù)計算與選擇太陽能電池技術(shù)是太陽能發(fā)電技術(shù)的主要組成部分。太陽能電池主要有以下幾種類型：單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池、非晶硅太陽能電池、碲化鎘電池、銅銦硒電池等。晶硅類電池分為單晶硅電池組件和多晶硅電池組件，兩種組件最大的差別是單晶硅組件的光電轉(zhuǎn)化效率略高于多晶硅組件，也就是相同功率的電池組件，單晶硅組件的面積小于多晶硅組件的面積。單晶硅、多晶硅太陽能電池具有制造技術(shù)成熟、產(chǎn)品性能穩(wěn)定、使用壽命長、光電轉(zhuǎn)化效率相對較高的特點。非晶硅薄膜太陽能電池具有弱光效應好，成本相對于硅太陽能電池較低的優(yōu)點。而碲化鎘、銅銦硒電池則由于原材料劇毒或原材料稀缺性，其規(guī)?；a(chǎn)受到限制。目前，薄膜電池的轉(zhuǎn)換效率達到6%?8%，近兩年內(nèi)可達到10%?12％，五年內(nèi)有望達到18%，其功率衰退問題也已解決。薄膜電池對弱光的轉(zhuǎn)化率十分高，即使在5月天照樣能夠發(fā)電。其技術(shù)正在成為太陽能電池主流技術(shù)，與晶體硅太陽能電池技術(shù)并駕齊驅(qū)。太陽能電池板性能參數(shù)在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的最小單元是太陽能電池單體。太陽能電池單體實際上是一個PN結(jié)，PN結(jié)在光照下會產(chǎn)生電動勢，這種效應稱為光生伏特效應。當PN結(jié)處于平衡狀態(tài)時，PN結(jié)處有一個耗盡層，耗盡層中存在著勢壘電場，電場方向由N區(qū)指向P區(qū)。當PN結(jié)受到光照時，硅原子受光激發(fā)而產(chǎn)生電子空穴對，在勢壘電場的作用下，空穴向P區(qū)移動，電子向N區(qū)移動，從而P區(qū)就有過剩的空穴，N區(qū)就有過剩的電子，這樣便在PN結(jié)附近形成與勢壘電場方向相反的光生電動勢。太陽能電池的光伏特性曲線，即伏安特性曲線（I-V特性曲線），是在一定光強、一定溫度下太陽能電池的負載外特性，直接反映在電池輸出功率?？梢杂闷銲-V特性與P-V特性表示，如圖3.1（a）、（b）所示：

圖3.1（a）太陽能光伏電池I-V特3.1（b）太陽能光伏電池P-V特性曲線性曲線太陽能電池的性能參數(shù)：（1）幵路電壓Uoc，即將太陽能電池置于100mW/cm2 的光源照射下，在兩端幵路時，太陽能電池的輸出電壓值。（2） 短路電流Isc，就是將太陽能電池置于標準光源的照射下，在輸出端短路時，流過太陽能電池兩端的電流。（3） 最大輸出功率，即選擇的負載電阻值能使輸出電壓和電流的乘積最大，用符號Pm表示。此時的工作電壓和工作電流稱為最佳工作電壓和最佳工作電流，分別用符號Um和Im表示，PmUmIm。（4）填充因子，它是最大輸出功率與幵路電壓和短路電流乘積之比：FfPmUmImUocIscUocIsc （3-1）FF是衡量太陽能電池輸出特性的重要指標，是代表太陽能電池在帶最佳負載時，能輸出的最大功率的特性，其值越大表示太陽能電池的輸出功率越大。FF的值始終小于I。FFUocIscwo。。FFUocIscwo。。PmPinPinPin（3-2）當光照強度或溫度不同時，太陽能光伏電池的輸出特性有較大的改變，即對應不同的光照強度或溫度有不同的輸出特性曲線，如圖 3.2（a）、（b）和圖3.3（a和圖3.3（a）、（b）所示:3.2（b）性曲線從圖中可以看出隨著光照強度的增加太陽能電池的短路電流增大，功率也增大。事實上，幵路電壓 Uoc隨光照強度的升高呈對數(shù)比例增加，短路電流Isc和輸出功率均與光照強度成正比。幵路電壓的下降可由下面的關(guān)系式表示：Vi仃25）V（3-3）式中，Vi表示幵路電壓的下降：a是太陽能電池的溫度系數(shù)，一般取0.003?0.005;T表示太陽能電池的溫度； Va表示太陽能電池標稱的工作電壓。圖3.3（a）不同溫度下I-V特性3.3（b）不同溫度下P-V特性曲曲線從圖3.3（a）、（b）中可以看出一定光照下，溫度上升會使太陽能電池開路電壓Uoc下降，太陽能電池的輸出功率下降。一般的太陽能電池組件生產(chǎn)商均提供上述標準測試條件下的五個參數(shù)。當太陽能電池輸出電壓比較小時，隨著電壓的變化，輸出電流的變化很小，太陽能電池近似為一恒流源，當太陽能電池輸出電壓超過一定的臨界值時，太陽能電池輸出電流急劇下降，太陽能電池可近似為一恒壓源。太陽能電池的輸出特性是非線性的，既非恒流源也非恒壓源 （在最大功率點左側(cè)為近似恒流源段，在最大功率點右側(cè)為近似恒壓源段 ），且在一定的電池溫度和日照強度下有唯一的最大輸出功率點。太陽能電池板計算與選型根據(jù)太陽能電池發(fā)電原理與其輸出特性，簡單計算選擇依據(jù)：太陽電池組件容量計算，參考公式：3-4)P0PtQ/（13-4)式中：P0——太陽電池組件的峰值功率，單位 Wp；P――負載的功率，單位W；t——負載每天的用電小時數(shù)，單位 H；1――為系統(tǒng)的效率（一般為 0.85左右）；T――當?shù)氐娜掌骄逯等照諘r數(shù)，單位 H;Q――連續(xù)陰雨期富余系數(shù)（一般為 1.2?2）。根據(jù)公式計算：Po=（2000X10X1.2）/（0.85X4）"7059（Wp）太陽電池組件數(shù)量：7059/100"70（塊）太陽電池組件串聯(lián)數(shù)量：10塊太陽電池組串數(shù)量：7串所以本文選用70塊寧波北侖天尚太陽能公司生產(chǎn)的100W多晶硅光伏板。此類型光伏板的壽命達25年以上，其表面層采用高透光絨面鋼化玻璃封裝，可以減少光的反射并且有很高的透光率，提高了光伏組件的光電轉(zhuǎn)換效率。使用時采用10塊串聯(lián)模式，串聯(lián)后組件的開路電壓為220V，最大功率點電壓為180V。蓄電池參數(shù)計算與選擇蓄電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)的儲能單元，其運行特性的好壞關(guān)系到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性，因此需要對儲能蓄電池的充放電特性與充電策略進行研究。生活中選擇蓄電池的參數(shù)時要根據(jù)所使用的場合來決定，應用在離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)中的蓄電池要求充電效率高、自放電率小，最常用的是免維護鉛酸蓄電池。341儲能元件種類光生伏特效應只能在光照的條件下才能發(fā)生，因而光伏陣列只能在日間才能發(fā)電，而獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)不與電網(wǎng)相連，而且夜間是用電高峰期，因此，需先將光伏陣列在白天發(fā)出的電能存儲起來，在需要的時候向負載供電。蓄電池是獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)持續(xù)供電的保障，對其性能的要求也較高，包括自放電率低、使用壽命長、深放電能力強、充電效率高、少維護或免維護、工作溫度范圍寬、價格低廉。當蓄電池接入到光伏發(fā)電系統(tǒng)中后，光伏陣列輸出的直流電經(jīng)充電控制器進入蓄電池,而蓄電池通過放電控制器輸出直流電或經(jīng)過變換器輸出交流電，供給負載使用。常見蓄電池的性能參數(shù)見表 3.10表3.1常用蓄電池性能參數(shù)比較蓄電池種類電壓(V)能量密度(Wh/kg)價格(元/Wh)自放電(%/月)能量效率(%)備注鎳鎘蓄電池1.2501.4-1.815-3067-75有記憶效應，充放電控制電路簡單鎳氫蓄電池1.2602.4-2.625-3555-65充放電控制電路簡單鋰蓄電池3.61004.0-4.52-595嚴格防止過充電/過放電在新能源系統(tǒng)中，用得最多的蓄電池是鉛酸電池。鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰電池等對于獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)來說，價格太貴而且不方便。鉛酸蓄電池造價便宜、使用簡單、維修方便、原材料豐富，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)目前在大中型光伏發(fā)電系統(tǒng)中應用最多。目前常用的鉛酸蓄電池主要分為三類：1）普通蓄電池：普通蓄電池的極板是由鉛和鉛的氧化物構(gòu)成，電解液是硫酸的水溶液。它的主要優(yōu)點是電壓穩(wěn)定、價格便宜；缺點是比能低、使用壽命短和日常維護頻繁。2）干荷蓄電池：即干式荷電鉛酸蓄電池，它的主要特點是負極板有較高的儲電能力，在完全干燥狀態(tài)下，能在兩年內(nèi)保存所得到的電量，使用時，只需加入電解液，20-30分鐘之后即可使用。3）免維護蓄電池：免維護蓄電池由于自身結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢，電解液的消耗量非常小，在使用壽命內(nèi)基本不需要補充蒸餾水。它還具有耐震、耐高溫、體積小、自放電小等特點。使用壽命一般為普通蓄電池的兩倍。儲能元件的作用蓄電池在獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中的作用主要有三點：1）儲存能量，為負載提供可持續(xù)供電電源。由于晝夜交替，陽光的輻射是不連續(xù)的，而一般獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的負載都需要能夠持續(xù)供給電能的電源。而且，即使在白天，陽光輻射的自然變化也無法保證供電連續(xù)。所以蓄電池的一個重要作用就是當陽光輻射充足時，即光伏陣列產(chǎn)生的電能大于負載消耗的要求時，將多余的電能儲存在蓄電池中，以備夜晚或光照不足時使用。2）穩(wěn)壓和鉗位。當光伏陣列直接連接負載時，由于光伏電池的工作特性受光照強度、電池溫度等因素影響較大，使負載常常不能工作在最大功率點附近，系統(tǒng)的效率很低。而如果利用蓄電池作為電源給負載供電，隔離了光伏電壓陣列輸出電壓對負載的影響，使負載穩(wěn)定在最大功率點附近，從而大大提高了整個系統(tǒng)的效率。3）提供啟動電流。有些設(shè)備的啟動需要很大的啟動電流，可能會達到設(shè)備額定電流的5~10倍，而受到最大短路電流和光照強度的限制，光伏陣列可能無法滿足負載對于啟動電流的需求，這就要求蓄電池在短時間內(nèi)提供大電流給負載啟動。鉛酸蓄電池的充電特性儲能是光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，尤其對于獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)而言，儲能環(huán)節(jié)更是不可缺少的組成部分。儲能系統(tǒng)的好壞直接影響到光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能在實際的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，儲能部分又是最易受損、最易消耗的部分。所以獲得最佳的儲能系統(tǒng)成為光伏系統(tǒng)設(shè)計的重要組成部分。目前光伏發(fā)電系統(tǒng)中通常使用蓄電池實現(xiàn)儲能，常用蓄電池屬于電化學電池。蓄電池在充電時把電能轉(zhuǎn)化為化學能儲存起來，放電時把儲存的化學能轉(zhuǎn)化為電能提供給負載使用。一般來講，光伏發(fā)電系統(tǒng)白天把太陽能轉(zhuǎn)化為電能，通過充電器和蓄電池把電能儲存起來，晚上再通過放電器把儲存在蓄電池里的電能放出來使用。其中常用的蓄電池有鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池和鎳氫蓄電池。目前中國用于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池除有少量用于高寒戶外系統(tǒng)采用鎳鎘蓄電池外，絕大多數(shù)是采用鉛酸蓄電池。鉛酸蓄電池在制造時的單格電壓為2V，所以一個額定電壓為12V的鉛酸蓄電池由6個單格串聯(lián)組成。如果設(shè)計光伏發(fā)電系統(tǒng)的儲能蓄電池組端口額定電壓為96V，貝懦要8塊額定電壓為12V的鉛酸蓄電池串聯(lián)。在使用鉛酸蓄電池時，首先要掌握它在工作時表現(xiàn)出來的充放電特性，然后才能根據(jù)特性表現(xiàn)選擇合適的使用方法，從而延長蓄電池使用壽命。鉛酸蓄電池的充放電特性一般體現(xiàn)在其充放電時端口電壓的變化上，下面將分別從充電過程和放電過程對蓄電池特性進行分析。1.充電時端電壓的變化在蓄電池充電過程中，其端電壓會隨著電池剩余電量的變化而發(fā)生規(guī)律性的改變。為了便于分析，下面以蓄電池的一個單格（2V）為例分析其恒流充電時端口電壓的變化情況。圖3.4額定充電率充電時蓄電池端電壓變化曲線以額定充電率為蓄電池充電時，其單格端口電壓的變化曲線如圖 3.4所示。從圖3.4中可以看出，蓄電池的端口電壓在充電初期上升很快，此過程對應充電曲線的oa段，出現(xiàn)此現(xiàn)象是因為極板活性物被還原為絨狀鉛和二氧化鉛時在活性物質(zhì)微孔內(nèi)形成的硫酸迅速集聚造成的。蓄電池的充電中期對應于曲線的ab段，由于此過程中硫酸在極板活性物微孔中的擴散速度和集聚速度趨于平衡，所以 ab段期間的端口電壓變化很小。蓄電池充電后期對應曲線的be段，在此過程中當大部分極板活性物被還原為絨狀鉛和二氧化鉛時時，蓄電池端電壓上升到 2.35V左右。如果繼續(xù)充電，則端電壓上升至曲線的ed段，此過程中大量水被電解成氫氣和氧氣， 其中負極產(chǎn)生的氫氣吸附在極板表面使電池內(nèi)阻增加，而正極產(chǎn)生的氧氣吸附在極板表面使電池正極的電位升高。 在ed段的末期，極板上的活性物逐漸被完全還原，且水的電解也趨于飽和，當蓄電池端口電壓到達點后其幅值不再增加，穩(wěn)定2.7V左右。d點之后如果繼續(xù)充電，則所耗電能都用在了電解水的過程，如果此時停止充電，則端口電壓會因蓄電池內(nèi)阻電壓降為 0而驟降至2.3V左右。de段是停止充電后的端口電壓變化曲線，此過程中極板上活性物質(zhì)微孔中的硫酸比例逐漸降低，等到極板內(nèi)外的電解液濃度相等時端口電壓也降至穩(wěn)定狀態(tài)， e點的電壓約為2.06Vo鉛酸蓄電池的放電特性與充電過程類似，在蓄電池的放電過程中其端電壓也會隨著電池剩余電量的變化而發(fā)生規(guī)律性的改變。下面同樣以蓄電池的一個單格（ 2V）為例分析其恒流放電時端口電壓的變化情況。圖3.5恒定電流放電時的蓄電池端電壓變化曲線以恒定電流放電時，蓄電池的單格端口電壓變化曲線如圖 3.5所示。從圖中可以看出，蓄電池的端口電壓在放電初期下降很快，此過程對應放電曲線的oa段，出現(xiàn)此現(xiàn)象是因為極板微孔內(nèi)的水分迅速集聚使電解液的濃度驟降造成的。蓄電池的放電中期對應于曲線的ab段，由于此過程中水的生成速度與極板外電解液的滲入速度趨于平衡， 所以ab段期間的端口電壓變化很小。蓄電池的放電后期對應曲線的be段，此過程中大部分的極板活性物質(zhì)已變?yōu)榱蛩徙U，由于硫酸鉛的積累使極板外的電解液滲入微孔的速度減慢，致使微孔內(nèi)的電解濃度降低，從而引起了蓄電池端電壓的快速下降， e點的端口電壓為1.8V左右。如果繼續(xù)放電，則極板微孔內(nèi)大量生產(chǎn)成的水會使電解液濃度變的極低，進而導致端口電壓迅速下降，此過程對應放電曲線的ed段。如果在e點之后停止放電，伴隨著極板外的電解液慢慢滲入微孔內(nèi)的過程，蓄電池端口電壓將緩慢上升并最終穩(wěn)定在 2V左右，此過程對應放電曲線的ee段。在實際使用中，如果蓄電池的放電電壓到達放電曲線的 e點后要立刻停止放電，否則蓄電池會因過度放電發(fā)生反極現(xiàn)象或者極板硫酸化。鉛酸蓄電池充電方式鉛酸蓄電池充電方法有很多，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。最基本的是以下幾種：1）恒流充電恒流充電是指以恒定的電流給蓄電池充電， 在蓄電池允許最大電流情況下，充電電流越大，充電時間就越短。恒流充電的特性曲線如圖 3.6所示。此充電方法適合于串聯(lián)方式組成的蓄電池組，并且在充電過程中最好采取長時間、小電流的模式。這種充電方法的弊端是：（1）剛幵始充電時進入蓄電池的電流由于大小不變，所以不能滿足低電量的蓄電池對吸收電流大小的要求，充電速率較低；(2)在充電后期進入蓄電池的電流值又超出了接近飽和狀態(tài)的蓄電池對電流的接收能力，從而使端口電壓大幅升高，此時常伴有大量析氣現(xiàn)象出現(xiàn)并且對極板造成很嚴重的破壞。因此，閥控式密封鉛酸蓄電池不適合米用此方式充電。2)恒壓充電恒壓充電是指以恒定的電壓給蓄電池充電，恒壓充電較容易實現(xiàn)，但初始電流很大，嚴重時可能損壞蓄電池，但隨著蓄電池端電壓逐漸升高，充電電流逐漸減小。此充電方式的特性曲線如圖 3.7所示。充電電流的計算公式如式 3-5所示:(3-5)其中：U:被測電池的端電壓；E:被測電池電動勢；R:充電電路的內(nèi)阻。在恒壓充電的初期，由于蓄電池的電動勢 E較小，所以會產(chǎn)生較大的充電電流；當充電到達中后期時，由于蓄電池極板的極化作用會使電動勢 E增大，所以充電電流會逐漸減小。與恒流充電方法相比，恒壓充電在充電后期的充電電流會自動減小，所以在充電后期不會破壞蓄電池極板。但是恒壓充電模式同樣存在很多弊端：(1)剛幵始充電時，如果蓄電池的剩余電量很少，則會產(chǎn)生超出蓄電池接收能力的大電流；(2)如果充電器輸出的恒壓值過低，則蓄電池進入中后期充電時的電流過小，會導致蓄電池組的充電時間過長且難以充滿。基于恒壓充電的特性，實際應用中一些小功率光伏發(fā)電系統(tǒng)常采用此模式，由于小功率光伏電池的輸出電流有限，所以即使在系統(tǒng)滿功率工作時產(chǎn)生的充電電流也不會使蓄電池在充電過程中遭到破壞。3）階段充電為了克服恒流與恒壓充電各自的缺點，提出了階段充電，階段充電包括兩階段充電和三階段充電，如圖 3.8所示。兩階段充電是采用恒流和恒壓相結(jié)合的快速充電方法，先以恒流充電至預定的電壓值再改為恒壓充電，三階段充電則是在兩階段充電的基礎(chǔ)上，再加上浮充充電階段，蓄電池在浮充工作方式下，充放電循環(huán)次數(shù)減少，浮充電流除了維持自放電外，還維持蓄電池內(nèi)部的氧循環(huán)，這樣就大大延長了蓄電池的壽命。4）脈沖充電脈沖充電是指以周期性脈沖電流給蓄電池充電，這樣在充電期間會有一段停止充電時間，使得蓄電池內(nèi)的電解液均勻擴散，提高了電能轉(zhuǎn)化為化學能的效率。作為系統(tǒng)的儲能部分，對蓄電池進行合理的配置非常重要。對蓄電池進行選型時要考慮負載功率、使用時間、天氣狀況以與工作效率等多方面因素。3.5蓄電池容量計算與選型蓄電池的容量計算公示3-6如下：（3-6）由于在表示蓄電池容量時習慣用“安時（Ah）”作為單位，故蓄電池容量計算公式應該為3-7:21/76其中：QB':蓄電池容量（Wh）;Cb:蓄電池容量（Ah）;Ql:負載的日平均用電量；A:安全系數(shù)，取值在1.1-1.4之間；Ub：蓄電池端電壓Nl:連續(xù)陰雨天數(shù)；To:溫度修正系數(shù)，一般在-10C以下取1.2,-10C以上且0C以下取,在0C以上取1；:充放電效率，一般鉛酸蓄電池取 0.85Cb:蓄電池的放電深度，一般鉛酸蓄電池取 0.75；參考普通家庭的用電狀況，設(shè)家用電器的日平均用電量Ql=3000Wh，取連續(xù)陰雨天數(shù)Nl=3，假設(shè)蓄電池的充放電效率為h=0.85，蓄電池放電深度為Cb=0.75，溫度修正系數(shù)T。=1,安全系數(shù)取A=1.1，則得到蓄電池的容量為:QbAQlQbAQlNlT。UbCb1.1300031960.850.75161.8Ah(3-8)本系統(tǒng)蓄電池端口電壓為 96V，為了在容量上留有一定裕量，選用 8節(jié)12V180Ah的免維護鉛酸蓄電池串聯(lián)使用。第4章蓄電池充放電控制器的設(shè)計在整體方案的指導下，依據(jù)工程設(shè)計的常見思路，本論文從硬件電路設(shè)計和軟件設(shè)計兩個方面入手，運用模塊化的設(shè)計方法去進行控制器的設(shè)計。硬件電路主要由以下幾部分組成：單片機最小系統(tǒng)、充放電電路、光耦驅(qū)動電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、LCD顯示電路、串口通信電路等。下面先從控制器框圖入手，對系統(tǒng)原理進行詳細的分析，然后再對具體電路地進行一一介紹。4.1控制器部分框圖系統(tǒng)層次原理圖如圖4.1所示，電路設(shè)計以STC89C51單片機作為主控芯片構(gòu)成控制電路模塊對整個電路控制。首先采用并聯(lián)分壓方式對蓄電池電壓采集后，送到AD模塊中的A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換得到一個數(shù)字信號的電壓值，再將此信號送入到控制模塊中單片機進行處理；然后在軟件程序控制下，單片機輸出控制信號送到充放電模塊中，經(jīng)光耦驅(qū)動電路來控制MOSFET?？刂芃OSFET管導通的方式是脈沖寬度調(diào)制（SPWM），根據(jù)載荷變化來調(diào)制MOSFET管柵的偏置，達到實現(xiàn)幵關(guān)功能。圖4.1系統(tǒng)原理圖最后通過通信模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送和保存。串口通信模塊采用MAX232芯片進行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程通信或遠程監(jiān)控功能，同時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)存儲電路模塊，使得當電壓出現(xiàn)異常時，讓蜂鳴器報警，同時把異常電壓值通過 I2C總線存放在E2PROM中，作為以后分析使用。4.2單片機最小系統(tǒng)AT89C51單片機是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。40條引腳的功能：如圖4.2所示。VCC:供電電壓。GND：接地。P0口:P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“T時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。

P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流(ILL)這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口。RST:位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG:當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號， 此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁止，置位無效。PSEN:外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)EA非/VP:當EA非保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器(0000H-FFFFH)，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，EA非將內(nèi)部鎖定為RESET：當EA非端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源。XTAL1:反向振蕩放大器的輸入與內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2:反向振蕩器的輸出如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，應不接。P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RESETRXDP3.0TXDP3.1INT0P3.2INT1P3.3T0P3.4T1P3.5WRP3.6RDP3.7XTAL2XTAL1VSS2345678910111213141516171819201,140.239338'437536635■73483389C51932■10311130■1229■13281427■1526■16251724■1823'19222025/762140VCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7VPP/EAALE/PROGPSENP2.7P2.639383736353433323130292827262524232221P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0圖4.2CPUAT89C51引腳圖數(shù)據(jù)存儲器擴展AT89C51片內(nèi)有128B的RAM存儲器，在實際應用中僅靠著128B的數(shù)據(jù)存儲器是遠遠不夠的。這種情況下可利用89C51單片機所具有的擴展功能，外部數(shù)據(jù)存儲器。常用的數(shù)據(jù)存儲器有靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器RAM和動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器。由于實際應用中，需要的擴展容量不是很大，故采用靜態(tài)RAM。同時由于線選法連接簡單，不必專門設(shè)計邏輯電路，再簡單的場合有實用價值，所以本次設(shè)計通過線選法，選用6264作為靜態(tài)的RAM擴展。6264是8K的靜態(tài)隨機存儲器，采用CMOS工藝制造，單一+5V電源供電，額定功耗200mW，典型存儲時間200ns。6264的片選線1接89C51的P2.7，片選線2接高電平，保持一直有效狀態(tài)，6264是8K容量的RAM，故選用了13根地址線。AT89C51與數(shù)據(jù)存儲芯片6264的擴展圖如圖4.3所示。22+5V89C51WRP2.7P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0162825242221272022+5V89C51WRP2.7P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.016282524222127202232124252ECIJJE曰門98cbAAAAAALE1kQDNG32333435363738391817301413一87D7D6D5D4D3D2D1D0Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q01916151296523456一78910A7A6A5A4A3A2A1A06264G OE1918171615131211I/O7I/O6I/O5I/O4I/O3I/O2I/O1I/O0圖4.3AT89C51數(shù)據(jù)存儲擴展圖如上圖所示，AT89C51的地址線P0.0?P0.7經(jīng)過74LS373地址鎖存器與存儲器6264的A7~A0對應相連，同時與6264的1/07?1/00對應相連，6264的A8~A12與AT89C51的P2.0?P2.4相連等。復位電路設(shè)計為了保證但單片機可靠復位，在設(shè)計復位電路時，一般使 RESET引腳保持10ms以上的高電平，單片機便可以可靠地復位。當 RESET從高電平變?yōu)榈碗娖揭院?，單片機從0000H地址幵始執(zhí)行程序。在復位有效期間，ALE和PSEN引腳輸出高電平。8051外進入復位狀態(tài)后，21個特殊功能寄存器復位后的狀態(tài)為確定值，除 SP為07H，P0?P3為FFH，其余均為0。簡單的復位電路有上電復位和手動復位兩種。為了保證復位電路可靠地工作，也可以采用專用的復位電路芯片。 MAX813L是MAXIN公司生產(chǎn)的一種體積小、功耗低、性價比高的帶看門狗和電源監(jiān)控功能的復位芯片。為了實現(xiàn)單片機死機時的自動復位功能，需要在 P1.7不斷輸出脈沖信

號（時間間隔小于1.6S）,如果單片機進入死循環(huán)，則P1.7無脈沖輸出,于是1.6S后在MAX813L產(chǎn)生一個200ms的復位脈沖輸出，是單片機復位，系統(tǒng)重新幵始工作。復位電路原理圖如圖4.4所示。+5vK+5vK圖4.4MAX813L復位電路圖時鐘電路設(shè)計時鐘電路是用來產(chǎn)生 AT89C51單片機工作時所必須的時鐘信號，AT89C51本身就是一個復雜的同步時序電路，為保證工作方式的實現(xiàn)，AT89C51在唯一的時鐘信號的控制下嚴格的按時執(zhí)行指令進行工作， 時鐘的頻率影響單片機的速度和穩(wěn)定性。通常時鐘由于兩種形式：內(nèi)部時鐘和外部時鐘。系統(tǒng)采用內(nèi)部時鐘方式來為系統(tǒng)提供時鐘信號。內(nèi)部時鐘發(fā)生器實質(zhì)是一個二分頻的觸發(fā)器。AT89C51內(nèi)部有一個用于構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的高增益反向放大器，該放大器的輸入輸出引腳為XTAL1和XTAL2，在他們兩端跨接晶體振蕩器，便構(gòu)成了一個自激勵振蕩器。其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時鐘發(fā)生器。設(shè)計采用外接晶振，由于電容太小影響振蕩頻率， C1、C2值通常選擇為30pF左右，他們可以穩(wěn)定頻率并對振蕩器頻率有微調(diào)作用，振蕩器范圍為0?24MHZ，同時為了更好的保證振蕩器穩(wěn)定可靠地工作，諧振器和電容盡可能安裝的與單片機芯片靠近。為了提高穩(wěn)定性我們采用溫度穩(wěn)定性好的NOP電容，采用晶振頻率為12MHz。系統(tǒng)的時鐘電路設(shè)計如圖4.5所示。

L2L1L2L1圖4.5時鐘電路圖CPU最小系統(tǒng)圖根據(jù)上述的電路圖，形成最小系統(tǒng)。由 CPUAT89C51（圖4.1）、晶振電路（圖4.5）、復位電路（圖4.4）依次連接而成。如圖4.6所示+5vP1.0 1P1.1 2P1.2一3P1.3 4P1.4 5P1.5 6P1.6一7P1.7 8RESET9P3.010P3.17TP3.212P3.313P3.414P3.5"151011131489C540393837+5vP1.0 1P1.1 2P1.2一3P1.3 4P1.4 5P1.5 6P1.6一7P1.7 8RESET9P3.010P3.17TP3.212P3.313P3.414P3.5"151011131489C5403938373635343332313029282740VCC39P0.038P0.137P0.236P0.335P0.43車P0.533P0.632P0.731VPP/EA麗ALE/PROGK51kQ74HC08-1827-36?45MAX813LWRP3.616RDP3.717XTAL2_18XTAL119■VSS20262529PSEN28P2.727P2.626「P2.5171819202423222125P2.424P2.323「P2.222P2.121P2.0圖4.6CPU最小系統(tǒng)電路圖4.3充放電電路充放電電路如圖4.7所示，電路由防反充二極管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，當陰天或晚上蓄電池的電壓高于太陽能電池板的電壓時，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管閉合和斷幵的時間（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體場效應晶體管，所需驅(qū)動功率較小。而且MOSFET只有多數(shù)載流子參與導電，不存在少數(shù)載流子的復合時間，因而幵關(guān)頻率可以很高，非常適合作控制充放電幵關(guān)。設(shè)計中采用IRL2703-N溝道MOSFET管，N溝道MOSFET的導通電壓Vth>0。當光耦U2斷幵時，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G極電壓達到一定值時，Q1導通。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是對蓄電池輸出電壓進行濾波，以保證負載供電電路的穩(wěn)定性。圖中穩(wěn)壓管D2用來對蓄電池進行穩(wěn)壓作用。當用戶將蓄電池反接至控制器時，續(xù)流二極管D3可以進行續(xù)流，從而保護控制器不被毀壞。圖4.7充放電電路按程序設(shè)計當檢測到蓄電池的電壓低于 12V，充電模式為均充，Q1為完全導通狀態(tài)，也就是導通的脈沖占空比最大；當檢測到蓄電池的電壓在12V-14.5V，充電模式為浮充，Q1導通與不導通的占空比例變小，；當檢測到蓄電池的電壓等于15V左右，Q1截止使充電停止，同時Q2也關(guān)閉來關(guān)斷負載。當檢測到蓄電池的電壓低于 10.8V，Q2關(guān)閉停止放電，關(guān)斷負載來實現(xiàn)欠壓關(guān)斷。4.4光耦驅(qū)動電路為了增加系統(tǒng)的可靠性，本設(shè)計用光電耦合器實現(xiàn)單片機控制電路和充放電電路的隔離。光耦驅(qū)動電路如圖 4.8所示。M0S管Q1控制著充電電路，當充電控制信號PWM為低電平時，光耦內(nèi)部的發(fā)光二極管的電流近似為零，右側(cè)三極管不導通，輸出端兩管腳間的電阻很大，相當于幵關(guān)“斷幵”，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幵啟，太陽能極板幵始對蓄電池充電；當充電控制器信號為高電平時，光耦內(nèi)部的發(fā)光二極管發(fā)光，三極管導通，輸出端兩管腳間的電阻變小，相當于幵關(guān)“接通” ，此時從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4.5模數(shù)轉(zhuǎn)換電路本系統(tǒng)設(shè)計的STC89C52單片機沒有內(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。市場中集成的A/D轉(zhuǎn)換器品種很多，選用時需要綜合考慮各種因素進行選取。一般逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器用到較多，本設(shè)計采用 8位并行A/D轉(zhuǎn)換器芯片ADC0804。因為蓄電池電壓的采集轉(zhuǎn)換在系統(tǒng)中極為重要，所以下面對所選ADC0804芯片與在本系統(tǒng)中是典型連接電路予以介紹。ADC0804的簡介AD轉(zhuǎn)換就是模數(shù)轉(zhuǎn)換，顧名思義，就是把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。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，所以得到普遍應用。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：高阻抗狀態(tài)輸出，分辨率：8位(0?255)存取時間：135us;轉(zhuǎn)換時間：100us總誤差：正負1LSB⑷工作溫度：0度?70度；⑸模擬輸入電壓范圍：0V?5V參考電壓：2.5V；工作電壓：5V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4.9所示：圖4.9ADC0804引腳圖CLKIN—時鐘信號輸入端CLKR:內(nèi)部時鐘發(fā)生器的外接電阻端，與 CLK配合可有芯片自身產(chǎn)生時鐘脈沖，其振蕩頻率為 1/(1.1RC)INTR—中斷請求信號輸出，端，低地平動作.，表明本次轉(zhuǎn)換已完成。VIN(+)VIN(-)—差動模擬電壓輸入。輸入單端正電壓時 ，VIN(-)接地:而差動輸入時，直接加入VIN(+)VIN(-)。TOC\o"1-5"\h\zAGNDQGND—模擬信號以與數(shù)字信號的接地 .VREF/2—參考電平輸入，決定量化單位。DB0~DB7—三態(tài)特性數(shù)字信號輸出端.VCC:電源供應以與作為電路的參考電壓 .ADC0804外圍接線電路電壓采集電路如圖4.10所示，電壓采集電路使用兩個串聯(lián)的電阻，大小比例為 2:1，然后并聯(lián)在需要檢測的電壓兩端，從兩個電阻中間采集電壓。由分壓公式得出采集的電壓為ADIN，當蓄電池充滿電時電壓大概為 14.5V，計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4.10電壓采集電路ADC0804構(gòu)成的典型A/D轉(zhuǎn)換電路圖4.11A/D轉(zhuǎn)換電路按照芯片手冊中ADC0804的典型接法，系統(tǒng)中設(shè)計的A/D轉(zhuǎn)換電路如4.11所示。單片機的P2.7引腳，用來實現(xiàn)片選；RD、WR分別接單片機的P3.6和P3.7引腳，進行讀寫控制；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的P1口，通過讀P1口數(shù)據(jù)，便可以得到蓄電池的電壓，實現(xiàn)實時在線檢測。

4.6LCD顯示電路液晶具有體積小、功耗低，顯示清晰的優(yōu)點，所以比較適合作顯示使用。為了更好的顯示電壓值，同時擴展自己學習芯片的能力，本設(shè)計用液晶1602來顯示蓄電池的電壓值，如圖4.12所示。在使用1602之前，對其進行一定的了解。從芯片手冊中，可以得到1602液晶的主要技術(shù)資料，如表4.1所示，通過此表我們可以知道 1602工作電壓和顯示容量，可以驗證設(shè)計選擇的是否合適。表4.11602的主要技術(shù)參數(shù)顯示容量162個字符芯片工作電壓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2.954.35（WH）mm根據(jù)1602的技術(shù)參數(shù)和引腳功能，1602與單片機連接構(gòu)成的電壓顯示電路如圖4.13所示。EN使能端接單片機的P2.2引腳，用來實現(xiàn)片選；RS接單片機P2.0引腳，進行數(shù)據(jù)和命令選擇； R/W接單片機P2.1引腳,進行讀寫控制； 為防止直接加5V電壓燒壞背光燈，在1