基于AVR單片機(jī)的太陽(yáng)能電池控制器設(shè)計(jì)

1、基于avr單片機(jī)的太陽(yáng)能電池控制器設(shè)計(jì)隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染的加深，太陽(yáng)能的討論和利用受到廣泛的關(guān)注。太陽(yáng)能是人類(lèi)取之不盡用之不竭的可再生能源，也是清潔能源，不產(chǎn)生任何的環(huán)境污染，在太陽(yáng)能的有效利用中，太陽(yáng)能充電是近些年進(jìn)展最快，最具活力的討論領(lǐng)域，是其中最受矚目的項(xiàng)目之一。太陽(yáng)能電池發(fā)電是基于“光生伏打效應(yīng)”原理，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，利用充電效應(yīng)將太陽(yáng)輻射挺直轉(zhuǎn)化為電能。它具有永遠(yuǎn)性、清潔性和靈便性大的優(yōu)點(diǎn)，是其他能源無(wú)法比擬的。1 太陽(yáng)能控制器的設(shè)計(jì)11 太陽(yáng)能電池的輸出特性由它的輸出特性曲線(xiàn)(見(jiàn)圖1) 可知，太陽(yáng)能電池的伏安特性具有很強(qiáng)的非線(xiàn)性，即當(dāng)日照強(qiáng)度轉(zhuǎn)變時(shí)，其開(kāi)路不會(huì)有太大的轉(zhuǎn)變

2、，但所產(chǎn)生的最大會(huì)有相當(dāng)大的變幻，所以其輸出功率與最大功率點(diǎn)會(huì)隨之轉(zhuǎn)變。然而當(dāng)光強(qiáng)度一定時(shí)，電池板輸出的電流一定，可以認(rèn)為是恒流源。因此，必需討論和設(shè)計(jì)性能優(yōu)良的太陽(yáng)能發(fā)電控制器，才干更有效地利用太陽(yáng)能。12 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能控制器硬件結(jié)構(gòu)圖2所示。該控制器以 mega 32為控制核心，外圍主要由蓄電池電壓及環(huán)境溫度檢測(cè)與充放電控制電路、電池板電壓檢測(cè)與分組切換電路、負(fù)載電流檢測(cè)與輸出控制電路、狀態(tài)顯示電路、串口數(shù)據(jù)上傳和鍵盤(pán)輸入電路構(gòu)成。電壓檢測(cè)電路用于識(shí)別光照的強(qiáng)度和獵取蓄電池端電壓。溫度檢測(cè)電路用于蓄電池充電溫度補(bǔ)償。該系統(tǒng)采納方式驅(qū)動(dòng)充電電路，控制蓄電池的最優(yōu)充放電。電池板分組切換

3、控制電路用于不同光強(qiáng)度和充電模式下電池板的切換，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)3組電池板陣列控制。負(fù)載電流檢測(cè)電路用于過(guò)流庇護(hù)及負(fù)載功率檢測(cè)。狀態(tài)顯示電路用于系統(tǒng)狀態(tài)的顯示，包括電壓、負(fù)載情況及充放電狀態(tài)的顯示。串行口上傳數(shù)據(jù)電路用于系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的上傳，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。鍵盤(pán)輸入電路用于充電模式設(shè)定及背光開(kāi)啟。該控制器在有陽(yáng)光時(shí)接通電池板，向蓄電池充電；當(dāng)夜晚或陰天陽(yáng)光不足時(shí)，蓄電池放電，以保證負(fù)載不停電。13 avravr微處理器是公司的8位risc處理器，具有高性能、高保密性、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可自立拜訪的哈佛結(jié)構(gòu)，代碼執(zhí)行效率高。系統(tǒng)采納的mega 32處理器包含有32 kb片內(nèi)可編程fla

4、sh程序存儲(chǔ)器；1 kb的e2prom和2 kbram；同時(shí)片內(nèi)集成了；8路10位；3路可編程pwm輸出；具有在線(xiàn)系統(tǒng)編程功能，片內(nèi)資源豐盛，集成度高，用法便利。avr mega 32可以很便利地實(shí)現(xiàn)外部輸入?yún)?shù)的設(shè)置，蓄電池及負(fù)載的管理，工作狀態(tài)的指示等。14 蓄電池的充放電控制閥控密封鉛酸蓄電池具有蓄能大，平安和密封性能好，壽命長(zhǎng)，免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，在光伏系統(tǒng)中被大量用法。由閥控密封鉛酸蓄電池充放電特性圖(見(jiàn)圖3)可知，蓄電池充電過(guò)程有3個(gè)階段：初期(oa)電壓迅速升高；中期(abc)電壓緩慢升高，連續(xù)時(shí)光較長(zhǎng)；c點(diǎn)開(kāi)頭為充電末期，電壓開(kāi)頭升高；臨近d點(diǎn)時(shí)，蓄電池中的水被電解，應(yīng)立刻停止充電，

5、防止損毀電池。所以對(duì)蓄電池充電，通常采納的辦法是在初期、中期迅速充電，復(fù)原蓄電池的容量；在充電末期采納小電流長(zhǎng)久補(bǔ)充電池因自放電而損失的電量。蓄電池放電過(guò)程主要有三個(gè)階段：開(kāi)頭(oe)階段電壓下降較快；中期(efg)電壓緩慢下降且連續(xù)較長(zhǎng)的時(shí)光；在最后階段g點(diǎn)后，放電電壓急劇下降，應(yīng)立刻停止放電，否則將會(huì)給蓄電池照成不行逆轉(zhuǎn)的損壞。因此，假如對(duì)閥控密封鉛酸蓄電池充放電控制辦法不合理，不僅充電效率降低，蓄電池的壽命也會(huì)大幅縮短，造成系統(tǒng)運(yùn)行成本增強(qiáng)。在蓄電池的充放電過(guò)程中，除了設(shè)置合適的充放電閾值外，還需要對(duì)充放電閾值舉行適當(dāng)?shù)臏囟妊a(bǔ)償，并舉行須要的過(guò)充電和過(guò)放電庇護(hù)。按照閥控密封鉛酸蓄電池的特

6、點(diǎn)，控制器利用的pwm功能對(duì)蓄電池舉行充電管理。若太陽(yáng)能電池正常充電時(shí)蓄電池開(kāi)路，控制器將關(guān)斷負(fù)載，以保證負(fù)載不被損傷；若在夜偶爾太陽(yáng)能電池不充電時(shí)蓄電池開(kāi)路，因?yàn)樽陨砜刂破鞯貌坏诫娏?，不?huì)有任何動(dòng)作。當(dāng)充電電壓高于庇護(hù)電壓(15 v)時(shí)，自動(dòng)關(guān)斷對(duì)蓄電池的充電；此后當(dāng)電壓掉至維護(hù)電壓(132 v)時(shí)，蓄電池進(jìn)人浮充狀態(tài)，當(dāng)?shù)陀诰S護(hù)電壓(132 v)后，浮充關(guān)閉，進(jìn)入均充狀態(tài)。當(dāng)蓄電池電壓低于庇護(hù)電壓(108 v)時(shí)，控制器自動(dòng)關(guān)閉負(fù)載，以庇護(hù)蓄電池不受損壞。若浮現(xiàn)過(guò)放，應(yīng)先舉行提升充電，使蓄電池的電壓復(fù)原到提升電壓后再保持一定時(shí)光，防止蓄電池浮現(xiàn)硫化。通過(guò)pwm控制充電電路(智能三階段充電)

7、，可使太陽(yáng)能電池板發(fā)揮最大功效，提高系統(tǒng)充電效率。15 溫度補(bǔ)償采納數(shù)字溫度ds18820檢測(cè)蓄電池環(huán)境溫度。對(duì)蓄電池的充電閾值電壓溫度補(bǔ)償系數(shù)取-4mv(·單體)。補(bǔ)償后的電壓閾值可以用以下公式表示：ve=v+(t-25)n。其中，ve為補(bǔ)償后的電壓閾值；v為25下的電壓閾值；t為蓄電泄環(huán)境溫度；為溫度補(bǔ)償系數(shù)；n為串聯(lián)的單體數(shù)?？刂破鲗?duì)過(guò)放電壓閾值不做補(bǔ)償。16 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)的控制器屬于串聯(lián)型，即控制充電的開(kāi)關(guān)是串聯(lián)在電池板與蓄電池之間的。串聯(lián)型控制器相對(duì)于并聯(lián)型控制器能夠更有效地利用太陽(yáng)能，削減系統(tǒng)的發(fā)熱量。設(shè)計(jì)中用mosfet實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)。mosfet是電壓控制單極性金屬氧化物場(chǎng)

8、效應(yīng)晶體管，所需驅(qū)動(dòng)功率較小。而且mosfet惟獨(dú)多數(shù)載流子參加導(dǎo)電，不存在少數(shù)載流子的復(fù)合時(shí)光，因而開(kāi)關(guān)頻率可以很高，特殊適合作為pwm控制充電開(kāi)關(guān)。為此，設(shè)計(jì)中采納p溝道m(xù)osfet。p溝道m(xù)osfet的導(dǎo)通電壓vth17 鍵盤(pán)電路采納單按鍵的輸入方式，用于開(kāi)液晶背光和設(shè)定充電模式。初始化時(shí)將pc7輸出高電平，在程序運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)定時(shí)中斷檢測(cè)是否有按鍵按下。當(dāng)有按鍵按下時(shí)光不超過(guò)10 s時(shí)，則打開(kāi)液晶背光，10 s后背光關(guān)閉。當(dāng)有按鍵按下時(shí)光超過(guò)10s時(shí)，進(jìn)入模式設(shè)定。在設(shè)定模式下，每按一次模式加1，按下按鍵10 s后或者10 s按鍵無(wú)任何動(dòng)作，模式保存到e2prom中，退出設(shè)定模式。18 狀態(tài)顯示和告警電路控制器用lcd1602液晶顯示系統(tǒng)的狀態(tài)信息，包括蓄電池電壓、負(fù)載功率等。 lcd1602采納7線(xiàn)驅(qū)動(dòng)法，vo接1 k到地，用于調(diào)整液晶顯示對(duì)照度。顯示數(shù)據(jù)和命令通過(guò)lcd1602的db4db7寫(xiě)入，同時(shí)具備有聲光告警功能。當(dāng)浮現(xiàn)過(guò)壓或過(guò)放時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光閃耀以及蜂鳴器告警，同時(shí)相應(yīng)告警接通。19 數(shù)據(jù)上傳控制器用rs 232串行口將系統(tǒng)電壓、溫度、充放電狀態(tài)以及負(fù)載狀況數(shù)據(jù)上傳，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。2 控制器的軟件流程圖主程序主要完成對(duì)io、定時(shí)器和pwm的初始化，同時(shí)按照電池板和蓄電池的狀態(tài)調(diào)用相應(yīng)的充放程序。控