畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘 要 為了提高太陽(yáng)能光伏控制器的性價(jià)比，設(shè)計(jì)了運(yùn)用單片機(jī)的太陽(yáng)能光伏控制器。本控制器具有效率高、可靠性高、運(yùn)行穩(wěn)定、性價(jià)比高、適宜批量生產(chǎn)的特點(diǎn)?？刂破鲗?shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)PIC16F711的工作狀態(tài)控制和蓄電池能量管理，滿足了太陽(yáng)能光伏控制器在不同工作狀態(tài)下的穩(wěn)定運(yùn)行與準(zhǔn)確切換的要求。蓄電池充放電精確控制也在此控制器中得到實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，應(yīng)用此控制器的太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)效率高、運(yùn)行穩(wěn)定，蓄電池壽命也可延長(zhǎng)。關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；單片機(jī)；充放電電路；鋰蓄電池Abstract In order to improve the costeffective a solar photovohaic controller，is designed with the MCUThe controller has high efficiency，great reliability and stable operation，cost effective，and suitable for the characteristicsof mass productionThe controller realizes status control and storage battery energy managementbased on PIC16F711The photovohaic solar power controllers meet the stability of the operation and theaccurate switching requirements at different statesPrecise control of battery charging and discharging are also achieved in the controllerThe experimental results show that the controller has high efficiency and stabilityand the battery life is also extendedKeywords：Solar energy；Controller；charge and discharge；lithium ion battery (Li+),目錄摘 要1Abstract1第1章 緒論21.1 課題背景21.2 光伏發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀31.2.1國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀31.2.2光伏路燈控制器技術(shù)的現(xiàn)狀31.3 設(shè)計(jì)指標(biāo)41.4 設(shè)計(jì)思路4本章小結(jié)5第2章 方案選擇及單元電路的設(shè)計(jì)52.1 方案選擇及方框圖62.1.1 方案選擇62.1.2 方框圖62.2 部分單元電路的原理72.2.1太陽(yáng)能電池72.2.2鋰蓄電池的充電特性82.2.3 鋰蓄電池溫宿補(bǔ)償92.2.4 控制器充放電電路102.2.4 MOS管驅(qū)動(dòng)電路112.2.5 顯示電路122.3 本章小結(jié)13第三章 鋰蓄電池電壓電流的檢測(cè)133.1鋰蓄電池電壓的檢測(cè)133.2 鋰蓄電池電流的檢測(cè)143.3本章小結(jié)17第四章 整機(jī)電路及其工作原理174.1整機(jī)電路原理圖174.1.1 充電部分的控制184.1.2 放電照明部分的控制194.2 整機(jī)工作原理194.3本章小結(jié)20第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)215.1 設(shè)計(jì)思路215.2系統(tǒng)主程序流程215.3 初始化子程序235.4 A/D轉(zhuǎn)換子程序235.5 顯示子程序235.6本章小結(jié)23結(jié) 論24致 謝25附錄1 譯文27PICmicro 中檔單片機(jī)系列27附錄2 英文參考資料32PICmicro MID-RANGE MCU FAMILY32附件 3 系統(tǒng)的主程序代碼38-48-第1章 緒論1.1 課題背景能源是經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展和提高人民生活水平的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，能源問(wèn)題是一個(gè)國(guó)家至關(guān)重要的問(wèn)題。隨著科學(xué)技術(shù)和全球經(jīng)濟(jì)地飛速發(fā)展，對(duì)能源的需求也在日趨增長(zhǎng)。自20世紀(jì)70年代的世界石油危機(jī)以來(lái)，人們才真正意識(shí)到，化石燃料的儲(chǔ)量是有限的，能源危機(jī)迫在眉睫。從全球來(lái)看，已探明的可支配的傳統(tǒng)能源儲(chǔ)量在不久的將來(lái)即將耗盡，能源問(wèn)題的突出，不儀表現(xiàn)在常規(guī)能源的匱乏不足，更重要的是化石能源的開(kāi)發(fā)利用對(duì)牛態(tài)環(huán)境的污染破壞：大氣中的顆粒物和二氧化硫濃度增高，局部地區(qū)形成酸雨。而每年排放的大量二氧化碳帶來(lái)的溫室效應(yīng)，使全球氣候變暖，自然災(zāi)害頻繁。常規(guī)能源在給人類社會(huì)帶來(lái)飛速發(fā)展的同時(shí)，也在很大程度上使人類社會(huì)面臨著前所未有的困難和挑戰(zhàn)。這些問(wèn)題最終將迫使人們改變能源結(jié)構(gòu)，依靠科技進(jìn)步，大規(guī)模地開(kāi)發(fā)利用可再生潔凈能源，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。雖然在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，礦物燃料仍將在世界能源結(jié)構(gòu)中占有相當(dāng)?shù)谋戎兀藗儗?duì)核能以及太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⑺δ?、生物能等可再生能源資源的利用日益重視，在整個(gè)能源消耗中所占的比例正在顯著地提高。其中，太陽(yáng)能作為一種新型的綠色可再生能源，與其他新能源相比，是最理想的可再生能源。太陽(yáng)能利用辛要有光熱利用和光伏發(fā)電利用這兩種主要形式。我國(guó)低溫光熱利用已經(jīng)具有可觀的規(guī)模，相關(guān)技術(shù)研究也比較成熟。光伏利用近期在世界范圍內(nèi)高速發(fā)展，所謂“光伏發(fā)電”是直接將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換為電能的一種發(fā)電形式。光伏發(fā)電具有取之不盡且無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，日前在我國(guó)，光伏發(fā)電主要應(yīng)用在如下領(lǐng)域：西部偏遠(yuǎn)地區(qū)電力供應(yīng)、通訊及交通設(shè)施、氣象臺(tái)站、航標(biāo)燈和照明路燈。光伏發(fā)電的照明路燈應(yīng)月J具有節(jié)能性、經(jīng)濟(jì)性和實(shí)川性等優(yōu)點(diǎn)，在眾多應(yīng)用領(lǐng)域中具有最廣泛的發(fā)展前景。本課題為研制一套獨(dú)立光伏電源控制器，廊州于LED路燈照明系統(tǒng)。通常獨(dú)立照明系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池、蓄電池、充放電控制器和負(fù)載LED組成。由于系統(tǒng)的穩(wěn)定性嚴(yán)格受到蓄電池和LED壽命的影響，本課題研制的充放電控制器通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)允放電回路的相關(guān)信息，確定相應(yīng)的允放電策略，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定太陽(yáng)能電池輸出、優(yōu)化蓄電池充電方法和保護(hù)蓄電池及負(fù)載的目的，最終提高了太陽(yáng)能電池的利用率和整個(gè)照明系統(tǒng)的可靠性。1.2 光伏發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀1.2.1國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀太陽(yáng)能是用之不盡的清潔能源，當(dāng)今世界各國(guó)特別是發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)光伏發(fā)電特別重視。2008年世界太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到56Gw。目前，太陽(yáng)能光伏發(fā)電主要集中在日本、歐盟和美國(guó)，其太陽(yáng)能光伏發(fā)電量約占世界光伏發(fā)電量的80。今后太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要圍繞高效率、低成本、長(zhǎng)壽命、美觀實(shí)用等方向發(fā)展。專家們預(yù)測(cè)到2050年，太陽(yáng)能光伏發(fā)電在發(fā)電總量中將占1315，到2100年將約占64。我國(guó)光伏組件生產(chǎn)能力逐年增強(qiáng)，裝機(jī)容量逐年增加，2007年累計(jì)容量達(dá)100MW。20052010年，我國(guó)的太陽(yáng)能電池主要用于獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電成本到2010年將約為120元(kwh)；20102020年，太陽(yáng)能光伏發(fā)電將會(huì)由獨(dú)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060元(kwh)。到2020年，我國(guó)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平有望達(dá)到世界先進(jìn)行列。1.2.2光伏路燈控制器技術(shù)的現(xiàn)狀光伏電源路燈控制器是光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理的設(shè)備。在歐美、日本和美國(guó)，并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)已經(jīng)相對(duì)完善，對(duì)于光伏電源控制的研究主要集巾在改進(jìn)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，優(yōu)化控制策略，孤島效應(yīng)的檢測(cè)和解決、降低系統(tǒng)能耗，提高系統(tǒng)_T作效率等問(wèn)題上。國(guó)內(nèi)具有代表性的光伏發(fā)電系統(tǒng)專用逆變器制造商有合肥陽(yáng)光、北京日佳、北京自動(dòng)化研究院、北京恒電、南京冠、北京計(jì)科等企業(yè)。中科院電工所、北京自動(dòng)化研究院、北京索英、北京日佳、北京計(jì)科等氽業(yè)開(kāi)發(fā)出的并網(wǎng)逆變器都在實(shí)際工程中得到了應(yīng)用，性能和效果良好。在獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中，電源控制器是整個(gè)系統(tǒng)的核心組成部分，負(fù)責(zé)對(duì)儲(chǔ)能設(shè)設(shè)備的充電和對(duì)負(fù)載的放電任務(wù)。目前日本、德國(guó)、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家外對(duì)于獨(dú)立光伏系統(tǒng)電源控制器的研究辛要側(cè)重在以下三個(gè)方面：提高太陽(yáng)能電池的輸出功率、完善蓄電池允電策略和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。通過(guò)研究不同的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和先進(jìn)的控制算法，在太陽(yáng)光強(qiáng)度、太陽(yáng)能電池溫度以及負(fù)載改變的情況下，盡可能使太陽(yáng)能電池時(shí)刻保持最大輸出功率狀態(tài)，即實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)。蓄電池允電策略直接影響到蓄電池的壽命，研究智能化的充電方法，提高蓄電池的充電接受率，減少充電時(shí)問(wèn)，對(duì)于整個(gè)光伏系統(tǒng)的工作狀況具有重要意義。獨(dú)立光伏系統(tǒng)的慮川環(huán)境一般比較惡劣，如何提高系統(tǒng)穩(wěn)定性也是當(dāng)前所有光伏電源控制器研究者最急需解決的問(wèn)題之一。 然而，現(xiàn)已研制出來(lái)的光伏電源控制器還存在許多急需解決的問(wèn)題。實(shí)際上，在MPPT技術(shù)的使用和蓄電池充電策略的優(yōu)化之問(wèn)存在矛盾沖突，能源利用效率較低，蓄電池充放電方式的不合理，對(duì)蓄電池的保護(hù)不夠充分，這些都是目前市場(chǎng)上電源控制器普遍存在的問(wèn)題。為了對(duì)太陽(yáng)能光伏資源進(jìn)行全面的開(kāi)發(fā)和利用，控制器的穩(wěn)定性和可靠性也有待進(jìn)一步提高。1.3 設(shè)計(jì)指標(biāo) 本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求指標(biāo)如下:1、鋰蓄電池電壓的檢測(cè)2、鋰蓄電池電流的檢測(cè)3、充放電控制電路的檢測(cè)4、路燈的電量控制1.4 設(shè)計(jì)思路 本文設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的太陽(yáng)能路燈控制器。采用PWM 脈沖調(diào)制控制保護(hù)技術(shù)。充放電控制器是太陽(yáng)能路燈的核心部件，針對(duì)鋰蓄電池充電的特殊要求，本文巧妙地采用簡(jiǎn)單電路檢測(cè)充放電電壓電流、軟件補(bǔ)償用于檢測(cè)的小電阻的溫度效應(yīng)，省卻硬件補(bǔ)償?shù)馁M(fèi)用，降低了成本。由單片機(jī)根據(jù)采集到的充放電電壓電流參數(shù)，發(fā)出各種摔制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)充放電控制，使充放電系統(tǒng)能穩(wěn)定何效地運(yùn)行。 同時(shí)設(shè)計(jì)MPPT控制器，MPPT控制器的全稱“最大功率點(diǎn)跟蹤”（Maximum Power Point Tracking）太陽(yáng)能控制器，是傳統(tǒng)太陽(yáng)能充放電控制器的升級(jí)換代產(chǎn)品。所謂最大功率點(diǎn)跟蹤，即是指控制器能夠?qū)崟r(shí)偵測(cè)太陽(yáng)能板的發(fā)電電壓，并追蹤最高電壓電流值(VI)，使系統(tǒng)以最高的效率對(duì)蓄電池充電。下面我們用一種機(jī)械模擬對(duì)比的方式來(lái)向大家解釋MPPT太陽(yáng)能控制器的基本原理。要想給蓄電池充電，太陽(yáng)板的輸出電壓必須高于電池的當(dāng)前電壓，如果太陽(yáng)能板的電壓低于電池的電壓，那么輸出電流就會(huì)接近0。所以，為了安全起見(jiàn)，太陽(yáng)能板在制造出廠時(shí)，太陽(yáng)能板的峰值電壓（Vpp）大約在17V左右，這是以環(huán)境溫度為25C時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的。這樣設(shè)定的原因，（有意思的是，不同于我們普通人的主觀想象，下面的結(jié)論可能會(huì)讓我們吃驚）在于當(dāng)天氣非常熱的時(shí)候，太陽(yáng)能板的峰值電壓Vpp會(huì)降到15V左右，但是在寒冷的天氣里，太陽(yáng)能的峰值電壓Vpp可以達(dá)到18V! 現(xiàn)在，我們?cè)倩仡^來(lái)對(duì)比MPPT太陽(yáng)能控制器和傳統(tǒng)太陽(yáng)能控制器的區(qū)別。傳統(tǒng)的太陽(yáng)能充放電控制器就有點(diǎn)象手動(dòng)檔的變速箱，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速增高的時(shí)候，如果變速箱的檔位不相應(yīng)提高的話，勢(shì)必會(huì)影響車速。但是對(duì)于傳統(tǒng)控制器來(lái)說(shuō)，充電參數(shù)都是在出廠之前就設(shè)定好的，這就像車的檔位被固定設(shè)置在了1檔。那么不管你怎樣用力的踩油門(mén)，車的速度也是有限的。MPPT控制器就不同了，它是自動(dòng)擋的。它會(huì)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)檔位，始終讓汽車在最合理的效率水平運(yùn)行。就是說(shuō)，MPPT控制器會(huì)實(shí)時(shí)跟蹤太陽(yáng)能板中的最大的功率點(diǎn)，來(lái)發(fā)揮出太陽(yáng)能板的最大功效。電壓越高，通過(guò)最大功率跟蹤，就可以輸出更多的電量，從而提高充電效率。 理論上講，使用MPPT控制器的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)會(huì)比傳統(tǒng)的效率提高50%，但是跟據(jù)我們的實(shí)際測(cè)試，由于周圍環(huán)境影響與各種能量損失，最終的效率也可以提高 20%-30%。從這個(gè)意義上講，MPPT太陽(yáng)能充放電控制器，勢(shì)必會(huì)最終取代傳統(tǒng)太陽(yáng)能控制器。本章小結(jié)通過(guò)查閱資料了解太陽(yáng)能路燈充放電控制器的國(guó)內(nèi)外發(fā)展前景。以及介紹課題的各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)和設(shè)計(jì)思路等。第2章 方案選擇及單元電路的設(shè)計(jì)2.1 方案選擇及方框圖2.1.1 方案選擇由單片機(jī)根據(jù)采集到的控制器的充放電電壓電流參數(shù)，發(fā)出各種控制信號(hào)。實(shí)現(xiàn)充放電控制，是使充放電系統(tǒng)能穩(wěn)定有效地運(yùn)行。更好的保護(hù)了鋰電池。延長(zhǎng)整個(gè)太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的使用年限。2.1.2 方框圖太陽(yáng)能路燈充放電控制器的電路框圖2-1所示。太陽(yáng)能電池板接收光照并把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，通過(guò)充放電控制器為鋰蓄電池充電。鋰蓄電池放電同樣通過(guò)通過(guò)控制器來(lái)控制LED照明電路。圖2-1單片機(jī)作為太陽(yáng)能路燈控制系統(tǒng)的核心。太陽(yáng)能控制器設(shè)計(jì)的好壞關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行?？刂破鞯暮诵氖荘ICl6F711。它是目前世界上片內(nèi)集成外圍模塊最多、功能最的單片機(jī)品種之一，是高性能的8位單片機(jī)。它采用哈佛總線結(jié)構(gòu)和RISC技術(shù)，指令執(zhí)行效率高功耗極低帶有FLASH程序存儲(chǔ)器，配置有5個(gè)端口33個(gè)雙向輸入輸出引腳，這些引腳大部分有第二、第三功能內(nèi)嵌8個(gè)10位數(shù)字量精度的AD轉(zhuǎn)換器，配有2個(gè)可實(shí)現(xiàn)脈寬涮制波形輸出的CCP模塊?？刂破髦饕墓ぷ魇前滋鞂?shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板對(duì)蓄電池充電的控制。晚上實(shí)現(xiàn)蓄電池對(duì)負(fù)載放電的控制。2.2 部分單元電路的原理2.2.1太陽(yáng)能電池（1）太陽(yáng)能電池的種類太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用光生伏打效應(yīng)原理制成的太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換成電能的。太陽(yáng)能電池單體是用于光電轉(zhuǎn)換的最小單元。它的尺寸約4平方厘米到100平方厘米。太陽(yáng)能電池單體工作電壓為0.45一0.50伏，一般不能單獨(dú)作為電源使用。將姍能電池單體進(jìn)行串聯(lián)，并聯(lián)和封裝后，就成為太陽(yáng)能電池組件。它的功率從幾瓦到幾百瓦，可以單獨(dú)作為電源使用。太陽(yáng)能電池再經(jīng)過(guò)串聯(lián)，并聯(lián)并裝在支架上，就構(gòu)成了大陽(yáng)能電池方陣。它可以輸出幾百瓦，凡千瓦或更大的功率，是光伏電站的電能產(chǎn)生器。常用的太陽(yáng)能電池主要是硅太陽(yáng)能電池。目前世界上有三種己經(jīng)商品化的硅太陽(yáng)能電池:單晶硅太陽(yáng)能電池，多晶硅太陽(yáng)能電池和非晶硅太陽(yáng)能電池。單晶硅太陽(yáng)電池是當(dāng)前開(kāi)發(fā)最快的一種太陽(yáng)電池，它的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝已定型，產(chǎn)品已廣泛用于空間和地面。這種太陽(yáng)電池以高純的單晶硅棒為原料，純度要求99.999%。為了降低生產(chǎn)成本，現(xiàn)在地面應(yīng)用的太陽(yáng)電池等采用太陽(yáng)能級(jí)的單晶硅棒，材料性能指標(biāo)有所放寬。單晶硅太陽(yáng)能電池的制造成本最高，但光電轉(zhuǎn)化效率也最高，最高的達(dá)到24%。目前多晶硅太陽(yáng)電池使用的多晶硅材料，多半是含有大量單晶顆粒的集合體，或用廢次單晶硅材料和冶金級(jí)硅材料熔化澆鑄而成，然后注入石墨鑄模中，待慢慢凝固冷卻后，即得多晶硅錠。這種硅錠可鑄成立方體，以便切片加工成方形太陽(yáng)電池片，可提高材料利用率和方便組裝。多晶硅太陽(yáng)電池的制作工藝與單晶硅太陽(yáng)電池差不多，其光電轉(zhuǎn)換效率約12%左右，稍低于單晶硅太陽(yáng)電池，但其材料制造簡(jiǎn)便，節(jié)約電耗，總的生產(chǎn)成本較低，因此得到大量發(fā)展。 （2）太陽(yáng)能電池的保護(hù)光伏系統(tǒng)在運(yùn)行中要注意對(duì)太陽(yáng)能電池組件(俗稱太陽(yáng)能板)的保護(hù)。這種保護(hù)分為兩類機(jī)械化學(xué)方面的保護(hù)和電方面的保護(hù)。機(jī)械化學(xué)方面的保護(hù)是指在封裝及安裝太陽(yáng)能板的時(shí)候要考慮其防腐，防風(fēng)，防雹，防雨的能力電方面的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本組成與基本原理保護(hù)是指連接旁路二極管，連接防反充二極管等。在一定的條件下，一個(gè)串聯(lián)支路中被遮蔽的太陽(yáng)能電池組件，將被當(dāng)作負(fù)載消耗其它有光照的太陽(yáng)能電池組件所產(chǎn)生的能量。被屏蔽的太陽(yáng)能電池組件將發(fā)熱，這叫熱斑效應(yīng)。為了防止太陽(yáng)能電池組件由于熱斑效應(yīng)而受到破壞，需要在太陽(yáng)能電池組件的正負(fù)極間并聯(lián)一個(gè)旁路二極管。在太陽(yáng)能板的保護(hù)中還用到一種防反充二極管，又稱阻塞二極管，其作用是避免由于太陽(yáng)能板在陰雨天和夜間不發(fā)電時(shí)，或太陽(yáng)能板出現(xiàn)短路故障時(shí)，蓄電池組通過(guò)太陽(yáng)能板放電。防反充二極管串聯(lián)在太陽(yáng)能板中起單向?qū)щ娮饔?。大型系統(tǒng)中還要防雷。2.2.2鋰蓄電池的充電特性路燈蓄電池選用鋰離子電池。鋰電池具有重量輕容量大無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，因而得到普遍應(yīng)用。鋰電池的能量密度很高，它的容量是同重量的鎳氫電池的1.5-2倍，而且具有很低的自放電率。此外，鋰電池似乎沒(méi)有記憶效應(yīng)以及不含有毒物質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)。但是對(duì)于鋰電池的充電過(guò)程，要求是比較嚴(yán)格的。影響蓄電池壽命的因素有:放電深度，過(guò)充電程度等。在光伏系統(tǒng)中蓄電池的放電深度不是恒定的，它隨天氣狀況和季節(jié)而變。在天氣晴朗的夏日，蓄電池放電深度小;在天氣陰沉的冬日，蓄電池放電深度大。過(guò)充電程度也隨季節(jié)天氣變化，在冬季，蓄電池可能從沒(méi)充滿過(guò)，在夏天，蓄電池可能經(jīng)常是滿的。為了延長(zhǎng)蓄電池的壽命，必須合理的控制蓄電池的放電與充電。當(dāng)蓄電池放電到一定程度時(shí)，應(yīng)停止放電，防止過(guò)放電減少蓄電池壽命;當(dāng)蓄電池充電到一定程度時(shí)要停止充電和減小充電電流，防止不合理的過(guò)充電對(duì)蓄電池造成損害。鋰蓄電池的充電曲線如圖2-2圖2-2 鋰蓄電池充電曲線鋰蓄電池的充電過(guò)程：（1）如果開(kāi)始充電時(shí)，電池電量很低，那么必須用小電流（大概0.24A）開(kāi)始充電，即涓流充電。如果電壓高于13V就不必進(jìn)行這個(gè)步驟。（2）當(dāng)電池電壓大于13V可以開(kāi)始大電流充電，恒流充電。隨著充電的進(jìn)行，電池電壓逐漸升高。（3）當(dāng)電池電壓達(dá)到或接近充滿電壓（如16.8V左右）時(shí)，則要開(kāi)始轉(zhuǎn)入恒壓充電：當(dāng)電流減少到大概0.25A左右，則停止充電。2.2.3 鋰蓄電池溫宿補(bǔ)償鋰蓄電池的容量是隨溫度的變化而變化的；溫度升高，蓄電池的容量將增大；溫度低，蓄電池的容量將減小。如果充電電流維持不變，相應(yīng)的充電倍率將不變，不同的充電倍率對(duì)應(yīng)不同的過(guò)充點(diǎn)，因此，要采用溫度補(bǔ)償隊(duì)蓄電池進(jìn)行保護(hù)。單片機(jī)PIC16C711通過(guò)采樣溫度參數(shù)，實(shí)時(shí)檢測(cè)當(dāng)前溫度，進(jìn)行溫度補(bǔ)償。溫度補(bǔ)償使用NTC熱敏電阻。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，溫度補(bǔ)償?shù)姆秶鸀?37Mv/K,方案設(shè)計(jì)取中間值-5Mv/k。2.2.4 控制器充放電電路充放電電路圖如圖2-3。圖2-3 控制器充放電電路圖單片機(jī)控制充，放電驅(qū)動(dòng)Q1和Q2。（1）當(dāng)蓄電池電壓處于正常情況下，單片機(jī)控制的充電驅(qū)動(dòng)MOS管Q1（IRFZ44）為高電平截止，三極管Q3導(dǎo)通，PWM占空比為零，此時(shí)太陽(yáng)能電板想蓄電池恒流充電；當(dāng)蓄電池電壓達(dá)到13.6V時(shí)，單片機(jī)控制充電驅(qū)動(dòng)Q1為高電平時(shí)，Q3導(dǎo)通，Q1截止，通過(guò)控制占空比，使Q1實(shí)現(xiàn)通斷控制，此時(shí)處于恒壓浮充狀態(tài)；當(dāng)電流下降到某值時(shí)，進(jìn)行恒流充電；但蓄電池電壓達(dá)到設(shè)定的過(guò)充點(diǎn)14.4V時(shí)，再進(jìn)行恒壓涓流充電；涓流小到某一值，單片機(jī)控制的充電驅(qū)動(dòng)Q1進(jìn)行短路保護(hù)；當(dāng)蓄電池電壓下降到某設(shè)定值時(shí)，Q3重新導(dǎo)通，Q1截止，恢復(fù)為正常充電狀態(tài)。（2）當(dāng)蓄電池電壓處于正常情況下，單片機(jī)控制的放電驅(qū)動(dòng)MOS管Q2（IRFZ44）為低電平，三極管Q4截止，Q2導(dǎo)通，此時(shí)負(fù)載輸出正常；當(dāng)蓄電池電壓低于設(shè)定的過(guò)放點(diǎn)時(shí)，單片機(jī)控制的放電驅(qū)動(dòng)Q2為高電平，Q4導(dǎo)通，Q2截止，此時(shí)負(fù)載無(wú)輸出；當(dāng)蓄電池電壓達(dá)到12.6V時(shí)，單片機(jī)控制的放電驅(qū)動(dòng)T2為低電平，Q4截止，MOS管Q2導(dǎo)通，此時(shí)恢復(fù)對(duì)負(fù)載供電。2.2.4 MOS管驅(qū)動(dòng)電路開(kāi)關(guān)管的選擇考慮到太陽(yáng)能電池的功率和負(fù)載的功率不一致，可用不同的MOS管做充放電的開(kāi)關(guān)管，用小功率的MOS管要考慮溫度因素，必要的話必須加散熱器。為了提高可靠性，降低成本，經(jīng)大量的試驗(yàn)和分析比較，表明在3A電流工作范圍內(nèi)，可選用IRFZ44，IRF540，IRF530，50N60等，基本不需加散熱器；5A電流工作范圍內(nèi)，須加小散熱器；8A 電流工作范圍內(nèi)，2807，3205，150，064等要加小散熱器，帶載能力較強(qiáng)，價(jià)格高；其他MOS管要加大散熱器，10A以上都應(yīng)該加大散熱器。在元件選用上，應(yīng)根據(jù)具體情況加以選擇。本設(shè)計(jì)采用IRFZ44驅(qū)動(dòng)信號(hào)由單片機(jī)發(fā)出，為T(mén)TL電平，不能直接驅(qū)動(dòng)MOS管，用三極管進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。電路圖如圖2-4：圖2-4 M0S管的驅(qū)動(dòng)電路圖圖中Vd為蓄電池正極電壓，R1為三極管基極限流電阻。R2為集電極電阻。DW為18V穩(wěn)壓二極管，它與R3一起限制控制信號(hào)的電壓G<18V。輸出信號(hào)與G端信號(hào)反相。當(dāng)單片機(jī)輸出“1”時(shí)，G端為0V時(shí)，G端電壓為Vd。2.2.5 顯示電路目前，多數(shù)太陽(yáng)能燈選用LED作為光源，LED壽命長(zhǎng)，可以達(dá)到100000小時(shí)以上，而且工作電壓低，非常適合應(yīng)用在太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)上。特別是LED技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了其關(guān)鍵性的突破，其特性在過(guò)去的幾年中有了很大地提高，性能價(jià)格比也有較大地突破。其優(yōu)點(diǎn)如下：1、節(jié)能：LED發(fā)光顏色更接近于自然光，與高壓鈉燈相比，人眼感到同樣亮度時(shí)所需的光強(qiáng)就低許多，例如，在道路照明中采用98瓦的LED路燈，其照明效果就相當(dāng)于250瓦的高壓鈉燈。2、長(zhǎng)壽：由于大功率LED路燈是由很多LED光源組成，即使個(gè)別損壞了也不會(huì)對(duì)正常照明產(chǎn)生太大影響，不像高壓鈉燈損壞時(shí)全燈熄滅，因此大功率LED路燈的可靠性比高壓鈉燈的可靠性提高了許多倍，大功率LED路燈壽命長(zhǎng)達(dá)5萬(wàn)小時(shí)是高壓鈉燈的十幾倍，戶外使用壽命長(zhǎng)達(dá)10年以上。3、顯色性好：大功率LED路燈顯色性大大高于高壓鈉燈，高壓鈉燈以金屬鈉蒸汽為發(fā)光源，光線呈單一偏黃，與陽(yáng)光相差甚遠(yuǎn)，而LED路燈發(fā)出的是白色光，色彩更真實(shí)，也不存在危害性的紫外光線和紅外光線，不吸引昆蟲(chóng)。5、無(wú)頻閃：大功率LED路燈采用直流供電，加上光電獨(dú)有的恒流裝置，使大功率LED路燈發(fā)光恒定，徹底無(wú)閃爍。6、快速響應(yīng)：高壓鈉燈等高強(qiáng)度氣體放電燈有延遲效應(yīng)，要在點(diǎn)燃15分鐘后才能達(dá)到其90-100光通量，而大功率LED路燈通電即達(dá)到正常亮度，無(wú)開(kāi)燈延時(shí)現(xiàn)象。便于實(shí)行智能控制，更加節(jié)能。7、安全：LED照明是一種固態(tài)照明，可以有效防震、防爆，對(duì)于類似震動(dòng)比較大的高速公路和對(duì)安全性要求更高的隧道和礦井等尤其適用。8、優(yōu)良的散熱性能：低熱阻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與良好的散熱設(shè)計(jì)，保證了LED的PN結(jié)結(jié)溫不會(huì)超過(guò)75。C，從而保證了LED的發(fā)光效率及工作壽命。 此控制器采用兩個(gè)雙色LED發(fā)光二極管，LED1顯示充電狀態(tài)，LED2顯示放電狀態(tài)。(1)充電時(shí)蓄電池電壓高于13.0V時(shí)，LED1顯示紅色；當(dāng)蓄電池電壓在13.0-13.6V之間時(shí)，LED2顯示橙色；當(dāng)蓄電池電壓高于14.4V時(shí)，LED1顯示綠色。(2)放電時(shí)當(dāng)蓄電池電壓高于11.1V時(shí)，LED2顯示紅色；當(dāng)蓄電池電壓在12.2-12.6V之間時(shí)，LED2顯示橙色；當(dāng)蓄電池電壓高于12.6V時(shí)，LED2顯示綠色。兩個(gè)雙色LED發(fā)光二極管顯示非常直觀，取代了以往多個(gè)指示燈。 2.3 本章小結(jié) 本章主要是介紹課題的方案選擇，確定課題方案后。仔細(xì)分析方案。整理出方案的方框圖，并重點(diǎn)分析介紹系統(tǒng)中的每個(gè)重點(diǎn)模塊。 第三章 鋰蓄電池電壓電流的檢測(cè)3.1鋰蓄電池電壓的檢測(cè)PIC16C711單片機(jī)帶有4路8位AD轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍為：05V，轉(zhuǎn)換后相應(yīng)的數(shù)字量范圍：0255。將蓄電池電壓Vd的最高值定于255V，利用電阻分壓的方式將其轉(zhuǎn)換為05V。電路如圖4-1圖4-1Vi=R2/(R1+R2) Vd，取R2=20 K，R1=82 K，代入數(shù)值則由Vi=10/51Vd故蓄電池電壓：Vd=0-255V；相應(yīng)模擬電壓：V i=0-5.OV；相應(yīng)的數(shù)字量：D=0-255。當(dāng)計(jì)算機(jī)采樣值為X時(shí)，計(jì)算蓄電池電壓公式為：Vx=X/10 VAD轉(zhuǎn)換數(shù)字波動(dòng)范圍為1LSB。故電壓測(cè)量波動(dòng)范圍01V。3.2 鋰蓄電池電流的檢測(cè)檢測(cè)比較大的直流的方法不多，本設(shè)計(jì)采用一個(gè)小電阻R(0.05歐姆)來(lái)檢測(cè)電流，小電阻兩端的電壓通過(guò)運(yùn)放放大，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后輸入單片機(jī)中，測(cè)得電壓后除以放大倍數(shù)得到實(shí)際電壓，再根據(jù)歐姆定律U=I/R計(jì)算出電流I的大小。用一個(gè)小電阻來(lái)檢測(cè)電流存在的問(wèn)題是：小電阻的阻值會(huì)發(fā)生變化。實(shí)際上絕對(duì)線性的電阻是不存在的。例如，絕大多數(shù)金屬導(dǎo)體的電阻都隨溫度的升高而升高，當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，將電能轉(zhuǎn)化為熱能，使金屬的導(dǎo)體的溫度升高，阻值就不是常數(shù)，而是隨著電流或電壓變化。本系統(tǒng)中檢測(cè)出來(lái)的充電電流跟實(shí)際的充電電流不一樣，但存在一個(gè)規(guī)律是：電流越大檢測(cè)出來(lái)的充電電流跟實(shí)際電流的偏差就越大，它們成線性的關(guān)系。這是由于小電阻阻值隨溫度變化造成的。表4-2是實(shí)驗(yàn)采集的單片機(jī)測(cè)得電流和實(shí)際電流的一些數(shù)據(jù)。實(shí)際電流測(cè)得電流實(shí)際電流測(cè)得電流實(shí)際電流測(cè)得電流0.090.040.300.340.460.580.100.060.310.360.470.600.110.060.320.380.480.620.130.080.330.380.490.620.170.160.340.400.500.640.180.160.350.420.510.640.190.180.360.420.520.660.210.200.370.440.530.660.220.220.380.460.540.700.230.240.390.480.550.700.240.260.400.580.560.720.250.260.410.500.570.740.260.280.420.520.580.760.270.300.430.540.590.780.280.320.440.560.600.78表4-2這兩組數(shù)據(jù)存在線性的關(guān)系，首先利用Matlab對(duì)第一列的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，首先求出它的關(guān)系式，假設(shè)關(guān)系式為：y1=a(1)x+a(2);使用Matlab求出系數(shù)a(1)=0.0100和a(2)=0.2100所以這組數(shù)據(jù)可以用關(guān)系式：y1=0.01x+0.21來(lái)表示。采集的數(shù)據(jù)和線性擬合后的曲線如圖4-3。圖4-3實(shí)際電流數(shù)據(jù)采集和線性擬合對(duì)第二列的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，首先求出它的關(guān)系式，也假設(shè)關(guān)系式為：y2=a(1)x+a(2);使用Matlab求出系數(shù)a(1)=0.0147和a(2)=0.2109所以這組數(shù)據(jù)可以用關(guān)系式y(tǒng)2=0.0147x+0.2109來(lái)表示。采集的數(shù)據(jù)和線性擬合后的曲線如圖4-4。圖4-4單片機(jī)檢測(cè)出的電流數(shù)據(jù)采集和線性擬合結(jié)合關(guān)系式y(tǒng)1和y2便可得到兩列數(shù)據(jù)的關(guān)系式y(tǒng)1=0.680272（y2-0.2109）+0.21，其中y1表示實(shí)際的電流，y2表示單片機(jī)檢測(cè)出來(lái)的電流，單片機(jī)檢測(cè)出來(lái)的電流y2通過(guò)上式的轉(zhuǎn)換后變成y1,便是實(shí)際的電流。3.3本章小結(jié) 主要介紹的課題檢測(cè)的指標(biāo)的各種方法，在檢測(cè)蓄電池電壓的檢測(cè)用到PIC16C711單片機(jī)的8位AD轉(zhuǎn)換器。在電流的檢測(cè)時(shí)用到小電阻補(bǔ)償?shù)姆椒?，使檢測(cè)結(jié)果精確。第四章 整機(jī)電路及其工作原理4.1整機(jī)電路原理圖控制器的整體電路圖如圖3-1。 圖3-1 控制器整體電路圖太陽(yáng)能電池板接收太能光將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能由單片機(jī)根據(jù)采集到的充放電電壓電流參數(shù)發(fā)出各種控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)充放電控制。使充放電系統(tǒng)能穩(wěn)定有效地運(yùn)行。更好的保護(hù)鋰電池。延長(zhǎng)了整個(gè)太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的使用年限。太陽(yáng)能LED路燈系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池板、LED路燈控制器、鋰蓄電池以及LED路燈模塊組成。在整個(gè)系統(tǒng)中，充放電控制器處在核心地位，其工作的好壞直接決定了整個(gè)系統(tǒng)的性能。本文設(shè)計(jì)的控制器以PWM充電技術(shù)為核心，具備蓄電池過(guò)充、過(guò)放保護(hù)、太陽(yáng)能電池過(guò)壓保護(hù)、負(fù)載短路保護(hù)等多種保護(hù)功能。4.1.1 充電部分的控制本方案采用PWM 脈沖調(diào)制控制保護(hù)技術(shù)，不僅能有效地保護(hù)蓄電池，防止過(guò)充電現(xiàn)象的發(fā)生，還能快速、平穩(wěn)地為蓄電池充電。所謂PWM控制就是控制輸出波形的占空比，周期并不改變，通過(guò)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通與閉合來(lái)控制充放電。鋰電池的充電曲線圖如圖2-2，蓄電池的電壓低于13V時(shí)，單片機(jī)輸出一個(gè)相應(yīng)占空的脈沖，控制三極管(Q1)通和斷的時(shí)問(wèn)，從而控制場(chǎng)效應(yīng)管IRFZ44(Q3)的通和斷，使到充電的電流為024A 左右， 此時(shí)處于預(yù)充狀態(tài)。蓄電池的電壓高于1 3V 時(shí)，單片機(jī)輸出一個(gè)高電平(相當(dāng)于PWM 占空比為1)， 三極管(Q1)導(dǎo)通，場(chǎng)效應(yīng)IRFZ44(Q3)處于截?cái)酄顟B(tài)，此時(shí)太陽(yáng)能電池板以最大的電流為蓄電池充電一一恒流充電。當(dāng)蓄電池電壓接近或等168V 時(shí)，通過(guò)控制占空比，也使場(chǎng)效應(yīng)管IRFZ44(Q3)實(shí)現(xiàn)通斷控制，使充電狀態(tài)處于恒壓浮充狀態(tài)。當(dāng)電流小于一個(gè)值(024A)時(shí)，單片機(jī)就輸出一個(gè)低電平，使場(chǎng)效應(yīng)管IRFZ44(Q3)完全導(dǎo)通，停止給蓄電池充電。4.1.2 放電照明部分的控制當(dāng)單片機(jī)控制照明燈的控制腳輸出高電平(5V)的時(shí)候，三極管Q2就會(huì)導(dǎo)通，三極管02集電極E的電壓變低(約為0V)，此時(shí)加到場(chǎng)效應(yīng)管(Q4)柵極的電壓就會(huì)變低，場(chǎng)效應(yīng)管就截止，流過(guò)照明燈的電流減少到0。相反，當(dāng)單片機(jī)控制照明燈的控制腳輸出低電平(OV)的時(shí)候，三極管Q2就會(huì)截止，三極管Q2集電極E的電壓高，此時(shí)加到場(chǎng)效應(yīng)管(Q4)柵極的電壓也就高，場(chǎng)效應(yīng)管就導(dǎo)通，流過(guò)照明燈(LED燈)的電流大， 照明燈打開(kāi)。4.2 整機(jī)工作原理太陽(yáng)能充放電系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能電池板、鋰蓄電池、控制器和負(fù)載組成，系統(tǒng)原理如圖1所示?？刂齐娐返暮诵钠骷荘IC16C711；8位閃存單片機(jī)，具有4路A/D轉(zhuǎn)換通道和13個(gè)I/O口器件體積小、價(jià)格低、功能全、性能可靠穩(wěn)定，具有很高的性價(jià)比。PIC16C711通過(guò)對(duì)太陽(yáng)能電池板電壓、蓄電池電壓、充放電流等參數(shù)的檢測(cè)判斷，控制T1和T2的開(kāi)通和關(guān)斷，達(dá)到各種控制和保護(hù)的功能?？刂破鞯恼w工作原理圖如圖3-2。圖3-2 太陽(yáng)能路燈控制器的工作原理圖太陽(yáng)能LED路燈系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池板、LED路燈控制器、鋰蓄電池以及LED路燈模塊組成(如圖1所示)。在整個(gè)系統(tǒng)中，充放電控制器處在核心地位，其工作的好壞直接決定了整個(gè)系統(tǒng)的性能。本文設(shè)計(jì)的控制器以PWM充電技術(shù)為核心，具備蓄電池過(guò)充、過(guò)放保護(hù)、太陽(yáng)能電池過(guò)壓保護(hù)、負(fù)載短路保護(hù)等多種保護(hù)功能。控制器是連接太陽(yáng)能電池板，蓄電池和負(fù)載的鈕帶。它必須具備以下幾個(gè)基本功能：過(guò)壓保護(hù)：當(dāng)蓄電池電壓高于一定值時(shí)，停止充電。欠壓保護(hù)：當(dāng)蓄電池電壓低于一定值時(shí)，停止放電?；謴?fù)充電：當(dāng)蓄電池電壓低于一定值時(shí)，重新恢復(fù)充電?；謴?fù)放電：當(dāng)蓄電池電壓高于一定值時(shí)，重新恢復(fù)放電。狀態(tài)指示：太陽(yáng)能電池板的供電狀態(tài)和負(fù)載接通情況應(yīng)指示。防雷擊：因太陽(yáng)能電池板多半放置在戶外，而且有一定的高度，容易受雷擊，增加防雷擊功能是必要的。為了使控制器適應(yīng)太陽(yáng)能街燈等環(huán)境，充分利用現(xiàn)有的硬件資源增加白天黑夜的檢測(cè)功能，以便白天關(guān)負(fù)載，黑夜自動(dòng)點(diǎn)亮，滿足各種用戶需求。作為可擴(kuò)展功能。4.3本章小結(jié) 本章是本課題的基礎(chǔ)，仔細(xì)的分析系統(tǒng)整體電路圖以及系統(tǒng)原理圖。太陽(yáng)能路燈充放電控制器的核心是單片機(jī)，由單片機(jī)根據(jù)采集到的控制器的充放電電壓電流參數(shù)，發(fā)出各種控制信號(hào)。實(shí)現(xiàn)充放電控制，是使充放電系統(tǒng)能穩(wěn)定有效地運(yùn)行。更好的保護(hù)了鋰電池。延長(zhǎng)整個(gè)太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的使用年限。第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1 設(shè)計(jì)思路以單片機(jī)為核心的控制軟件具有實(shí)時(shí)性、靈活性、通用性及運(yùn)行可靠性的特點(diǎn)，現(xiàn)在對(duì)太陽(yáng)能充電控制器軟件的設(shè)計(jì)思路介紹如下：1、首先主程序要完成系統(tǒng)初始化，為了在初始化的過(guò)程中，防止中斷的意外到來(lái)，應(yīng)在主程序的開(kāi)始處先關(guān)閉中斷，完成初始化后，再打開(kāi)中斷。2、由于本系統(tǒng)是11V14.4V自動(dòng)識(shí)別，因此要在程序中必須判別。具體為，當(dāng)蓄電池兩端電壓大于13.4V時(shí)，滿足14.4V的系統(tǒng)，否則為11V系統(tǒng)，判別系統(tǒng)后轉(zhuǎn)到相應(yīng)的程序處繼續(xù)執(zhí)行。3、判斷太陽(yáng)能極板的兩端電壓，來(lái)區(qū)分是白天還是黑天。若為白天，轉(zhuǎn)為白天的處理程序；若為黑天轉(zhuǎn)到黑天的處理程序。4、白天處理程序中，要判斷蓄電池的兩端電壓，在決定是否采取充電控制，充電控制方式采用PWM控制。并有指示燈時(shí)刻現(xiàn)實(shí)蓄電池兩端電壓處于何種狀態(tài)，讓用戶一目了然。5、充電過(guò)程會(huì)發(fā)熱，所以要有溫度補(bǔ)償程序，保護(hù)蓄電池。6、黑天處理程序中，按照選擇的工作模式工作，工作模式即為負(fù)載的工作時(shí)間。7、定時(shí)處理程序主要完成系統(tǒng)程序的工作時(shí)序，定時(shí)處理能使整個(gè)程序有條不紊的按照系統(tǒng)的要求完成任務(wù)。控制器軟件的設(shè)計(jì)完全按照結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)方法來(lái)完成，將整個(gè)程序細(xì)分為若干個(gè)子程序，方便調(diào)試與檢查。開(kāi)發(fā)系統(tǒng)采用通用編程器TOP一2048，利用C語(yǔ)言使得整個(gè)軟件開(kāi)發(fā)變得簡(jiǎn)單、快速、易于調(diào)試。主軟件流程見(jiàn)圖5-1。系統(tǒng)源代碼見(jiàn)附錄3。同時(shí)就幾個(gè)主要的子程序做簡(jiǎn)單的介紹。5.2系統(tǒng)主程序流程主程序流程圖如圖5-1所示N N N N N Y Y Y 開(kāi)始初始化白天？閉合放電開(kāi)關(guān)K2采集蓄電池端電壓U<11V?過(guò)放保護(hù)待機(jī)延時(shí)閉合充電開(kāi)關(guān)K1采集太陽(yáng)能電池電壓、電流。蓄電池端電壓U<14.4V?過(guò)充保護(hù)待機(jī)延時(shí)MPPT控制算法恒壓充電低壓浮充+溫度補(bǔ)償U(kuò)<13.4V?U<13V?Y Y 圖5-1 系統(tǒng)主程序流程圖5.3 初始化子程序在初始化程序中，主要對(duì)PIC16C711的系統(tǒng)資源，包括定時(shí)器、中斷、串行通訊等初始化工作。5.4 A/D轉(zhuǎn)換子程序A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀入采用查詢方式。通過(guò)查詢端口的信號(hào)來(lái)判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束；8位的轉(zhuǎn)換只需一次讀取，就可得到結(jié)果。對(duì)于溫度信號(hào)一般來(lái)說(shuō)是緩變的，通過(guò)單片機(jī)的軟件編程，采用查表法實(shí)現(xiàn)，不同的溫度對(duì)應(yīng)不同的過(guò)充點(diǎn)，其他點(diǎn)位按照電壓差值依次與過(guò)充點(diǎn)對(duì)應(yīng)。#pragma interrupt_handler ade-isr:15void main(void)if adc-mux=0)adcv0=ADC&0X3FF；else adcvl=ADC&OX3FF：if(adc-mux<1)adcmlLX+：else adcmax=0： ，ADMUX=(ade-mux&OXOF)；ADCSRA l=(I<<ADSC)；l5.5 顯示子程序 在顯示程序中.完成發(fā)光二極管LED的顯示功能。通過(guò)檢測(cè)蓄電池兩端的電壓，確定LED的電位高低，使LED直觀地顯示紅色、橙色或綠色。5.6本章小結(jié) 通過(guò)前面幾章對(duì)系統(tǒng)硬件的分析，本章仔細(xì)分析了系統(tǒng)的另一大模塊，軟件部分。要求硬件與軟件相對(duì)應(yīng)，燒入程序后控制器滿足課題的各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)。標(biāo)志著課題設(shè)計(jì)的圓滿成功。結(jié) 論由于能源的日益緊張，引起人們對(duì)太陽(yáng)能應(yīng)用的熱潮，由太陽(yáng)能極板、充放電控制器、蓄電池等構(gòu)成的產(chǎn)品都有了相對(duì)成熟的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外很多專家也在這方面做了深入的研究。本論文就太陽(yáng)能充放電控制器對(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)蓄電池的科學(xué)管理，并將其應(yīng)用到太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)中。論文的主要工作有：1、對(duì)鋰蓄蓄電池的充、放電過(guò)程、影響鉛酸蓄電池使用壽命的各種因素作了分析，確定了太陽(yáng)能充電控制器的總體設(shè)計(jì)方案。2、完成了控制器的硬件設(shè)計(jì)、電路板的繪制，電路的焊接。實(shí)現(xiàn)控制器通過(guò)對(duì)單片機(jī)PIC16C711的PWM輸出來(lái)控制開(kāi)關(guān)MOS管的通斷，從而控制充電放電。3、在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)太陽(yáng)能充電控制器進(jìn)行了軟件編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的保護(hù)以及溫度補(bǔ)償、過(guò)載檢測(cè)等。4、將充放電控制器應(yīng)用于太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)，設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的總體方案。組裝太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，監(jiān)視運(yùn)行情況，及時(shí)修改軟件并運(yùn)行，取得了預(yù)期的運(yùn)行效果。本論文在軟硬件設(shè)計(jì)上仍有很多需要完善之處：l、在PCB板的元件布置和布線上要更加合理，以便減少干擾的引入。2、本論文所采用的軟件編程思想，還需要進(jìn)一步在實(shí)際的運(yùn)行中驗(yàn)證其穩(wěn)定性及可靠性。3、延長(zhǎng)蓄電池壽命目前還沒(méi)有一個(gè)最好的方式，如何進(jìn)一步保護(hù)蓄電池，采用更優(yōu)的控制方法需要更進(jìn)一步的研究。充放電控制器是太陽(yáng)能路燈的核心部件，針對(duì)鋰蓄電池充電的特殊要求，本文巧妙地采用簡(jiǎn)單電路檢測(cè)充放電電壓電流、軟件補(bǔ)償用于檢測(cè)的小電阻的溫度效應(yīng)，省卻硬件補(bǔ)償?shù)馁M(fèi)用，降低成本。由單片機(jī)根據(jù)采集到的充放電電壓電流參數(shù)，發(fā)出各種摔制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)充放電控制，使充放電系統(tǒng)能穩(wěn)定何效地運(yùn)行，更好地保護(hù)了鋰電池， 延長(zhǎng)了整個(gè)太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的使用年限。因而，本文設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能路燈充放電控制器具有較高的實(shí)用價(jià)值，對(duì)太陽(yáng)能路燈的推廣起到了促進(jìn)作用，是有益的嘗試。致 謝本課題在選題及研究過(guò)程中得到的悉心指導(dǎo)。老師們多次詢問(wèn)研究進(jìn)程，并為我指點(diǎn)迷津，幫助我開(kāi)拓研究思路，精心點(diǎn)拔、熱忱鼓勵(lì)。老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神，不僅受我以文，而且教我做人，雖時(shí)間不算太長(zhǎng)，卻給以終身受益匪淺。對(duì)老師的感激之情是無(wú)法用語(yǔ)言來(lái)表達(dá)的。在此，我還要感謝在一起愉快的度過(guò)大學(xué)生生活的機(jī)電系全體老師和同門(mén)，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本文的順利完成。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，是我得到了一次用專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能分析和解決問(wèn)題全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在單片機(jī)的基本原理、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程，以及在常用編程設(shè)計(jì)思路技巧的掌握方面都能向前邁了一大步，為日后成為合格的應(yīng)用型人才打下良好的基礎(chǔ)。不積跬步何以至千里，本設(shè)計(jì)能夠順利完成，在此向內(nèi)、電子系的全體老師表示由衷的謝意。感謝他們四年來(lái)的辛勤栽培。在論文即將完成之際，我的心情無(wú)法平靜，從開(kāi)始進(jìn)入可提到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意！最后我再次感謝指導(dǎo)老師的關(guān)心和幫助以及在本次設(shè)計(jì)中幫助我的所有以前幫助過(guò)我的老師和同學(xué)，是你們的幫助和支持，讓我完成了本次設(shè)計(jì)，祝你們身體健康萬(wàn)事如意！參考文獻(xiàn)1 李安定太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)工程M北京工業(yè)大學(xué)出版社20062張艷紅等一種新型光伏發(fā)電充放電控制器可再生能源，2006，53劉虹，沈天行L E D 進(jìn)入普通照明市場(chǎng)的預(yù)測(cè)及照明節(jié)電分析J照明工程學(xué)報(bào),20054楊金煥，等一種獨(dú)立光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)的新方法太陽(yáng)能學(xué)報(bào)，l9955馮垛生太陽(yáng)能發(fā)電原理與應(yīng)用M人民郵電出版社，20076周航慈單片機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)M北京航空航天大學(xué)出版社，20037周立功，夏宇文單片機(jī)與CPLD綜合應(yīng)用技術(shù)M北京航空航天大學(xué)出版社，20038孫肖子，任愛(ài)鋒，徐少瑩，等現(xiàn)代電子線路和技術(shù)實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)明教程M1北京高等教育出版社，20099戴鵬飛，王勝開(kāi)。王格芳，等測(cè)試工程與LabVIEW應(yīng)用M北京電子工業(yè)出版社，200610何朝陽(yáng)，戴君，吳立琴基于STcl2C54lOAD的太陽(yáng)能路燈控制器設(shè)計(jì)叨電子設(shè)計(jì)工程報(bào)，2007(3)：273011馬章新型太陽(yáng)能光伏電源控制J鐵道通信信號(hào)出版社，2000，36(7)：242512康華光電子技術(shù)基礎(chǔ)：模擬部分M北京：高等教育出版社200513張盛忠基于PICl6F676的調(diào)寬調(diào)頻式太陽(yáng)能交通黃閃信號(hào)燈控制器的設(shè)計(jì)J電源技術(shù)應(yīng)用，2006，9(12)：1417l4吳理博。趙爭(zhēng)鳴，劉建政用于太陽(yáng)能照明系統(tǒng)的智能控制器U清華大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，43(9)：1195一119815湯建皮，黃剛光伏系統(tǒng)配套蓄電池選擇J蓄電池2002(4)：187-19016李榮正，劉啟中，陳學(xué)軍PIC單片機(jī)原理及應(yīng)用M北京：北京航空航天大學(xué)出版社，200617余發(fā)平，張興，王國(guó)華基于自適應(yīng)PI控制的太陽(yáng)能I正D照明系統(tǒng)PWM恒流控制器J太陽(yáng)能學(xué)報(bào)，2006，27(2)：13213518曹仁賢高效光伏充電器的研制太剛能學(xué)報(bào)1998(4)pp：433-43619歐陽(yáng)名三獨(dú)立光伏系統(tǒng)中蓄電池管理的研究學(xué)位論文合肥工業(yè)人學(xué)2004pp：53020何立民MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)沒(méi)計(jì)北京：航空航天人學(xué)出版社1990pp：2021021吳瑞華，耿新華非晶硅光伏極板評(píng)述太剛能學(xué)報(bào)特刊1999pp：9510122HUA C，LIN JA modified tracking algorithm formaximum power tracking of solar arrayJEnergyConversion and Management，2004，45(6)：91 1925附錄1 譯文PICmicro 中檔單片機(jī)系列簡(jiǎn)介中央處理單元 （CPU）通過(guò)執(zhí)行程序存儲(chǔ)器中的信息（指令）來(lái)控制器件的運(yùn)行。其中許多指令是對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行操作。對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的操作需要使用算術(shù)邏輯單元（ALU）。除了執(zhí)行算術(shù)和邏輯操作外，ALU 還控制狀態(tài)位（在狀態(tài)寄存器中）。一些指令的執(zhí)行結(jié)果會(huì)根據(jù)結(jié)果的狀態(tài)而改變狀態(tài)位。指令的一般格式中檔系列單片機(jī)的指令有四種一般格式，如圖5-1 所示。指令的操作碼從3 位到6 位不等。這種可變長(zhǎng)度的操作碼組成了35 條指令。中央處理單元（CPU）CPU 被視為器件的“大腦”，它負(fù)責(zé)獲取正確的執(zhí)行指令、譯碼并且執(zhí)行該指令。CPU 有時(shí)和 ALU 配合工作來(lái)完成指令的執(zhí)行（如算術(shù)或邏輯操作）。CPU 控制程序存儲(chǔ)器的地址總線、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址總線以及對(duì)堆棧進(jìn)行存取。指令時(shí)鐘每個(gè)指令周期（TCY）由4 個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍（Q1-Q4）構(gòu)成。時(shí)鐘節(jié)拍和器件振蕩周期（Tosc）相同。 在各個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍分別對(duì)指令的譯碼、讀取、處理和寫(xiě)操作等進(jìn)行計(jì)時(shí)/ 標(biāo)示。下圖表明了時(shí)鐘節(jié)拍和指令周期之間的關(guān)系。組成指令周期（Tcy）的4 個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍歸納如下：Q1： 指令的譯碼周期或強(qiáng)制性空操作Q2： 指令的讀數(shù)據(jù)周期或空操作Q3： 處理數(shù)據(jù)Q4： 指令的寫(xiě)數(shù)據(jù)周期或空操作每條指令都有具體的時(shí)鐘節(jié)拍操作。圖5-2： 時(shí)鐘節(jié)拍活動(dòng)算術(shù)邏輯單元（ALU）PICmicro 單片機(jī)包含一個(gè)8 位 ALU 和一個(gè)8 位工作寄存器。ALU 是一個(gè)通用的算術(shù)邏輯單元，它對(duì)工作寄存器和數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)和布爾運(yùn)算。圖5-3： ALU 和W 寄存器的操作ALU 是8 位寬，能夠進(jìn)行加、減、移位和邏輯操作。除非特別指明，算術(shù)運(yùn)算一般是以2 的補(bǔ)碼形式進(jìn)行。在2 個(gè)操作數(shù)的指令中，典型情況下，其中一個(gè)操作數(shù)是在工作寄存器（W 寄存器）中，另一個(gè)操作數(shù)放在一個(gè)數(shù)據(jù)寄存器中或是一個(gè)立即數(shù)。在單操作數(shù)指令中，操作數(shù)放在W 寄存器中或某個(gè)數(shù)據(jù)寄存器中。W 寄存器是一個(gè)8 位寬、用于ALU 運(yùn)算的工作寄存器，它是一個(gè)不可尋址的寄存器。根據(jù)所執(zhí)行的指令，ALU 可以影響狀態(tài)寄存器中的進(jìn)位標(biāo)志位C、輔助進(jìn)位標(biāo)志位DC 和全零標(biāo)志位Z。在減法操作中，C和DC位就分別作為借位和輔助借位之反。例如指令SUBLW 和 SUBWF。狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器（如圖5-1 所示）含有ALU 的算術(shù)運(yùn)算結(jié)果狀態(tài)、復(fù)位狀態(tài)及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的選擇位 。因?yàn)閿?shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的選擇是由狀態(tài)寄存器控制的，所以各存儲(chǔ)區(qū)里都有狀態(tài)寄存器的映射。而且，這些映射在每個(gè)存儲(chǔ)區(qū)的相對(duì)位置（偏移位置）都相同（見(jiàn)第6 章“ 存儲(chǔ)器構(gòu)成” 中圖 6-5： “ 寄存器映射”）。狀態(tài)寄存器和其它寄存器一樣，可以作為任何指令的目標(biāo)寄存器。如果狀態(tài)寄存器作為一條指令的目標(biāo)寄存器，而這條指令又影響Z、DC 或C 標(biāo)志位，那么這三個(gè)標(biāo)志位的狀態(tài)不能由指令直接寫(xiě)入。這些標(biāo)志位的狀態(tài)要根據(jù)器件邏輯操作的結(jié)果來(lái)置1 或清零。此外，不能對(duì)TO 和PD位進(jìn)行寫(xiě)操作，所以當(dāng)執(zhí)行一條把狀態(tài)寄存器作為目標(biāo)寄存器的指令后，狀態(tài)寄存器的結(jié)果可能和預(yù)想的不一樣。例如，指令CLRF STATUS 將狀態(tài)寄存器的高3 位清零，將Z 標(biāo)志位置1。操作后狀態(tài)寄存器的結(jié)果為000u u1uu （u 表示未變化）。因此，建議僅使用位操作指令BCF、BSF 或傳送指令MOVWF 來(lái)改變狀態(tài)寄存器，因?yàn)檫@些指令不影響該寄存器中的Z、C 或DC 標(biāo)志位。關(guān)于其它不影響任何狀態(tài)位的指令狀態(tài)寄存器bit 7 IRP：寄存器組選擇位（用于間接尋址）1：選擇Bank 2， Bank3 （100h - 1FFh）0：選擇Bank 0， Bank1 （00h - FFh）對(duì)于只有Bank0 和Bank1 的器件，保留IRP 位，且應(yīng)始終保持為0。bit 6:5 RP1:RP0：寄存器組選擇位（用于直接尋址）11：Bank 3 （180h - 1FFh）10：Bank 2 （100h - 17Fh）01：Bank 1 （80h - FFh）00：Bank 0 （00h - 7Fh）每組128 個(gè)字節(jié)。 對(duì)于只有Bank 0 和Bank1 的器件，保留IRP 位，且應(yīng)始終保持為0 。bit 4 TO：超時(shí)位1 = 上電、執(zhí)行CLRWDT 或SLEEP 指令后0 = 發(fā)生看門(mén)狗定時(shí)器超時(shí)bit 3 PD：低功耗標(biāo)志位1 = 上電或執(zhí)行CLRWDT 指令后0 = 執(zhí)行SLEEP 指令后bit 2 Z：零標(biāo)志位1 = 算術(shù)或邏輯運(yùn)算結(jié)果為00 = 算術(shù)或邏輯運(yùn)算結(jié)果不為0bit 1 DC：輔助進(jìn)位/ 借位標(biāo)志位（ADDWF、ADDLW、SUBLW 和SUBWF 指令）（借位的極性是相反的）1 = 結(jié)果的低4 位向高4 位進(jìn)位/ 低4 位向高4 位無(wú)借位0 = 結(jié)果的低4 位沒(méi)有向高4 位進(jìn)位/ 低4 位向高4 位借位bit 0 C：進(jìn)位/ 借位標(biāo)志位（ADDWF、ADDLW、SUBLW 和SUBWF 指令）1 = 結(jié)果的最高位有進(jìn)位/ 最高位無(wú)借位0 = 結(jié)果的最高位無(wú)進(jìn)位/ 最高位有借位注： 借位的極性是相反的。減法指令通過(guò)加上第二個(gè)操作數(shù)2 的補(bǔ)碼來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于移位指令（RRF 和RLF）， C 位值來(lái)自源寄存器的最高位或最低位。OPTION_REG 寄存器OPTION_REG 寄存器是可讀寫(xiě)寄存器，它包含配置TMR0/WDT 的預(yù)分頻器、外部INT 中斷、TMR0 和PORTB 弱上拉的各個(gè)控制位。寄存器 5-2： OPTION_REG 寄存器bit 7 RBPU：PORTB 上拉使能位1 = 禁止PORTB 上拉0 = 按各個(gè)端口鎖存器值使能PORTB 上拉bit 6 INTEDG：中斷觸發(fā)邊沿選擇位1 = INT 引腳