【简易太阳能控制器设计7400字（论文）】

简易太阳能控制器设计目录TOC\o"1-3"\h\u一、设计方案及原理 1（一）设计方案框架 1（二）充电电路工作原理 2（三）系统充放电芯片方案 21.充电管理芯片 22.电量管理芯片 33.USB充电芯片 3二、太阳能供电控制器设计 3（一）太阳能发电板块硬件选型 31.太阳能电池板 32.锂电池组 53.电源稳压器 54.主功率变换前级升压电路 6（二）单片机小系统 71.单片机的选用 72.时钟模块硬件电路 103.复位电路 10（三）系统外围电路设计 111.显示电路设计 112.键盘电路设计 123.报警电路 13三、控制系统软件设计 14（一）汇编语言以及主程序图 141.汇编语言 142.程序图设计 14（二）子程序设计分析 151.蜂鸣器报警子程序 152.系统显示子程序 163.中断服务程序 17四、结论 18参考文献 20摘要众所周知，太阳能是人类可以利用的最丰富的能源。据估计，在太阳系诞生以来，在过去长久而漫长的时光里，太阳所消耗的能量也不过于是其整体的1%，包括在未来的漫长时光中，太阳也可以作为一种长久的能源获取方式，所以针对于太阳能的开发一直是国内外能源开发研究的重点。同时，由于能源危机和环保概念的出现让越来越多的人开始关注低碳环保的能源获取方式，其中，风能和光伏作为重要的清洁能源逐渐被人所重视。近年来，随着光伏发电系统和智能终端产品的日益普及，对太阳能使用和控制的提升需求也越来越迫切，而针对于太阳能控制器的设计也能够为太阳能的安全使用提供更多的保障和帮助。关键词：太阳能；控制器设计；光伏发电；节能环保太阳能电池板的作用不可小觑，太阳能发电系统中最为重要的地方就是太阳能电池板，这里是能源吸收、集中并且转化和存储的功能中心，太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。选购太阳能电池板时，所需要额外了解的地方就是电池板功率的情况，整体上来说，电池板上晶片面积越大则功率就越大。在现实中，需要太阳能面板的功率和太阳能充电器的便携性中找一个平衡点。通常认为太阳能充电器的功率最小不能低于0.75w，次功率的太阳能板在标准强光下有140mA的电流产生。在一般阳光下产生的电流在100mA左右，如果低于次功率充电电流过小，基本上不会有明显效果。一、设计方案及原理（一）设计方案框架如图1.1，太阳能输入电压分为两部分，一部分经过单片机的电源电路降压到5V，运行单片机，显示电路的显示为单片机在微机控制的程序中，其他部分的电压通过DC/DC降压。模块降压给用电设备充电，同时将输出电压DC/DC降压模块传给ADC0809芯片，数模转换功能将转换后的数字信号送到单片机，单片机，通过继电器控制单片机，实现光电耦合，单片机与外围电路分离，用单片机编程，控制显示屏显示输出电压和电流增加。AT89S51AT89S51按键太阳能电池板单片机供电电路显示电路12864空调设备ADC0809可调型DC-DC变换电路继电器控制电路图1.1设计框架图（二）充电电路工作原理电池采用聚合物电池作为主要部件。首先，给聚合物电池充电，因为电池的成本比较高。还需要一个收费管理系统来提高系统的安全性。当移动设备需要充电时，聚合物电池放电，移动设备的输入电压通常为5V，因此采用充电方式。电池的基本结构如图1.2所示。图1.2蓄电池基本构成当输入电压超过电源的低电压检测阈值时，芯片可以将输入端接高电平，充电电路开始对电池充电，CHRG管脚输出低电平，红色指示灯灯亮，表示正在充电。图1.3充电电路工作原理如果电池电压低于3V，充电电路将以小电流对电池进行预充电。当电池电压超过3V时，充电电路采用直流模式对电池充电，充电电流由PROG引脚与GND之间的电阻决定。随着电池电压接近4.2V，充电电流会逐渐减小，充电电路会自动进入恒压充电模式。当充电结束充电电流下降到闭合值时，充电循环完成，CHRG引脚输出高阻态，STEBY引脚输出低电位。在此期间，红色指示灯熄灭，绿色指示灯亮起。指示灯将亮起，表示充电过程已完成。（三）系统充放电芯片方案1.充电管理芯片EUTECH的EUP8092系列是用于便携式设备的高度集成的单节锂离子/聚合物电池充电器。该充电器设计有不同类型的AC适配器或USB端口，可在低至2.65V的输入电压下工作。EUP8092用作线路充电器，分三步为电池充电：浮充电流、直流电流和直流电压。接通电源时，充电电流由外接电阻设定。它是一种限流适配器，可以在关闭TDFN10的情况下将其编程为1.5A，以最大限度地降低功耗。EUP8092有一个温度控制回路来控制充电电流，以确保在PCB上没有适当的散热设计的情况下安全运行。可编程充电时间计确保的设备安全。当电池电压低于内部阈值时，EUP8092将自动恢复充电并在断电时自动进入睡眠模式。充电不需要外部电阻器或阻塞二极管。NTC热敏电阻接口，用于在安全温度范围内为电池充电。2.电量管理芯片UTC的LM324系列是具有真正差分输入的廉价四路运算放大器。与单电源应用的标准运算放大器类型相比，它们具有几个明显的优势。这个四路放大器提供大约五分之一的MC1741（每个放大器）的静态电流，并且可以在至少3.0V或最高32V的电源电压下工作。共模输入范围包括负功率，无需用于许多应用中的外部偏置组件。输出电压范围还包括负电源电压。用于数字系统的直接控制LM324系列无需额外的±15V电源和标准5V电源电压即可轻松提供所需的接口电路。3.USB充电芯片F75198是最智能的USB充电器识别电路，可以识别市场上流行的便携式设备。这允许设备在使用原始适配器时消耗尽可能多的功率。支持大多数USB电池充电规范（全球），例如BC1.2、Apple充电规范（适用于IPAD和I手机）、三星GalaxyTab规范等。将USB数据引脚（D+/D-）设置为所需的电压电平，充电设备将识别电压等级并开始调整充电电流。二、太阳能供电控制器设计（一）太阳能发电板块硬件选型1.太阳能电池板使用可以将太阳能转化为电能的硅太阳能电池是一种半导体器件。该降压电路具有易于控制、安装方便、成本低廉的优点。这符合本文概述的系统设计目标，控制简单，成本低。因此，降压电路用作锂电池。封装加载电路。BUCK电路输入端子间断。如果BUCK电路直接连接到太阳能电池板，太阳能电池板的输出电流将不连续，太阳能电池板将工作在最佳状态。需要连接太阳能电池阵列的输出端。如图3.1所示，将储能电容并联，以保证太阳能电池板输出电流的连续性。它实现了太阳能电池阵列的MPPT功能。图2.1显示了连接到太阳能电池板的后电路的一般拓扑。后电路输出连接到电阻负载或锂电池。图2.1连接太阳能电池阵列的BUCK电路拓扑图当使用降压电路实现太阳能电池板的最大功率点跟踪时，储能电容必须与降压电路并联。同时，储能电容通常是电解电容，因此降压电路由于电路不能运行在更高的频率而成为降压器件。增加体积和重量。而且，降压电路只能用于降压转换。采用降压电路实现太阳能电池板最大功率点跟踪的优点是结构简单、易于控制、低功率开关灯输入和低线损。这提高了具有降压电路的器件的转换效率。图2.2光伏电池的工作原理目前用于商业应用的太阳能电池分为晶体硅电池和薄膜电池。目前市场上的薄膜电池转换效率较低，非晶薄膜硅电池为5%~89%，CdTe电池为119%，CIGS电池为I090。用非晶硅生产薄膜电池的商业技术相对成熟，并形成了国内生产能力。CdTe和CIGS电池尚未在中国开始商业化生产。综上所述，考虑到实际情况，现阶段计划采用多晶硅太阳能电池组件。表2.1太阳能电池板参数最大功率75（W）开路电压22.61（V）工作电流4.17（A）工作电压18（V）短路电流5.01（A）外形尺寸1070*540*35(mm)2.锂电池组锂电池是电池的核心，起到为整个电池提供稳定电力的作用。锂离子电池所用材料的热稳定性是锂离子电池安全性的重要因素。18650锂电池是索尼为节省成本而设定的标准电池型号。与镍氢电池相比，具有容量大、储能效率高、稳定性好、无记忆效应等特点。生产工艺简单，生产技术成熟，广泛应用于各种电子器件。锂电池的充电方式是恒流恒压。为了有效利用电池容量，需要将锂电池充电至最大电压，但过压充电会损坏电池，因此控制精度更高（精度高于1%）。低压电池也需要预充电。除了电压检测外，还应使用其他辅助方法来防止过充，例如检测电池温度和限制充电时间以增加保护。电池。锂电池组的串联电压也必须与太阳能电池模块的输出电压相匹配。目前市场上的技术成熟，采用日本（松下、三洋、索尼）和韩国（LG、SDI）的电池，具有综合性价比的特点。本例使用的是LGICR18650B42600mAh电池。因此本文选用的保护控制IC为三米生产的MM3511，保护电压检测点精度高于其他IC。除了控制电路，保护电路还有另一个重要的元件，MOSFET，它在电路中起开关的作用。电阻影响电池的性能，因为它直接串联在电池和外部负载之间。效果是，如果选择的MOSFET好，其导通电阻低，电池组内阻低，负载能力高，放电功耗低。开关部分（FET）设置为与保护IC一起工作，一般由两个MOS灯组成，MOS充电控制和MOS放电控制。保护电路由保护电路IC控制。3.电源稳压器这部分电源稳压器使用的是7805和7812芯片，78系列集成稳压器是常用的集成稳压器，具有恒定的正输出电压。输出电压为5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等，最大输出电流为1.5A。7805的输出电压为5V，而7812的输出电压为12V。78系列是3端正电压输出稳压IC。该稳压IC只有三个引脚输出：输入端、地端和输出端。它看起来像一个普通的三极管。78系列3端稳压IC用于创建具有多个外围组件的稳压电源。电路有过流、过热保护电路和调节管。低噪声、低温漂的参考电压源：可靠、方便、便宜。IC集成串联稳压器78型号后面的数字代表集成稳压器3端电路的输出电压。比如7805表示正输出电压为5伏，7812表示正输出电压为12伏，实际应用中，三端集成稳压电路应配备足够大的散热片（这显然是在低功率条件下不需要）。如果恒压管温度过高，稳压性能会下降或损坏。7805的典型应用图：图2.3显示了78系列集成稳压器的典型应用电路，这是一个输出正5VDC电压的稳压电源电路。该IC采用内置稳压器7805，C1和C2分别为输入和输出滤波电容，RL为负载电阻。如果输出电流很高，7805应该有一个散热器。图2.378系列集成稳压器的典型应用电路远翔科技FP6290H是一款电流模式DC-DC升压转换器。得益于内置功率为0.15的MOSFET的PWM电路，该转换器实现了高能效。可选择的高开关频率允许更快的循环响应和简单的低噪声滤波。误差放大器的同相输入连接到内部基准电压，精度为1.24V。4.主功率变换前级升压电路该设计输入电压30v~50v(实际输入48v)，所以这个设计选择推挽拓扑。图2.4推挽式DC-DC变换器上图中的两个开关交替旋转，两个按下的开关共用一个夹子。一个重要的缺点是这两个开关的元件需要非常高的耐受电压。开关模式电源在整个占空比中提供负载输出。在下推转换器中的所有开关电源中，使用最多的开关电源的电压是电压的两倍。如果输入电压很低，瞬时输出电流很高，输出可以保持输出高。输出电压波形对称，输出电压特性非常好。因此，控制回路简单，该电路的相位结构使用较低的输入电压。（二）单片机小系统1.单片机的选用AT89C51单片机的主控制器采用低压专用程序存储器、随机存取存储器和美国ATMEL公司生产的高性能8位单片CMOS微机读写4K字节数据。128字节(RAM)该设备使用Atmel的高密度非易失性存储器技术来生成标准MCS-51命令。八个芯片通常可与单芯片中央处理单元(CPU)和闪存单元互换。如果EST仍为高电平，单片机，循环，复位状态。复位后，单片机上的程序会重新启动。今天的单片机开发系统不过是模拟系统，不能配备用户提供的最少系统数量。小型控制单元，取决于设计要求。图2.5显示了微控制器系统的硬件电路示意图。图2.5最小系统图图2.6AT89C51单片机系统的硬件电路原理图太阳能电池发出的电先经过开关管T1，再经过反相二极管D2，再经过降压电路给锂电池组充电。D2二极管用于防止由于反向电流流动而损坏光伏阵列。管子T1控制太阳能电池的连接和断开。波兰兹罗提电路是DC/DC电路的核心。控制是该系统控制的中心。电压步进电路。太阳能发电系统发出的电能先经过不可控整流器整流，然后滤波稳压，再通过T3管送入降压电路，为锂电池充电。T3开关管控制太阳能电池板的接通和断开。电阻R3和开关管T5构成太阳能电池板的放电支路。当太阳能过量时，驱动T5开关管导通。随卸货收取国库能耗，防止设备损坏。同样，太阳能移动电源系统的DC/DC转换电路的核心也是降压电路。放电部分是锂电池组，主要为控制器和LED照明部分供电。为防止过放电，AT89C51的GPIO引脚用于控制光耦的开/关，放电电路开/关继电器防止锂电池因过放而损坏。2.时钟模块硬件电路DS1302与微控制器之间的连接只需要三根线，并使用三线SPI接口与处理器同步通信，并在多字节RAM中发送时钟或数据信号。为保证同步运行，电路严格遵守时间控制，只在时钟信号的控制下进行。本系统设计中，用于系统时钟的晶振为50MHz有源晶振，有源晶振主要采用3.3V直流电源，即电源系统的时钟电路。由于时钟电路是最小的单片机系统中常用的系统时钟电路，所以设计的电路非常实用，非常稳定。图2.7时钟模块硬件电路图3.复位电路AT89C51的复位引脚（reset）接高电平以上两个机器周期。复位电路如图2.8所示。RST引脚复位信号输入，有效复位信号高度，RST具有特定的脉冲宽度，可有效实现电动自动复位和手动复位。通过设计正确的rc值组合，可以轻松导出2个机器周期以上的高电平以实现复位目标。将程序运行时错误和运行时错误更改为系统，然后按复位按钮重新启动。图2.8复位电路在这个电路中，如果刚刚上电，连接到复位按钮的电容两端对应短路，因为复位时高电平有效。换句话说，它与给予高是一样的。当RESET引脚和充电完成（这个时间很短），电容就等于断开，此时复位操作完成。随着时间的推移，电容的电压会慢慢升高，RST引脚上的电压会逐渐降低。当RST引脚上的电压降至低电平时，微控制器恢复正常并需要电气复位。（三）系统外围电路设计1.显示电路设计由于液晶显示器采用LCD12864，控制系统工作正常，无需电脑即可直观查看。可以在模块模式下创建一个界面灵活、操作简单方便的中文交互式人机图形界面。温度设定和电流参数设定主要由键盘显示电路实现。图2.9液晶显示LCD12864电子图由模块化液晶显示（LCD）图组成，点阵图形液晶模块的类型更加简洁，无论硬件电路结构还是显示程序，该模块的价格略低于相同的点阵。图形液晶模块。下图为2.10的示意图：图2.10LCD显示原理图本系统可以通过键盘来设置温度报警信息，具有良好的人机交互功能。2.键盘电路设计本设计采用单片机控制器进行处理，决定性的键盘很重要。键盘是最流行的人机界面设备，微电脑控制器可以通过键盘输入各种操作命令和数据。单片机控制器接收重要信息并对单片机控制器进行相应的处理。本设计采用4*4键盘配置电路。4*4键盘的结构如图2.11所示。图2.11键盘示意图3.报警电路蜂鸣器的原理比较简单，单片机控制IO口P3.0和3.1。报警信号电路由单片机控制，采用发光二极管和蜂鸣器发出报警，当入侵探测器检测到入侵时，响应单片机蜂鸣器报警。当DS18B20检测到温度信号时，经DS18B20处理后送至单片机。单片机输出P3.0和P3.1端口低电平，蜂鸣器响，液晶显示工作。灯亮起产生警报效果。报警电路如图2.12所示：图2.12蜂鸣器与单片机的接口电路图三、控制系统软件设计（一）汇编语言以及主程序图1.汇编语言由于C语言功能丰富，因此具有清晰度高、应用灵活方便、应用范围广、目标程序性能高、可移植性好等特点。为了开发这种语言，我们在ADS1.2集成开发平台89C51上选择了它。由于AT89C51的执行速度快，因此AT89C51启动代码和AT89C51操作系统端口代码等存储速度和内存容量也很高。因此，它充分利用了C语言的特性，可以创建应用程序。时间大大减少，代码可移植性非常方便，提高了程序的可重复性，在工程表格文件中增加了汇编程序，程序结构清晰易懂，易于管理等。因此，C语言在AT89C51编程中占有重要地位.由于AT89C51的开发需要读写大量的硬件寄存器来减少程序的执行时间，所以部分初始化代码是用汇编语言编写的，大部分代码是用C程序完成的。2.程序图设计本系统的软件设计系统初始化、LCD显示、键盘扫描、DS1302时钟读写程序，各个功能模块的整体设计非常重要，每个模块只工作，AT89C51单片机很好收集分析。使用外部程序信息的微机芯片。单击当前配置模式，然后指定相应的配置模式。主要程序主要是初始化和系统状态检测。记录数据的点，即使在电气状态恢复后也是如此。主程序框图如图3.1所示。ADC0809ADC0809初始化幅值键是否按下？12864初始化继电器初始设置主循环扫描YN增加键是否按下？减小键是否按下？上限值加0.1V上限值减0.1VYYN确认键是否按下?上限值调整完毕YN按键扫描及显示按键扫描及显示切断充电电源YN采集是否超上限？开始图3.1总程序流程设计（二）子程序设计分析1.蜂鸣器报警子程序蜂鸣器中两根保险丝的直流电压只有3-15V，可以产生3KHZ左右声音的蜂鸣器振动。可以使用晶体管驱动器。图3.2报警程序流程图2.系统显示子程序来自单片机的数据通过模数转换模块存储在十六进制寄存器中，必须转换为BCD码才能创建LED显示屏。本次假设软件抖动，通过引入子程序延时来解决问题，很好地解决了单片机抖动问题。驱动HD7279驱动HD7279选择段、位码LED显示数据传输LED闪烁LED闪烁≤2cm≥15cm图3.3LED显示子程序流程图3.中断服务程序PC计算机上层存储芯片的数据读取是通过异步串行通信进行的。scm中的异步串行通信模块合二为一。与主机直接通信的单片机外围电路的电平转换电路。还可以使用UART模块的结构和特性来发送和接收数据中断数据。在本系统中，异步串行通信模块的波特率设置为19.2K，通信方式为每个有效数据发送1位和1个停止位。图3.4通信中断子程序流程图需要上位机与单机进行适当的通信，才能获得通信数据并满足规定的格式。在本系统中，通信帧分为两个帧和一个响应帧。从主机发送的信息和命令帧。命令帧包含以下计算机的LuddPower数据类型和属性。四、结论本文设计的简易太阳能电池驱动器主要由五部分组成：输入电路、充电电路、升压电路、输出电路和保护电路。电路采用TP4056能量管理芯片自动完成充电过程。充电电压固定为2V，充电电流可通过外部电阻设置。当充电电流在达到最终浮动电压后下降到设定的I/10值时，充电电路自动结束充电周期。当输入电压（AC适配器或USB适配器）被切断时，充电电路会自动进入