太阳能充放电控制器设计完美版文档格式.doc

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软件部分依据PWM（PulseWidthModulation）脉宽调制控制策略，编制程序使单片机输出PWM控制信号，通过控制光电耦合器通断进而控制MOSFET管开启和关闭，达到控制蓄电池充放电的目的，同时按照功能要求实现了对蓄电池过充、过放保护和短路保护。

实验表明，该控制器性能优良，可靠性高，可以时刻监视太阳能电池板和蓄电池状态，实现控制蓄电池最优充放电，达到延长蓄电池的使用寿命。

关键词：

充电控制器；

太阳能光伏发电；

PWM脉宽调制；

Abstract

Solarphotovoltaicpowergenerationhasbecomeanimportantpartofnewenergyandrenewableenergy,itisconsideredthecurrentworld'

smostpromisingnewenergytechnologies.Atpresentsolarphotovoltaicdevicehasbeenwidelyusedincommunications,transport,electricityandotheraspects,thecorepartisthechargecontroller.

Theconventionalchargecontrolleronthemarkettodayonthebatterychargeanddischargecontrolisunreasonable,anditsprotectionisalsoinadequate,whichsmakesthebatterylifetoshorten.Tosolvethisproblem,thedesignidentifiesasolarchargecontrollerbasedonsinglechipsolution.Inthesolarenergytobatterychargeanddischargemeans,thecontrollerofthefunctionalrequirementsandthepracticalapplicationaspects,makingsomeanalysis,completedthehardwarecircuitdesignandsoftwaredevelopment,toachievethehighefficiencyofthebatterymanagement.

Undertheguidanceoftheoverallprogram,thedesignuseslow-power,highperformance,superanti-jammingSTC89C52microcontrollerasacoredevicetocontroltheentirecircuit.Hardwarecircuitconsistsofasolarbatterycharginganddischargingcircuit,voltageacquisitionanddisplaycircuit,theMCUcontrolcircuitandRS232serialcommunicationcircuit,themainachievementoftheacquisitionanddisplaybatteryvoltage.SoftwareisbasedinpartonPWM（PulseWidthModulation）pulsewidthmodulationcontrolstrategy,programmingthemicrocontrolleroutputPWMcontrolsignal,bycontrollingthephotocoupleron-offthecontrolMOSFETopeningandclosing,tocontrolbatterycharginganddischargingpurposes,andinaccordancewiththefunctionalrequirementsimplementedthebatteryovercharge,overdischargeprotectionandshortcircuitprotection.Experimentsshowthatthecontrollerperformance,highreliability,canalwaysmonitorthestateofsolarpanelsandbatteriestoachieveoptimalcontrolofbatterychargeanddischarge,toprolongbatterylife.

Keywords:

chargecontroller;

solarphotovoltaic;

PWMpulsewidthmodulation;

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目录

1绪论 1

1.1课题研究背景和意义 1

1.2太阳能充放电控制器现状 2

1.3设计主要任务 3

2太阳能充电控制器的总体设计方案 4

2.1太阳能路灯系统基本结构 4

2.2充电控制器的控制策略 6

2.3控制器的整体设计方案 8

3太阳能充电控制器的硬件电路设计 10

3.1系统层次原理图 10

3.2单片机最小系统 11

3.2.1STC89C52的简介 11

3.2.2单片机的最小系统及扩展电路 13

3.3充放电电路 15

3.4光耦驱动电路 16

3.5A/D转换电路 16

3.5.1ADC0804的简介 17

3.5.2ADC0804外围接线电路 18

3.6LCD显示电路 20

3.7E2PROM数据存储电路 21

3.8串口通信电路 22

4太阳能充电控制器的软件设计 26

4.1系统主程序设计 26

4.2电压采集转换模块 27

4.3显示模块 28

4.4数据存储模块 31

4.5软件调试和仿真 33

5总结与展望 36

5.1设计总结 36

5.1展望 37

参考文献 38

致谢 39

附录Ⅰ源程序 40

附录Ⅱ硬件电路图 54

1绪论

1.1课题研究背景和意义

能源资源是国民经济发展的重要基础之一，随着人民生活水平的不断提高和科学技术的迅速发展，能源的缺口增大，能源问题作为困扰人类长期稳定发展的一大因素摆在了人们面前。

伴随着世界能源危机的日益严重，石油价格不断上涨，利用常规能源已经不能适应世界经济快速增长的需要，如何解决能源问题，是每个国家都必须面临的问题。

同时，以煤、石油作为燃料在燃烧过程中产生的有害物质已经开始造成全球变暖，即“温室效应"

，人类的生活将会由此受到很大的威胁。

这些难题迫使政府和社会在发展常规能源的同时必须加大对新能源的开发和利用。

新能源包括水能、风能、太阳能等。

虽然风能或水能等更加便宜，但是大多数的自家用户却都不可能找到适当场合进行架设，架设成本较高。

而太阳能则不同，任何自家用户只要找到一个有阳光照射到的窗户都可以装置太阳能极板作辅助能源，几百元投资便可以架设。

所以综合考虑，太阳能无疑是符合我国可持续发展战略的理想绿色能源，全球能源专家也认为，太阳能将成为21世纪最重要也最有前景的能源之一。

而且太阳辐射能与煤炭、石油等常规能源相比较，更有如下的优点：

（1）普遍性。

地球上处处都有太阳能，不需要到处去寻找，去运输，容易获取。

（2）无害性。

利用太阳能作为能源，没有废渣，废料，废气，废水的排放，没有噪声，不会污染环境，没有公害，清洁干净。

（3）长久性。

只要有太阳，就有太阳能，因此太阳能可以说是取之不尽，用之不竭。

（4）巨大性。

一年内到达地面的太阳辐射能总量要比现在地球上消耗的各种能量的总和大几万倍。

我国幅员辽阔，有着十分丰富的太阳能资源。

全国各地的年太阳辐射总量3340．8400MJ／m2，中值为5852MJ／m2。

年日照时数在2200小时以上的地区约占国土面积的2／3以上。

我国的西部地区，包括西藏、新疆、青海、内蒙古等省，年日照时间长，这些地区面积宽广、人口密集低，在一些偏僻的地区传统的供电设施建设成本高，电能的供需矛盾显得十分突出，因此当地政府充分利用太阳能发电解决无电地区的用电具有重大的战略意义。

为了更高效的利用太阳能，白天可将太阳能转化为电能，利用蓄电池将电能储存起来，需要用电时即可由蓄电池供电。

总体看来我国太阳能资源比较丰富，因此充分利用丰富的太阳能资源，采用太阳能光伏发电技术，可以节约能源，发展经济，提高人民生活水平。

1.2太阳能充放电控制器现状

（1）太阳能光伏发电

太阳能作为新能源有着巨大的优势，所以世界各国都在努力研发新技术进行获取，比较成熟的是太阳能光伏发电技术。

目前太阳能光伏发电装置已广泛应用于通讯，交通，电力等各个方面。

在进行太阳能光伏发电时，由于一般太阳能极板输出电压不稳定，不能直接将太阳能极板应用于负载，需要将太阳能转变为电能后存储到一定的储能设备中，如铅酸蓄电池。

但只有当太阳能光伏发电系统工作过程中保持蓄电池没有过充电，也没有过放电，才能使蓄电池的使用寿命延长，效率也得以提高，因此必须对工作过程加以研究分析而予以控制，这种情况下太阳能充电控制器应运而生。

（2）充电控制器的作用及现状

太阳能充电控制器具备充电控制、过充保护、过放保护、防反接保护及短路保护等一系列功能，解决了这一难题，这样控制器在这个过程中起着枢纽作用，它控制太阳能极板对蓄电池的充电，加快蓄电池的充电速度，延长蓄电池的使用寿命。

同时太阳能充放电控制器还控制蓄电池对负载的供电，保护蓄电池和负载电路，避免蓄电池发生过放现象，由此可见，控制器具有举足轻重的作用。

市目前场上有各种各样的太阳能控制器，但这些控制器主要问题对于蓄电池的保护不够充分，不合适的充放电方式容易导致蓄电池的损坏，使蓄电池的使用寿命降低。

目前，控制器常用的蓄电池充电法包括三种：

恒流充电法、阶段充电法和恒压充电法。

但是这些方法由于充电方式单一加上控制策略不够完善，都存在一定的局限性。

另一方面，当蓄电池给负载供电时，由于控制器不能