基于ARM7的太阳能控制器的设计与实现概要.docx
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基于ARM7的太阳能控制器的设计与实现概要
摘要:
本文阐述了太阳能光伏电池的工作原理以及伏安特性,提供了一套完善的太阳能控制器电路。
该电路采用了目前最流行的ARM芯片为控制核心,来实时监控光伏两端电压、蓄电池两端电压以及充电电流和放电电流。
从而控制整个电路的工作状态。
关键词:
光伏电池;太阳能控制器;蓄电池;LPC2131中图分类号:
TN344文献标识码:
B文章编号:
1673-1131（201005-041-04
一、引言
目前,能源是人类社会存在与发展的重要物质基础。
目前的世界能源结构是以煤炭、石油、天然气等化石能源为主体的结构。
而化石能源是不可再生的资源,大量耗用终将枯竭,并且在生产和消费过程中有大量污染物排放,破坏生态与环境。
为保证人类稳定、持久的能源供应,必须优化现存的以资源有限、不可再生的化石能源为主体的能源结构,建立资源无限、可以再生、多样化的新的能源结构,走经济社会可持续发展之路。
太阳能作为一种再生能源,通过太阳能电池板将资源无限,清洁干净的太阳辐射能转化为电能的太阳能光伏发电。
二、光伏电池的工作原理与输出特性
DesignandImplementationofSolarEnergyControllerBasedonARM7
ChenWenzhi,PanYongcai,QinShuqin,WuFengxiong
FacultyOfPhysicsandElectronicsHubeiUniversity（HuBei,WuHan,430062
Abstract:
Thispaperdescribessolarenergycell’sbasicprincipleandV-Icharacter.providesasetofcircuitofcompletesolarenergycontroller.ThecircuitusesthepopularARMchipasthecontrolcenter.Tomonitorreal-timesolarenergyvoltage,batteryvoltageandchargecurrent,dischargecurrent.tocontroltheworkingstatusoftheentirecircuit.Keywords:
photovoltaiccells;solarenergycontroller;storagebattery;LPC2131
光伏电池是以半导体P-N结上接受太阳光照产生光生伏特效应为基础,直接将光能转化成电能的能量转化器.当太阳光照射在半导体P-N结上,就会在P-N结两边产生电压,使P-N结短路,从而形成电流,这个电流会随着光照的加强而增大,当接受的光照强度达到一定数量时,就可以将光伏电池看成恒流电源.
对于光伏阵列而言,应根据负荷用电量、电压、功率、光照情况等,确定光伏电池的总容量和光伏电池的串、并联数量。
确定光伏电池板串联数,即光伏阵列总的输出电压时,
主要考虑负载电压的要求,同时考虑蓄电池的浮充电压、温度以及控制电路等的影响。
确定光浮电池板并联数,即光伏阵列总的输出电流时,主要考虑负载每天的总耗电量、当地年平均峰值日照数,同时考虑蓄电池组的充电效率、电池表面不清洁和老化等带来的不良因数。
光伏电池的输出特性如图1所示:
图1光伏电池输出特性
基于ARM7的
陈文治潘永才覃书芹吴风雄/湖北大学物理学与电子技术学院（湖北武汉·430062
太阳能控制器的设计与实现
武汉市科技攻关计划项目项目编号:
200910321098项目名称:
基于H.264的嵌入式无线视频技术研究
在一定的光照强度和环境温度下,光伏电池可以工作在不同的输出电压,但是只有在某一输出电压值时,光伏电池的输出功率才能达到最大值,因此,在光伏系统中,要提高系统的整体效率,最重要的是实时调整光伏电池的工作点,使之始终工作在最大功率点附近,该方法称为最大功率点跟踪（MPPT法。
三、太阳能控制器
图2为太阳能控制器电路结构方框图,从图中可以看出光伏阵列输出的电压经过直流DC/DC变换后输送给蓄电池充电;A/D采样电路将采集到的模拟信号经过变换送入微控制器进行分析计算,微控制器LPC2131通过驱动电路输出PWM脉冲控制信号调节DC/DC转换电路内部开关管的通断,实现对转换电路输出电压及电流的控制。
微控制器LPC2131还能实时测量蓄电池的端电压,对蓄电池进行充放电保护,防止蓄电池过充或过放。
最后通过显示电路来实时显示被监测的参数;
四、太阳能控制器电路分析
4.1电路主回路
在图3中BU+和BU-连接光伏电池阵列的输出端,给蓄电池充电。
LOAD+和LOAD-连接直流负载,给负载供电。
BATT+和BATT-连接蓄电池的两端。
D1为“防反接二极管”,当光伏电池极性接反时,D1导通,使光伏电池通过D1放电,从而保护蓄电池因反向充电而损坏。
MOSFET管V
gs
1,V
gs
2串联在一起,接在光伏电池的负极和蓄电池的负极之间,当蓄电池端电压充到均充电压值
时,V
gs
1,V
gs
2进入脉宽调制状态,避免蓄电池过充。
MOSFET管V
gs
3为蓄电池放电开关,在铅酸蓄电池放电时,从保护蓄电池的角度出发,当蓄电池两端电压小于“过
放电压”时,V
gs
3截止,切断蓄电池和负载的回路,进行“过放电保护”,避免蓄电池电量放空,损坏蓄电池。
当光伏阵列重新供电,只有当蓄电池两端电压重新升到浮充电压时,
V
gs
3才重新导通,接通负载回路。
4.2检测电路
以电压检测电路为例,如图4为电压检测电路,该电路采用LM358作为比例运算隔离器件,通过采集光伏两端电路,将光伏输出的电压经过比例运算电路隔离后,输送到LPC2131的A/D采样管脚进行采样检测,通过采样的结果,来控制蓄电池的充放电。
4.3稳压电源
由于光伏电池板所发出的电能为随天气、环境、负荷等变化而不断变化的直流电能,其所发的电能和性质很差,很难直接给负荷供电,需要使用变换器变成适合的电能给负荷使用。
由于ARM芯片所需要的工作电压为5V和3.3V,如图5所示,故该电路使用LM7805和LM1117两芯片来分别输出芯片所需要的工作电压。
4.4ARM芯片
需要指出的是,当控制电路切断负载回路后,控制电路仍然要消耗蓄电池能量,因此控制电路必须应尽量减少电子元器件以降低功耗。
出于此目的,该电路采用Philips公司的LPC2131微处理器,其采用ARM公司ARM7TDMI-S
图2
太阳能控制器电路结构图3
太阳能控制器主回路电路图
图4
电压检测电路
图5ARM芯片电源变换电路
内核,基于RISC精简指令集的微处理器,它集成了一个32kB、64kB、128kB、256kB和512kB的FLASH存储器系统。
该存储器可用作代码和数据的存储。
对FLASH存储器的编程可通过几种方法来实现。
可通过串口进行在系统编程。
应用程序也可以在程序运行时擦除和/或编程FLASH,这样为数据存储和现场固件的升级都带来了极大的灵活性。
当使用片内bootloader时,32/64/128/256/500kB的Flash存储器可作用户代码使用。
另外LPC2131有多个32位定时器、2个10位8路的ADC、10位DAC、PWM通道、47个GPIO以及多达9个边沿或电平触发的外部中断。
图6为LPC2131的管脚连接图。
4.5驱动电路
该控制器使用了三个MOSFET管作为电路的开关器件,由于MOSFET管的导通电压高,微控制器输出的电压不足以使其导通,故采用驱动电路进行前级驱动。
如图7所示,LPC2131使用P0.7和P0.20,P0.25作为三个MOSFET管的栅极控制信号。
以Vgs2的控制为例,当P0.20输出高电平时,信号经过三极管Q6,Q7,使其导通,此时MOSFET管Vgs2的栅极驱动电压很小不足以使该管导通,即Vgs2管截止,当P0.20输出低电平时,三极管Q6,Q7截止,此时MOSFET管Vgs2的栅极驱动电压足以使该管导通,
即Vgs2管导通。
4.6显示电路4.6.1液晶显示电路
FM1602C液晶LCD是1602类型的通用型的双行16字符点阵液晶模块,内含数字、字母、符号192种（无汉字字符库,可通过8位或4位的单片机进行显示字符的控制,通过编
程可实现字行的上下滚页、左右移动,通过硬件连线可控制背景灯的对比度,背景灯的开关。
该电路通过ARM芯片进行显示字符的控制,处理数据更快。
如图8所示,主要是用来显示电路中的实时数据,如光伏输出电压、蓄电池电压、充放电电流、蓄电池温度等,便于电路的监控。
4.6.2充放电显示电路
控制器还配备了蓄电池充放电指示灯,如图9所示,两个指示灯D1和D2分别对应蓄电池的充电和放电。
该电路用D1来显示蓄电池的充电状态,用D2来显示蓄电池的放电状态,当发光二极管D1长亮时,表示蓄电池快速充电。
当发光二极管D2长亮时,表示蓄电池在对负载供电。
图6LPC2131
芯片管脚
图7
驱动电路
图8
液晶显示电路
图9
充放电显示电路
五、结束语
所研制的太阳能控制器基本功能完善,其成本低廉且性能稳定,损耗很低,适合于市场推广
。
参考文献
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北京航空航天大学出版社,2003。
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北京:
化学工业出版社,2009。
我们的外围域内固定TTL的限制,使得我们的跳数增长速度下降,同时查询效率也是在下降的。
五、结论
本文主要通过研究现有Chord的构造特点,在其节点构造路由以及路由查找的过程中加入对结点聚集度的考虑,以获得更好的路由性能。
本文首先总结对比了结构化P2P网络拓扑结构与非结构化网络拓扑结构算法的优缺点,然后提出一个建立在新的P2P的网络结构上路由搜索策略。
我们设计的算法结合了泛洪和DHT两种方法,利用将结点按聚集度的方式组织成非结构化的域来加入DHT网络的方式,
图2查询路数对比
提高了DHT面对动荡网络时的稳定性,将DHT引入到了实用的地步。
最后,我们给出了有关仿真实验的结果。
经过实验分析,我们的路由策略是一个可扩展、查询效率高、稳定性好的算法。
参考文献
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智能型太阳能控制器的研制[J].新能源,2000。
[7]黄海宏。
小功率简易型太阳能控制器设计[J].元器件与应用,2006。
作者简介
陈文治（1983—,男,湖北鄂州人,硕士研究生,主要研究方向是嵌入式系统及应用;
潘永才（1964—,男,湖北潜江人,副教授,主要研究方向为信号处理及系统设计。
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