基于CAN總線的太陽能控制器設計

徐晶

摘 要：通過CAN總線技術能夠對太陽能控制器進行模塊設計，該文主要分析了太陽能控制器相關硬件設計過程中的設計方案與軟件系統設計整體框架，并結合CAN節點相關程序以及初始化，利用多種功率模塊組合，形成容量不同的發電系統。該文主要利用CAN總線方法，通過功率模塊和主控制器兩級形式來實現。最終結果證明，應用相關方案設計能夠提高系統應用性能。

關鍵詞：CAN總線；太陽能發電；控制器設計

中圖分類號：TP274 文獻標志碼：A

0 引言

太陽能控制器主要是將微處理器作為核心部件，從而對電源進行充放處理。現階段的設計模式大多只是停留在單機模式層面，由于芯片硬件資源方面的局限性，從而增加了太陽能大容量電站的控制難度。而模塊化設計屬于一種效果較好的設計方法，通過各種模塊的科學組合，能夠形成各種容量層次的太陽能電站。該文分析了利用CAN總線技術對太陽能控制器進行設計。

1 系統整體設計

在該次系統設計過程中主要是將內含CAN總線控制器部件的單片機充當主控芯片，通過主控制器進行集中監控，而功率模塊則對MCU兩級方案進行獨立控制。功率控制器與主控制器之間利用CAN總線能夠實現控制和通信，而功率模塊能夠對各個太陽能光伏陣列進行集中控制。主控制器還可以利用蓄電池中的功率控制模塊，結合蓄電池的具體充放電狀態，對蓄電池進行科學管理，引導充放電工作的順利進行。

2 系統硬件設計

2.1 主控制器的硬件設計

在整個系統中發揮核心作用的就是主控制器，能夠對蓄電池組的整體狀態進行實時監控，并進行有效調控，在發生突發性問題時，還能夠進行及時報警處理。至于蓄電池組相關監控工作主要是通過ADC電路對蓄電池組中電壓進行檢測，從而判斷電池組的實時狀態。ADC電路同時還會負責放電電流和充電電流的檢測工作。其次容量不同的蓄電池組中的充放電參數也存在較大的差異，同時相關參數還可以進行設定。主控制器中的充放電數據最多只能儲存30天以內的數據，通過對相關數據進行分析，我們能夠看出系統的整體運行狀態。在蓄電池組發生過放或是過充等突發性問題時，控制器就能夠自動斷開負載或是太陽能，從而使輸出電路中的警報燈亮起，并將異常報文發送到遠程通信終端當中。

2.2 功率模塊相關硬件設計

功率電子零件通常都擁有快速通斷功能，具備可調脈寬、低觸發能量等特征，經常充當大電流和高頻中的主回路開關部件。在該次設計過程中，主要是將MOSFET功率充當太陽能方陣中的投切開關。主控制器將相關命令發送給功率模塊，隨后促進太陽能方陣實現通斷，同時還能夠對太陽能方陣中的開路電壓進行集中采集，隨后綜合整理，將相關報文傳輸給主控制器。

3 系統軟件設計

3.1 軟件整體框架

以CAN總線技術為基礎的太陽能控制器設計主要是通過結構化程序來設計控制器軟件，其中程序由中斷程序與主程序等內容構成。而主程序中還包括了報文處理系統、數據計算系統、充電控制系統、液晶顯示系統以及初始化程序系統等，在整個程序處于運行狀態時，初始化程序只是在主程序首次執行過程中運行一次，主要是開啟第二管腳相關功能與單片機AT90CAN128的I/O口配置。程序中斷工作主要是通過定時器來實現，或是進行CAN中斷以及ADC中斷。在定時器中斷過程中，主要是利用定時器2、定時器1與定時器0，定時器0中斷運行過程中鍵盤掃描程序。定時器1進行中斷時，將其具體數值設定為20 s、5 s和1 s的定時標志。定時器2中斷會啟動ADC通道，隨后實現模式轉化。ADC中斷能夠直接處理模數轉化成果。CAN中斷能夠接收從CAN總線發送過來的相關報文，隨后進行集中處理。下文中將具體分析CAN總線在AT90CAN128中的軟件設計。

3.2 通信規約

AT90CAN128中的CAN控制器主要是CAN2.0B與CAN2.0A相關標準協議，而在該文中主要是選擇CAN2.0B協議，也就是二十九位的標識符，選擇廣播方式中的主從方式進行通信，主控制器是系統中的主機，能夠將報文直接傳送到功率模塊當中，功率模塊內的各種報文接收標識符應該保持一致性，對接收機中的相關報文進行統一接收，并在對報文數據內容進行科學判斷的基礎上進行反應。從機中標識符是一致的，主要是主機負責接收。具體的報文數據幀規劃可以參考表1。

3.3 CAN總線程序

CAN在AT90CAN128中的信息發送與接收主要是通過消息郵箱MOB的方式來實現的，其中屬性相同的MOB郵箱共有15個。消息郵箱MOB其實就是CAN中的消息幀代表符，其中還包括數據緩沖區域和含幀格式。各個消息郵箱MOB都被放置到相應的頁面中，而消息郵箱MOB的箱號就是頁號，在消息郵箱數量比較多的狀態下，處于低位中的消息郵箱擁有優先權。CAN總線中的通信系統中涵蓋數據發送、數據接收以及CAN初始化等程序，CAN初始化其實就是對MOB使能、中斷使能、數據長度、MOB接收頁號、發送頁號、標識儲存器、波特率等進行內容設置。其中通過CAN中斷觸發，接收CAN數據，并于中斷中收獲消息郵箱MOB，隨后將獲得的各種數據信息儲存到數據緩沖區域，相關處理程序還能夠自動處理緩沖區域中的數據信息。數據輸送子程序整理完待發數據后，將其傳輸到消息郵箱MOB當中，隨后根據提前設定好的報文格式傳播出去。

4 實驗數據

在離網型的48 V太陽能發電設備當中，以CAN總線技術為基礎的太陽能控制器，能夠對四路太陽能列陣進行控制，并開始實驗，具體實驗的條件包括保證蓄電池電壓均充，2.36 V/單體、日輻射量應該保持在3.8 kW·h/m2～4.6 kW·h/m2，工作電流為7 A，太陽能列陣參數為120 W功率。具體實驗結果參考表2。

最終實驗結果證明，以CAN總線為基礎的太陽能控制器，能夠對正在充電狀態的48 V太陽能系統進行合理控制，并控制太陽能系統在不同階段中不同電池組的投切工作，充分結合各個電池組在不同階段中的充電與放電狀態，進行準確控制，從而促進太陽能系統的安全、穩定運行。

5 結語

該文主要是通過CAN總線技術內置單片機相關技術，來進行太陽能控制器的設計，屬于一種模塊化的設計方法。不同功率的模塊能夠對蓄電池進行獨立的充電、放電管理，并進行數據記錄、充放電檢測以及過放和過充的保護等。通過N+1分散控制模式能夠有效提高太陽能系統自身互換性和可靠性，讓太陽能系統能夠根據實際需求進行靈活組合，從而形成各種容量的發電系統。通過這種設計方式，能夠讓系統更加靈活。

參考文獻

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