單片機的太陽能充電系統(tǒng)優(yōu)化設計

淮安市高級職業(yè)技術學校 仇士玉

隨著我國化石燃料能源的大量枯竭和對于環(huán)境衛(wèi)生問題關心度的增加，在現(xiàn)實中尋找清潔的替代能源愈加緊急。太陽能作為一種可再生能源，其應用范圍十分廣泛，而且又非常有價值。因此，我們研制出由電力轉(zhuǎn)換電路采樣電路，處理器，PWM控制器和鋰電池袋等零部件構(gòu)成的太陽能快速充電系統(tǒng)。設計目標是通過一塊太陽能模板把光伏發(fā)電系統(tǒng)中的太陽能直接轉(zhuǎn)化成為其他電能，在由DC/DC轉(zhuǎn)換電路處理后對這些光伏動力電池系統(tǒng)進行了充電。

1 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)簡介

在陽光下，太陽能組件通過太陽能組件的串并聯(lián)產(chǎn)生特定的電能，智能控制器可以在緊急情況下直接給移動設備或電池充電，太陽能技術的應用具有軍區(qū)人士的視野，航空航天等高新技術領域，而在西藏等地，輸電比本地輸電困難，隨著太陽能電池生產(chǎn)技術的發(fā)展和太陽能發(fā)電機組性能的不斷提高，長期以來為太陽能的廣泛應用提供了廣闊的市場。占據(jù)著越來越重要的地位。

2 穩(wěn)壓器件的選擇

在線性集成電壓穩(wěn)壓器中，由于3端子電壓穩(wěn)壓器僅具有3個拉出端子，因此外部部件的優(yōu)點少，穩(wěn)定的性能及使用方便性好，被廣泛使用。由于電路設計需要5V的輸出電壓，因此三端電壓穩(wěn)壓器780555.7805的選擇通常是使用3-220電壓穩(wěn)壓器，并且通常可以通過使用TO220包來提供5V的DC輸出電壓和內(nèi)置電力保護電路。SCM電源電路設計基于串聯(lián)電壓調(diào)整電路7805。3端子電壓調(diào)節(jié)器IC7805和7805的引腳和封裝圖具有寬輸入電壓范圍、大操作電流、高輸出精度、穩(wěn)定操作和簡單外圍電路的特性。即使太陽電池電壓發(fā)生很大變化，能夠保證電路整體的正常動作。多功能電壓和電流輸出是通過電壓和電流的A/D獲得的。并且，電路設計具有顯示功能。另一方面，數(shù)據(jù)獲取需要調(diào)整適當?shù)妮敵鲭妷汉碗娏鳎⑶倚枰暾碾妷汉碗娏鬏敵鲲@示器。ADCO809是典型的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器。因為ADCO809沒有proteus模擬模塊，ADCO809不能用于模擬，所以ADCO808在硬件模擬中一般用于A/D轉(zhuǎn)換。因此，在該設計中選擇ADCO808用于模擬。

3 單片機的太陽能充電系統(tǒng)優(yōu)化設計

3.1 系統(tǒng)設計

跟蹤太陽的位置。在太陽能利用率提高政策中，太陽的尾隨無疑是非常好的手段。同時，在這個領域的研究打破了一些技術限制。二軸跟蹤系統(tǒng)是目前最廣泛使用的方法。原則上，程序被廣泛應用于計算太陽的位置，并且兩個發(fā)電機都被控制以驅(qū)動水平和垂直兩個平面內(nèi)的每一個旋轉(zhuǎn)軸以實現(xiàn)預期的最優(yōu)旋轉(zhuǎn)角度。在這一基本原理中，方位軸和俯仰點的距離是垂直于地面，而俯仰點的距離是水平面。因此，實現(xiàn)了追尋太陽的目標。跟蹤和控制系統(tǒng)是太陽光線自動追蹤系統(tǒng)的一個組成部分。追溯系統(tǒng)主要由旋轉(zhuǎn)追溯裝置和追溯傳感器兩部分構(gòu)成。該控制系統(tǒng)包括驅(qū)動電路，嵌入最低系統(tǒng)以及傳感器等接口。第一步進電機安裝在基座上，主軸和其支承的軸承可以固定在基座上，主軸和旋轉(zhuǎn)框架可以相對于基座進行旋轉(zhuǎn)，支承軸和旋轉(zhuǎn)框架可以安裝在基座上，第二步進電機和太陽能板可以固定在支架上。太陽能板相對支架可以進行旋轉(zhuǎn)，輸出軸與太陽能板連接。在光偏差的情況下，控制系統(tǒng)發(fā)送兩個控制信號。控制信號驅(qū)動第一步進電機以驅(qū)動旋轉(zhuǎn)幀和支架和主軸，以確保在太陽光的方向上跟蹤。另外，其他控制信號驅(qū)動第二步進電機以使太陽能電池板相對于支架旋轉(zhuǎn)，以確保太陽光線的高度角度。因此，第一步進電機和第二步進電機可以一起運行，并且太陽光面板可以垂直于太陽光以確保陽光的追蹤。如果將一個能夠?qū)崿F(xiàn)采用恒定電流的充電模式的蓄動機電池供熱的電壓提高為4.2v，則一個系統(tǒng)就能夠以恒定供熱電壓的模式進行充電。鋰聚合物電池或鋰離子電池的充電電壓宜高于4.25v。否則有可能引起充電現(xiàn)象，對蓄積水使用壽命造成不良影響。嚴重情況下，電池將爆炸或廢棄。因此，充電電壓的典型值一般為4.2v，最大誤差必須超過42mv。電壓調(diào)制放大器主要是用來調(diào)制手機的充電電壓，并且可以使用電流調(diào)制放大器來調(diào)制充電電流。

3.2 系統(tǒng)硬件設計主處理模塊

本系統(tǒng)的主要任務是控制數(shù)據(jù)收集過程，分析收集的數(shù)據(jù)并處理輸出開關，通過控制輸出尺寸來生成PWM信號。特定工作過程是通電復位，首先詢問以確定充電器功能，然后繼續(xù)查詢以確定輸出電流，或者為正常電源的一個輸出電壓，然后為了找到相應的例程，繼續(xù)進行分析和計算PWM的占空比。開始時輸出一個電流或一個電壓，向顯示器的電路線上的顯示器發(fā)送信號。在輸入和輸出的過程中，單芯片計時器可以檢測到一個輸出的電流或一個輸入的電壓。在將PWM占空比與設定值進行比較后再進行調(diào)整后，有一個設定為輸出的傾向。在對鋰離子電池進行充電的同時，要通過檢測其電流量來改變其充電量，或者判斷它們是否已經(jīng)停止充電來判斷其充電量。充電過程的自動化和智能管理可以通過單芯片微計算機編程來實現(xiàn)，大幅度地簡化了軟硬件的電路設計。由于采用單芯片微型計算機的可再利用性，在需要更換一個電路動作狀態(tài)和相應的電路參數(shù)時，只需簡單地更換一個程序就可以輕松地實現(xiàn)，電路的高性能化變得容易。這個設計使用AT89C51作為主要的處理芯片。AT89C51是具有4K字節(jié)閃存可編程可擦除的只讀存儲器（FPERom）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器。AT89C2051是具有2K字節(jié)閃存可編程可擦除的只讀存儲器的單芯片微計算機。MCU的可擦除的只讀存儲器可擦除1000次。

3.3 ADCO809與單片機的接口電路

在這個設計中，MCU的PO端口被用來從0809接收交換數(shù)據(jù)。時鐘信號在74HC74觸發(fā)兩分鐘后由MCU的聲援端提供。MCU采用12MHz的水晶振蕩器，結(jié)束后是500kHz。ADC0809的特定工作流程如下：首先，P2.0、P2.1和P2.3輸入3位地址，輸出P2.3，將地址保存在地址鎖存器中。該地址被解碼到比較器的8個模擬輸入的柵極One。開始的上升沿復位逐次近似寄存器。下降邊緣開始A/D轉(zhuǎn)換，OC輸出信號變低，表示轉(zhuǎn)換正在進行中。在A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束之前，OC變?yōu)楦唠娖剑硎続/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)存儲在鎖存器中。該信號可以用作中斷應用，并且可以觸發(fā)MCU來接收數(shù)據(jù)。這是為了將P2.5的輸出設為高電平，打開輸出3狀態(tài)門，將轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)總線。MCU讀取PO端口，進行下一處理。接口電路如圖1所示。

圖1 ADCO809與單片機的接口電路

小結(jié)：太陽能充電系統(tǒng)的設計分為硬件電路設計、軟件設計和程序設計。硬件電路設計是初期的主要工作。設計了周邊電路和控制硬件電路。硬件電路設計主要是確定電路圖和參數(shù)圖。最后，決定使用單芯片微計算機通過編程來實現(xiàn)，大大降低硬件成本。軟件設計分為主程序、鍵獲取模塊、管顯示模塊、AD轉(zhuǎn)換獲取模塊、PWM脈沖寬度信號生成模塊。程序設計不僅參考了一些材料的內(nèi)容，還具有相當大的自我設計。例如，PWM脈沖寬度調(diào)制信號的生成程序是指實現(xiàn)提供的標記比和計時器的方法。但是，主程序中的數(shù)據(jù)處理和運算包含特定的硬件電路，因此是其自身的設計，沒有相關的信息。在數(shù)據(jù)處理中，有單個字節(jié)算法和雙字節(jié)算法。在一些情況下，原始算法有效地避免了編程的雙字節(jié)。