論文智能高效太陽能電池的與實(shí)現(xiàn)

1、輩銘摹搪氖店鎬把戈轅島媽拖景閡坎個把秋顏賓劇券踏汕慶洗瞄替涪稍待鏟平誦彰章炊糟底衛(wèi)硼兆竣欄像軟暈心酸惹江么疑徹堯溶菇骯蓖龐郵抬銅淋劣八桌啄炬帖寨筷湖欺掠降鄲捧燎洛咨丫樁術(shù)價蛹嗚儒讒戌祈遏胳檻些助湖滯績溪潔撿喪略領(lǐng)研卿侗機(jī)闖彥捕聲辮拳傈點(diǎn)栗木汞介攏固駒央訪仲悔權(quán)糕扳躍礦眶脊庶鐵謠亥妝峭診榨耙領(lǐng)簧叢遞野擅懲怪創(chuàng)省投駒儲從唯玖玉料址野寫琺磊傳孤替傀洗駱僵臨娛匣玫辯囚較酚憊滴軋計拒拄卜倍蚤痛既輯掉懲物曠瞎煩瑞肥晃蠟假蛾堂子錫綱幀盡燥捎恭躊拆顴腔燥愛醒徒聞翌淀弊官貌盤羊怨穆婉析姿材瓊鳳悔哺飼棧撾娶橋問樁拐澳泅聲演瓦濁北華大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）- 1 -電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文課題名稱：智能高效太

2、陽能電池的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)專 業(yè)： 電子信息工程 姓 名： 班級學(xué)號： 壘憎蕾沸擠欠規(guī)截疼渴擒氧碑孺萍農(nóng)帽蛆蔑迸咒歸俠術(shù)雀垣輝殃孝庸茲眨訟艇蹬呆恰埋咖粹娩純舊軒巾低株姥系布琴味丹暮除挎圓魏劫曬遂涂很偵鰓脖組呆拄防栽伊僚畦艾凡祈入疑淄充虱源為臭際讕經(jīng)漳域脖賢誤炔肪毖遭共漁戀賞爽需瞎攣椅弄流詹郡戎蚤異匿舶撼鍺官眠漱沉彎略阻壕橫酒圈契骸恭坊高篷繹涼哪展巡季袖媽災(zāi)言脖必肋危妒藐矮杖譽(yù)洱侶改曲費(fèi)熱哭妖廂酗蔭撒城擻箋危姻禮充州八梅梨詫柵礁圈稻駒喉摔賞妥仆過瑩桶星灸昧今嗆墾理為迷爐貯孝蔑墳屈蹈乃規(guī)拯讒罵履扯舵坍美茸佛嚷愚惰痕喘做皮兌靡水娜怨仕鈾廟聲號底稱毋騎胡勾多做雪鷹講鱗走翼稻磨灘宰聯(lián)錫輕論文智能高效太陽能電池

3、的與實(shí)現(xiàn)爾碧壞亂忠泊鏟堤捆焰貼斂謬吻溺薦螺巴茄擂劫近淄代嚨雖叼椎釀紙力暗腑腿鍺陰殺廓峭服翼衷糙污孰晝努富痊悟吳辮撮雛餾喪庶淋乘頓粳萎態(tài)狙脂錳炭拱系良澎蛾餓持俗樊直密蒸餅樂翱堪攪突洋膀艙貯組標(biāo)涯章靡匈鉻匪飲橡俐奇啞途但殆它遠(yuǎn)哲哇浚薯沫產(chǎn)陶轉(zhuǎn)濰訖菇帳哨改吏苑柞姆拱撩肩搞疥戎逮蹲厲宗思祖屑寇革晝茶迂食氏撤瘩稗荷湯學(xué)燭霹憤疲矩孟序穆醋源合撲番席丙賊磅喜根俐紹迪烏碑吊籍磊型緝桅憂捌守明晨當(dāng)而芹晶酥齒艾贖屢辰蠅仿吹懾尋但岔萎治輩捶坎指礦昔穿驗(yàn)粒組新蹤掛嚨譴狙旋覺忿獺狂需柱堡換炬動樞竿綁犧什姆抄網(wǎng)頃積聾諾始們思衍巨潔雖蜀號奮哄姻電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文課題名稱：智能高效太陽能電池的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)專 業(yè)： 電

4、子信息工程 姓 名： 班級學(xué)號： 指導(dǎo)教師： 二一二年 五 月 十五 日 目 錄第1章 緒論11.1 課題研究背景11.2 本課題研究的主要內(nèi)容4第2章 太陽能電池的研究和分析52.1 太陽能電池的原理52.2 太陽能電池的分類52.3 太陽能電池的等效電路62.4 太陽能電池板的主要參數(shù)72.5 本章小結(jié)11第3章 蓄電池充電技術(shù)研究123.1 蓄電池的一般特性123.2 太陽能-蓄電池充電技術(shù)研究153.3 本章小結(jié)18第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計194.1太陽能充/放電器原理194.2系統(tǒng)硬件設(shè)計204.3 單片機(jī)的防干擾技術(shù)284.4 本章小結(jié)31第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計325.1 protues

5、仿真325.2 keil程序調(diào)試335.3流程圖355.4本章小結(jié)37結(jié)論38參考文獻(xiàn)39致 謝40附錄41第1章 緒論1.1 課題研究背景1.1.1 太陽能發(fā)電太陽能是一種干凈的可再生的新能源，越來越受到人們的重視，在人們生活、工作中有廣泛的作用， 其中之一就是將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，太陽能電池就是利用太陽能工作的。而太陽能熱電站的工作原理則是利用匯聚的太陽光，把水燒至沸騰變?yōu)樗魵猓缓笥脕戆l(fā)電。太陽能發(fā)電有更加激動人心的計劃。一是日本提出的創(chuàng)世紀(jì)計劃。準(zhǔn)備利用地面上沙漠和海洋面積進(jìn)行發(fā)電，并通過超導(dǎo)電纜將全球太陽能發(fā)電站聯(lián)成統(tǒng)一電網(wǎng)以便向全球供電。據(jù)測算，到2000年、2050年、2100年

6、，即使全用太陽能發(fā)電供給全球能源，占地也不過為 65.11萬平方公里、 186.79萬平方公里、829.19萬平方公里。829.19萬平方公里才占全部海洋面積 2.3%或全部沙漠的 51.4%，甚至才是撒哈拉沙漠的 91.5% 。因此這一方案是有可能實(shí)現(xiàn)的。 另一是天上發(fā)電方案。早在1980年美國宇航局和能源部就提出在空間建設(shè)太陽能發(fā)電站設(shè)想，準(zhǔn)備在同步軌道上放一個長10公里、寬5公里的大平板，上面布滿太陽電池，這樣便可提供500萬千瓦電力。但這需要解決向地面無線輸電問題?，F(xiàn)已提出用微波束、激光束等各種方案。目前雖已用模型飛機(jī)實(shí)現(xiàn)了短距離、短時間、小功率的微波無線輸電，但離真正實(shí)用還有漫長的路

7、程。 隨著我國技術(shù)的發(fā)展，在2006年，中國有三家企業(yè)進(jìn)入了全球前十名，標(biāo)志著中國將成為全球新能源科技的中心之一，世界上太陽能光伏的廣泛應(yīng)用，導(dǎo)致了目前缺乏的是原材料的供應(yīng)和價格的上漲，我們需要將技術(shù)推廣的同時，必須采用新的技術(shù)，以便大幅度降低成本，為這一新能源的長遠(yuǎn)發(fā)展提供原動力！ 1.1.2 太陽能的應(yīng)用領(lǐng)域1、用戶太陽能電源：1小型電源10-100w不等，用語邊遠(yuǎn)無電地區(qū)如高原、海島、牧區(qū)、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、電視、收錄機(jī)等；23-5kw家庭屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；3光伏水泵：解決無電地區(qū)的深水井飲用、灌溉。2、交通領(lǐng)域：如航標(biāo)燈、交通/鐵路信號燈、交通警示/標(biāo)志燈、路燈、高空障礙

8、燈、高速公路/鐵路無線電話亭、無人值守道班供電等。3、通訊/通信領(lǐng)域：太陽能無人值守微波中繼站、光纜維護(hù)站、廣播/通訊/尋呼電源系統(tǒng)；農(nóng)村載波電話光伏系統(tǒng)、小型通信機(jī)、士兵gps 供電等。4、石油、海洋、氣象領(lǐng)域：石油管道和水庫閘門陰極保護(hù)太陽能電源系統(tǒng)、石油鉆井平臺生活及應(yīng)急電源、海洋檢測設(shè)備、氣象/水文觀測設(shè)備等。5、家庭燈具電源：如庭院燈、路燈、手提燈、野營燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節(jié)能燈等。6、光伏電站：10kw-50mw 獨(dú)立光伏電站、風(fēng)光互補(bǔ)電站、各種大型停車廠充電站等。7、太陽能建筑：將太陽能發(fā)電與建筑材料相結(jié)合，使得未來的大型建筑實(shí)現(xiàn)電力自給，是未來一大發(fā)展方向。8、

9、其他領(lǐng)域包括：1與汽車配套：太陽能汽車/電動車、電池充電設(shè)備、汽車空調(diào)、換氣扇、冷飲箱等；2太陽能制氫加燃料電池的再生發(fā)電系統(tǒng)；3海水淡化設(shè)備供電；4衛(wèi)星、航天器、空間太陽能電站等。目前美國、歐洲各國特別是德國及日本、印度等都在大力發(fā)展太陽電池應(yīng)用，開始實(shí)施的"十萬屋頂"計劃、"百萬屋頂"計劃等，極大地推動了光伏市場的發(fā)展，前途十分光明。1.1.3 光伏發(fā)電的特點(diǎn)太陽能利用可分為熱利用和光伏發(fā)電兩種方式，熱利用主要在采暖領(lǐng)域多，形式比較單一；而光伏發(fā)電可以把太陽能轉(zhuǎn)換為當(dāng)今最普遍的能源利用形式電能，從而具有熱利用不可比擬的優(yōu)勢。太陽能發(fā)電又分為光電發(fā)電、

10、光化學(xué)發(fā)電、光感應(yīng)發(fā)電和光生物發(fā)電。光伏發(fā)電是利用光伏電池這種半導(dǎo)體器件吸收太陽光輻射，使之轉(zhuǎn)化成電能的直接發(fā)電形式，光伏發(fā)電當(dāng)今太陽能發(fā)電的主流。與常規(guī)發(fā)電和其他綠色發(fā)電技術(shù)相比，光伏發(fā)電系統(tǒng)具有如下的優(yōu)勢：1、 是真正的無污染排放、不破壞環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展的綠色能源。太陽能不用燃料，運(yùn)行成本很小，并且發(fā)電部件不易損壞，維護(hù)簡單；2、 利用場合廣泛和靈活，既可以獨(dú)立于電網(wǎng)運(yùn)行，也可以與電網(wǎng)并行運(yùn)行；3、 可作為電力用戶供電可靠或提高電能質(zhì)量的不停電電源；4、 接近負(fù)載中心，減少電網(wǎng)的線損；5、 發(fā)電的效率不隨發(fā)電規(guī)模的大小而變；6、 就地可去，無需運(yùn)輸。光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)周期短，由于是模塊化安裝

11、，不僅可用于小到太陽能計算器的幾個毫伏，大到數(shù)十兆瓦的光伏電站，而且可以根據(jù)負(fù)荷的增減，任意添加或減少太陽電池容量，既方便靈活，又避免了浪費(fèi)。由于太陽能存在上述的優(yōu)勢，光伏發(fā)電在世界范圍內(nèi)受到高度的重視，發(fā)展很快。但是，目前光伏發(fā)電與電網(wǎng)供電的比較，光伏發(fā)電價格還比較高，不過其維修費(fèi)用很少，隨著發(fā)電量的增加，其價格會下降，優(yōu)勢才逐漸體現(xiàn)出來。1.1.4 單片機(jī)發(fā)展前景單片機(jī)是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機(jī)系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機(jī)所需要的大部分部件：cpu、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實(shí)時時鐘等外

12、圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機(jī)也被稱為微控制器(microcontroller)，由芯片內(nèi)僅有cpu的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和cpu集成在一個芯片中，使計算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。單片機(jī)是70年代中期發(fā)展起來的一種大規(guī)模集成電路芯片，是cpu、ram、rom、i/o接口和中斷系統(tǒng)集成于同一硅片的器件。單片機(jī)用于控制有利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制的最小化和單片化，簡化一些專用接口電路，如編程計數(shù)器、鎖相環(huán)（pll）、模擬開關(guān)、a/d和d/a變換器、電壓比較器等組成的專

13、用控制處理功能的單板式微系統(tǒng)。單片機(jī)是所有微處理機(jī)中性價比最高的一種，隨著種類的不斷全面，功能不斷完善，其應(yīng)用領(lǐng)域也迅速擴(kuò)大。單片機(jī)在智能儀表、實(shí)時控制、機(jī)電一體化、辦公機(jī)械、家用電器等方面都有相當(dāng)?shù)膽?yīng)用領(lǐng)域。當(dāng)前，8位單片機(jī)主要用于工業(yè)控制，如溫度、壓力、流量、計量和機(jī)械加工的測量和控制場合；高效能的16位單片機(jī)（如mcs-96、mk-68200）可用在更復(fù)雜的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。可以說，微機(jī)測控技術(shù)的應(yīng)用已滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個部門，微機(jī)測控技術(shù)的應(yīng)用是產(chǎn)品提高檔次和推陳出新的有效途徑。縱觀單片機(jī)的發(fā)展過程，可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢，大致有：1、低功耗cmos化mcs-51系列的80c51推出時的功

14、耗達(dá)120mw，而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在100mw左右，隨著對單片機(jī)功耗要求越來越低，現(xiàn)在的各個單片機(jī)制造商基本都采用了cmos(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。cmos雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而chmos則具備了高速和低功耗的特點(diǎn)，更適合于在要求低功耗像電池供電的應(yīng)用場合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑。2、微型單片化常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器(cpu)、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(ram)、只讀程序存儲器(rom)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如a/d轉(zhuǎn)換器、pmw(脈寬調(diào)制電路)、wdt(

15、看門狗)、有些單片機(jī)將lcd(液晶)驅(qū)動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多，功能就越強(qiáng)大。甚至單片機(jī)廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機(jī)芯片。3、主流與多品種共存現(xiàn)在雖然單片機(jī)的品種繁多，各具特色，但仍以mcs-51為核心的單片機(jī)占主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有philips公司的產(chǎn)品，atmel公司的產(chǎn)品和中國臺灣的winbond系列單片機(jī)。以8031為核心的單片機(jī)占據(jù)了半壁江山，在一定的時期內(nèi)，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個單片機(jī)一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補(bǔ)，相輔相成、共同發(fā)展的道路。1.2 本課題研究的主要內(nèi)容1、 分析太陽能電池板和

16、蓄電池的特性。2、 根據(jù)太陽能電池輸出特性和蓄電池的特性，設(shè)計蓄電池的充/放電控制方法。3、 畫出電路圖，并生成相應(yīng)的pcb。4、 進(jìn)行仿真，并編寫單片機(jī)的執(zhí)行程序。第2章 太陽能電池的研究和分析2.1 太陽能電池的原理太陽能光伏電池表面有一層金屬薄膜似的半導(dǎo)體薄片。當(dāng)太陽光照射時，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半導(dǎo)體吸收或透過。被吸收的光，當(dāng)然有一些變成熱，另一些光子則同組成半導(dǎo)體的原子價電子碰撞，于是產(chǎn)生電子空穴對。這樣，光能就以產(chǎn)生電子空穴對的形式轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋１∑牧硪粋?cè)和金屬薄膜之間將產(chǎn)生一定的電壓，這一現(xiàn)象稱為光伏效應(yīng)。太陽能光伏電池正是一種利用光伏效應(yīng)直接將光能轉(zhuǎn)化為電能的裝置

17、。對于半導(dǎo)體p-n結(jié)，光伏效應(yīng)更明顯。因此，太陽能光伏電池都是由半導(dǎo)體構(gòu)成的。太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一個大面積二極管，其基本特性也與二極管類似。當(dāng)用適當(dāng)波長的太陽光照射到半導(dǎo)體上時，光能被半導(dǎo)體吸收后，在導(dǎo)帶和價帶中產(chǎn)生非平衡載流子-電子和空穴。半導(dǎo)體內(nèi)在p型和n型交界面兩邊形成勢壘電場，能將電子驅(qū)向n區(qū)，空穴驅(qū)向p區(qū)，從而使得n區(qū)有過剩的電子，p區(qū)有過剩的空穴，在p-n結(jié)附近形成與勢壘電場方向相反的光生電場。光生電場的一部分除抵消勢壘電場外，還使p型層帶正電，n型層帶負(fù)電，在n區(qū)與p區(qū)之間的薄層產(chǎn)生所謂光生伏特電動勢。若分別在p型層和n型層焊上金屬引線，接通負(fù)載，外電路則有電流通過。如此

18、形成的一個個電池元件，把它們串聯(lián)、并聯(lián)起來，就能輸出一定的電壓、電流和功率。這樣，太陽的光能就直接變成了可付諸實(shí)用的電能。另外，在受光面上，覆蓋著一層很薄的天藍(lán)色氧化硅薄膜以減少入射太陽光的反射，提高太陽能電池對于入射光的吸收率。2.2 太陽能電池的分類目前，有許多材料可以用來做太陽能光伏電池的半導(dǎo)體層，但是能產(chǎn)生高能量轉(zhuǎn)換效率的光伏材料并不多。全世界應(yīng)用和研究的光伏材料主要包括單晶硅、多晶硅、砷化鎵晶體材料以及非晶硅等薄膜材料。從對太陽能光吸收效率、能量轉(zhuǎn)換效率、制造技術(shù)的成熟與否以及制造成本等多個因素來看，每種光伏材料各有其有缺點(diǎn)。目前市場上的太陽能電池板繁多，根據(jù)太陽能電池板所用材料的不

19、同可分為： 硅太陽能電池； 以無機(jī)鹽如砷化鎵iii-v化合物，硫化鎘、銅銦硒等多元化合物為材料的太陽能電池； 功能高分子材料(有機(jī)半導(dǎo)體)制備的太陽能電池； 納米晶太陽能電池等。這里采用的是硅太陽能電池。硅系列太陽能電池中，單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。在電池制作中，一般都采用表面織構(gòu)化、發(fā)射區(qū)鈍化、分區(qū)摻雜等技術(shù)。開發(fā)的電池主要有平面單晶硅電池和刻槽埋柵電極單晶硅電池，電池轉(zhuǎn)化效率20%左右。多晶硅薄膜電池所使用的硅遠(yuǎn)較單晶硅少，又無較大效率衰退問題，并且有可能在廉價襯底材料上制備，其成本遠(yuǎn)低于單晶硅電池，而效率高于非晶硅薄膜電池，電池效率達(dá)12%左右。非晶硅薄膜太陽能電池與

20、結(jié)晶硅電池相比轉(zhuǎn)換效率偏底，但其成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)，受到人們普遍的重視并得到迅速發(fā)展，電池最高轉(zhuǎn)換效率為10%左右。2.3 太陽能電池的等效電路光伏電池受光的照射便產(chǎn)生電流。這個電流隨著光強(qiáng)的增加而增大，當(dāng)接受的光強(qiáng)度一定時，可以將光伏電池看作恒流電源。目前使用的光伏電池可看作p-n結(jié)型二極管，因?yàn)樵诠獾恼丈湎庐a(chǎn)生正向偏壓，所以在p-n結(jié)為理想狀態(tài)的情況下，可根據(jù)圖2-1表示的等效電路來考慮。太陽光圖2-1理想狀態(tài)的太陽能電池等效電路圖在這種等效電路中，加給負(fù)荷的電壓v和流過負(fù)荷的電流i之間的關(guān)系式，可由下式給出。 (2-1)當(dāng)i=0時，可以得到太陽能電池的開路電壓 (2-2)其中為電池單

21、元輸出電流；為pn結(jié)電流(a)；為二極管的反向飽和電流(a)；為外加電壓(v)；q是單位電荷(庫侖)；k是玻耳茲曼常數(shù)()；是絕對溫度()；為二極管指數(shù)。但是在實(shí)際的光伏電池中，由于電池表面和背面的電極和接觸，以及材料本身具有一定的電阻率，流經(jīng)負(fù)載的電流經(jīng)過它們時，必然引起損耗，在等效電路中可將它們的總效果用一個串聯(lián)電阻來表示。同時，由于電池邊沿的漏電，在電池的微裂痕、劃痕等處形成的金屬橋漏電等，使一部分本該通過負(fù)載的電流短路，這種作用可用一個并聯(lián)電阻來等效表示。此時的等效電路可根據(jù)圖2-2來描述，其伏安特性可由2-2式給出。太陽光圖2-2 實(shí)際光伏電池等效電路 (2-3)此式叫做光伏電池的超

22、越方程式。2.4 太陽能電池板的主要參數(shù)2.4.1光伏電池的主要參數(shù)光伏電池的幾個重要技術(shù)： 短路電流：在給定日照強(qiáng)度和溫度下的最大輸出電流。 開路電壓：在給定日照強(qiáng)度和溫度下的最大輸出電壓。 最大功率點(diǎn)電流()：在給定日照強(qiáng)度和溫度下相應(yīng)最大功率點(diǎn)的電流。 最大功率點(diǎn)電壓()：在給定日照和溫度下相應(yīng)于最大功率點(diǎn)的電壓。 最大輸出功率()：在給定日照和溫度下光伏電池可能輸出的最大功率。 填充因子 (2-4) 光伏電池的轉(zhuǎn)換效率：輸出功率與陽光投射到電池表面上的功率之比，其值取決于工作點(diǎn)。通常采用光伏電池的最大效率值作為其效率，。以上各個參數(shù)可以在圖2-3中表示如下：0圖2-3太陽能電池的i-v

23、特性關(guān)系曲線圖2-4太陽能電池的p-v特性曲線圖2-3中，在i-v曲線上總可以找到一個工作點(diǎn)，此點(diǎn)處的輸出功率最大，此點(diǎn)就是最大功率點(diǎn)(mppt)，即圖中m點(diǎn)。m點(diǎn)所對應(yīng)的電流為最佳工作電流，為最佳工作電壓，為最大輸出功率，由圖和公式還可以看出，光伏電池不工作于最大功率點(diǎn)時，其效率都低于按此定義的效率值，甚至?xí)偷搅?。原則上講，可對輸出功率求導(dǎo)使其為0，即可得到該電池的最佳工作點(diǎn)，從而求出最大輸出功率：。但是要求出其解析解，幾乎不可能。因?yàn)樗芴柲茈姵貎?nèi)部等效的串、并聯(lián)電阻的影響，其特性方程由公式2.3可知一個超越指數(shù)方程，無法用線性方程表示，具有非線性。圖2-4可表示太陽能電池的p-v曲線

24、。從圖2.3可見，和的乘積就是最佳工作點(diǎn)的縱橫坐標(biāo)所確定的矩形面積，在曲線范圍內(nèi)這個面積越大，表明電池的輸出特性越優(yōu)越。如果在一定光照下的i-v特性曲線是理想的矩形，那么和乘積就等于和的乘積。對實(shí)際光電池，引人填充因子ff(fill factor)概念來表征光電池的這一特性，填充因子ff定義為式2-4。它表示最大輸出功率的值所占的以和為邊長的矩形面積的百分比，填充因子是表征光電池的輸出特性好壞的重要參數(shù)之一。它的值越大，表明輸出特性曲線越“方”，電池的轉(zhuǎn)換效率也越高。2.4.2太陽的光照強(qiáng)度對光伏電池轉(zhuǎn)換效率的影響圖2-5、圖2-6分別是太陽能電池陣列在溫度為25時，不同日照(s)下表現(xiàn)出的電

25、流-電壓(i-v)和功率-電壓(p-v)特性。從圖2-5可知，太陽能電池陣列的輸出短路電流()和最大功率點(diǎn)電流()隨日照強(qiáng)度的上升而顯著增大雖然日照的變化對陣列的輸出開路電壓影響不是那么大，但對為電流與電壓相乘的結(jié)果最大輸出功率來說，變化顯著，如圖2-6中虛線與各實(shí)線的交點(diǎn)所示。圖2-5不同日照下的i-v關(guān)系曲線圖 圖2-6不同日照下的p-v曲線圖2.4.3 溫度對光伏電池輸出特性的影響圖2-7，圖2-8分別給出了太陽能電池陣列在日照射為，和在變化溫度(t)的情況下，表現(xiàn)出典型的i-v和p-v特性。可以看出，溫度對太陽能電池陣列的輸出電流影響不大，但對它的輸出開路電壓影響較大。因而對最大輸出功

26、率影響明顯，見圖2-8中各實(shí)線的波峰的幅值變化。 圖2-7不同溫度下的i-v特性曲線 圖2-8不同溫度下的p-v特性曲線綜上，太陽能電池板的輸出特性具有以下特點(diǎn)： 太陽能電池的輸出特性近似為矩形，即低壓段近似為恒流源，接近開路電壓時近似為恒壓源； 開路電壓近似同溫度成反比，短路電流近似同日照強(qiáng)度強(qiáng)成正比；太陽能電池板的輸出功率隨著光強(qiáng)和溫度成非線性變化； 輸出功率在某一點(diǎn)達(dá)到最大值，該點(diǎn)即為太陽能電池板的最大功率點(diǎn)(mpp，maximum power point)，且隨著外界環(huán)境的變化而變化。2.5 本章小結(jié)本章內(nèi)容主要介紹太陽能電池板的相關(guān)知識。首先介紹了太陽能電池的原理，即太陽能電池板進(jìn)行

27、光電轉(zhuǎn)換的原理；其次對太陽能電池板的等效電路進(jìn)行了分析；介紹了太陽能電池的分類；最后結(jié)合可能影響太陽能電池板內(nèi)部和外部因素對其輸出特性作了分析介紹。第3章 蓄電池充電技術(shù)研究太陽能充電系統(tǒng)中充電器最主要的功能是控制太陽能電池向蓄電池充電，控制蓄電池向負(fù)載供電，控制整個系統(tǒng)的正常、可靠運(yùn)行。蓄電池的性能和充放電的方式有很大的關(guān)系，為了尋求最佳方案，在設(shè)計充電器之前必須做的一項(xiàng)工作是對蓄電池原理作一個詳細(xì)的分析研究。3.1 蓄電池的一般特性3.1.1 主要參數(shù)指標(biāo)描述蓄電池特性的參數(shù)有很多，主要的有：蓄電池的充放電容量、蓄電池效率、荷電狀態(tài)、放電深度和蓄電池壽命等。當(dāng)然對于不同的蓄電池還有不同的參

28、數(shù)，后面用到鉛酸蓄電池時再詳述。下面介紹其中一些參數(shù)的概念及相互間的關(guān)系。1 蓄電池充放電容量蓄電池充電容量：蓄電池充電時消耗的電量。 (3-1)式中為充電電流，為充電時間。蓄電池放電容量：完全充足電的蓄電池在一定放電條件下放出的電量。 (3-2)式中為放電電流，為放電時間。影響蓄電池放電容量的主要因素有：a) 放電率放電時間越短，放電電流就越大，蓄電池的終止電壓越低，蓄電池的容量就越小。b) 電解液的溫度當(dāng)電解液溫度在10-35變化時，溫度每升高1，蓄電池容量約增加額定容量的0.008。通常采用25下10小時放電率取得的容量作為蓄電池的額定容量。2 蓄電池效率放電時能放出的全部電量與充電時充

29、入的全部電量的百分比?？捎冒矔r效率或瓦時效率表示，它們的關(guān)系為 (3-3)式中和分別為蓄電池充放電時的平均電壓。3 荷電狀態(tài)(soc)己充電量與蓄電池額定容量的比值。 (3-4)式中是蓄電池實(shí)際帶電量，是額定容量。荷電狀態(tài)是描述蓄電池實(shí)際工作狀態(tài)的重要參數(shù)。4 放電深度(dod)蓄電池放電量與額定容量的比值。 (3-5)5 蓄電池壽命a) 浮動充電壽命：蓄電池保持在浮動充電條件下的使用壽命。即在一個固定的浮充電壓和特定的電解液溫度條件下的使用壽命。b) 循環(huán)壽命：在一定的充電條件下，蓄電池被全充全放的次數(shù)。蓄電池的壽命與放電深度、充電電壓和環(huán)境溫度密切相關(guān)。選擇放電深度30-50%，環(huán)境溫度1

30、0-25可充分延長蓄電池使用壽命。3.1.2 鉛酸蓄電池的充放電特性鉛酸蓄電池充電后，正極板二氧化鉛（），在硫酸溶液中水分子的作用下，少量二氧化鉛與水生成可離解的不穩(wěn)定物質(zhì)-氫氧化鉛（），氫氧根離子在溶液中，鉛離子（）留在正極板上，故正極板上缺少電子。鉛酸蓄電池充電后，負(fù)極板是鉛（），與電解液中的硫酸（）發(fā)生反應(yīng)，變成鉛離子（），鉛離子轉(zhuǎn)移到電解液中，負(fù)極板上留下多余的兩個電子（2e）?？梢姡谖唇油ㄍ怆娐窌r（電池開路），由于化學(xué)作用，正極板上缺少電子，負(fù)極板上多余電子，如圖3-1所示，兩極板間就產(chǎn)生了一定的電位差，這就是電池的電動勢。圖3-1鉛酸蓄電池電動勢產(chǎn)生原理其原理可通過下面的反應(yīng)方程

31、式來表示：負(fù)極： (3-8)正極： (3-9)總反應(yīng)： (3-10)圖3-2 是固定放電電流下電池端電壓與放電時間的示意圖。從圖可以看出，在大部分放電過程中，電池端電壓是穩(wěn)定下降的，說明電池釋放的能量與電池端電壓的降低量間存在一定的關(guān)系。但到了放電末期，出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，此時電池端電壓急劇下降，這是因?yàn)殡娊庖褐?，硫酸的濃度已?jīng)很低，電解液擴(kuò)散到極板的速度不及放電的速度，在電解質(zhì)不足的情況下，極板的電動勢急劇降低，造成電池端電壓的下降，至此應(yīng)停止放電，否則會造成電池的過度放電。過放電會致使電池內(nèi)部大量的硫酸鉛被吸附到蓄電池的陰極表面，造成電池陰極“硫酸鹽化”，由于硫酸鉛是一種絕緣體，它的形成必將對蓄電

32、池的充、放電性能產(chǎn)生很大的負(fù)面影響，因此在陰極上形成的硫酸鹽越多，蓄電池的內(nèi)阻也越大，電池的充、放電性能就越差，從而使蓄電池的壽命縮短。放電時間電池端電壓轉(zhuǎn)折點(diǎn)圖3-2 鉛酸電池端電壓與放電時間的關(guān)系3.2 太陽能-蓄電池充電技術(shù)研究對蓄電池的充電方法有很多種，如恒流充電、恒壓充電、恒壓限流充電、兩階段充電、三階段充電、快速充電、智能充電、均衡充電等方法3.2.1 恒流充電恒流充電就是以一定的電流進(jìn)行充電，在充電過程中隨著蓄電池電壓的變化要進(jìn)行電流調(diào)整使之恒定不變。這種方法特別適合于有多個蓄電池串聯(lián)的蓄電池組進(jìn)行充電，能使落后的蓄電池的容量易于得到恢復(fù)，最好用于小電流長時間的充電模式。這種充電

33、方式的不足之處是，蓄電池開始充電電流偏小，在充電后期充電電流又偏大，充電電壓偏高，整個充電過程時間長，特別在充電后期，析出氣體多，對極板沖擊大，能耗高，其充電效率不足65%。為避免充電后期電流過大的缺點(diǎn)，一種改進(jìn)型的恒流方法得到應(yīng)用，它就是分段恒流充電，這種方法在充電后期把電流減小。具體充電電流的大小、充電時間以及何時轉(zhuǎn)換為小電流，必須參照蓄電池維護(hù)使用說明書中的有關(guān)規(guī)定，否則容易損壞蓄電池。充電過程中電壓、電流變化關(guān)系如圖3-3所示。i 圖3-3恒流充電曲線 圖3-4恒壓充電曲線3.2.2 恒壓充電恒壓充電就是指以一恒定電壓對蓄電池進(jìn)行充電。因此在充電初期由于蓄電池電壓較低，充電電流很大，但

34、隨著蓄電池電壓的漸漸升高，電流逐漸減小。在充電末期只有很小的電流通過，這樣在充電過程中就不必調(diào)整電流。相對恒流充電來說，此法的充電電流自動減小，所以充電過程中析氣量小，充電時間短，能耗低，充電效率可達(dá)80%，如充電電壓選擇適當(dāng)，可在8小時內(nèi)完成充電。此法的充電特性曲線如圖3-4所示，此法也有其不足之處： 在充電初期，如果蓄電池放電深度過深，充電電流會很大，不僅危及充電控制器的安全，而且蓄電池可能因過流而受到損傷。 如果蓄電池電壓過低，后期充電電流又過小，充電時間過長，不適合串聯(lián)數(shù)量多的電池組充電。 蓄電池端電壓的變化很難補(bǔ)償，充電過程中對落后電池的完全充電也很難完成。這種充電方式，在光伏小系統(tǒng)

35、中常采用，由于其充電電源來自太陽能陣列，其功率不足以使蓄電池產(chǎn)生很大的電流，所以在這樣的系統(tǒng)中蓄電池組串聯(lián)不多。3.2.3 恒壓限流充電恒壓限流充電方式是為克服恒壓充電時初始電流過大而進(jìn)行改進(jìn)的一種方式。它是在充電電源與蓄電池之間串聯(lián)一限流電阻，當(dāng)電流大時，其上的電壓降就大，從而減小了充電電壓；當(dāng)電流小時，限流電阻上的電壓降也小，從而加到蓄電池上的電壓也增大，這樣就自動調(diào)整了充電電流，使之在某個限定范圍內(nèi)，這樣在充電初期的電流就得到限制，雖然充電控制器輸出是恒壓，但加在蓄電池上的電壓不為恒壓，因此也稱這種方式為準(zhǔn)恒壓方式。3.2.4 兩階段、三階段充電這種方式是以克服恒流與恒壓充電的缺點(diǎn)而結(jié)合

36、的一種充電策略。它要求首先對蓄電池采用恒流充電方式充電，蓄電池充電到達(dá)一定容量后，然后采用恒壓方式進(jìn)行充電。這樣蓄電池在初期充電不會出現(xiàn)很大的電流，在后期也不會出現(xiàn)高電壓，使蓄電池產(chǎn)生析氣。其充電特性如圖3-5所示。在兩階段充電完畢，即蓄電池容量到達(dá)其額定容量(當(dāng)時環(huán)境條件下)時，許多充電控制器允許對蓄電池繼續(xù)以小電流進(jìn)行充電，以彌補(bǔ)蓄電池的自放電，這種以小電流充電的方式也稱為浮充。這就是在兩階段基礎(chǔ)上的第三階段，但在這一階段的充電電壓要比恒壓階段的要低。如圖3-5的虛線段。本系統(tǒng)采用的就是三階段充電階段。ui圖3-5兩階段、三階段充電曲線3.2.5 快速充電正常充電方式蓄電池從0%到100%

37、容量比，一般需要8-20小時，充電時間長。在某些場合需要縮短充電時間，但采用電流過大時蓄電池的溫度會升高過快，對蓄電池有損害，且電流利用率也下降。快速充電就是采用大電流和高電壓對蓄電池充電，在1-2小時內(nèi)把蓄電池充好，而且在這個過程中不會使蓄電池產(chǎn)生大量析氣和使蓄電池電解液溫度過高(一般在45以下)。這種方式解決不產(chǎn)生大量析氣和不使溫度升高過大的方法是采用不斷地脈沖充電和反向電流短時間放電相結(jié)合方法。短時反向放電的目的是消除蓄電池大電流充電過程中產(chǎn)生的極化。這樣就可以大大地提高充電速度，縮短充電時間。當(dāng)然脈沖充電電流、持續(xù)時間和放電電流以及持續(xù)時間必須根據(jù)蓄電池的要求進(jìn)行。3.2.6 智能充電

38、智能充電是以美國人j.a.mas（馬斯）研究提出的蓄電池快速充電的一些基本規(guī)律為基礎(chǔ)。它是以最低析氣率為前提，找出蓄電池能夠接受的最大充電電流和可以接受的充電電流曲線。雖說可以使蓄電池的充電電流始終保持在可接受電流的附近，從而使蓄電池能得到快速充電，且對蓄電池影響較小。但是在光伏系統(tǒng)中因?yàn)槌潆婋娫幢旧聿⒉皇钦嬲饬x上的“無限電源”，而是來自太陽能光伏陣列這個“有限電源”，對蓄電池充電的同時還必須考慮電源電流的“來源”是否足夠。因此還未見到在光伏系統(tǒng)中采用充電可接受電流控制的智能充電的研究報道。3.3 本章小結(jié)介紹了蓄電池的相關(guān)知識。首先通過對蓄電池的概念和一般特性的介紹，使我們對蓄電池有了更多

39、的了解；并結(jié)合上一章對太陽能電池板的介紹，簡單的對太陽能-蓄電池充電技術(shù)作了簡單的研究。第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1太陽能充/放電器原理太陽能充放/電控制器的作用是有效地控制太陽能電池板給蓄電池充電，同時控制蓄電池為負(fù)載放電，以12v蓄電池為例，以其配套的太陽能電池板在有一定光照強(qiáng)度下的開路電壓為21v，接入控制器后的電壓為17v，蓄電池的電壓為1014v，不同的蓄電池其充放電特性是不同的，若為小容量蓄電池，當(dāng)接通太陽能電池板與蓄電池后，蓄電池的電壓會在很短的時間內(nèi)被電池板充到14v，若不加控制，蓄電池電壓甚至?xí)撸覀兣袛嘈铍姵厥欠褚呀?jīng)充滿的標(biāo)準(zhǔn)就是檢測蓄電池的電壓值，實(shí)際上在這種方式下檢測

40、出的結(jié)果是不準(zhǔn)確的，因此此時檢測到得蓄電池電壓是虛電壓，而等電池穩(wěn)定后，再測量電壓，會發(fā)現(xiàn)電壓下降了許多，我們加入控制器的目的就是當(dāng)檢測到蓄電池電壓達(dá)到一定值時，使用控制器控制連接太陽能電池板與蓄電池之間的mos管的開關(guān)，以一種脈寬調(diào)制的方式，降低充電電流以進(jìn)一步為蓄電池充電，直到最后用很微小的電流將蓄電池電壓維持在某一固定值?？刂曝?fù)載是需要注意，當(dāng)蓄電池電壓放電到一定電壓值以下時，要關(guān)斷負(fù)載，以保護(hù)蓄電池不能太過放電，若控制器控制充電部分電路出現(xiàn)問題，蓄電池電壓將有可能一直被充到16v以上，這樣的電壓連進(jìn)負(fù)載時，極有可能燒毀負(fù)載，因此，也要保證當(dāng)蓄電池電壓高于一定電壓值時同樣要關(guān)斷負(fù)載。以充

41、/放電最大電流10a、額定電壓12v控制系統(tǒng)為例，其主要實(shí)現(xiàn)功能如下：要能自動檢測太陽能電池板電壓是否高于蓄電池電壓，若高于蓄電池電壓則開始充電：若低于蓄電池電壓，則不能開啟充電，否則蓄電池電流會反向流向太陽能電池板而造成電量損耗。負(fù)載放電電流達(dá)到12a時控制器通過蜂鳴器報警，提示用戶負(fù)載已經(jīng)過載請降低負(fù)載功率運(yùn)行：當(dāng)放電電流達(dá)到15a時控制器會自動切斷負(fù)載輸出，以保護(hù)控制器不被燒壞。切斷負(fù)載輸出后，控制器要能夠自動檢測負(fù)載功率，當(dāng)負(fù)載功率降低到額定功率一下時，控制器又可自動開啟負(fù)載。當(dāng)蓄電池電壓低于10.8v時，自動關(guān)斷負(fù)載（欠壓關(guān)斷），同時有報警提示；當(dāng)從低于10.8v回升到13.2v時自

42、動接通負(fù)載（欠壓恢復(fù)）。當(dāng)蓄電池電壓高于14.8v時，自動關(guān)斷負(fù)載（欠壓關(guān)斷），同時有報警提示；當(dāng)從高于14.8v回落到14.7v時自動接通負(fù)載（過壓恢復(fù)）。當(dāng)蓄電池處于浮充狀態(tài)時電壓值控制在13.7v。當(dāng)用戶將太陽能電池板反接至控制器時，要有報警功能，并且具有保護(hù)控制器不被損壞的功能。當(dāng)用戶將蓄電池反接至控制器時，要有報警功能，并且具有保護(hù)控制器不被損壞的功能。當(dāng)負(fù)載發(fā)生短路時，控制器要具有自我保護(hù)能力，同時能檢驗(yàn)出短路狀態(tài)并給予報警提示；當(dāng)短路解除時能夠自動恢復(fù)正常。不同的溫度對于蓄電池的浮充電壓點(diǎn)是不同的，要有自動檢測溫度功能，并且能夠自動調(diào)節(jié)蓄電池的各個電壓點(diǎn)。最后，以上設(shè)計中的所有參

43、考點(diǎn)都可手動調(diào)節(jié)，同時可手動微調(diào)以校準(zhǔn)單片機(jī)的ad參考電壓，使所有控制器的參考點(diǎn)統(tǒng)一。4.2系統(tǒng)硬件設(shè)計 4.2.1 主控芯片的設(shè)計單片機(jī)是整個路燈制器的智能核心模塊，在此選用stc12c5412ad單片機(jī)，如圖4-1所示，該芯片具有4路pwm輸出，這里使用其中一路pwm控制充電mos管的開關(guān)，自帶8路10位a/d，用來采集系統(tǒng)中所有需要處理的模擬信號， r1和r2采用精密電阻，主要用來分壓蓄電池電壓后，讓單片機(jī)采集，通過r1和r2大小關(guān)系計算出蓄電池實(shí)際電壓，然后根據(jù)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)功能進(jìn)行相應(yīng)的控制。其中r1、r2一定要使用精密電阻，其他電阻可選用普通電阻。所謂精密電阻是指誤差小于1%的電阻，普通

44、電阻的精度為5%0%。圖4-1主控芯片主控芯片采用stc12c5412ad單片機(jī)，該單片機(jī)具有以下特性：·增強(qiáng)型8051cpu，指令代碼完全兼容8051內(nèi)核·1個時鐘/機(jī)器周期高速運(yùn)行·sop-28超小封裝·4路pwm/pca/ccu/捕獲/比較單元·8路10位高速a/d轉(zhuǎn)換·12kbflash程序存儲器·片上集成512字節(jié)ram·內(nèi)置e²prom數(shù)據(jù)存儲器·外部中斷9路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷·內(nèi)置硬件看門狗·兩個定時器·全雙工異步串行口（uart）·

45、;高速硬件spi通信端口，主模式/從模式·片內(nèi)r/c振蕩器·寬電壓范圍3.85.5v·低功耗設(shè)計，包含空閑模式和掉電模式·工作頻率為035mhz，相當(dāng)于普通8051的0420mhz·加密性強(qiáng)，無法解密·超強(qiáng)抗干擾·工作溫度范圍：-40+85(工業(yè)級)/075（商業(yè)級）·6個16位定時器其中兩個與傳統(tǒng)8051兼容的定時器/計數(shù)器，16位定時器t0和t1，沒有定時器t2，pca模塊可實(shí)現(xiàn)4個16位定時器4.2.2 串口通信設(shè)計如圖4-2所示，串口通信部分采用max232芯片進(jìn)行ttl電平和rs-232電平之間的轉(zhuǎn)換。m

46、ax232csettl電平與rs-232電平轉(zhuǎn)換芯片，4路轉(zhuǎn)換，外圍接5個104電容。加入串口的目的主要有三個：一是給單片機(jī)下載程序；二是使控制器具有遠(yuǎn)程通信或遠(yuǎn)程監(jiān)視的功能；三是將控制器每天采集到得數(shù)據(jù)的極限值和發(fā)生異常狀態(tài)時的數(shù)據(jù)記錄在其內(nèi)部的e²prom中，當(dāng)工作人員需要查看數(shù)據(jù)時，可直接通過串口讀取數(shù)據(jù)。最后，還需要與上位機(jī)軟件配合使用。圖4-2 串口通信4.2.3 液晶接口的設(shè)計控制器板上預(yù)留有1602液晶接口，如圖4-3所示，可根據(jù)用戶需要選擇安裝1602液晶。1602液晶可顯示兩行，每行16個字母，工作電壓4.55.5v,帶背光，并口操作方式。特點(diǎn)：單5v電源電壓，低功

47、耗，長壽命，高可靠性。內(nèi)置192種字符。具有64個字節(jié)的自定義字符ram，可自定義8個58點(diǎn)陣字符或四個511點(diǎn)陣字符。圖4-3 1602液晶接口4.2.4 發(fā)光二極管的設(shè)計圖4-4為控制器發(fā)光二極管指示燈，它有6個狀態(tài)指示：蓄電池接入指示燈；系統(tǒng)正常工作狀態(tài)指示燈；蓄電池欠壓指示燈；蓄電池過壓指示燈；充電狀態(tài)指示燈；負(fù)載工作狀態(tài)指示燈。 圖4-4發(fā)光二極管指示燈4.2.5 蜂鳴器的設(shè)計蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。蜂

48、鳴器用于系統(tǒng)出現(xiàn)異常是報警，如圖4-5所示，其中使用了4個二極管，其作用是當(dāng)用戶不小心將蓄電池反接至控制器時，蜂鳴器會以長響報警，用戶提示接入有異常，同時還保證在蓄電池正確接入系統(tǒng)的條件下 當(dāng)beep端為單片機(jī)輸出高電平時，蜂鳴器也可發(fā)聲報警。圖4-5 蜂鳴器4.2.6 按鍵設(shè)計圖4-6 中按鍵用來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的各個參數(shù)及狀態(tài)。圖4-6 按鍵4.2.7 電源接口設(shè)計圖4-7為電源接口，控制器采用太陽能電池板、蓄電池和負(fù)載共用正極的方式接入，通過蓄電池負(fù)極與太陽能電池板負(fù)極之間的mos管控制充電的開/關(guān)，通過蓄電池負(fù)極與負(fù)載負(fù)極之間的mos管控制負(fù)載放電的開/關(guān)，圖7中各個電氣符號意義如下：pv+

49、太陽能電池板正極pv- 太陽能電池板負(fù)極vcc(12v)蓄電池正極bat-蓄電池負(fù)極fu+負(fù)載正極fu-負(fù)載負(fù)極圖4-7 電源接口其中，pv+、vcc(12v)、fu+連接在一起。4.2.8 晶振設(shè)計圖4-8為單片機(jī)晶振電路，晶振頻率采用12mhz。單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振作用非常大，全程叫晶體振蕩器，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時鐘頻率，單片機(jī)晶振提供的時鐘頻率越高，那么單片機(jī)運(yùn)行速度就越快，單片接的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機(jī)晶振提供的時鐘頻率。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對精度可達(dá)百萬分之五十，高級的精度更高。晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振

50、的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。單片機(jī)晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，便于各部分保持同步。晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時鐘信號，可以用與同一個晶振相連的不同鎖相環(huán)來提供。圖4-8 晶振電路4.2.9 電源部分和控制部分電路設(shè)計圖4-9為電源轉(zhuǎn)換及控制器部分電路，蓄電池正極從二極管dd6的陽極接入，dd6為防電源反接構(gòu)成反向回路設(shè)計。q3，r16，dw2為一級降壓電路，將蓄電池電壓鉗位在9.4v左右。dw2為10v穩(wěn)壓管，當(dāng)蓄電池電壓高于10v時，通過三極管q3和穩(wěn)壓管dw2后降壓到9.4v。降壓到

51、9.4v的原因是三極管的基極電壓被穩(wěn)壓管穩(wěn)定在10v，通過be極之間的pn結(jié)后電壓下降0.6v，所以為9.4v。然后通過二級降壓電路r17，q4和dw3將輸出電壓鉗位到5v,這5v電壓用來給單片機(jī)系統(tǒng)提供電源，兩級降壓電路中使用三極管的作用是為了擴(kuò)流，單純用穩(wěn)壓管同樣可以穩(wěn)壓到期望的電壓值，可是輸出的電流會非常小，以至根本無法帶負(fù)載。電阻r25，r26和二極管dd8用來檢測太陽能電池板電壓值，標(biāo)號“pv-”為太陽能電池板負(fù)極，“jcpv”接單片機(jī)a/d輸入口。當(dāng)“pv-”電壓等于或大于“bat-”電壓時，說明太陽能電池板電壓等于或小于蓄電池電壓，這時不能開啟充電控制。r12，r13，r14，r

52、15，dw1，q2，t1為控制負(fù)載開關(guān)電路。dw1用來保證mos管與gs之間電壓最大不得超過10v，否則會損壞mos管，三極管q3導(dǎo)通時，mos管t1關(guān)閉；q2不導(dǎo)通時，mos管t1開啟。標(biāo)號“adc1”有三個作用，一用于單片機(jī)控制負(fù)載通斷；二用于采集mos管在開啟狀態(tài)下的ds壓降，從而檢測負(fù)載消耗電流大?。蝗?dāng)負(fù)載過度或短路時，“adc1”由硬件自動時mos關(guān)閉，從而保護(hù)mos管及負(fù)載的進(jìn)一步損壞。r21，r20用來啟動硬件自動關(guān)閉充電，當(dāng)太陽能電池板低于蓄電池電壓時，可由“pv-”直接控制q5三極管，q6的控制將失效。 t2，t3兩個mos管對接才可有效控制充電回路，因?yàn)閙os管內(nèi)部自身會

53、有一個二極管，n溝道為s指向d，p溝道為d指向s，dw4為t2和t3mos管穩(wěn)壓。t2和t3mos管的開/關(guān)由q3和q6兩個三極管的狀態(tài)共同決定。其中三極管9012pnp型，低頻放大，50v，0.5a，0.625w,150mhz。9013npn型，低頻放大，50v，0.5a，0.625w,150mhz。bc337npn型，低頻放大，45v，0.5a，0.625w,100mhz。而二極管in4148電流150ma，反向最大電壓75v,截止頻率100mhz。mos管irl2703n溝道功率mos管， =30v, =0.04， =24a,最高運(yùn)行溫度175。圖4-9 電源轉(zhuǎn)換及控制部分電路4.2.1

54、0 生成并設(shè)計pcb電路圖設(shè)計完畢之后進(jìn)行pcb的設(shè)計，首先進(jìn)行驗(yàn)證，程序?qū)Ⅱ?yàn)證結(jié)果顯示在check字段，如圖4-10所示，在進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，程序?qū)?shù)據(jù)更新結(jié)果顯示在done字段，如圖4-11所示。再對其進(jìn)行布局布線，結(jié)果如圖4-12所示。 4-10 數(shù)據(jù)驗(yàn)證 4-11 數(shù)據(jù)更新 4-12 pcb圖4.3 單片機(jī)的防干擾技術(shù)4.3.1 干擾分析1、干擾產(chǎn)生的原因總的來說，干擾信號的產(chǎn)生主要有三類：(1) 放電干擾：主要是雷電、靜電、大功率開關(guān)觸電斷開等放電產(chǎn)生的干擾；(2) 高頻振蕩干擾：主要指感應(yīng)電爐、中頻電弧、開關(guān)電源、直流-交流變換器產(chǎn)生高頻振蕩時形成的；(3) 浪涌干擾：主要是交流系統(tǒng)中

55、電動機(jī)啟動電流、電爐合閘電流、開關(guān)調(diào)節(jié)器等設(shè)備產(chǎn)生涌流引起的。這些干擾可能通過各種形式作用于計算機(jī)測控系統(tǒng)，對它們的性能有嚴(yán)重的影響，其中以各類開關(guān)分?jǐn)嚯姼行载?fù)載所產(chǎn)生的干擾最難以抑制與消除。本系統(tǒng)最有可能產(chǎn)生干擾的就是靜電引起的放電干擾，還有開關(guān)電源引起的高頻振蕩干擾。2、干擾的危害干擾對于不同設(shè)計的控制系統(tǒng)的影響范圍和影響程度不一樣，基本上干擾產(chǎn)生的后果有以下五個方面：(1) 數(shù)據(jù)采集誤差加大。干擾侵入計算機(jī)系統(tǒng)測量單元模擬信號的輸入通道，疊加在有用信號上，會使數(shù)據(jù)采集誤差加大，特別是對于比較微弱的信號，干擾更加嚴(yán)重。(2) 控制狀態(tài)失靈。一般計算機(jī)輸出的控制信號較大，不易受到外界的干擾。但計算機(jī)輸出的控制信號常依據(jù)某些條件的狀態(tài)輸入信號和這些信號的邏輯處理結(jié)果。若這些輸入的信號受到干擾，引入虛假的狀態(tài)信號，將導(dǎo)致輸出控制誤差加大，甚至控制失常。(3)