基于STC單片機的太陽能控制器設(shè)計

1、基于單片機的太陽能控制器設(shè)計 第 31 頁 共 32 頁基于單片機的太陽能控制器設(shè)計作者：朱慶豐 指導(dǎo)教師：馬德貴（安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院 09電氣工程及其自動化專業(yè) 合肥 230036）摘要：傳統(tǒng)能源消耗殆盡，低碳的生活模式深入人心，開發(fā)新能源迫在眉睫，太陽能的研究與使用的重要性不說自明。世界各地大型光伏電站的投建，為人類提供了一種新的能源解決方案。另外，小型的離網(wǎng)系統(tǒng)由于其具有簡單靈活的特點，在未來也必定會成為光伏發(fā)電舉足輕重的一個領(lǐng)域，所以研究離網(wǎng)型的太陽能充放電系統(tǒng)也很有必要。本文設(shè)計的是基于單片機的光伏蓄電池的充放電控制器，單片機采用STC89C52，蓄電池采用鉛酸蓄電池。本文從研究PV

2、陣列在不同狀態(tài)下的發(fā)電功率入手，結(jié)合鉛酸蓄電池本身的充放電原理，意在使PV陣列最大效率轉(zhuǎn)化太陽能、使蓄電池安全合理地充放電、使負載穩(wěn)定可靠地工作。關(guān)鍵詞：STC89C52；CN3717；鉛酸蓄電池；充放電；1 引言隨著地球資源的日益貧乏，太陽能作為一種“取之不盡，用之不竭”的安全、潔凈的新能源，正被廣泛地應(yīng)用?？刂破魇翘柲苈窡粽彰飨到y(tǒng) 的核心部件，其功能的好壞直接影響著太陽能路燈的使用壽命。為適應(yīng)不同場合和各種負載的應(yīng)用需要，本設(shè)計利用STC89C52單片機AD采樣獲得數(shù)據(jù)對蓄電池充電過程進行監(jiān)控，由單片機內(nèi)部的PWM輸出控制恒流、恒壓和浮充三段式充電，并通過發(fā)光二極管顯示各狀態(tài)。恒流充電階

3、段為大電流恒流充電，電流值I因蓄電池容量而異，一般為I=01C(C為蓄電池組的容量)。在恒流充電狀態(tài)下，不斷檢測電池端電壓，當電池電壓達到飽和電壓時，恒流充電狀態(tài)終止。恒壓充電階段則保持充電電壓148V不變，當充電電流下降到恒流充電狀態(tài)下電流的1lO時終止恒壓充電。電池處于浮充電階段時電壓始終保持在108V，主要用于補充蓄電池自放電消耗的能量，浮充的開始標志著恒壓充電狀態(tài)的結(jié)束。本次設(shè)計采用STC89C52單片機實現(xiàn)太陽能電池板對蓄電池的充放電控制，用到了上海如韻電子設(shè)計的一款針對鉛酸電池的光伏充放電控制芯片CN3717，模塊化的芯片設(shè)計不僅簡化了開發(fā)的復(fù)雜程度，而且使得功能實現(xiàn)更加穩(wěn)定。本次

4、設(shè)計所要解決的問題主要是離網(wǎng)型光伏發(fā)電過程中蓄電池的充放電的控制問題，對于提高光伏發(fā)電利用率和蓄電池的保護起到重要作用，從而在某種意義上對推廣新能源起到積極的推動作用，幫助人類更有效地利用清潔能源和早日擺脫能源危機。2 系統(tǒng)總體設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計主要分為兩部分：硬件電路及軟件程序。而硬件電路又可分為PV陣列電氣連接部分，單片機的外圍電路，CN3717的典型應(yīng)用電路圖。該設(shè)計的系統(tǒng)總體框圖如下圖1所示：圖1 系統(tǒng)總體框圖3.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1 PV板特性與等效電路太陽能電池單體是光電轉(zhuǎn)換的最小單元，尺寸一般為4cm2到100cm2不等。太陽能電池單體的工作電壓約為0.5V, 工作電流約為2025m

5、A/cm2, 一般不能單獨作為電源使用。將太陽能電池單體進行串并聯(lián)封裝后，就成為太陽能電池組件，其功率一般為幾瓦至幾十瓦，是可以單獨作為電源使用的最小單元。太陽能電池組件再經(jīng)過串并聯(lián)組合安裝在支架上，就構(gòu)成了太陽能電池方陣，可以滿足負載所要求的輸出功率 (見圖2)。（1）硅太陽能電池單體常用的太陽能電池主要是硅太陽能電池。晶體硅太陽能電池由一個晶體硅片組成，在晶體硅片的上表面緊密排列著金屬柵線，下表面是金屬層。硅片本身是P型硅，表面擴散層是N區(qū)，在這兩個區(qū)的連接處就是所謂的PN結(jié)。PN結(jié)形成一個電場。太陽能電池的頂部被一層抗反射膜所覆蓋，以便減少太陽能的反射損失。太陽能電池的工作原理如下：光是

6、由光子組成，而光子是包含有一定能量的微粒，能量的大小由光的波長決定，光被晶體硅吸收后，在PN結(jié)中產(chǎn)生一對對正負電荷，由于在PN結(jié)區(qū)域的正負電荷被分離，因而可以產(chǎn)生一個外電流場，電流從晶體硅片電池的底端經(jīng)過負載流至電池的頂端。這就是“光生伏打效應(yīng)”。圖2 太陽能電池單體、組件和方陣將一個負載連接在太陽能電池的上下兩表面間時，將有電流流過該負載，于是太陽能電池就產(chǎn)生了電流；太陽能電池吸收的光子越多，產(chǎn)生的電流也就越大。光子的能量由波長決定，低于基能能量的光子不能產(chǎn)生自由電子，一個高于基能能量的光子將僅產(chǎn)生一個自由電子，多余的能量將使電池發(fā)熱，伴隨電能損失的影響將使太陽能電池的效率下降。（2）硅太陽

7、能電池種類目前世界上有3種已經(jīng)商品化的硅太陽能電池：單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池。對于單晶硅太陽能電池，由于所使用的單晶硅材料與半導(dǎo)體工業(yè)所使用的材料具有相同的品質(zhì)，使單晶硅的使用成本比較昂貴。多晶硅太陽能電池的晶體方向的無規(guī)則性，意味著正負電荷對并不能全部被PN結(jié)電場所分離，因為電荷對在晶體與晶體之間的邊界上可能由于晶體的不規(guī)則而損失，所以多晶硅太陽能電池的效率一般要比單晶硅太陽能電池低。多晶硅太陽能電池用鑄造的方法生產(chǎn)，所以它的成本比單晶硅太陽能電池低。非晶硅太陽能電池屬于薄膜電池，造價低廉，但光電轉(zhuǎn)換效率比較低，穩(wěn)定性也不如晶體硅太陽能電池，目前多數(shù)用于弱光性電源

8、，如手表、計算器等。一般產(chǎn)品化單晶硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率為 1315 % 產(chǎn)品化多晶硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率為 1113 % 產(chǎn)品化非晶硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率為 58 %（3）太陽能電池組件一個太陽能電池只能產(chǎn)生大約0.5V電壓，遠低于實際應(yīng)用所需要的電壓。為了滿足實際應(yīng)用的需要，需把太陽能電池連接成組件。太陽能電池組件包含一定數(shù)量的太陽能電池，這些太陽能電池通過導(dǎo)線連接。一個組件上，太陽能電池的標準數(shù)量是36片（10cm×10cm），這意味著一個太陽能電池組件大約能產(chǎn)生17V的電壓，正好能為一個額定電壓為12V的蓄電池進行有效充電。通過導(dǎo)線連接的太陽能電池被密封成的物理單元被稱

9、為太陽能電池組件，具有一定的防腐、防風(fēng)、防雹、防雨等的能力，廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域和系統(tǒng)。當應(yīng)用領(lǐng)域需要較高的電壓和電流而單個組件不能滿足要求時，可把多個組件組成太陽能電池方陣，以獲得所需要的電壓和電流。太陽能電池的可靠性在很大程度上取決于其防腐、防風(fēng)、防雹、防雨等的能力。其潛在的質(zhì)量問題是邊沿的密封以及組件背面的接線盒。這種組件的前面是玻璃板，背面是一層合金薄片。合金薄片的主要功能是防潮、防污。太陽能電池也是被鑲嵌在一層聚合物中。在這種太陽能電池組件中，電池與接線盒之間可直接用導(dǎo)線連接。組件的電氣特性主要是指電流電壓輸出特性，也稱為特性曲線，如圖3所示。特性曲線可根據(jù)圖13所示的電路裝置進行測量

10、。特性曲線顯示了通過太陽能電池組件傳送的電流Im與電壓Vm在特定的太陽輻照度下的關(guān)系。如果太陽能電池組件電路短路即V0，此時的電流稱為短路電流Isc；如果電路開路即I0，此時的電壓稱為開路電壓Voc。太陽能電池組件的輸出功率等于流經(jīng)該組件的電流與電壓的乘積，即PV´I 。I: 電流 Isc: 短路電流 Im: 最大工作電流 V: 電壓 Voc: 開路電壓 Vm: 最大工作電壓圖3 太陽能電池的電流電壓特性曲線當太陽能電池組件的電壓上升時，例如通過增加負載的電阻值或組件的電壓從零（短路條件下）開始增加時，組件的輸出功率亦從0開始增加；當電壓達到一定值時，功率可達到最大，這時當阻值繼續(xù)增

11、加時，功率將躍過最大點，并逐漸減少至零，即電壓達到開路電壓Voc。太陽能電池的內(nèi)阻呈現(xiàn)出強烈的非線性。在組件的輸出功率達到最大點，稱為最大功率點；該點所對應(yīng)的電壓，稱為最大功率點電壓Vm（又稱為最大工作電壓）；該點所對應(yīng)的電流，稱為最大功率點電流Im（又稱為最大工作電流）；該點的功率，稱為最大功率Pm。隨著太陽能電池溫度的增加，開路電壓減少，大約每升高1°C每片電池的電壓減少5mV，相當于在最大功率點的典型溫度系數(shù)為0.4%/°C。也就是說，如果太陽能電池溫度每升高1°C，則最大功率減少0.4%。所以，太陽直射的夏天，盡管太陽輻射量比較大，如果通風(fēng)不好，導(dǎo)致太陽電

12、池溫升過高，也可能不會輸出很大功率。由于太陽能電池組件的輸出功率取決于太陽輻照度、太陽能光譜的分布和太陽能電池的溫度，因此太陽能電池組件的測量在標準條件下（STC）進行，測量條件被歐洲委員會定義為101號標準，其條件是：光譜輻照度 1000W/m2大氣質(zhì)量系數(shù) AM1.5太陽電池溫度25在該條件下，太陽能電池組件所輸出的最大功率被稱為峰值功率，表示為Wp(peak watt)。在很多情況下，組件的峰值功率通常用太陽模擬儀測定并和國際認證機構(gòu)的標準化的太陽能電池進行比較。通過戶外測量太陽能電池組件的峰值功率是很困難的，因為太陽能電池組件所接受到的太陽光的實際光譜取決于大氣條件及太陽的位置；此外，

13、在測量的過程中，太陽能電池的溫度也是不斷變化的。在戶外測量的誤差很容易達到10或更大。如果太陽電池組件被其它物體(如鳥糞、樹蔭等)長時間遮擋時，被遮擋的太陽能電池組件此時將會嚴重發(fā)熱，這就是“熱斑效應(yīng)”。這種效應(yīng)對太陽能電池會造成很嚴重地破壞作用。有光照的電池所產(chǎn)生的部分能量或所有的能量，都可能被遮蔽的電池所消耗。為了防止太陽能電池由于熱班效應(yīng)而被破壞，需要在太陽能電池組件的正負極間并聯(lián)一個旁通二極管，以避免光照組件所產(chǎn)生的能量被遮蔽的組件所消耗。連接盒是一個很重要的元件：它保護電池與外界的交界面及各組件內(nèi)部連接的導(dǎo)線和其他系統(tǒng)元件。它包含一個接線盒和1只或2只旁通二極管。PV（光伏）陣列發(fā)電

14、時的等效電路圖圖4PV陣列發(fā)電時的等效簡化電路3.2 鉛酸蓄電池的特點及選型 目前光伏系統(tǒng)大多采用蓄電池作為貯能元件.而能夠與光伏電池配套使用的蓄電池種類有很多,目 前廣泛使用的有鉛酸免維護蓄電池,普通鉛酸蓄電池和堿性鎳鎘蓄電池等.目前常使用的是鉛酸免維護 蓄電池, 因其維護方便, 性能可靠, 且對環(huán)境污染較小, 特別是用于無人值守的光伏電站時如圖1, 有著其他蓄電池所無法比擬的優(yōu)越性. 本文以光伏系統(tǒng)中的鉛酸免維護蓄電池12V,12AH為例進行實驗比較不同的充電檢測方法. 1 關(guān)于蓄電池的充放電 蓄電池充放電是根據(jù)化學(xué)反應(yīng)進行的,即電池主要組件的結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分發(fā)生連續(xù)和深度的變化. 所以與一

15、般電子零部件相比,蓄電池對溫度變化更為敏感.此外,反應(yīng)速率,即充電電流或放電電流, 影響反應(yīng)參數(shù)并由此影響蓄電池的性能. 光伏系統(tǒng)中的蓄電池的工作條件與蓄電池在其他場合的工作條件不同,其充電率和放電率都非常 小,且充電時間受到限制,即只有在日照時才能充電,所以不能按一固定的充電規(guī)律對其進行充電.由 于蓄電池應(yīng)用在這個特殊的環(huán)境下,致使其壽命比所預(yù)定的短,成為整個光伏系統(tǒng)中最易損壞的部分, 其損壞的原因主要為"過充"與"過放". 過充是指蓄電池單格電壓超過某一水平一般為2.35V/單格2.40V/單格,此時蓄 電池無法使產(chǎn)生的氧氣充分再化合.充電電壓過高,

16、在負極上生成的氫很難在電池內(nèi)部被吸收,在電池中因積累而產(chǎn)生壓力并且導(dǎo)致水份損失.嚴重過充時,水分解,產(chǎn)生氫氣和氧氣,使得蓄電池底部濃度 比其他地方高出許多,導(dǎo)致負極板底部硫酸鹽化,正極板腐蝕和膨脹,造成容量損失. 過放是指蓄電池放電超過了規(guī)定的放電終止電壓如圖2,蓄電池放出了過量的容量.在鉛酸蓄 電池中,兩個電極對過放都是敏感的.在溶解再沉積機理中,當鉛Pb和二氧化鉛PbO2分 別溶解在電解液中并作為新的化合物硫酸鉛PbS04沉淀出來時, 活性物質(zhì)發(fā)生了徹底的轉(zhuǎn)變并 且失去原有的結(jié)構(gòu).負電極由于有反極的危險,對過放也是敏感的.活性物質(zhì)中的膨脹劑可能會因氧化 而失去作用,而鉛酸蓄電池在隨后再充電

17、時枝晶增長的危險會大大增加. 在設(shè)計光伏系統(tǒng)時需要對蓄電池的容量進行檢測以判斷是否應(yīng)繼續(xù)充電或放電. 目前大部分采用電 壓單環(huán)的在線式檢測方案. 2 在線式檢測方案 在線式檢測,即在充電過程中不斷地對蓄電池的端電壓進行監(jiān)測,當蓄電池的端電壓大于某個限定 值時,就視為已充滿,停止太陽電池向蓄電池充電. 由于這種電路結(jié)構(gòu)簡單,價格低廉.目前應(yīng)用最為廣泛.它的電路結(jié)構(gòu)可以基于比較控制器建立蓄 電池檢測電路. 此電路可以用比較器來控制電池組的充電電流. 蓄電池電壓VD分別經(jīng)分壓后輸入比較器:當VD<8V時,比較器被觸發(fā),太陽電池經(jīng)防反二極 管向蓄電池充電;當VD>15V時,停止充電. 門限

18、電壓可設(shè)定文中所用8V與15V為經(jīng)驗所得值. 此電路結(jié)構(gòu)簡單,成本低,且易于維護,其在光伏應(yīng)用初期曾得到廣泛運用.但它不能實現(xiàn)涓流充 電,造成了能源的極大浪費,使得本來效率就不高的光伏系統(tǒng)性價比更低. 隨著集成電路的廣泛使用,如今市場上的光伏產(chǎn)品中普遍采取基于專業(yè)芯片的檢測電路,而主控電 路采用V型,充電專用IC中常用的類型.鉛酸電池在充電時,電壓隨充電時間的增長而上升,但充 足電后端電壓開始下降.設(shè)計主控電路時,利用該特性監(jiān)測電池電壓出現(xiàn)峰值之后的微量下降,以控制 充電結(jié)束,達到自動充電的目的,這也稱為V法. 它能有效地防止蓄電池的"過充"與"過放",

19、并能實現(xiàn)涓流充電,有利于光伏系統(tǒng)效率的提高, 是當前運用最為廣泛的蓄電池檢測電路. 3 離線式檢測方案 蓄電池的電壓受很多因素的影響,例如溫度,濕度等,特別是在充電過程中,蓄電池的端電壓并不 能很好地反映其容量. 上述在線式檢測方案中蓄電池都與太陽電池直接相連,其端電壓受太陽電池端電 壓制約,VD并不能準確地反映蓄電池的容量.這突出表現(xiàn)為當系統(tǒng)所處溫度較高時,由于太陽電池板 和蓄電池的端電壓均受溫度影響嚴重, 太陽能板端電壓隨溫度升高而降低, 而蓄電池端電壓則剛好相反, 容易出現(xiàn)蓄電池容量未滿卻已不能充入的現(xiàn)象常稱之為"虛滿".這在很大程度上影響了蓄電池容 量檢測的準確性,

20、進而阻礙了整個系統(tǒng)的正常工作,造成能源的極大浪費. 針對這一問題,我們在這里提出一種新穎的蓄電池容量檢測方案離線式檢測. 雖然蓄電池的電壓在充電過程中其端電壓并不能很好地反映其容量,但在斷開充電回路一段時間 后,其端壓會自動下降,下降后的端壓能很好地引導(dǎo)我們對蓄電池充電情況作出正確的判斷.我們利用 蓄電池端壓的這一特性,設(shè)計一個太陽電池對多個蓄電池模塊輪換進行充電,每個蓄電池的端壓在充電 電路斷開后都有足夠的時間恢復(fù)正常,使測得電壓值能更加準確地反映蓄電池容量.現(xiàn)僅以雙模塊為例說明本模塊。 檢測電路原理如下:太陽電池同時對兩蓄電池模塊充電,同時對它們的端電壓進行監(jiān)測.設(shè)定一個比實 際過充電壓略

21、低的過充電壓值V,并據(jù)之對兩模塊粗略地進行過壓檢測,當其端壓高于V時,切斷其中 一個蓄電池模塊A的充電回路,而對另一個模塊B進行涓流充電,與此同時啟動定時器.當過 一段時間,模塊A的端電壓有所降低并能準確地反映電池容量時,再對A的端壓進行檢測,即精確過壓 檢測.若還未充滿,則可接通其充電回路,使繼續(xù)充電;若已充滿,控制其進行涓流充電.當定時器達 到設(shè)定時間后,重新啟動定時并自動切換開關(guān),使模塊B的充電回路斷開而對模塊A進行涓流充電,靜 置一段時間后,再對模塊B重復(fù)以上對模塊A的操作,如此不斷循環(huán). 這種電路雖會造成蓄電池總?cè)萘康脑黾? 但它能較準確地判斷蓄電池的充電情況,減小了蓄電池老 化損壞

22、的可能性,使光伏系統(tǒng)的壽命得到延長;兩個蓄電池的輪流充放電充分地利用了太陽能源,提高 了光伏系統(tǒng)的效率.但要具體實現(xiàn)上述方案并不容易,還需要克服許多理論和技術(shù)問題.如一個蓄電池 的端壓穩(wěn)定時間與蓄電池本身的性能有關(guān), 該實驗中使用的為鉛酸免維護蓄電池12V, 12AH, 根據(jù)實驗所測得斷電后得蓄電池端壓的變化曲線。 可以確定精確測量的定時器間隔時間實驗中的間隔時間取5min. 但時間設(shè)定需視蓄電池種類和 容量的不同而定;蓄電池在充滿前其端電壓會產(chǎn)生一個大的跳動,使檢測電路產(chǎn)生誤判;由于實驗中, 主要需要考察不同的充電檢測方案對蓄電池壽命的影響,所以在充電方式的選擇上,我們主要采用了兩 段恒流的

23、充電方式,放電都采用5A放電. 新的檢測方式與普通的檢測方式的充電比較如下: 實驗證明用新的離線式的端壓檢測方法來指導(dǎo)充電可以明顯提高蓄電池的使用次數(shù).3.3 單片機外圍電路設(shè)計STC89C52RC單片機介紹STC89C52RC單片機是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強抗干擾的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可以任意選擇。主要特性如下：增強型8051單片機，6時鐘/機器周期和12時鐘/機器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051.工作電壓：5.5V3.3V（5V單片機）/3.8V2.0V（3V單片機）工作頻率范圍：040MHz，相當于普

24、通8051的080MHz，實際工作頻率可達48MHz用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)片上集成512字節(jié)RAM通用I/O口（32個），復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4是準雙向口/弱上拉，P0口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為I/O口用時，需加上拉電阻。ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片具有EEPROM功能具有看門狗功能共3個16位定時器/計數(shù)器。即定時器T0、T1、T2外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down模式可由外部中斷低電平觸

25、發(fā)中斷方式喚醒通用異步串行口（UART），還可用定時器軟件實現(xiàn)多個UART工作溫度范圍：-40+85（工業(yè)級）/075（商業(yè)級）PDIP封裝STC89C52RC單片機的工作模式掉電模式：典型功耗<0.1A,可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行原程序空閑模式：典型功耗2mA正常工作模式：典型功耗4Ma7mA掉電模式可由外部中斷喚醒，適用于水表、氣表等電池供電系統(tǒng)及便攜設(shè)備圖5 STC89C52RC引腳圖STC89C52RC引腳功能說明VCC（40引腳）：電源電壓VSS（20引腳）：接地P0端口（P0.0P0.7，3932引腳）：P0口是一個漏極開路的8位雙向I/O口。作為輸出端口，每個引

26、腳能驅(qū)動8個TTL負載，對端口P0寫入“1”時，可以作為高阻抗輸入。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也可以提供低8位地址和8位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。此時，P0口內(nèi)部上拉電阻有效。在Flash ROM編程時，P0端口接收指令字節(jié)；而在校驗程序時，則輸出指令字節(jié)。驗證時，要求外接上拉電阻。P1端口（P1.0P1.7，18引腳）：P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或者輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫入1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。P1口作輸入口使用時，因為有內(nèi)部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會輸出一個電流（IIL）。此外，P1

27、.0和P1.1還可以作為定時器/計數(shù)器2的外部技術(shù)輸入（P1.0/T2）和定時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體參見下表：在對Flash ROM編程和程序校驗時，P1接收低8位地址。表1 P1.0和P1.1引腳復(fù)用功能引腳號功能特性P1.0T2（定時器/計數(shù)器2外部計數(shù)輸入），時鐘輸出P1.1T2EX（定時器/計數(shù)器2捕獲/重裝觸發(fā)和方向控制）P2端口（P2.0P2.7，2128引腳）：P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可以驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫入1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時可用作輸入口。P2作為輸入口

28、使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器和16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行“MOVX DPTR”指令）時，P2送出高8位地址。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行“MOVX R1”指令）時，P2口引腳上的內(nèi)容（就是專用寄存器（SFR）區(qū)中的P2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不會改變。在對Flash ROM編程和程序校驗期間，P2也接收高位地址和一些控制信號。P3端口（P3.0P3.7，1017引腳）：P3是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫入1時，通過內(nèi)部的

29、上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P3做輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸入一個電流（IIL）。在對Flash ROM編程或程序校驗時，P3還接收一些控制信號。P3口除作為一般I/O口外，還有其他一些復(fù)用功能，如下表所示：RST（9引腳）：復(fù)位輸入。當輸入連續(xù)兩個機器周期以上高電平時為有效，用來完成單片機單片機的復(fù)位初始化操作?？撮T狗計時完成后，RST引腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/PROG（30引腳）：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部

30、程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在Flash編程時，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址位8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作將無效。這一位置“1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOV指令時有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個ALE使能標志位（地址位8EH的SFR的第0位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。XTAL1（19引腳）：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2（18引腳）：振蕩器反相放

31、大器的輸入端。特殊功能寄存器在STC89C52RC片內(nèi)存儲器中，80HFFH共128個單元位特殊功能寄存器（SFR），SFR的地址空間如下表1所示。并非所有的地址都被定義，從80HFFH共128個字節(jié)只有一部分被定義。還有相當一部分沒有定義。對沒有定義的單元讀寫將是無效的，讀出的數(shù)值將不確定，而寫入的數(shù)據(jù)也將丟失。不應(yīng)將“1”寫入未定義的單元，由于這些單元在將來的產(chǎn)品中可能賦予新的功能，在這種情況下，復(fù)位后這些單元數(shù)值總是“0”。STC89C52RC除了有定時器/計數(shù)器0和定時器/計數(shù)器1之外，還增加了一個一個定時器/計數(shù)器2.定時器/計數(shù)器2的控制和狀態(tài)位位于T2CON（見表2）和T2MOD

32、（見表4）。定時器2是一個16位定時/計數(shù)器。通過設(shè)置特殊功能寄存器T2CON中的C/T2位，可將其作為定時器或計數(shù)器（特殊功能寄存器T2CON的描述如表2所列）。定時器2有3種操作模式：捕獲、自動重新裝載（遞增或遞減計數(shù)）和波特率發(fā)生器，這3種模式由T2CON中的位進行選擇（如表2所列）表2特殊功能寄存器T2CON的描述定時器2工作方式RCLK+TCLKCP/RL2TR2模式00116位自動重裝01116位捕獲1X1波特率發(fā)生器XX0（關(guān)閉）單片機STC89C52的外圍電路和AD采集模塊電路圖如圖6圖6 單片機外圍電路及AD采集模塊3.4 CN3717應(yīng)用電路設(shè)計1、簡介CN3717是PWM

33、降壓模式鉛酸電池充電管理集成電路，獨立對鉛酸電池充電進行自動管理，具有封裝外形小，外圍元器件少和使用簡單等優(yōu)點。CN3717具有涓流，恒流，過充電和浮充電模式，非常適合鉛酸電池的充電。在過充電和浮充電模式，充電電壓由外部電阻分壓網(wǎng)絡(luò)設(shè)置；在恒流充電模式，充電電流通過一個外部電阻設(shè)置。對于深度放電的電池，當電池電壓低于所設(shè)置的過充電電壓的81.8%時，CN3717用所設(shè)置的恒流充電電流的13%對電池進行涓流充電。在過充電階段，充電電流逐漸減小，當充電電流降低到外部電阻所設(shè)置的值時，CN3717進入浮充電狀態(tài)。在浮充電狀態(tài)，如果電池電壓下降到所設(shè)置的過充電電壓的81.8%時，自動開始新的充電周期。

34、當輸入電源掉電或者輸入電壓低于電池電壓時，CN3717自動進入低功耗的睡眠模式。其它功能包括輸入低電壓鎖存，電池溫度監(jiān)測，電池端過壓保護和充電狀態(tài)指示等。CN3717采用16管腳TSSOP封裝。2、特點寬輸入電壓范圍：7.5V 到28V對鉛酸電池進行完整的充電管理過充電和浮充電電壓由外部電阻分壓網(wǎng)絡(luò)設(shè)置充電電流達5APWM開關(guān)頻率：300KHz恒流充電電流由外部電阻設(shè)置對深度放電的電池進行涓流充電過充點結(jié)束電流由外部電阻設(shè)置電池溫度監(jiān)測功能自動再充電功能雙狀態(tài)指示軟啟動功能電池端過壓保護工作環(huán)境溫度：40 到 85采用16管腳TSSOP 封裝產(chǎn)品無鉛，無鹵素元素，滿足RoHS3、應(yīng)用鉛酸電池充

35、電不間斷電源備用電池應(yīng)用便攜式工業(yè)和醫(yī)療儀器獨立電池充電器4、外圍電路設(shè)計圖7CN3717工作外圍電路設(shè)計本設(shè)計中用到的CN3717演示板實物原理圖同上圖，將其印制出PCB板大大減輕了布線和焊接的工作量，但是卻大大提高了芯片的穩(wěn)定性和焊接成功的概率，演示板實物如下圖：圖8 CN3717的演示板實物3.5充電模塊電源圖9充電模塊電源3.6放電模塊電源圖10放電模塊電源3.7 LCD1602顯示模塊圖11 LCD1602顯示模塊電路圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 軟件總體框架設(shè)計系統(tǒng)軟件的總體流程圖如下圖12所示：圖12 系統(tǒng)主程序流程圖4.2 各程序模塊設(shè)計4.2.1 初始化程序系統(tǒng)上電時，初始化程序主

36、要用來對單片機和時鐘進行初始化，并進行初始值的顯示。4.2.2 其它子程序設(shè)計控制系統(tǒng)流程圖，如圖13圖13控制系統(tǒng)流程圖電壓檢測子程序流程圖如圖14圖14電壓檢測子程序流程圖5 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析5.1 系統(tǒng)實際制作圖15 電路板實際焊接效果圖圖16 整體系統(tǒng)運行演示圖5.2 調(diào)試結(jié)果采用KeilC51編譯器進行源程序編譯及仿真調(diào)試，同時進行硬件電路板的設(shè)計制作。將設(shè)計的程序通過編程器下載到單片機STC89C52中，再將單片機插入插座里，將制作的實物與太陽能板和蓄電池相連，測試結(jié)果顯示：該設(shè)計成功實現(xiàn)了各種狀態(tài)下太陽能電池板對鉛酸蓄電池的充放電控制，同時也可利用LCD1602進行實時顯示即時

37、的蓄電池電壓，更加直觀明了。6 系統(tǒng)總圖及程序系統(tǒng)總圖及程序見附錄A、B。結(jié)論采用單片機實現(xiàn)的太陽能控制器，簡單易行，成本較低，即使是最簡單的51單片機也能實現(xiàn)所有的充放電控制，另外，本設(shè)計中應(yīng)用的充電管理芯片雖然大大減少了設(shè)計難度，但是卻大大提高了控制器的穩(wěn)定性和易操作性，這是集成模塊芯片的優(yōu)勢所在，集成化也是未來工業(yè)電子發(fā)展的方向。本設(shè)計做出的實物能很好的實現(xiàn)預(yù)期功能，設(shè)計簡單明了，易于推廣。隨著傳統(tǒng)能源的消耗殆盡，新能源尤其是太陽能的優(yōu)勢會越來越明顯，以太陽能為典型代表的新能源利用和采集將會進入尋常百姓家。希望我的設(shè)計能夠為這種趨勢的推進起到一定作用，讓太陽能的利用更加容易實現(xiàn)。致謝在這

38、次畢業(yè)設(shè)計中，我首先要感謝我的導(dǎo)師馬德貴老師在整個設(shè)計過程中對我耐心的指導(dǎo)。馬老師從專業(yè)角度給了我很多指引，這讓我學(xué)到很多知識：除了在單片機應(yīng)用方面學(xué)到如何用單片機進行一些簡單電路的設(shè)計外，還熟練掌握了用PROTEL畫電路原理圖，了解了PCB板的設(shè)計及制作流程，并在馬老師和本專業(yè)同學(xué)的幫助下制出了本次設(shè)計的PCB板。為人師表，馬老師也讓我由衷敬佩，無形之中教給我許多為人處世的道理，比如面對困難不能退縮、事情沒做好不要總為自己找借口、遇到突發(fā)事件要能靈活應(yīng)對。另外我還要感謝其它老師以及同學(xué)們在這次畢業(yè)設(shè)計中給我提供的資料以及幫助。參考文獻 1 上海如韻電子有限公司.充電管理芯片CN3717的PD

39、F資料以及演示電路板,2011. 2張艷紅 ，張崇巍 ，呂紹勤 ，張興 ，林 閩.新型太陽能控制器的研制. 閩江學(xué)院學(xué)報, 2006年第2期(總第283期)3朱珠 ，方榮惠，孫彪 ，張永昊. 基于PIC16F676的太陽能控制器. 電子設(shè)計工程2010年2月.4孫榮高，孫德超. 基于STC單片機的太陽能光伏控制器設(shè)計與實現(xiàn). 測控技術(shù)2009年第28卷第11期.5黃明英 張登玉 肖小明.基于STC單片機的太陽能控制器設(shè)計.無線互聯(lián)科技.2006年9月第3卷第3期理工卷6 劉春基于太陽能的嵌入式路燈控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用D南京航空航天大學(xué)，20107 張毅剛、彭喜元、彭宇編著. 單片機原理及應(yīng)用（

40、第二版）.高等教育出版社，2010. 8 戴佳、戴衛(wèi)恒主編. 51單片機C語言應(yīng)用程序設(shè)計實例精講. 北京：電子工業(yè)出版社，2006.9趙建領(lǐng)編著. 51系列單片機開發(fā)寶典. 北京：電子工業(yè)出版社，2007.10 劉文剛 楊金明王孝洪 李春嬌. 基于單片機的新型太陽能控制器研究. 單片機開發(fā)與應(yīng)用,2008.11 蔣躍文， 楊曉冬. 基于集成運放的小功率智能太陽能控制器. 現(xiàn)場總線與網(wǎng)絡(luò)通信.201212黃海宏. 小功率簡易型太陽能控制器設(shè)計.元器件與應(yīng)用,200613 參考網(wǎng)站: ；. Design of the Controller for the Solar Photovoltaic B

41、ased on MCUAuthor:Zhu QingFeng Tutor： Ma Degui( School of Engineering, Anhui Agricultural University,Electrical Engineering 09,Hefei 230036 )Abstract: Traditional energy has been exhausted, therefore the lifestyle of low-carbon is very popular. It is urgent and important to research solar energy and

42、 put it into use. Photovoltaic plants on large-scale around the world is a new method. With the characteristics of simplicity and flexibility,off-grid systems on small-scale are bound to important in the area of photovoltaic power generation, it is very necessary to research the off-grid solar energ

43、y system of charging and discharging.This paper designs controller of charging and discharging of photovoltaic battery based on MCU.STC89C51 is used as the MCU,lead-acid batteries are used as the batteries.under the base of the research of generated power of PV array under different conditions,combi

44、ned with the principle of charging and discharging system of lead-acid batteries,the paper is designed to transform PV array to solar energy ,make storage battery charge and discharge safely and reasonably,and make load do steadily.Key words : STC89C51; CN3717; Lead-acid battery;Charge and Discharge

45、附錄：系統(tǒng)總原理圖附錄B：系統(tǒng)程序清單#ifndef ADC0832_H#define ADC0832_H#include <reg52.h>#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define first_channel 0x02 /通道1#define second_channel 0x03 /通道2sbit ADCLK =P00; /時鐘接口sbit ADDI =P01; /數(shù)據(jù)輸入接口sbit ADDO =P02; /數(shù)據(jù)輸出接口sbit ADCS =P03

46、; /使能接口uchar buff = 0;/*函數(shù)名稱:void AD_init(uchar i)函數(shù)作用:初始化ADC0832參數(shù)說明:i=2,表示通道0，i=3，表示通道1*/void AD_init(uchar i) ADDI = 1; /*在第1 個時鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號*/ _nop_(); _nop_(); ADCS = 0; /使能ADC0832 _nop_(); _nop_(); ADCLK = 1; _nop_(); _nop_(); ADCLK = 0; /形成下降沿1 _nop_(); _nop_(); /*在第2、3個脈沖下沉之前DI端應(yīng)輸

47、入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能*/ if( (i&&0x01) = 0) ADDI = 0; if( (i&&0x01) = 1) ADDI = 1; _nop_(); _nop_(); ADCLK = 1; _nop_(); _nop_(); ADCLK = 0; /形成下降沿2 _nop_(); _nop_(); if( (i&&0x02) = 0) ADDI = 0; if( (i&&0x02) = 1) ADDI = 1; ADCLK = 1; _nop_(); _nop_(); ADCLK = 0; /形成下降沿3 _nop

48、_(); _nop_();/*函數(shù)名稱:uchar AD_read()函數(shù)作用:讀取ADC0832轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)參數(shù)說明:無函數(shù)返回:返回8位的數(shù)據(jù)*/uchar AD_read() uchar temp = 0; uchar temp1 = 0; uchar temp2 = 0; uchar i = 0; for(i = 0; i < 8; i+) ADCLK = 1; _nop_(); _nop_(); ADCLK = 0; /形成下降沿 _nop_(); _nop_(); if(ADDI)temp1 |= 0x01; else temp1 |= 0x00; temp1 = temp1

49、<< 1; for(i = 0; i < 8; i+) if(ADDI)temp = 0x01; else temp = 0x00; temp = temp << i; temp2 |= temp; ADCLK = 1; _nop_(); _nop_(); ADCLK = 0; /形成下降沿 _nop_(); _nop_(); if(temp1 = temp2) flag = 0; return temp1;void delay(void)/延時5ms unsigned char i,j; for(i=10;i>0;i-) for(j=248;j>0;

50、j-);#endif外部中斷響應(yīng)子程序：void Service_INTO()interrupt 0 using 1if (P3.2)return;delay1(5000);if (P3.2=0)load_switch_I=LSTOP;LOOP1_DL=1;#include <reg52.H>#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define first_channel 0x02 /AD通道1#define second_channel 0x03 /AD通道2sb

51、it ADCLK =P00; /時鐘接口sbit ADDI =P01; /數(shù)據(jù)輸入接口sbit ADDO =P02; /數(shù)據(jù)輸出接口sbit ADCS =P03; /使能接口sbit CHAG =P10;sbit RReload=P11;sbit RS = P23;sbit RW = P24;sbit EN = P25;#define DataPort P0uchar buff = 0;bit IsDayLight=1;/白天/黑天-1/0bit IsLoad=0;bit IsCharge=0;/充電開/關(guān)-1/0bit LoadState=0;float Voltage=0;uint T_C

52、ount=0;/函數(shù)聲明部分void LCDInit();/初始化lcd1602驅(qū)動函數(shù)程序void ShowInt(uchar n,uchar x,uchar y);void ShowCharGrp(uchar *CG,uchar x,uchar y);void WCOM(uchar x);void ShowChar(char m_char,uchar x,uchar y);/12M晶振延時程序void delayms(uint x)/延時5msuchar i;while(x-)for(i=0;i<120;i+);/ 1602控制/void WCOM(uchar x)/寫指令delayms(5