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太阳能充放电智能控制

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1智能充放电系统硬件电路设计

单片机是整个路灯制器的智能核心模块,在此选用STC90C518RD单片机,如图1所示,该芯片具有4路PWM输出,使用其中一路PWM控制充电MOS管的开关;使用自带8路10位A/D,采集模拟信号并转换为数字信号;R1和R2采用精密电阻,主要用来分压蓄电池电压后,让单片机采集,通过R1和R2大小关系计算出蓄电池实际电压,然后根据实现相应的控制。下面分别介绍系统主要模块。

2通信设计

串口通信设计串口通信采用MAX232进行TTL电平和RS-232电平之间的转换。MAX232CSE-TTL电平与RS-232电平转换芯片,4路转换,外围接5个104电容。加入串口的功能主要有三个:一是给单片机下载程序;二是使控制器具有远程通信或远程监视的功能;三是将控制器每天采集到得数据的极限值和发生异常状态时的数据记录在其内部的E?PROM中,当工作人员需要查看数据时,可直接通过串口读取数据。最后,还需要与上位机软件配合使用。液晶接口的设计控制器板上预留有1602液晶接口,可根据用户需要选择安装1602液晶。1602液晶—可显示两行,每行16个字母,工作电压4.5~5.5V,带背光,并口操作方式。特点:单5V电源电压,低功耗,长寿命,高可靠性。内置192种字符。具有64个字节的自定义字符RAM,可自定义8个58点阵字符或四个511点阵字符。

发光二极管的设计发光二极管指示灯共有6个状态指示:①蓄电池接入指示灯;②系统正常工作状态指示灯;③蓄电池欠压指示灯;④蓄电池过压指示灯;⑤充电状态指示灯;⑥负载工作状态指示灯。电源部分和控制部分电路设计电源转换及控制器部分电路,蓄电池正极从二极管DD6的阳极接入,DD6为防电源反接构成反向回路设计。Q3,R16,DW2为一级降压电路,将蓄电池电压钳位在9.4V左右。DW2为10V稳压管,当蓄电池电压高于10V时,通过三极管Q3和稳压管DW2后降压到9.4V。降压到9.4V的原因是三极管的基极电压被稳压管稳定在10V,通过BE极之间的PN结后电压下降0.6V,所以为9.4V。

然后通过二级降压电路R17,Q4和DW3将输出电压钳位到5V,这5V电压用来给单片机系统提供电源,两级降压电路中使用三极管的作用是为了扩流,单纯用稳压管同样可以稳压到期望的电压值,可是输出的电流会非常小,以至根本无法带负载。电阻R25,R26和二极管DD8用来检测太阳能电池板电压值,标号“PV-”为太阳能电池板负极,“JCPV”接单片机A/D输入口。当“PV-”电压等于或大于“BAT-”电压时,说明太阳能电池板电压等于或小于蓄电池电压,这时不能开启充电控制。R12,R13,R14,R15,DW1,Q2,T1为控制负载开关电路。DW1用来保证MOS管与GS之间电压最大不得超过10V,否则会损坏MOS管,三极管Q3导通时,MOS管T1关闭;Q2不导通时,MOS管T1开启。标号“ADC1”有三个作用,一用于单片机控制负载通断;二用于采集MOS管在开启状态下的DS压降,从而检测负载消耗电流大小;三当负载过度或短路时,“ADC1”由硬件自动时MOS关闭,从而保护MOS管及负载的进一步损坏。

R21,R20用来启动硬件自动关闭充电,当太阳能电池板低于蓄电池电压时,可由“PV-”直接控制Q5三极管,Q6的控制将失效。T2,T3两个MOS管对接才可有效控制充电回路,因为MOS管内部自身会有一个二极管,N沟道为S指向D,P沟道为D指向S,DW4为T2和T3MOS管稳压。T2和T3MOS管的开/关由Q3和Q6两个三极管的状态共同决定。

3系统软件设计

3.1protues仿真使用protues画电路图,电路图与前面的protel图基本一样,但因为此版本中没有STC90C518RD单片机,所以用AT89C52代替。而MAX232因其电源内置而没有画出。因为protues中没有太阳能电池板所以没有画出。仿真电路图如图2所示。

3.2系统流程图下图是本系统的工作流程图。如图3所示从系统开始运行、初始化然后互在电池端电压采样,当测得蓄电池电压低于10.8V时,自动关断负载(欠压关断),同时有报警提示;当蓄电池电压介于10.8V到13.2V之间时自动接通负载;当蓄电池电压高于14.8V时,自动关断负载(欠压关断),同时有报警提示。

4总结

太阳能充放电控制器的主要作用就是要能自动检测太阳能电池板电压是否高于蓄电池电压,若高于蓄电池电压则开始充电:若低于蓄电池电压,则不能开启充电,否则蓄电池电流会反向流向太阳能电池板而造成电量损耗。在设计的过程中也遇到过很多问题。比如:由于时间比较紧,只验证控制系统功能,但真正应用系统还有待完善。随着能源问题的日益严峻,相信太阳能充放电技术讲会运用在更多领域,也相信这方面的前景一片光芒。

作者:李军 王成磊 王亚伟 单位:阜阳师范学院 计算机学院

太阳能充放电智能控制责任编辑:杨雪    阅读:人次