太陽(yáng)能光伏存儲(chǔ)技術(shù)研究——工作總結(jié)

畢業(yè)設(shè)計(jì)工作總結(jié)表6

工作任務(wù)完成情況（包括任務(wù)書中規(guī)定的工作內(nèi)容、研究目標(biāo)等，如未能完成須說(shuō)明原因）：在李田澤教授的精心指導(dǎo)下，經(jīng)過(guò)一個(gè)學(xué)期的時(shí)間，我上網(wǎng)搜集資料、查閱了大量的相關(guān)書籍、請(qǐng)教老師和同學(xué)，確定了研究?jī)?nèi)容并按照任務(wù)書要求完成了相關(guān)的工作，依據(jù)。本文針對(duì)光伏電池轉(zhuǎn)化效率低以及并網(wǎng)逆變系統(tǒng)存在的孤島效應(yīng)對(duì)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了研究，主要工作如下：基于光伏陣列單元等效電路模型，分析了太陽(yáng)能電池輸出特性與太陽(yáng)光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度之間的關(guān)系；在分析太陽(yáng)能電池輸出特性的基礎(chǔ)上，采用多鏡面組成的拋物面聚光器提高光伏電池的轉(zhuǎn)化效率，并給出了該聚光器的設(shè)計(jì)理論與相關(guān)計(jì)算；在了解光伏逆變器基本知識(shí)的基礎(chǔ)上分析了光伏并網(wǎng)逆變電路工作原理,闡述了孤島狀態(tài)的定義，并介紹了對(duì)孤島狀態(tài)檢測(cè)方法的要求,在此基礎(chǔ)上，對(duì)目前常用的逆變系統(tǒng)孤島檢測(cè)方法進(jìn)行了分析比較,針對(duì)有功干擾法在孤島中存在多個(gè)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)并聯(lián)供電時(shí)的失效問(wèn)題，提出了一種基于正反饋有功干擾的孤島檢測(cè)方法。由于本人的水平有限、閱歷尚淺，設(shè)計(jì)中很多地方都不盡完美，但總的來(lái)說(shuō)，在老師的幫助下基本完成了各項(xiàng)任務(wù)并撰寫了畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。在這里衷心的對(duì)李田澤老師表示感謝！主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)：本論文的創(chuàng)新點(diǎn)是針對(duì)有功干擾法在孤島中存在多個(gè)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)并聯(lián)供電時(shí)的失效問(wèn)題，提出了一種基于正反饋有功干擾的孤島檢測(cè)方法，加入正反饋環(huán)節(jié)后，該方法對(duì)孤島中存在多個(gè)光伏并網(wǎng)的情況也具有一定的適用性。該檢測(cè)方法控制簡(jiǎn)單，對(duì)傳感器精度要求不高，在光伏并網(wǎng)逆變器中實(shí)現(xiàn)不需額外的硬件成本。

工作狀況（包括工作態(tài)度、刻苦精神、協(xié)作精神、個(gè)人精力投入、出勤等情況）：拿到任務(wù)書后兩周內(nèi)，首先通過(guò)網(wǎng)上、實(shí)驗(yàn)室、圖書館等查閱各種資料，包括設(shè)計(jì)所需要的材料、外文文獻(xiàn)和翻譯資料，與指導(dǎo)老師交流，確定設(shè)計(jì)方案，再將這些資料整理并加以融合，在此基礎(chǔ)上根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的具體指標(biāo)稍作修改，基本上滿足本次設(shè)計(jì)的要求。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我深知自己所學(xué)知識(shí)有限，積極與其他同學(xué)及老師請(qǐng)教遇到的問(wèn)題，正是由于老師的精心解答，同學(xué)的熱心幫助，我才如期完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。對(duì)每次老師集中指導(dǎo)我都非常重視，按時(shí)出勤，認(rèn)真聽(tīng)取老師的指導(dǎo)，及時(shí)和老師交流設(shè)計(jì)心得，報(bào)告設(shè)計(jì)進(jìn)度。收獲、體會(huì)及建議：一個(gè)學(xué)期緊張而充實(shí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)工作，我受益匪淺。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我鞏固了所學(xué)專業(yè)知識(shí)，拓展了自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)，學(xué)到了許多新的技術(shù)。通過(guò)老師的悉心指導(dǎo)，我不僅將自己所學(xué)的知識(shí)在實(shí)踐中得以運(yùn)用，加強(qiáng)了對(duì)知識(shí)的理解、運(yùn)用能力，而且接觸了很多新觀念、新方法，拓寬了知識(shí)面，為將來(lái)的工作打下良好的基礎(chǔ)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了我嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的態(tài)度和獨(dú)立解決分析問(wèn)題的能力，自我約束能力也進(jìn)一步增強(qiáng)。在漫長(zhǎng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中我克服了浮躁心理，踏踏實(shí)實(shí)用心做好每一步設(shè)計(jì)。同時(shí)，我還認(rèn)識(shí)到了和他人的協(xié)作對(duì)于一個(gè)人的成功是多么的重要，在與同學(xué)的交流協(xié)作中，我也學(xué)到了很多為人處事的方法，使得自己的交際能力有了很大的提高。本文是在導(dǎo)師李田澤教授的悉心指導(dǎo)下完成的。他淵博的知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，鞭策我不斷努力探索；他敏銳的洞察力和孜孜不倦的教誨使我受益終身，無(wú)論是現(xiàn)在還是將來(lái)，都將激勵(lì)我?jiàn)^發(fā)向上。學(xué)生簽字：201*年6月12日

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畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書

太陽(yáng)能光伏儲(chǔ)存技術(shù)研究

學(xué)院：電氣與電子工程學(xué)院專業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：

201*年6月

摘要

摘要

目前，太陽(yáng)能能源在生活中的利用越來(lái)越頻繁，如何更好儲(chǔ)存太陽(yáng)能就成為利用太陽(yáng)能的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，而蓄電池正是太陽(yáng)能儲(chǔ)存的重要器件。面對(duì)目前許多蓄電池充放電控制不合理和保護(hù)不夠充分等情況，本文設(shè)計(jì)了一套太陽(yáng)能充電控制器，控制蓄電池的充放電，從而達(dá)到更有效的存儲(chǔ)太陽(yáng)能。

在總體方案的指導(dǎo)下，本設(shè)計(jì)使用低功耗、高性能、超強(qiáng)抗干擾的STC89C52單片機(jī)作為核心器件進(jìn)行控制。系統(tǒng)硬件電路由太陽(yáng)能電池充放電電路，電壓采集和顯示電路，單片機(jī)控制電路和RS232串口通信電路組成，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池電壓的采集和顯示。軟件部分依據(jù)PWM（PulseWidthModulation）脈寬調(diào)制控制策略，編制程序使單片機(jī)輸出PWM控制信號(hào)，通過(guò)控制光電耦合器通斷進(jìn)而控制MOSFET管開(kāi)啟和關(guān)閉，達(dá)到控制蓄電池充放電的目的，同時(shí)按照功能要求實(shí)現(xiàn)了對(duì)蓄電池過(guò)充、過(guò)放保護(hù)和短路保護(hù)。

實(shí)驗(yàn)表明，該控制器性能優(yōu)良，可靠性高，可以時(shí)刻監(jiān)視太陽(yáng)能電池板和蓄電池狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)控制蓄電池最優(yōu)充放電，既能達(dá)到延長(zhǎng)蓄電池使用壽命，也能夠更好的對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行存儲(chǔ)。

關(guān)鍵詞：充電控制器；太陽(yáng)能儲(chǔ)存；PWM脈寬調(diào)制；

I

Abstract

Abstract

Atpresent,thesolarenergyutilizationinthelifeofpeoplemoreandmorefrequent,howtostoresolarenergyhasbecomeanimportantpartofthat,andthestoragebatteryisanimportantcomponentofsolarenergystorage.Inthefaceofmanyofthecurrentbatterychargeanddischargecontrolunreasonableandinadequateprotection,thispaperdesignsasolarchargecontroller,batterychargeanddischargecontrol,soastoachievethestorageofsolarenergymoreeffectively.

Undertheguidanceoftheoverallprogram,thedesignoflowpowerconsumption,highperformance,stronganti-interferenceofSTC89C52microcontrollerasthecoredevicecontrol.Thesystemhardwarecircuitbythecircuitofcharginganddischargingsolarbattery,voltageacquisitionanddisplaycircuit,SCMcontrolcircuitandRS232serialcommunicationcircuit,mainlyrealizestheacquisitionanddisplayofthebatteryvoltage.ThesoftwarepartbasedonPWM(PulseWidthModulation)pulsewidthmodulationcontrolstrategy,programmingthemicrocontrolleroutputPWMcontrolsignal,throughthecontrolofphotoelectriccoupleron-offandcontrolofMOSFETopeningandclosing,tocontrolthebatterycharginganddischargingoftheobjective,atthesametime,accordingtothefunctionalrequirementsoftherealizationofthebatteryovercharge,overdischargeprotectionandshortcircuitprotection.

Experimentsshowthat,thecontrollerhasexcellentperformance,highreliability,canconstantlymonitorthesolarpanelsandthestateofthebattery,batterychargeanddischargecontroloptimal,toprolongtheservicelifeofstoragebatteryatthesametime,alsocanbetterforstorageofsolarenergy.

Keywords:solarchargecontroller;storage;PWMpulsewidthmodulation;

II

目錄

目錄

摘要..............................................................IAbstract..........................................................Ⅱ目錄.............................................................Ⅲ第一章緒論........................................................1

1.1太陽(yáng)能儲(chǔ)存現(xiàn)狀.............................................11.2課題研究背景和意義.........................................11.3主要設(shè)計(jì)內(nèi)容...............................................3第二章太陽(yáng)能儲(chǔ)存的總體設(shè)計(jì)方案...................................42.1太陽(yáng)能儲(chǔ)存的控制策略.......................................42.1.1太陽(yáng)能電池.............................................42.1.2蓄電池.................................................42.1.3控制策略..............................................72.2總體設(shè)計(jì)方案...............................................7第三章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)...........................................93.1單片機(jī)最小系統(tǒng).............................................9

3.1.1STC89C52的簡(jiǎn)介......................................93.1.2單片機(jī)的最小系統(tǒng)及擴(kuò)展電路..........................113.2充放電電路................................................133.3光耦驅(qū)動(dòng)電路..............................................143.4A/D轉(zhuǎn)換電路..............................................15

3.4.1ADC0804的簡(jiǎn)介......................................153.4.2ADC0804外圍接線電路...............................173.5LCD顯示電路..............................................183.6E2PROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路.......................................203.7串口通信電路..............................................213.8系統(tǒng)總機(jī)電路圖............................................24第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)..............................................244.1系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)............................................244.2電壓采集轉(zhuǎn)換模塊..........................................25

4.2.1ADC804時(shí)序圖.......................................254.2.2A/D轉(zhuǎn)換子程序......................................254.3顯示模塊..................................................26

4.3.11602液晶寫操作時(shí)序圖...............................264.3.2電壓顯示流程圖......................................274.4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊..............................................28

III

目錄

24.4.1IC總線模擬時(shí)序圖.................................28

4.4.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)流程圖......................................304.5軟件調(diào)試和仿真............................................30結(jié)論...........................................................33參考文獻(xiàn).........................................................34致謝...........................................................36附錄Ⅰ系統(tǒng)程序..................................................37附錄Ⅱ總機(jī)電路圖................................................51

IV

第一章緒論

第一章緒論

1.1太陽(yáng)能儲(chǔ)存現(xiàn)況

太陽(yáng)能作為新能源有著巨大的優(yōu)勢(shì)，所以世界各國(guó)都在努力研發(fā)新技術(shù)，比較成熟的是太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)。太陽(yáng)能光伏發(fā)電現(xiàn)已成為新能源和可再生能源的重要組成部分，也被認(rèn)為是當(dāng)前世界最有發(fā)展前景的新能源技術(shù)。目前太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝置已廣泛應(yīng)用于通訊，交通，電力等各個(gè)方面。

在進(jìn)行太陽(yáng)能光伏發(fā)電時(shí)，由于一般太陽(yáng)能極板輸出電壓不穩(wěn)定，不能直接將太陽(yáng)能極板應(yīng)用于負(fù)載，需要將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芎蟠鎯?chǔ)到一定的儲(chǔ)能設(shè)備中，如鉛酸蓄電池。但只有當(dāng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)工作過(guò)程中保持蓄電池沒(méi)有過(guò)充電，也沒(méi)有過(guò)放電，才能使蓄電池的使用壽命延長(zhǎng)，效率也得以提高，因此必須對(duì)工作過(guò)程加以研究分析而予以控制，這種情況下太陽(yáng)能充電控制器應(yīng)運(yùn)而生。

1.2課題研究背景和意義

能源資源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)之一，隨著人民生活水平的不斷提高和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，能源的缺口增大，能源問(wèn)題作為困擾人類長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展的一大因素?cái)[在了人們面前。伴隨著世界能源危機(jī)的日益嚴(yán)重，石油價(jià)格不斷上漲，利用常規(guī)能源已經(jīng)不能適應(yīng)世界經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的需要，如何解決能源問(wèn)題，是每個(gè)國(guó)家都必須面臨的問(wèn)題。同時(shí)，以煤、石油作為燃料在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的有害物質(zhì)已經(jīng)開(kāi)始造成全球變暖，即“溫室效應(yīng)"，人類的生活將會(huì)由此受到很大的威脅。這些難題迫使政府和社會(huì)在發(fā)展常規(guī)能源的同時(shí)必須加大對(duì)新能源的開(kāi)發(fā)和利用。

新能源包括水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等。雖然風(fēng)能或水能等更加便宜，但是大多數(shù)的自家用戶卻都不可能找到適當(dāng)場(chǎng)合進(jìn)行架設(shè)，架設(shè)成本較高。而太陽(yáng)能則不同，任何自家用戶只要找到一個(gè)有陽(yáng)光照射到的窗戶都可以裝置太陽(yáng)能極板作輔助能源，幾百元投資便可以架設(shè)。所以綜合考慮，太陽(yáng)能無(wú)疑是符合我

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第一章緒論

國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的理想綠色能源，全球能源專家也認(rèn)為，太陽(yáng)能將成為21世紀(jì)最重要也最有前景的能源之一。

而且太陽(yáng)輻射能與煤炭、石油等常規(guī)能源相比較，更有如下的優(yōu)點(diǎn)：（1）普遍性。

地球上處處都有太陽(yáng)能，不需要到處去尋找，去運(yùn)輸，容易獲取。（2）無(wú)害性。

利用太陽(yáng)能作為能源，沒(méi)有廢渣，廢料，廢氣，廢水的排放，沒(méi)有噪聲，不會(huì)污染環(huán)境，沒(méi)有公害，清潔干凈。

（3）長(zhǎng)久性。

只要有太陽(yáng)，就有太陽(yáng)能，因此太陽(yáng)能可以說(shuō)是取之不盡，用之不竭。（4）巨大性。

一年內(nèi)到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射能總量要比現(xiàn)在地球上消耗的各種能量的總和大幾萬(wàn)倍。

我國(guó)幅員遼闊，有著十分豐富的太陽(yáng)能資源。全國(guó)各地的年太陽(yáng)輻射總量3340．8400MJ／m2，中值為5852MJ／m2。年日照時(shí)數(shù)在2200小時(shí)以上的地區(qū)約占國(guó)土面積的2／3以上。我國(guó)的西部地區(qū)，包括西藏、新疆、青海、內(nèi)蒙古等省，年日照時(shí)間長(zhǎng)，這些地區(qū)面積寬廣、人口密集低，在一些偏僻的地區(qū)傳統(tǒng)的供電設(shè)施建設(shè)成本高，電能的供需矛盾顯得十分突出，因此當(dāng)?shù)卣�府充分利用太�?yáng)能發(fā)電解決無(wú)電地區(qū)的用電具有重大的戰(zhàn)略意義。為了更高效的利用太陽(yáng)能，白天可將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，利用蓄電池將電能儲(chǔ)存起來(lái)，需要用電時(shí)即可由蓄電池供電。

總體看來(lái)我國(guó)太陽(yáng)能資源比較豐富，因此充分利用豐富的太陽(yáng)能資源，采用太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)，可以節(jié)約能源，發(fā)展經(jīng)濟(jì)，提高人民生活水平。

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第一章緒論

1.3主要設(shè)計(jì)內(nèi)容

本設(shè)計(jì)研究確定了一種基于STC單片機(jī)的太陽(yáng)能充電控制器的方案，在太陽(yáng)能對(duì)蓄電池的充電方式、控制器的功能要求和電路保護(hù)方面做了分析，完成了系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)和軟件編程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)蓄電池的科學(xué)管理。這里以充/放電最大電流10A，額定電壓12V控制器系統(tǒng)為例，其實(shí)現(xiàn)的主要功能如下。

（1）要能自動(dòng)檢測(cè)太陽(yáng)能電池板電壓是否高于蓄電池電壓，若高于蓄電池電壓，則可開(kāi)啟充電；若低于蓄電池電壓，則不能開(kāi)啟充電，否則蓄電池電流會(huì)反向流向太陽(yáng)能電池板而造成點(diǎn)亮損耗。

（2）當(dāng)蓄電池電壓低于10.8V時(shí)，自動(dòng)關(guān)斷負(fù)載（欠壓關(guān)斷），同時(shí)有報(bào)警功能；

（3）當(dāng)蓄電池電壓高于14.5V，自動(dòng)關(guān)斷負(fù)載（過(guò)壓關(guān)斷）和充電電路，同時(shí)有報(bào)警功能。

（4）當(dāng)蓄電池處于浮充充電狀態(tài)時(shí)電壓值控制在13.5V左右。

（5）當(dāng)用戶將太陽(yáng)能電池板接反至控制器時(shí)，具有保護(hù)控制器不被毀壞的功能；

（6）當(dāng)用戶將蓄電池接反至控制器時(shí)，要有報(bào)警功能，并且具有保護(hù)控制器不被毀壞的功能。

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第二章太陽(yáng)能儲(chǔ)存的總體設(shè)計(jì)方案

第二章太陽(yáng)能儲(chǔ)存的總體設(shè)計(jì)方案

2.1太陽(yáng)能儲(chǔ)存的控制策略

2.1.1太陽(yáng)能電池板

如圖2-1所示，太陽(yáng)能電池板是利用半導(dǎo)體光伏效應(yīng)制成的，能夠直接將太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)換成電能的器件。具有很強(qiáng)的光伏效應(yīng)半導(dǎo)體材料，當(dāng)吸收一定能量的光子后其內(nèi)部導(dǎo)電的載流子電子和空穴分布和濃度發(fā)生變化。光照在半導(dǎo)體P/N結(jié)上，就會(huì)在其兩端產(chǎn)生光生電壓，當(dāng)外部接通電路時(shí)，在該電壓的作用下，將會(huì)有電流流過(guò)外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。在這個(gè)過(guò)程中，光電池本身不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)，也沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)磨損，因此使用太陽(yáng)能電池的過(guò)程中沒(méi)有噪聲，沒(méi)有環(huán)境污染，這是其他方式發(fā)電所不能比擬的。

圖2-1太陽(yáng)能電池產(chǎn)生光伏效應(yīng)

2.1.2蓄電池

（1）蓄電池工作原理

太陽(yáng)能充電控制器最主要的功能是控制太陽(yáng)能極板對(duì)蓄電池的充電，蓄電池的性能和充放電的方式有很大的關(guān)系，所以在設(shè)計(jì)控制器之前需要對(duì)蓄電池的原理、充放電過(guò)程做一個(gè)分析。

一般鉛酸蓄電池是由正極板、負(fù)極板、隔板、電池槽、電解液和接線端子等部分組成，極板主要有鉛制成，電解液是硫酸溶液。依據(jù)化學(xué)基礎(chǔ)理論：鉛酸蓄電池釋放化學(xué)能的過(guò)程(放電過(guò)程)是負(fù)極進(jìn)行氧化，正極進(jìn)行還原的過(guò)程；

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第二章太陽(yáng)能儲(chǔ)存的總體設(shè)計(jì)方案

電池補(bǔ)充化學(xué)能的過(guò)程(充電過(guò)程)是負(fù)極進(jìn)行還原，正極進(jìn)行氧化的過(guò)程。分析可知，蓄電池的充電過(guò)程和放電過(guò)程是可逆的。實(shí)際上，蓄電池最重要的指標(biāo)就是電解液中硫酸根的濃度，因此可以用電池中硫酸溶液的密度(比重)來(lái)衡量電池充放電的程度。

（2）蓄電池在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的作用

在獨(dú)立的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池是整個(gè)系統(tǒng)的重要組成部分，是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)性能可靠性影響比較大的部分。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池的主要作用有：儲(chǔ)存能量、對(duì)太陽(yáng)能極板的工作電壓的進(jìn)行鉗位、給負(fù)載提供啟動(dòng)電流等。蓄電池的存在，可以解決太陽(yáng)能產(chǎn)生電能和負(fù)載用電時(shí)間不一致不同步的問(wèn)題，太陽(yáng)能極板和負(fù)載兩者之間電壓不匹配的問(wèn)題等。（3）蓄電池常規(guī)充放電方式

目前，市場(chǎng)上常規(guī)的蓄電池充電法包括三種：恒流充電法、階段充電法和恒壓充電法。

恒流充電法：是通過(guò)保持充電電流強(qiáng)度不變進(jìn)行充電的方法。這種充電控制方法簡(jiǎn)單，但由于電池的可接受電流能力是隨著充電過(guò)程的進(jìn)行而逐漸下降的，到充電后期，充電電流多用于電解水，產(chǎn)生氣體，使出氣過(guò)多，影響蓄電池的使用壽命。

階段充電法：這種充電方法包括二階段充電法和三階段充電法。二階段充電法是先用恒定電流充電至預(yù)定的電壓值，然后改為恒定電壓完成剩余的充電，一般兩階段之間的轉(zhuǎn)換電壓就是第二階段的恒電壓；三階段充電法是指在充電開(kāi)始和結(jié)束時(shí)采用恒定的電流充電，中間用恒定的電壓進(jìn)行充電。階段充電法這種方法雖然可以將出氣量減到最少，但作為一種快速充電方法使用，實(shí)際應(yīng)用中受到一定的限制。

恒壓充電法：恒壓充電時(shí)要嚴(yán)格掌握充電電壓，電壓在全部充電時(shí)間里保持恒定的數(shù)值，充電電壓過(guò)低，蓄電池會(huì)充不滿，過(guò)高則會(huì)造成過(guò)量充電。由于充電初期蓄電池電動(dòng)勢(shì)較低，充電電流很大，隨著充電的進(jìn)行，電流將逐漸減少。這種充電方法在充電初期電流過(guò)大，對(duì)蓄電池壽命造成很大影響，且容

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第二章太陽(yáng)能儲(chǔ)存的總體設(shè)計(jì)方案

易使蓄電池極板彎曲，將會(huì)影響蓄電池的使用。

改進(jìn)的充放電方式：針對(duì)目前市場(chǎng)上控制器的主要問(wèn)題是由于對(duì)于蓄電池的保護(hù)不夠充分，不合適的充電方式容易導(dǎo)致蓄電池的損壞，同時(shí)通過(guò)對(duì)蓄電池的工作原理和對(duì)影響蓄電池使用壽命因素的分析，本論文提出了PWM(PulseWidthModulation)脈寬調(diào)制充電方法。PWM是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。這種充電法不僅遵循蓄電池固有的充電接受率，而且能夠提高蓄電池充電接受率，這也是蓄電池充電理論的進(jìn)一步發(fā)展。

PWM脈沖調(diào)制充電方式首先對(duì)電池充電一段時(shí)間，然后讓電池停止充電一段時(shí)間，如此循環(huán)往復(fù)。充電脈沖使蓄電池充滿電量，而間歇期使蓄電池經(jīng)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣和氫氣有時(shí)間重新化合而被吸收掉，從而減輕了蓄電池的內(nèi)壓，使下一輪的充電能夠更加順利地進(jìn)行，使蓄電池可以吸收更多的電量。PWM調(diào)制充電方式使蓄電池有較充分的反應(yīng)時(shí)間，減少了析氣量，提高了蓄電池的充電效率。脈寬調(diào)制方式是指在固定時(shí)鐘頻率下，通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)的通斷時(shí)間來(lái)控制信號(hào)的占空比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的調(diào)整。實(shí)際也就是以一直流電壓經(jīng)過(guò)以一定頻率打開(kāi)與閉合開(kāi)關(guān)的控制來(lái)改變電壓。輸出電壓波形如圖2-2所示。

針對(duì)目前市場(chǎng)上的太陽(yáng)能充電控制器當(dāng)蓄電池給負(fù)載供電時(shí)，沒(méi)有時(shí)刻檢測(cè)蓄電池的電壓，很容易導(dǎo)致蓄電池的深度放電這個(gè)問(wèn)題，本論文提出時(shí)刻在線檢測(cè)蓄電池電壓來(lái)避免蓄電池發(fā)生過(guò)放現(xiàn)象，保護(hù)蓄電池，提高其使用壽命。

作為光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，蓄電池的壽命短是阻礙整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)性能和推廣的主要原因之一。根據(jù)蓄電池的工作原理，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，影響鉛酸蓄電池壽命的主要因素有：充電電壓的設(shè)置、過(guò)放控制點(diǎn)的設(shè)置、溫度、運(yùn)行環(huán)境等。依據(jù)這些影響因素，分析蓄電池常見(jiàn)充放電方式局限性，對(duì)充放電方式進(jìn)行了一定的改進(jìn)。

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第二章太陽(yáng)能儲(chǔ)存的總體設(shè)計(jì)方案

電壓U0tT時(shí)間

圖2-2輸出電壓波形

2.1.3控制策略

一般太陽(yáng)能極板輸出電壓的不穩(wěn)定，不能直接應(yīng)用于負(fù)載，需要將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芎蟠鎯?chǔ)到儲(chǔ)能設(shè)備如蓄電池中，而控制器在這個(gè)過(guò)程中起著樞紐作用，其性能的好壞將會(huì)直接影響實(shí)際應(yīng)用的使用效果�？刂破骺刂铺�陽(yáng)能極板對(duì)蓄電池的充電，為了延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，必須對(duì)它的充放電條件加以限制，防止蓄電池過(guò)充電及深度充電。控制器同時(shí)負(fù)責(zé)蓄電池是否對(duì)負(fù)載供電，當(dāng)蓄電池的電壓在正常范圍內(nèi)時(shí)，控制器控制開(kāi)關(guān)接通，蓄電池給負(fù)載供電；當(dāng)蓄電池的電壓處于欠壓或是過(guò)放狀態(tài)時(shí)，控制器控制開(kāi)關(guān)截止，蓄電池停止對(duì)負(fù)載的供電，在這個(gè)過(guò)程中控制器起著至關(guān)重要的作用，保護(hù)負(fù)載和蓄電池。

2.2總體設(shè)計(jì)方案

通過(guò)以上對(duì)各種分析，明確太陽(yáng)能充電控制器的重要性和作用，依照應(yīng)該具有的功能，制訂出控制策略，最后確定了整體設(shè)計(jì)方案。

本系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為主控芯片，利用分壓電路對(duì)蓄電池的電壓、進(jìn)行采樣,然后經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換將檢測(cè)電壓數(shù)據(jù)輸入到單片機(jī)中進(jìn)行處理，通過(guò)液晶芯片把電壓值顯示出來(lái)方便調(diào)整。單片機(jī)在軟件程序的控制下輸出PWM控制信號(hào)，經(jīng)光耦驅(qū)動(dòng)MOSFET管開(kāi)啟與關(guān)閉來(lái)控制充放電電路。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)控制蓄電池的最優(yōu)充放電，有效的延長(zhǎng)蓄電池的壽命。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖2-3所示。

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第二章太陽(yáng)能儲(chǔ)存的總體設(shè)計(jì)方案

太陽(yáng)能電池板充電電路光耦驅(qū)動(dòng)電路液晶1602電壓顯示電路鉛酸蓄電池A/D轉(zhuǎn)換電路主控芯片STC89C52單片機(jī)AT24C02數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路負(fù)載放電電路光耦驅(qū)動(dòng)電路RS232串口通信電路圖2-3系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖

以上通過(guò)對(duì)太陽(yáng)能電池、被控對(duì)象蓄電池的分析，結(jié)合硬件資源和軟件控制策略，進(jìn)行了硬件電路設(shè)計(jì)和軟件編程設(shè)計(jì)，最終確定整體設(shè)計(jì)方案。整體方案設(shè)計(jì)，講述了光伏發(fā)電技術(shù)中控制器和蓄電池的作用，控制器主要負(fù)責(zé)控制太陽(yáng)能極板對(duì)蓄電池的充電以及控制蓄電池對(duì)負(fù)載的供電。由于不合適的充放電方式會(huì)導(dǎo)致蓄電池的損壞，縮短蓄電池的使用壽命，本論文提出了PWM脈寬調(diào)制充電方法，這種充電方法能夠使蓄電池有較充分的反應(yīng)時(shí)間，與以前的充電方式相比，提高了蓄電池的充電效率。同時(shí)提出了時(shí)刻在線檢測(cè)蓄電池電壓的放電控制方法，避免蓄電池發(fā)生過(guò)放現(xiàn)象，保護(hù)蓄電池。各個(gè)部分的控制功能通過(guò)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。。

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第三章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

第三章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

在整體方案的指導(dǎo)下，依據(jù)工程設(shè)計(jì)的常見(jiàn)思路，本論文從硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面入手，運(yùn)用模塊化的設(shè)計(jì)方法去進(jìn)行控制器的設(shè)計(jì)。

硬件電路主要由以下幾部分組成：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)、充放電電路、光耦驅(qū)動(dòng)電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、LCD顯示電路、E2PROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、串口通信電路等。下面先從系統(tǒng)層次原理圖入手，對(duì)系統(tǒng)原理進(jìn)行詳細(xì)的分析，然后再對(duì)具體電路地進(jìn)行一一介紹。

3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)

3.1.1STC89C52的簡(jiǎn)介

STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用STC公司高密度非易失性高加密性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在芯片內(nèi)部，擁有很高頻率8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。

STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，STC89C52具有低功耗設(shè)計(jì)，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式�？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。而且STC89C52的工作頻率很寬，可以在0~35MHz之間選擇，芯片具有超強(qiáng)抗干擾性，加密性強(qiáng)。

STC89C52常見(jiàn)的是PDIP封裝，是一個(gè)有40個(gè)引腳的芯片，引腳如圖3-1所示。按其功能類別將它們分為三類：

（1）電源和時(shí)鐘引腳。如VCC、GND、XTAL1、XTAL2。

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第三章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

（2）編程控制引腳。RST、PSEN、ALE/PROG、EA/VPP。（3）I/O口引腳。如P0、P1、P2、P3。

圖3-1STC89C52引腳圖

這里僅詳細(xì)介紹編程引腳：

（1）RST：復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，RST引腳持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位。看門狗計(jì)時(shí)完成后，RST腳輸出96個(gè)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(wú)效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。

（2）ALE/PROG：地址鎖存控制信號(hào)(ALE)是訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在flash編程時(shí)，此引腳(PROG)也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的振蕩頻率輸出脈沖，可作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。

如果需要，通過(guò)將地址為8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作將無(wú)效。這一位置“1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOVC指令時(shí)有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個(gè)ALE使能標(biāo)志位(地址為8EH的SFR的第0位)的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無(wú)效。

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第三章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

PSEN：（3）外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)(PSEN)是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng)STC89C52從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，PSEN在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，PSEN將不被激活。

（4）EA/VPP：訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲(chǔ)器指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。在flash編程期間，EA也接收12伏Vpp電壓。

3.1.2單片機(jī)的最小系統(tǒng)及擴(kuò)展電路

單片機(jī)是系統(tǒng)的主控芯片，為了使整個(gè)電路得到很好的控制，首先必須構(gòu)建最小系統(tǒng)是單片機(jī)可以工作起來(lái)。本設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)擴(kuò)展電路包括上電復(fù)位電路，時(shí)鐘電路，工作指示燈和蜂鳴器報(bào)警電路等。

（1）時(shí)鐘電路

單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，此放大器的輸入端和輸出端分別是引腳XTAL1和XTAL2，在XTAL1和XTAL2上外接時(shí)鐘源即可構(gòu)成時(shí)鐘電路，CPU的所有操作均在時(shí)鐘脈沖同步下進(jìn)行。片內(nèi)振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率，一般多在1.2MHz~12MHz之間選取。時(shí)鐘電路如圖3-2所示。電路中C6、C7是反饋電容，其值在5pF~30pF之間選取，本電路選用的電容為30pF，晶振頻率為11.0952MHz。

（2）復(fù)位電路

復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。

單片機(jī)的復(fù)位電路如圖3-3所示。本系統(tǒng)采用的是上電+電平按鈕復(fù)位，上電復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。按鈕復(fù)位是當(dāng)按鈕按下后，

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第三章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

電源通過(guò)電阻R14施加到復(fù)位端上，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)復(fù)位。

復(fù)位電路雖然簡(jiǎn)單，但其作用非常重要。一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，首先要檢查是否能復(fù)位成功。初步檢查可用示波器探頭監(jiān)視RST引腳，按下復(fù)位鍵，觀察是否有足夠幅度的波形輸出(瞬時(shí)的)，還可以通過(guò)改變復(fù)位電路電阻和電容值進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

圖3-2時(shí)鐘電路

圖3-3復(fù)位電路

（3）工作狀態(tài)指示燈電路

本設(shè)計(jì)可以時(shí)刻檢測(cè)蓄電池電壓，為了更好的進(jìn)行監(jiān)控，要對(duì)整個(gè)電路的

工作狀態(tài)進(jìn)行指示，這是很有必要的。工作狀態(tài)指示燈電路如圖3-4所示。其中LED1為正常充電指示燈，LED2為過(guò)壓指示燈，LED3為欠壓指示燈。串聯(lián)的電阻的目的是為了限制通過(guò)發(fā)光二極管的電流太大而將其燒毀。

（4）蜂鳴器報(bào)警電路

報(bào)警電路采用蜂鳴器來(lái)發(fā)出報(bào)警聲音，由于STC89C52輸出引腳的驅(qū)動(dòng)能力較弱，所以蜂鳴器要加三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

在對(duì)蓄電池電壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，一旦發(fā)現(xiàn)檢測(cè)電壓值連續(xù)超出閾值范圍，便啟動(dòng)自身報(bào)警電路，即當(dāng)電壓超過(guò)程序設(shè)定的最高值或最低值時(shí)，單片機(jī)的P2.6引腳(beep端)輸出低電平，三極管隨之導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。蜂鳴器報(bào)警電路圖如圖3-5所示。

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第三章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

圖3-5工作狀態(tài)指示燈電路

圖3-5蜂鳴器報(bào)警電路

3.2充放電電路

充放電電路如圖3-6所示，電路由防反充二極管D1、濾波電容C4和C5、穩(wěn)壓管D2、續(xù)流二極管D3、MOSFET管Q1和Q2等構(gòu)成。二極管D1是為了防止反充，當(dāng)陰天或晚上蓄電池的電壓高于太陽(yáng)能電池板的電壓時(shí)，D1就生效，可以防止蓄電池電流流向太陽(yáng)能電池板。分析可知，通過(guò)控制MOSFET管閉合和斷開(kāi)的時(shí)間（即PWM脈沖寬度調(diào)制），就可以控制輸出電壓。所使用的MOSFET是電壓控制單極性金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所需驅(qū)動(dòng)功率較小。而且MOSFET只有多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，不存在少數(shù)載流子的復(fù)合時(shí)間，因而開(kāi)關(guān)頻率可以很高，非常適合作控制充放電開(kāi)關(guān)。設(shè)計(jì)中采用IRL2703-N溝道MOSFET管，N溝道MOSFET的導(dǎo)通電壓Vth>0。當(dāng)光耦U2斷開(kāi)時(shí)，由于Q1的G極電壓接近蓄電池電壓，S極是接地，使得Vgs>0，當(dāng)G極電壓達(dá)到一定值時(shí)，Q1導(dǎo)通。電容C4是太陽(yáng)能電池板輸出電壓濾波，使得更穩(wěn)定地給蓄電池充電。電容C5是對(duì)蓄電池輸出電壓進(jìn)行濾波，以保證負(fù)載供電電路的穩(wěn)定性。圖中穩(wěn)壓管D2用來(lái)對(duì)蓄電池進(jìn)行穩(wěn)壓作用。當(dāng)用戶將蓄電池反接至控制器時(shí)，續(xù)流二極管D3可以進(jìn)行續(xù)流，從而保護(hù)控制器不被毀壞。

按程序設(shè)計(jì)當(dāng)檢測(cè)到蓄電池的電壓低于12V，充電模式為均充，Q1為完全導(dǎo)通狀態(tài)，也就是導(dǎo)通的脈沖占空比最大；當(dāng)檢測(cè)到蓄電池的電壓在12V-14.5V，

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圖3-6充放電電路

充電模式為浮充，Q1導(dǎo)通與不導(dǎo)通的占空比例變小，當(dāng)檢測(cè)到蓄電池的電壓等于15V左右，Q1截止使充電停止，同時(shí)Q2也關(guān)閉來(lái)關(guān)斷負(fù)載。當(dāng)檢測(cè)到蓄電池的電壓低于10.8V，Q2關(guān)閉停止放電，關(guān)斷負(fù)載來(lái)實(shí)現(xiàn)欠壓關(guān)斷。

3.3光耦驅(qū)動(dòng)電路

為了增加系統(tǒng)的可靠性，本設(shè)計(jì)用光電耦合器實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制電路和充放電電路的隔離。光耦驅(qū)動(dòng)電路如圖3-7所示。M0S管Q1控制著充電電路，當(dāng)充電控制信號(hào)PWM為低電平時(shí)，光耦內(nèi)部的發(fā)光二極管的電流近似為零，右側(cè)三極管不導(dǎo)通，輸出端兩管腳間的電阻很大，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)—斷開(kāi)‖，輸出端K1被抬高，電阻R9右側(cè)被穩(wěn)壓管D2穩(wěn)壓到12V左右，MOSEFT的Vgs>0，MOS管Q1開(kāi)啟，太陽(yáng)能極板開(kāi)始對(duì)蓄電池充電；當(dāng)充電控制器信號(hào)為高電平時(shí)，光耦內(nèi)部的發(fā)光二極管發(fā)光，三極管導(dǎo)通，輸出端兩管腳間的電阻變小，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)—接通‖，此時(shí)從U2輸入的電壓經(jīng)光耦流向接地端，K1處的電壓接近為零，MOSEFT的Vgs第三章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

圖3-7光耦驅(qū)動(dòng)電路

3.4A/D轉(zhuǎn)換電路

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的STC89C52單片機(jī)沒(méi)有內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換模塊，因此需要先采集蓄電池的電壓，然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換才可接入單片機(jī)。市場(chǎng)中集成的A/D轉(zhuǎn)換器品種很多，選用時(shí)需要綜合考慮各種因素進(jìn)行選取。一般逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器用到較多，本設(shè)計(jì)采用8位并行A/D轉(zhuǎn)換器芯片ADC0804。因?yàn)樾铍姵仉妷旱牟杉�轉(zhuǎn)換在系統(tǒng)中極為重要，所以下面對(duì)所選ADC0804芯片及在本系統(tǒng)中是典型連接電路予以介紹。

3.4.1ADC0804的簡(jiǎn)介

AD轉(zhuǎn)換就是模數(shù)轉(zhuǎn)換，顧名思義，就是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。AD轉(zhuǎn)換器最主要的技術(shù)參數(shù)是轉(zhuǎn)換速度和轉(zhuǎn)換精度，由于逐次比較型兼有并行A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度高和雙積分型轉(zhuǎn)換精度高的優(yōu)點(diǎn)，所以得到普遍應(yīng)用。ADC0804就是這類集成A/D轉(zhuǎn)換器。

ADC0804為一只具有20引腳并行8位CMOS工藝逐次比較型的集成A/D轉(zhuǎn)換器，其規(guī)格如下：

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(1)高阻抗?fàn)顟B(tài)輸出，分辨率：8位(0~255)(2)存取時(shí)間：135us；轉(zhuǎn)換時(shí)間：100us(3)總誤差：正負(fù)1LSB

(4)工作溫度：0度~70度；(5)模擬輸入電壓范圍：0V~5V(6)參考電壓：2.5V；工作電壓：5V

(7)輸出為三態(tài)結(jié)構(gòu)，可直接連接在數(shù)據(jù)總線上。ADC0804引腳圖如圖3-8所示，其各個(gè)引腳的功能：

CS芯片片選信號(hào)輸入端，低電平有效，一旦CS有效，表明A/D轉(zhuǎn)換器別選中，可啟動(dòng)工作。

RD外部讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的控制輸出信號(hào)。RD為1時(shí)，DB0~DB7處理高阻抗：RD為0時(shí)，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)才會(huì)輸出。

WR用來(lái)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的控制輸入，相當(dāng)于ADC的轉(zhuǎn)換開(kāi)始（CS=0時(shí)），當(dāng)WR由1變?yōu)?時(shí)，轉(zhuǎn)換器被清除：當(dāng)WR回到1時(shí)，轉(zhuǎn)換正式開(kāi)始。

圖3-8ADC0804引腳圖

CLKIN時(shí)鐘信號(hào)輸入端

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第三章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

CLKR：內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的外接電阻端，與CLK配合可有芯片自身產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，其振蕩頻率為1/（1.1RC）

INTR中斷請(qǐng)求信號(hào)輸出,端，低地平動(dòng)作.，表明本次轉(zhuǎn)換已完成。VIN(+)VIN(-)差動(dòng)模擬電壓輸入。輸入單端正電壓時(shí),VIN(-)接地:而差動(dòng)輸入時(shí),直接加入VIN(+)VIN(-).

AGND,DGND模擬信號(hào)以及數(shù)字信號(hào)的接地.VREF/2參考電平輸入，決定量化單位。DB0~DB7三態(tài)特性數(shù)字信號(hào)輸出端.VCC:電源供應(yīng)以及作為電路的參考電壓.

3.4.2ADC0804外圍接線電路

（1）電壓采集電路

如圖3-9所示，電壓采集電路使用兩個(gè)串聯(lián)的電阻，大小比例為2:1，然后并聯(lián)在需要檢測(cè)的電壓兩端，從兩個(gè)電阻中間采集電壓。由分壓公式得出采集的電壓為ADIN，當(dāng)蓄電池充滿電時(shí)電壓大概為14.5V，計(jì)算出采集到的電壓為4.8V，符合A/D轉(zhuǎn)換芯片的ADC0804的輸入值。

圖3-9電壓采集電路

（2）ADC0804構(gòu)成的典型A/D轉(zhuǎn)換電路

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第三章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

按照芯片手冊(cè)中ADC0804的典型接法，系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的A/D轉(zhuǎn)換電路如3-11所示。單片機(jī)的P2.7引腳，用來(lái)實(shí)現(xiàn)片選；RD、WR分別接單片機(jī)的P3.6和P3.7引腳，進(jìn)行讀寫控制；CLK、CLKR、GND之間用電阻和電容構(gòu)成RC振蕩電路，用來(lái)給ADC0804提供工作所需的脈沖。

蓄電池的電壓采集信號(hào)ADIN從6腳引入，在內(nèi)部采集轉(zhuǎn)換后，從數(shù)字輸出端輸出到單片機(jī)的P1口，通過(guò)讀P1口數(shù)據(jù)，便可以得到蓄電池的電壓，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)。

圖3-12A/D轉(zhuǎn)換電路

3.5LCD顯示電路

液晶具有體積小、功耗低，顯示清晰的優(yōu)點(diǎn)，所以比較適合作顯示使用。為了更好的顯示電壓值，同時(shí)擴(kuò)展自己學(xué)習(xí)芯片的能力，本設(shè)計(jì)用液晶1602來(lái)顯示蓄電池的電壓值。在使用1602之前，我們首先查閱其使用手冊(cè)，對(duì)其進(jìn)行一定的了解。從芯片手冊(cè)中，可以得到1602液晶的主要技術(shù)資料，如表3-1所示，通過(guò)此表我們可以知道1602工作電壓和顯示容量，可以驗(yàn)證設(shè)計(jì)選擇的是否合適。

表3-11602的主要技術(shù)參數(shù)

顯示容量芯片工作電壓工作電流

模塊最佳工作電壓

162個(gè)字符4.5~5.5V

2.0mA（5.0V）5.0V

第三章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

字符尺寸

2.954.35（WH）mm

顯然，1602液晶可以滿足要求，接下來(lái)介紹其各個(gè)引腳的功能，為后面設(shè)計(jì)電壓顯示電路做準(zhǔn)備。1602引腳功能如表3-2所示。

表3-21602引腳功能表

引腳1234567-14

符號(hào)VssVDDVORSR/WEDB0-DB7

名稱接地電路電源

0V

功能5V±10%

液晶顯示對(duì)比度調(diào)

用于調(diào)節(jié)對(duì)比度

節(jié)端

寄存器選擇信號(hào)讀/寫信號(hào)片選信號(hào)數(shù)據(jù)線

H:數(shù)據(jù)寄存器L:指令寄存器H:讀L:寫下降沿觸發(fā),鎖存數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳輸

根據(jù)1602的技術(shù)參數(shù)和引腳功能，1602與單片機(jī)連接構(gòu)成的電壓顯示電路如圖3-12所示。EN使能端接單片機(jī)的P2.2引腳，用來(lái)實(shí)現(xiàn)片選；RS接單片機(jī)P2.0引腳，進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令選擇；R/W接單片機(jī)P2.1引腳，進(jìn)行讀寫控制；為防止直接加5V電壓燒壞背光燈，在15腳串接一個(gè)10的電阻用于限流。液晶3端通過(guò)接一個(gè)10K電位器接地來(lái)調(diào)節(jié)顯示對(duì)比度。數(shù)據(jù)輸入端D0-D7接單片機(jī)的P0口用于電壓數(shù)據(jù)的傳送。

圖3-11電壓顯示電路

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第三章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

3.6E2PROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路

為了把電路發(fā)生異常時(shí)的蓄電池電壓記錄下來(lái)，需要用存儲(chǔ)芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)保存。若采用普通存儲(chǔ)器，在掉電時(shí)需要備用電池供電，并需要在硬件上增加掉電檢測(cè)電路，但存在電池不可靠及擴(kuò)展芯片占用單片機(jī)過(guò)多口線的缺點(diǎn)。為了解決這一難題，本設(shè)計(jì)采用具有I2C總線接口的串行E2PROM器件，這里選擇AT24C02芯片。AT24C02可有效解決掉電數(shù)據(jù)保存問(wèn)題，可對(duì)所存在數(shù)據(jù)保存100年，并可多次擦寫，擦寫次數(shù)可達(dá)10萬(wàn)次以上。

AT24C02是一個(gè)2K位串行CMOSE2PROM，內(nèi)部含有256個(gè)字節(jié)，采用先進(jìn)CMOS技術(shù)實(shí)質(zhì)上減少了器件的功耗。AT24C02內(nèi)部有一個(gè)8字節(jié)頁(yè)寫入數(shù)據(jù)緩沖器。該器件通過(guò)I2C總線接口進(jìn)行操作，有一個(gè)專門的寫保護(hù)功能。為了更好的使用AT24C02，首先來(lái)介紹其各個(gè)引腳功能，如表3-3所示。

I2C串行總線一般有兩根信號(hào)線，一根是雙向的數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時(shí)鐘線SCL。所有接到I2C總線設(shè)備上的串行數(shù)據(jù)SDA都接到總線的SDA上，

2各設(shè)備的時(shí)鐘線SCL接到總線的SCL上。根據(jù)各引腳的功能，依據(jù)IC總線

系統(tǒng)的典型硬件連接圖，AT24C02與單片機(jī)連接構(gòu)成的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路如圖3-1所示。

表3-3AT24C02管腳描述

管腳名稱A0A1A2SDASCLWP

功能

可編程地址輸入端串行數(shù)據(jù)/地址串行時(shí)鐘寫保護(hù)

電源端，+1.8V～6.0V工作電壓地

VccGND

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第三章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

圖3-12數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路

3.7串口通信電路

隨著單片機(jī)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用和計(jì)算機(jī)網(wǎng)路技術(shù)的普及，單片機(jī)的通信功能愈來(lái)愈顯得重要。單片機(jī)通信是指單片機(jī)與計(jì)算機(jī)或單片機(jī)與單片機(jī)之間的信息交換，不過(guò)通常使用的是單片機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信。通信有并行和串行兩種方式。由于并行通信存在使用傳輸線較多，長(zhǎng)距離傳送成本高且收、發(fā)方的各位同時(shí)接受存在困難等諸多問(wèn)題，所以在現(xiàn)代單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，信息的交換多采用串行通信方式。

本設(shè)計(jì)中加入串行通信電路的目的主要有三個(gè)：一是方便給單片機(jī)下載程序；二是使控制器具有遠(yuǎn)程通信或遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能；三是將控制器每天采集到數(shù)據(jù)的極限值和發(fā)生異常狀態(tài)時(shí)的數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，供用戶查看。由于單片機(jī)的電平和計(jì)算機(jī)電平不兼容，設(shè)計(jì)中采用MAX232芯片進(jìn)行TTL電平和RS-232電平之間的轉(zhuǎn)換。而且系統(tǒng)采用易于實(shí)現(xiàn)的異步串行通信方式，用最簡(jiǎn)單也最實(shí)用的奇偶校驗(yàn)作為串行通信錯(cuò)誤校驗(yàn)方式。

MAX232芯片是專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片,使用+5v單電源供電。其主要特點(diǎn)：

（1）符合所有的RS-232C技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（2）只需要單一+5V電源供電（3）片載

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+10V和-10V第三章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

電壓V+、V-

（4）功耗低，典型供電電流5mA（5）內(nèi)部集成2個(gè)RS-232C驅(qū)動(dòng)器（6）內(nèi)部集成兩個(gè)RS-232C接收器

（7）高集成度，片外最低只需4個(gè)電容即可工作。

了解芯片的主要特點(diǎn)之后，接下來(lái)我們來(lái)認(rèn)識(shí)MAX232它的各個(gè)引腳的功能，即有什么作用，以更好地設(shè)計(jì)串口通信電路。其引腳圖如圖3-13所示。

第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個(gè)電源，提供給RS-232串口電平的需要。

第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。

其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。

TTL/CMOS電平從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232電平從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。

第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5v）

圖3-13MAX232的引腳圖

按照串行通信原理，根據(jù)RS-232串口協(xié)議和MAX232芯片的引腳功能，

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第三章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

結(jié)合STC89C52單片機(jī)串行中斷方式，本設(shè)計(jì)采用串口方式1（10位數(shù)據(jù)的異步通信）來(lái)構(gòu)建串口通信電路。電路如下圖3-14所示。

圖3-14串口通信電路

設(shè)計(jì)中T1IN連接CMOS電平的單片機(jī)的串行發(fā)送端；T1OUT連接電腦的RS-232C串口的接收端PCRXD；同理，R1IN連接電腦的RS-232C串口的發(fā)送端PCTXD；R1OUT連接CMOS電平的單片機(jī)的串行接收端。當(dāng)然單片機(jī)和DB9要共地，這是實(shí)現(xiàn)串行通信的前提條件。

3.8系統(tǒng)總機(jī)電路圖

本章對(duì)充放電控制器的原理以及具體的硬件實(shí)現(xiàn)電路進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并對(duì)電路中使用到的芯片也予以描述，使讀者通過(guò)閱讀可以清晰的明白控制器的設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)過(guò)程。最后得出系統(tǒng)的總機(jī)電路圖，見(jiàn)附錄二。

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第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，受C語(yǔ)言模塊化編程設(shè)計(jì)思想的啟發(fā)，本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)思路，即整個(gè)控制軟件由許多獨(dú)立的子程序（子函數(shù)）模塊組成，它們之間通過(guò)函數(shù)調(diào)用實(shí)現(xiàn)連接。既便于調(diào)試，連接，又便于移植、修改。系統(tǒng)軟件主要完成蓄電池電壓采集轉(zhuǎn)換，PWM脈沖充電控制、實(shí)時(shí)LCD顯示，異常報(bào)警等。包括以下幾部分：系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)，電壓采集轉(zhuǎn)換模塊，顯示模塊和異常數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。

4.1系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主程序流程圖如圖4-1所示。

開(kāi)始初始化主函數(shù)和子函數(shù)蓄電池電壓采集轉(zhuǎn)換蓄電池反接關(guān)閉充放電電路Vbat14.5VNVbat>12VNYVbat>10.8V直充充電N關(guān)斷負(fù)載開(kāi)啟充電結(jié)束圖4-1系統(tǒng)主程序流程圖

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NY停止充電關(guān)斷負(fù)載YPWM浮充充電第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主程序是整個(gè)電壓測(cè)控系統(tǒng)中最重要的程序，是一個(gè)順序執(zhí)行的無(wú)限循環(huán)程序。蓄電池電壓的采集、轉(zhuǎn)換顯示和異常數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)都在測(cè)控子程序中進(jìn)行，系統(tǒng)應(yīng)用主程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，首先完成初始化，然后就開(kāi)始按順序調(diào)用各個(gè)模塊子程序，通過(guò)系統(tǒng)自檢和控制指令來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和電路控制，有效的控制蓄電池充放電。

4.2電壓采集轉(zhuǎn)換模塊

4.2.1ADC804時(shí)序圖

為了更好理解模數(shù)轉(zhuǎn)換器的對(duì)蓄電池電壓采集轉(zhuǎn)換過(guò)程，下面首先對(duì)ADC0804的啟動(dòng)和讀取時(shí)序圖予以介紹。時(shí)序圖如圖4-2所示。

圖4-2ADC804時(shí)序圖

如圖，當(dāng)CS與WR同時(shí)置低，為低電平時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器被啟動(dòng)，且在WR上升沿后，經(jīng)過(guò)約100uS后，模數(shù)完成轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果存入數(shù)據(jù)鎖存器，同時(shí)，INTR自動(dòng)變?yōu)榈碗娖剑�表示本次轉(zhuǎn)換已結(jié)束。在INTR變?yōu)榈碗娖胶�，若CS、RD同時(shí)來(lái)低電平，則數(shù)據(jù)鎖存器的三態(tài)門打開(kāi)，把數(shù)字信號(hào)送出，此時(shí)直接讀取數(shù)字端口數(shù)據(jù)，便可得到轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)。反之，若RD為高電平，三態(tài)門處于高阻狀態(tài)，數(shù)據(jù)被鎖存。

4.2.2A/D轉(zhuǎn)換子程序

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第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

芯片的時(shí)序圖是對(duì)芯片的操作的關(guān)鍵依據(jù)。按照ADC0804芯片的時(shí)序圖，此模塊通過(guò)對(duì)其進(jìn)行啟動(dòng)和讀取操作，主要來(lái)完成對(duì)蓄電池電壓的采集轉(zhuǎn)換，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，送給后面的顯示模塊予以顯示。由于ADC0804的轉(zhuǎn)換時(shí)間很短，本設(shè)計(jì)未用中斷讀取A/D的數(shù)據(jù)，而是在啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換后，稍等一會(huì)時(shí)間（程序中用延時(shí)函數(shù)實(shí)現(xiàn)），直接讀取A/D的數(shù)字輸出口即可。軟件設(shè)計(jì)中AD轉(zhuǎn)換模塊的流程圖如圖4-3所示。

開(kāi)始CS置低片選芯片RD置低電平讀使能WR置低啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換讀取AD轉(zhuǎn)換結(jié)果延時(shí)等待轉(zhuǎn)換成實(shí)際電壓值轉(zhuǎn)換完成？Y結(jié)束N圖4-3A/D轉(zhuǎn)換子程序

4.3顯示模塊

4.3.11602液晶寫操作時(shí)序圖

通過(guò)電壓采集轉(zhuǎn)換子程序，通過(guò)單片機(jī)處理就可以得到蓄電池的實(shí)際電壓值，本設(shè)計(jì)用液晶1602作顯示器來(lái)進(jìn)行顯示。液晶1602通常用并行操作，作為一款顯示芯片，為了使其能夠正常的工作，首先必須對(duì)其進(jìn)行初始化，然后按照其時(shí)序圖進(jìn)行正確操作，才能夠得到滿意的顯示效果，這就是軟件設(shè)計(jì)中顯示模塊的任務(wù)。下面就1602的初始化指令和操作時(shí)序進(jìn)行介紹。

液晶1602的初始化，是讓其正確顯示的前提，其初始化通常如下：EN=0;首先關(guān)閉使能，防止開(kāi)始時(shí)顯示亂碼，同時(shí)為以后高脈沖寫入數(shù)據(jù)做

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N第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

準(zhǔn)備。

write_com(0x38);//設(shè)置16X2顯示,5X7點(diǎn)陣,8位數(shù)據(jù)接口write_com(0x0c);//設(shè)置開(kāi)顯示，不顯示光標(biāo)write_com(0x06);//寫一個(gè)字符后地址指針加1write_com(0x01);//顯示清零，數(shù)據(jù)指針清零

了解液晶1602的基本操作時(shí)序，讀懂其操作時(shí)序圖，是對(duì)其讀寫操作的關(guān)鍵。1602的基本時(shí)序如下：

讀狀態(tài)輸入：RS=L,輸出：DO~D7=狀態(tài)字讀數(shù)據(jù)輸入：RS=H,輸出：無(wú)

寫指令輸入：RS=L,R/W=L,DO~D7=指令碼，E=H高脈沖輸出：DO~D7=狀態(tài)字

寫數(shù)據(jù)輸入：RS=H,R/W=L,DO~D7=數(shù)據(jù)，E=H高脈沖輸出：無(wú)

作為顯示用的芯片，通常對(duì)其進(jìn)行寫操作，1602液晶寫操作時(shí)序圖如圖4-4所示。

R/W=H,E=H

R/W=H,E=H

圖4-41602液晶寫操作時(shí)序圖

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第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.3.2電壓顯示流程圖

分析時(shí)序圖可知，對(duì)1602液晶進(jìn)行寫操作的流程如下：

（1）通過(guò)RS確定是寫數(shù)據(jù)還是寫操作，寫命令包括使液晶的光標(biāo)顯示/不顯示、光標(biāo)是否閃爍、需/不需要移屏、在液晶的什么位置顯示，等等。寫數(shù)據(jù)是指要顯示什么內(nèi)容。

（2）讀/寫控制端設(shè)置為寫模式，即低電平。（3）將數(shù)據(jù)或命令送到達(dá)數(shù)據(jù)線上。

（4）給使能端E一個(gè)高脈沖將數(shù)據(jù)送入到液晶控制器，完成寫操作。關(guān)于時(shí)序圖中的各個(gè)延時(shí)，不同廠家生產(chǎn)的液晶延時(shí)不同，不過(guò)大多數(shù)基本為納秒級(jí)，而單片機(jī)操作最小單位為微秒級(jí)，因此在寫程序是可不做延時(shí)，不過(guò)為了使液晶運(yùn)行穩(wěn)定，最好做簡(jiǎn)短延時(shí)即可。本設(shè)計(jì)采用C51庫(kù)中自帶的延時(shí)函數(shù)_nop_（）（延時(shí)一個(gè)機(jī)器周期的意思）來(lái)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)短延時(shí)。

按照1602液晶的寫操作時(shí)序圖，結(jié)合硬件連接電路，軟件設(shè)計(jì)中電壓顯示模塊的流程圖如圖4-5所示。

4.4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊

24.4.1IC總線模擬時(shí)序圖

在對(duì)蓄電池充放電控制過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)電壓值過(guò)高或過(guò)低的異常情況，很有必要對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)，作為以后分析優(yōu)化使用；同時(shí)我們可以按一定周期間隔性的對(duì)蓄電池電壓進(jìn)行采集，然后求取電壓的平均值，通過(guò)分析每天的平均值情況，可以大致了解蓄電池的充電情況，這對(duì)以后優(yōu)化充放電很有用。本設(shè)計(jì)用常見(jiàn)E2PROM器件AT24C02作為存儲(chǔ)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存記錄。AT24C02芯片的優(yōu)點(diǎn)：

2IC總線標(biāo)準(zhǔn)，串行操作，可以簡(jiǎn)化硬件電路；同時(shí)具有很好的掉電保護(hù)采用

功能。

2由于STC89C52單片機(jī)沒(méi)有IC總線接口，所以使用時(shí)要先通過(guò)軟件模擬

I2C總線的工作時(shí)序，正確的調(diào)用函數(shù)就可方便的擴(kuò)展I2C總線接口部件。

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第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

I2C總線模擬時(shí)序圖如圖4-6所示。

開(kāi)始初始化設(shè)置讀取AD轉(zhuǎn)換模塊處理結(jié)果，得到實(shí)際電壓值分離出十位、個(gè)位和十分位，送給1602液晶具體位置顯示調(diào)用寫命令函數(shù)，定位第一行顯示的數(shù)據(jù)指針調(diào)用寫數(shù)據(jù)函數(shù)，進(jìn)行第一行數(shù)據(jù)顯示調(diào)用寫命令函數(shù)，定位第二行顯示的數(shù)據(jù)指針調(diào)用寫數(shù)據(jù)函數(shù)，進(jìn)行第二行數(shù)據(jù)顯示移屏顯示結(jié)束圖4-5電壓顯示流程圖

SCL>4.7us>4.7usSCL>4usSDA啟動(dòng)信號(hào)S終止信號(hào)P>4usSDA4usSCLSCLSDASDA應(yīng)答信號(hào)初始化信號(hào)

2圖4-6IC總線模擬時(shí)序圖

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第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2按照時(shí)序圖，設(shè)計(jì)中為了模擬IC總線通信，寫出了幾個(gè)關(guān)鍵部分的程序：

總線初始化、啟動(dòng)信號(hào)、應(yīng)答信號(hào)、停止信號(hào)等。下面以啟動(dòng)信號(hào)為例進(jìn)行介紹。

啟動(dòng)信號(hào)的程序如下：在SCL為高電平期間，SDA一個(gè)下降沿為啟動(dòng)信號(hào)。voidstart()//啟動(dòng)信號(hào){}

sda=1;scl=1;sda=0;

delay1();delay1();delay1();

4.4.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)流程圖

2作為存儲(chǔ)芯片最重要的是對(duì)其進(jìn)行寫操作，下面將給出IC總線發(fā)送一個(gè)2IC總線時(shí)字節(jié)的流程圖如圖4-7所示。并根據(jù)AT24C02字節(jié)寫入方式，結(jié)合

序圖，軟件中實(shí)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的流程圖如圖4-8所示。

開(kāi)始開(kāi)始時(shí)鐘信號(hào)SCL置低總線初始化，初始化地址指針傳送數(shù)據(jù)左移一位異常電壓值送給變量a將此位送到數(shù)據(jù)線上時(shí)鐘信號(hào)置高標(biāo)志位是否有效？NN8位送完否？Y清除標(biāo)志位，調(diào)用AT24C02寫字節(jié)函數(shù)Y一個(gè)應(yīng)答信號(hào)的周期地址指針加1結(jié)束

結(jié)束

2圖4-7IC發(fā)送字節(jié)流程圖

圖4-8異常數(shù)據(jù)存儲(chǔ)流程圖

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第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

當(dāng)檢測(cè)蓄電池充電使電壓值超過(guò)14.5v造成過(guò)充電時(shí)，首先蜂鳴器報(bào)警，標(biāo)志位置1，然后調(diào)用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)函數(shù)把此時(shí)刻的電壓值保存下來(lái)；當(dāng)發(fā)生過(guò)放電時(shí)，同理如此。由于單片機(jī)的處理速度很快，因此很容易實(shí)現(xiàn)循環(huán)檢測(cè)，做到對(duì)蓄電池狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

4.5軟件調(diào)試和仿真

為了檢驗(yàn)自己設(shè)計(jì)的單片機(jī)系統(tǒng)是否可以正常工作以及設(shè)計(jì)合理性，很有必要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真。通過(guò)仿真可以看出系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的不合理部分，以方便改善使得系統(tǒng)更加合理；同時(shí)更重要的是驗(yàn)證自己編寫的軟件程序是否已經(jīng)實(shí)現(xiàn)其功能，完成了相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)任務(wù)。

軟件調(diào)試的過(guò)程：首先根據(jù)太陽(yáng)能充電控制器軟件設(shè)計(jì)要完成的設(shè)計(jì)任務(wù)，然后按照C語(yǔ)言模塊化設(shè)計(jì)的編程方法，設(shè)計(jì)出各個(gè)子模塊和主程序的算法流程圖，最后在KEILC51中去編寫相應(yīng)的程序去實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然在編寫程序進(jìn)行軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，遇到的第一個(gè)問(wèn)題就是：程序的調(diào)試。程序編寫后，進(jìn)行編譯，一開(kāi)始發(fā)現(xiàn)了很多錯(cuò)誤，一下子把自己卡住了；后來(lái)通過(guò)查看相關(guān)資料，同時(shí)咨詢指導(dǎo)老師和同學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，，在軟件的提示下，慢慢地修改，最終把出現(xiàn)的錯(cuò)誤都改正過(guò)來(lái)了。最終在顯示輸出信息窗口出現(xiàn)了一下信息：

Buildtarget"Target1"

//創(chuàng)建目標(biāo)"Target1"http://編譯文件控制器移屏.c

compiling控制器移屏.c...linking...

//鏈接

ProgramSize:data=21.1xdata=0code=1572//項(xiàng)目大�。捍鎯�(chǔ)空間RAM和

ROM的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量

creatinghexfilefrom"充放電控制器"...//創(chuàng)建了十六進(jìn)制的目標(biāo)文件"充放電控制器"-0Error(s),0Warning(s).//工程“充放電控制器”，編譯結(jié)果，0錯(cuò)誤，0警告。

當(dāng)看到這個(gè)信息時(shí)，我很激動(dòng)，知道自己編寫的程序終于調(diào)試成功了。通過(guò)編寫和調(diào)試程序，深深的體會(huì)到了程序編寫的不易和艱辛，同時(shí)積累了很多的經(jīng)驗(yàn)，收益匪淺。更十分地感謝我的同學(xué)和指導(dǎo)老師的無(wú)私幫助，是在他們的指導(dǎo)

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第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

下，我才把程序調(diào)試無(wú)誤完成了軟件調(diào)試工作。

程序調(diào)試成功后，下一步就是軟件仿真，是檢驗(yàn)程序運(yùn)行是否正確的關(guān)鍵所在，更是優(yōu)化系統(tǒng)所必須的。Proteus軟件為單片機(jī)系統(tǒng)提供了良好的仿真環(huán)境，所以程序調(diào)試完成后，把在KEIL中生成的目標(biāo)文件HEX文件，下載在仿真系統(tǒng)的單片機(jī)中，進(jìn)行KEIL和proteus聯(lián)合調(diào)試，看系統(tǒng)是否能正常工作。

和自己當(dāng)初預(yù)料的一樣，在剛開(kāi)始仿真時(shí)，遇到了許多的問(wèn)題，如1602液晶不顯示，系統(tǒng)工作狀態(tài)指示燈指示狀態(tài)不正確等等，調(diào)試很久找不到關(guān)鍵所在。無(wú)奈之下，最后去咨詢指導(dǎo)老師該怎么辦，老師說(shuō)可以在模擬的電池板和蓄電池附近并聯(lián)虛擬的電壓表，通過(guò)電壓表的示數(shù)，用以時(shí)刻監(jiān)測(cè)蓄電池的充放電狀態(tài)。果然加上虛擬電壓表，通過(guò)監(jiān)測(cè)后發(fā)現(xiàn)蓄電池兩端電壓表的示數(shù)一直顯示為零，明白是AD轉(zhuǎn)換部分出現(xiàn)問(wèn)題，然后通過(guò)修改AD轉(zhuǎn)換模塊的子程序，同時(shí)調(diào)整硬件引腳部分與軟件相一致，慢慢的調(diào)試，最終蓄電池兩端電壓表有了示數(shù)，液晶1602也正確的顯示了。然后再慢慢調(diào)試主程序，修改控制指令，最終三個(gè)工作狀態(tài)指示燈也正確指示了。

系統(tǒng)共三種狀態(tài)：正常充電、過(guò)充、過(guò)放。這里僅列出系統(tǒng)在正常工作狀態(tài)下的仿真圖，如下圖4-9所示，以便更形象的看出充電控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)功能。

正常工作時(shí)的狀態(tài)：（此時(shí)電壓13.4V）

其工作原理如下，單片機(jī)在軟件程序控制下，控制著各個(gè)部分硬件電路有序工作，把從模數(shù)轉(zhuǎn)換器得到的蓄電池的電壓值，用1602液晶去顯示，同時(shí)綠燈亮起表示系統(tǒng)正在充電。（注：這里為了得到更加逼真效果，仿真時(shí)采用直流電機(jī)作為負(fù)載）。

由于利用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)單片機(jī)與匯編語(yǔ)言相比，具有易于操作、規(guī)范性好、適合模塊化處理且容易移植的優(yōu)點(diǎn)，所以本設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言作為編程語(yǔ)言。按照C語(yǔ)言模塊化程序設(shè)計(jì)方法，論文編制了系統(tǒng)主程序和各個(gè)子程序模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)PWM脈寬調(diào)制控制策略和各種保護(hù)，完成了軟件設(shè)計(jì)任務(wù)。

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第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)蓄電池1U3VI7805VOGND3負(fù)載2太陽(yáng)能電池板20kB112VC11DW12V100uF2R8R920kC12100uFC130.1uFK2+4.01VoltsR14+366V1+15.0VoltsRV110kC10D2+15.0Volts220uF10110k15v2100uF+4.50VoltsQ2D11LCD1602GND1N4148PV+Q1RSRWE456RSR/WEND0D1D2D3D4D5D6D7R510k65PWM1R15200K1123VSSVDDVEEU6324C122pFU1X112M18XTAL219XTAL1STC89C52P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RDD3393837363534333221222324252627281011121314151617D0D1D2D3D4D5D6D7RP1123456789RV2D0D1D2D3D4D5D6D7BV+R610k65C2R16200K230pFU7FUZAI110kbeepQ3R110k249RSTC310uF293031PSENALEEAU2CSADRDWRR410kADC0804VCCDB0(LSB)DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7(MSB)201*17161514131211R310kC4330PFR210k1234581091967RSR/WENLEDLED1LED2beepCSADTXDRXDPWMFUZAISCKSDAWRRDU4SCK6SDA57SCKSDAWPAT24C02CA0A1A2123CSRDWRCLKININTRAGNDDGNDVREF/2CLKRVIN+VIN-12345678P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.71C1+TXD11RXD12109T1INR1OUTT2INR2OUT1uFC53C1-U5T1OUTR1INT2OUTR2INVS+VS-C2-14137826ADLEDR7330R18330R19330MAX232C2+4LED1D4C7C81uF1uFLED-GREENLED2D5LED-REDC61uF578910111213143R10C9ADK1P116273849DCDDSRRXDRTSTXDCTSDTRRIERRORCOMPIMLED-RED圖4-9正常工作狀態(tài)仿真

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結(jié)論

結(jié)論

本論文為了更好的對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行儲(chǔ)存，設(shè)計(jì)了一個(gè)太陽(yáng)能充電控制器，把硬件電路和軟件編程有效結(jié)合在一起來(lái)完成設(shè)計(jì)任務(wù)。

系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)包括單片機(jī)及外圍電路設(shè)計(jì)、充放電電路設(shè)計(jì)、光耦驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、電壓顯示電路設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)、串口通信電路設(shè)計(jì)等。所涉及的相關(guān)模塊的電路設(shè)計(jì)，有的采用的是常見(jiàn)的經(jīng)典電路的結(jié)構(gòu)，有些是在原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用了集成度更高的現(xiàn)代芯片，從而使電路變得更加簡(jiǎn)單、可靠。

而軟件系統(tǒng)是基于STC89C52，對(duì)太陽(yáng)能充放電控制器進(jìn)行了算法分析并編制了程序，軟件編程實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的過(guò)充、反接等保護(hù)。

本太陽(yáng)能充電控制電路，對(duì)蓄電池的充放電等全程進(jìn)行控制，可以使蓄電池始終處在最佳狀態(tài)，從而使太陽(yáng)能的存儲(chǔ)效率大大提高，實(shí)現(xiàn)了提高太陽(yáng)能儲(chǔ)存的課題目標(biāo)。

由于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)缺乏，以及技術(shù)水平和實(shí)驗(yàn)條件的限制，本系統(tǒng)部分功能尚未完成，需要進(jìn)一步完善，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）對(duì)系統(tǒng)中的單片機(jī)控制功能需要進(jìn)一步研究，以便找到功能更加強(qiáng)大的主控芯片去代替，從而更好更快的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。

（2）對(duì)蓄電池電壓的采集方式過(guò)于簡(jiǎn)單，精度較低，需要探索采集精度更加精準(zhǔn)的經(jīng)典電路，使得對(duì)蓄電池的充電控制更加準(zhǔn)確。

(3)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)可增加串行中斷控制方式，從而方便用上位機(jī)(如微機(jī))通過(guò)串行通信進(jìn)行有效的監(jiān)控，增強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)的在線檢測(cè)和控制功能。

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參考文獻(xiàn)

參考文獻(xiàn)

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致謝

致謝

緊張的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于畫上了句號(hào)，這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)即檢驗(yàn)了我對(duì)四年來(lái)所學(xué)知識(shí)的掌握程度，又使我對(duì)自己知識(shí)體系的漏洞進(jìn)行了及時(shí)的發(fā)現(xiàn)與彌補(bǔ)。盡管此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)基本完成，但仍然存在很多不完善的地方，不詳盡甚至不當(dāng)之處，希望各位老師給予批評(píng)和諒解。

值此畢業(yè)學(xué)位論文完成之際，在此要特別感謝我的指導(dǎo)老師李田澤老師。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，老師精心指導(dǎo)我選題、設(shè)計(jì)、撰寫論文等工作。老師不但給予我指導(dǎo)和大力支持，而且在我遇到困難時(shí)他們悉心教導(dǎo)、指導(dǎo)我解決困難，在解決問(wèn)題的同時(shí)我更學(xué)會(huì)了很多實(shí)用的知識(shí)。在此，我由衷地感謝他們并致意崇高的敬意。

同時(shí)，也非常感謝同學(xué)們對(duì)我的幫助，感謝山東理工大學(xué)大學(xué)為我提供學(xué)習(xí)成長(zhǎng)的環(huán)境，感謝老師們四年來(lái)對(duì)我孜孜不倦之教誨，讓我能夠順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，更為我將來(lái)進(jìn)入社會(huì)工作打下了良好的專業(yè)基礎(chǔ)。感謝所有在幫助過(guò)我，關(guān)心過(guò)我的良師益友。

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附錄一系統(tǒng)程序

附錄一系統(tǒng)程序

系統(tǒng)主程序代碼controller.c：#include

#include//庫(kù)函數(shù)頭文件，代碼中引用了_nop_()函數(shù)#include"define.h"#include"init.h"#include"AD.h"

//變量定義和函數(shù)的聲明

//初始化模塊

//AD轉(zhuǎn)換模塊//液晶1602顯示模塊//數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊

#include"yj1602.h"#include"AT24C02.h"/*主函數(shù)*/voidmain(){

init();init1602();init24c02();battery_v=get_ad();yj1602();

if(battery_v附錄一系統(tǒng)程序

}

if(battery_v>=108)//蓄電池電壓大于10.8V{

if(145附錄一系統(tǒng)程序

}

elseif(battery_v附錄一系統(tǒng)程序

}

TL0=(65536-50000)%256;//定時(shí)時(shí)間為50ms，每50ms中斷一次count++;

以下代碼為define.h#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint//定義控制信號(hào)端口//充放電控制端口

//變量定義和函數(shù)的聲明

sbitPWM=P3^2;//蓄電池開(kāi)關(guān)sbitFuZai=P3^3;//負(fù)載開(kāi)關(guān)

sbitLED=P2^3;//充電指示燈sbitLED1=P2^4;//充電指示燈sbitLED2=P2^5;//欠壓指示燈sbitbeep=P2^6;//蜂鳴器控制位ucharcount,battery_v;//AD轉(zhuǎn)換sbitcsad=P2^7;sbitadwr=P3^6;sbitadrd=P3^7;

//定義AD的片選位//定義AD的WR端口//定義AD的RD端口

unsignedcharV1,V2,V3,adval,ad_vo;//1602液晶顯示sbitRS=P2^0;//P2.0sbitRW=P2^1;//P2.1sbitEN=P2^2;//P2.2

unsignedcharcodetable1[]="TYNCFDKZQXTSJ";unsignedcharcodetable2[]="D:12.0N:";

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附錄一系統(tǒng)程序

unsignedcharcodelcdd[]="0123456789";ucharxs_vo,num;//AT24c02保存數(shù)據(jù)

bitwrite=0;//寫24C02的標(biāo)志；sbitscl=P2^4;sbitsda=P2^5;ucharp=2,a1;RS232串口通信sbitRXD=P3^0;sbitTXD=P3^1;/*聲明調(diào)用函數(shù)*/voidinit();//初始化主函數(shù)

voiddelay(unsignedintt);//可控延時(shí)函數(shù)

voiddelay1();//軟件實(shí)現(xiàn)延時(shí)函數(shù)，5個(gè)機(jī)器周期voidbuzzer();ucharget_ad();

//AD程序

//1602液晶顯示部分voidwrite_com(ucharcom);voidwrite_data(uchardate);voidinit1602();voidyj1602();//AT24c02保存數(shù)據(jù)voidinit24c02();voidstart();//啟動(dòng)voidstop();//停止voidrespons();//應(yīng)答voidwrite_byte(uchardate);//ucharread_byte();

-41-

附錄一系統(tǒng)程序

voidwrite_add(ucharaddress,uchardate);//ucharread_add(ucharaddress);voidAT24c02();

以下代碼為init.h

//初始化模塊

voidinit()//初始化主函數(shù){}

/*延時(shí)函數(shù)*/

voiddelay(unsignedintt){

unsignedintj,i;for(i=0;i附錄一系統(tǒng)程序

/*延時(shí)函數(shù)1*/voiddelay1(){

_nop_();_nop_();_nop_();}

//蜂鳴器報(bào)警函數(shù)voidbuzzer(){}

以下代碼為AD.h//ad轉(zhuǎn)換程序ucharget_ad(){

csad=0;//置CSAD為0，adwr=1;_nop_();adwr=0;_nop_();adwr=1;

//啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換//AD程序

//AD轉(zhuǎn)換模塊

beep=0;beep=1;

delay(10);_nop_();_nop_();

delay(2);//AD轉(zhuǎn)換時(shí)間

P1=0xff;//讀取P1口之前先給其寫全1

附錄一系統(tǒng)程序

adrd=1;//選通ADCS

_nop_();

adrd=0;//AD讀使能_nop_();adval=P1;adrd=1;

//AD數(shù)據(jù)讀取賦給P1口,得到ad轉(zhuǎn)換的結(jié)果

ad_vo=(float)adval*150.0/256.0;//得到蓄電池的電壓}

以下代碼為yj1602.h

//液晶1602顯示模塊

return(ad_vo);

/*LCD1602顯示部分子函數(shù)*/voidinit1602()//LCD初始化函數(shù){}

voidwrite_com(ucharcom)//1602寫命令函數(shù){

EN=0;

write_com(0x38);//設(shè)置16X2顯示,5X7點(diǎn)陣,8位數(shù)據(jù)接口write_com(0x0c);//設(shè)置開(kāi)顯示，不顯示光標(biāo)write_com(0x06);//寫一個(gè)字符后地址指針加1write_com(0x01);//顯示清零，數(shù)據(jù)指針清零

RW=0;delay1();

RS=0;//RW=0，RS=0，寫LCD命令字delay1();

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