太阳能光伏系统控制器

太阳能光伏系统控制器 太阳能光伏系统控制器 玩转单片机}PC?MCU ◎吴汉清 1.气候压力日趋加大的今天,减少温室气体排放,提倡 'I上低碳生活方式已成为全球的共识.要实现低碳经济, 除了通过技术创新, 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 创新,产业转型等多种手段,尽量 减少煤炭,石油等高碳能源消耗,并提高人们的节能意识 外,开发新能源的应用是更重要的手段.其中太阳能光伏发 电是主要的新能源之一.在业余条件下,读者很容易利用 太阳能电池自己制作一套太阳能光伏发电装置,不但非常有 趣,而且可以实现自己使用新能源的愿望. 业余制作的太阳能光伏发电装置一般不存在和电网并 网的可能,因此需要在不用电的时候用蓄电池把电能储藏起 来,需要用电时再使用蓄电池中储藏的电能,要实现这一功 能就需要一个太阳能光伏系统控制器,本文介绍一款用单片 机电路 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 制作的这种装置. 硬件电路设计 本文介绍的太阳能光伏系统控制器系统使用额定输出电 压为18V的太阳能电池板,配用12V蓄电池,太阳能电池板的 功率和蓄电池的容量可根据实际需要确定,同时考虑到充电 如额定输出功率为 时间和用电时间的长短,进行合理搭配, 10W的太阳能电池板配10Ah的蓄电池比较合适. 太阳能光伏系统控制器的电路见图1.电路由单片机电 路,充电控制电路,放电控制电路等部分组成. 图1 1.蓄电池过充电与过放电保护; 2.自动恢复放电功能; 3.防止蓄电池与太阳能电池反接功能. 1.最大充电电流(A):?5 2.最大放电电流(A):?5 3.蓄电池额定工作电压(V):12 4太阳能电池额定输出电压(V):18 5.太阳能电池最大开路电压(V):25 6.过充电电压(V):14.8 7.过放电电压(V):10.8 8.恢复供电电压(V):12.3 一 , 单片机电路 101,R9,c3等组成单片机最小系统电路.其中R9,C3 为上电复位电路,lC使用PIC12F675.它虽然只有8只引脚, 功能却比较强大,引脚见图2. PtC12F675片内含1KB的Flash只读程序存储器,64B数 据存储器mAM~nl28B的EEPROM.工作速度为0,20MHz,工 作电压为2,5.5V.有6个具有复用功能的I/0引脚GP0,GP5. 060无线电2010.08 能 PIC12F675可以选择外部或内部振荡器,这里使用了内部振 荡器.工作频率为4MHz.片内有一个带有8位可编程预分频 器的8位定时器广计数器1]me口一个带有预分频器的16位定 时器/计数器Timer1,一个看门狗定时器,4通道10位加转 换器,一个模拟比较器. \,1_5,VT6等组成充电控制电路,当PIC12F675的GP2脚 输出低电平时.\厂r5截止,VT6饱和导通,太阳能电池通过 VD9,VT6给蓄电池充电. VT1,VT2和VT3,VT4等分别组成两路蓄电池放电 控制电路.使用两路负载可增加使用的灵活性,当程序对 PIC12F675的GP4,GP5脚采取不同的控制时可实现不同的 功能,比如GP4作常规控制,GP5增加夜灯控制功能,只有 在天黑以后蓄电池才对外供电.GP4,GP5如果采用相同的 控制功能,两个输出端也可以并联使用.以第一路(负载1) 为例,当GP5输出低电平时,蓄电池通过VD8,\厂r1向负载 供电 二,充放电控制器 本文介绍的控制器采用A/D转换的方式测量蓄电池的电 压,即先把蓄电池的电压转换成数据,然后将测试数据和已 储存的过充电电压,过放电电压,恢复供电电压数据进行 比较,根据比较结果作出相应的控制.电路中R11,R12~1:1 R15,R16分别组成蓄电池和太阳能电池的电压取样电路, 太阳能电池的电压取样电路在增加夜灯控制功能时使用. PIC12F675的GP0,GP1分别作两个通道D转换器的模拟信 号输入端. A/D转换器的参考电压选择单片机内部的,即5V作为 参考电压. R10,VD5,C1,C2等组成单片机5V稳压电源. VD7,保险丝FUSE组成防蓄电池反接电路,当蓄电池 接反时,/D7导通.通过保险丝FUSE使蓄电池短路,烧断保险 丝,从而蓄电池断路.起到保护电路和负载的作用.保险丝 FUSE同时也起到过载保护作用. VD9能防止太阳能电池板接反. 图2 b_t7bito ———-————---—-——————-----——--,———————————------一: 未用位:读作0 图3 三.工作过程 接上太阳能电池板和蓄电池后,电路的工作情况如下 (设蓄电池的电压为己/): 充电工作情况: 当?14.8V时GP2输出低电平,太阳能电池对蓄电池充 电;当>14.8V时GP2输出高电平.蓄电池停止充电. 放电工作情况: 1.当由大于12.3V下降到10.8V前GP4,GP5输出低 电平.蓄电池对负载放电. 2.当?10.8w,1-,GP4,GP5输出高电平,蓄电池停止 对负载放电. 3.L,随着充电逐渐上升,当>10.8V时,电路并不立刻 恢复蓄电池的供电,否则会在很短的时间内因电压下降又停 止供电,形成一种振荡的供电状态,即一会通一会断.为了 解决这一问题,设置了一个电压的回差,当蓄电池充电恢复 NU>12.3V时,GP4,GP5再输出低电平恢复供电. 软件设计 程序在MPLABIDE编译器中进行编译,使用汇编语言 编写.程序由主程序,定时中断服务子程序,A/D转换子程 序,延时子程序,数值比较子程序等组成. 主程序主要用来进行初始化,设置单片机的工作模式, 将各种控制电压值写入有关存储单元. 定时中断服务子程序使用了定时器/计数器Timer0, Timer0使用内部时钟源,预分频器采用256分频.由于 PIC12F675的内部振荡器振荡频率为4MHz,1个指令周期为4 个时钟周期,因此一个指令周期为1s,经256分频~Timer0 的8位计数器TMR0计数脉中的周期为256s,因此如果它 的初始值取61,则计满256个数的时间为256X(256—61) = 49920(s)=50ms,即每过50ms产生一次中断.程序中 设置了一个计数变量N,每中断1次计1个数,每计满20个数 时测量一下蓄电池的电压,即每过1s测一下蓄电池的电压, 程序根据测量结果发出相应的控制指令. PIC12F675有4通道10位的A/D转换器,这里使用了 AN0@~AN1两个通道,转换结果10位二进制输出~JADRESH @~ADRESL寄存器中,输出格式采用左对齐,即前8位存入 ADRESH,后两位存入ADRESL.如图3所示.D转换器的 参考电压为5V.能转换的最大模拟电压值就是5V,因此取样 电路要使用分压电阻,当输入的模拟电压值为5V时转换结果 为1023=1111111111B,这时ADRESH=11111111B=FFH. ADRESL=11000000B:C0H.以蓄电池电压取样为例.当其 电压为14.8V时,经分压后GP0输入的模拟电压为12.8XR12/ 2010.08无线电061 玩转单片机lPC?MCU 11+R12)=12.8×2/(2+6.2)=3.61(V),对应的A/D转 换结果为1023X3.61/5=739,程序中把每次检测蓄电池电 压进行A/D转换值同739b~较大小,当值大于739时即认为充 电结束.程序中要用到的蓄电池各种控制电压值所对应的 D转换结果见 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1. 完整的程序和编译好的目标文件见《无线电))网站. 制作与调试 先将目标文件gfkzq.HEX-~./X单片机PIC12F675,按图4 对有关配置位进行设置,具体烧写方法见无线电杂志以 前的文章.控制器的印制电路图见图5,也可以使用万能电 路板进行安装.元器件的型号规格和数量见表2. 图6是笔者制作的控制器实物(图中只装配了一路控制 输出).调试时主要是测试电压控制点是否准确,只要调准 一 个电压控制点,其他几个电压控制点也就基本准确了,这 里选择调节过充电电压.由于控制器的A/D转换器的参考电 压选择单片机的5V工作电压.因此5V稳压电源电压的大小影 响到控制电压的精度,调试时用数字万用表测量此电压,误 差较大(超过士0,2V)时应调换稳压二极管. 接下来在充电的过程中测量蓄电池的电压,当充电指示 表1 过充电电压14.8j739B8HC0H 过放电电压10.853986H:COH ' 恢复供电电压12.3614:99H:80H 1单片机IcPIC12同B751 2RO金属膜1/4W680o1 3R7,R8金属膜1/8W1k02 4R1,R4,R12,R16金属膜l/8W2kD4 5电阻器R金属膜1/8W6.2kD1 6R5金属膜1/8W6.8kQ1 7R2,R5,R9,R13金属膜1/8W10k4 8R3,R6,R14金属膜1/8W20kQ3 9电容器C2瓷片0.1"F1 0C100"F/16V1 电解电容器 1C310"F/16V1 2VD1VD2,VD610,,稳压二极管3 13二极管VD55v稳压二极管1 14?)71N54011 5VD8VD9SB560(5A60V)2 6VD33绿色1发光 二极管 17VD43红色1 18三极管?_52SC9453 9场效皮管VTvT3,VT6JRF32O53 20集成电路插座OlP81 21保险丝FUSE5A1 22电路板PCB板1 062无线电2010.08 图6 发光二极管由点亮到熄灭时的电压即为过充电电压,当此值 偏离14.8V较大时.可通过改变取样电阻R11,R12的分压 比来调整,当测量值大于14.8V时,减小R11或增加R12的 阻值.调大分压比;反之增加R11或减小R12的阻值.调 小分压比.使用时控制器输出的是蓄电池的12V直流电源, 当用电器使用220V交流电源时.还要接入一个输入电压为 DC12V的逆变器,逆变器的额定功率根据蓄电池的容量和使 用要求确定.?