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毕业设计说明书基于PIC16F877A的太阳能控制器学生姓名： 学号： 学 院： 计算机与控制工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 指导教师： 2015 年 06 月中北大学2015届毕业设计说明书设计标题 基于PIC16F877A的太阳能控制器摘要由于全球能源危机，世界各国的广泛关注和研究使用可再生能源。太阳能是一种新起的能源，具有取之无尽，用之不竭的优点，被广泛应用。一般的太阳能电池的输出电压是不稳定的，因此不能直接施加到太阳能电池的负载，它首先通过转换后，存储到相应的蓄电池里，在需要时从电池提取电量。这样的系统可以有效充电并延长电池寿命，有效控制供电的安全，保护电池和负载，以避免过放电现象。因此，控制器作为核心部分有重要的意义。上述的控制器被设计用于太阳能的直流电源系统的设计，通过电池电压和太阳能光伏板其他参数，微控制器通过内部算法分析采样，从微控制器的输出端口控制MOSFET接通和断开，以实现符合电池充电和操作的放电特性，并使用PWM充电和放电模式，使电池与负载控制，确保电池在理想的状态，大大延长了电池寿命。关键词：太阳能；控制器；蓄电池；最大功率跟踪；单片机 Solar controller based on PIC16F877AAbstractDue to the global energy crisis, the world generally takes the use and research of renewable energy. As a new kind of green energy, solar energy is being rapidly popularized and applied in its inexhaustible source and no pollution.General solar cell output voltage is not stable enough, so it can not be directly solar cells used in load, converted to electrical energy stored in batteries, in the time of need by the battery provide energy. Such controller is required to charge the battery and to extend the service life of the battery. At the same time, control the battery load, protect the battery and load, to avoid the occurrence of the phenomenon of discharge. Thus, the controller plays an important role in the whole system.The controller designed for solar power DC power supply system design, sampled by SCM on the battery terminal voltage, solar photovoltaic panels voltage parameters, after internal algorithm analysis, from the output port of the single chip microcomputer control field effect tube open and shut off, meet the characteristics of the storage battery charge and discharge operation, and the PWM charge and discharge mode, so as to realize the control of battery and load, to ensure that the battery in the ideal state, greatly extend the battery life.Key words : Solar energy；Controller；Battery；Maximum power tracking；Single chip microcomputer中北大学2015届毕业设计说明书目录1 引言11.1 课题研究背景及意义11.2 国内外研究现状11.3 本文内容概述22 太阳能光伏发电系统的组成与应用32.1 太阳能光伏发电系统的结构32.2 太阳能电池列阵32.3 铅酸蓄电池52.3.1 铅酸蓄电池的工作原理52.3.2 铅酸蓄电池的充放电特性52.3.3 影响铅酸电池寿命的因素62.4 防反充二极管72.5 太阳能充电控制器72.6 本章小结73 太阳能光伏发电控制算法及方案设计83.1 太阳能光伏控制系统参数83.2 铅酸蓄电池充电方式83.3 最大功率跟踪算法的结构与分析113.3.1 最大功率跟踪算法的结构113.3.2 最大功率跟踪法的分析113.4 本章小结144 太阳能充放电硬件电路设计154.1 总体结构图154.2 系统硬件电路图154.3 蓄电池充电形式164.4 充放电电路164.5 电压采集电路184.6 光耦转换电路194.7 PIC单片机及其最小系统194.8 LCD1602液晶屏214.9 本章小结225 系统仿真分析236 总结与展望286.1 总结286.2 展望28参考文献29致谢31第II页 共II页中北大学2015届毕业设计说明书1 引言1.1 课题研究背景及意义随着世界人口的不断增长和经济的不断发展，化石燃料的有限消费量逐年增加，这导致全球不断增长的能源危机，自然环境的恶化，全球约有20亿人在面临着能源短缺不足的危机1。在当今社会科技和经济高速发展前进的背景下，探索新的能源已成为世界瞩目的焦点。在新的发电技术中利用太阳能的光伏效应，用半导体将光能直接转化为电能，发电过程很简单，没有转动部件，不耗费其他燃料，不排放温室气体，无污染。太阳能资源分布广泛，用之不竭2。因此，风电，生物质发电和核能发电等新兴技术相比，太阳能发电是可再生能源发电技术中最可取的，有利于可持续发展。充分开发利用太阳能资源，增大对光伏发电产业的发展，对传统的节约能源，保护自然环境，促进可持续发展和经济稳定有非常重要的意义34。1.2 国内外研究现状光伏发电从法国贝克勒尔研究光生电效应开始，再到制成单晶硅太阳能电池，再到现在应用的电力公司的光伏技术，光伏发电在近世纪得到了迅速的发展5。各国发展如下表1.1所示。表1.1 世界光伏发电发展历程1992年日本开设了一个新的阳光工程61997年美国第一个制定光伏发电的发展规划国家，提出“百万屋顶”计划2003年日本日本光伏组件生产，占世界的50，世界前十大厂商有四个在日本72006年世界已有10多座兆瓦级的太阳能电站建成82007年德国可再生新能源法对太阳能发电的价格有了重新定价，使太阳能发电的行业和相应的工业得到大幅提升，德国成为继日本后太阳能行业发展最快的国家910瑞士，法国，意大利，西班牙 纷纷制定光伏发电的发展规划，并投入巨资中国的太阳能资源是17000亿吨，每年标准煤非常丰富，理论储量，与同纬度的其他国家相比，与美国比欧洲，日本优越得多相似，因此有很大的发展潜力1112。中国的太阳能电池研究如下表1.2所示。表1.2 我国光伏发电发展历程1958年太阳能电池开始研究1959年成功研制出第一块有实用价值的太阳能电池1973年开始在地面上使用太阳能电池1979年开始生产硅太阳能电池20世纪80年代引进国外太阳能电池生产线和关键设备，形成4.5MW太阳能光伏产业的产能20世纪90年代光伏行业进入稳步发展时期，太阳能电池及组件生产稳步增长1321世纪中国在太阳能光伏发电技术的研究和开发，商业化生产，市场营销等方面都获得了长足的发展，使之一举成为国家战略性新兴产业2010年中国在世界光伏产业，太阳能光伏电池产量约5635MW排名第一，占全球产量的40以上14我国政府已将光伏发电列入国家科技攻关计划，极大地促进了中国太阳能技术的研究和太阳能产业的发展。1.3 本文内容概述本文介绍了通过使用PIC单片机作为太阳能主控制器的设计思路。我们对其进行了控制系统的一个详细的分析和研究。采用PIC单片机作为控制器，通过检测整个光伏发电电池和电池组的电压，经过A / D转换和内部比较操作，并且采用了最大功率跟踪方法和脉宽调制技术，电池的充放电控制。本课题研究的内容主要包括以下几方面：1. 研究调查蓄电池充放电特性，分析高压，低压，过充三种充电情况对蓄电池性能恶劣化影响。2. 研究调查太阳能板生成电流的波动性，分析其直接对蓄电池和负载供电的不良影响。2 太阳能光伏发电系统的组成与应用这一章主要介绍太阳能控制系统的各个组成部分及作用，介绍包括太阳能电池方阵、控制系统和铅酸蓄电池。2.1 太阳能光伏发电系统的结构光伏发电简单系统如图2.1所示。直流负载控制器蓄电池太阳能电池板图2.1 太阳能光伏发电系统简单结构系统主要由太阳能光伏模块，蓄电池，控制器，直流负载四大部分组成的。判断昼夜的光检测的强度。本系统中通过检测和控制元件，可以使太阳能控制系统的操作进行分析，该系统具有保护功能，这保证正常控制系统的操作。在本系统中，电池作为储能元件，光伏模块产生的电能通过储能电池可有效地利用，电池为负载提供相对稳定的电能。2.2 太阳能电池列阵构成模块组的大型多个太阳能电池组件的装置被称为太阳能电池阵列15。制造方法是不同的，不同的生产过程中，根据不同的材料，不同的配置，对太阳能电池有着不同的区分16。太阳能电池是一种方法来直接将光转换成电能的半导体装置，太阳能电池的核心部件是一个p-n结，当在太阳能电池的入射光，能量大于硅的带隙的光子能穿过膜进入反射的硅，以及耗尽区在N区和P区刺激产生大量电子 - 空穴对（光生载流子）的。光生电子。孔推入P区。在N区域中，产生的光生电子 - 空穴对，一旦边界到达p-n结时，在静电力的作用下，由自建运动产生漂移跨越耗尽区进入P区后，在第N区域中的光生电子留下，而P区的光生电子扩散，漂移到P区，光生电子留在P区。在p-n结的两侧的积累的光生载流子形成的电动势，而产生的光电，这也产生了光电效应，从而形成太阳能电池，产生向光和背光的电压差。同时得到功率输出1718。如图2.2所示。图2.2 太阳能电池内部发电原理因为受外部环境，外部环境经常变化，太阳能电池的输出会有很大变化，产生的直流电在非稳定的环境光条件下是不稳定的，这也要求在电池电能存储保存后再稳定的功率输出19。太阳模型理想状态可以被认为是一个太阳能电池可以被看作是一个大面积的p-n结二极管的。当没有光照射在太阳能电池中，与正常的二极管特性相同20。如图2.3所示。图2.3 太阳能电池发电模型 辐照强度的影响 不同太阳辐射强度会影响正常的情况下的电压和功率，实际设计时必须考虑到这些问题。如图2.4所示。图2.4 不同辐照强度下的I-V曲线2.3 铅酸蓄电池2.3.1 铅酸蓄电池的工作原理作为能量存储装置，铅酸电池可以将太阳能转化储存，同时在有需要的时候提供电能给负载。铅酸电池由正，负极板，电解质，和隔离物容器和其它部件组成，是一个充电和放电过程是可逆的电化学反应。2.3.2 铅酸蓄电池的充放电特性从铅酸电池的充电特性曲线，可以看到在铅酸蓄电池充电过程可分为三个部分。如图2.5所示。图2.5 铅酸电池充电特性所述的第一部分到启动电池从低电压充电，充电过程电池两端电压逐渐升高；第二部分是BC段，在这个充电阶段，电池两端的电压缓慢平稳地增加;第三部分段，铅酸电池的电压快速的增大，随后持续大电流充电会造成铅酸蓄电池不可逆的损害，应该保护电池不损坏而且充电到额定容量。铅酸蓄电池的放电特性如下图2.6。图2.6 铅酸电池放电特性第一阶段，电压急速下降，当它到达C时，第一阶段结束；第二阶段为CB阶段，在这个过程中铅酸电池容量横跨平滑和缓慢降低，电池放电主要是该阶段；第三部分BA阶段，电池电动势依然减小，电池容量降低，若对该过程不加以控制，则会造成不可逆的损害，需要对其进行低电压保护。对于以上铅酸电池的充放电特性，铅酸蓄电池保护可以分为：防过充保护，防过放保护。2.3.3 影响铅酸电池寿命的因素当电池内部损坏或短路会导致电池容量不达标、老化，这个时候电池寿命终止。实际不正确使用和不利的维护对电池的实际寿命有非常大的影响21。太阳能照明系统的铅酸电池，主要是由于老化过程频繁充电和放电，正极板栅腐蚀，长期工作在低电压状态形成的。这些过程将导致的内部电阻增加，电池容量降低，电池的寿命缩短。通过计算其电阻的变化，反映铅酸蓄电池的损耗程度，以达到检测电池健康、寿命预测的目的2223。同时由于铅酸电池的不当使用可以影响电池的寿命，有以下几种：(1)过充电 生活使用中，过充电会降低铅酸电池的寿命，追求电池频繁充电效率，将导致经常工作在充电特性曲线的CD阶段，造成长期过充电，正极反应消耗氧气，氢离子浓度的增加，从而导致正极板附近酸度增加，导致电板的腐蚀，使得铅酸电池容量下降，加速老化。(2)过放电 当放电发生时，电池板表面会产生大的硫酸铅结晶颗粒，从而使电池板“硫酸化”。硫酸铅是一种绝缘体，它的形成，使电池内部电阻增大，从而使电池的充放电性能恶化。总之，在使用铅酸电池的过程中应避免过充电和过放电等，以防止损坏电池内部，只有避免可能造成电池的损坏所有的情况下，才能在实际使用时最大限度地延长电池寿命。 2.4 防反充二极管它的作用是避免在雨天和夜晚的光伏阵列无电或发生短路故障时，为了避免蓄电池反向充回太阳能电池模块。所述二极管连接在与太阳能电池矩阵串联，形成一个单向导通效果。根据足以承受实际情况，其正向电流和正向电压降的要求是很小的。2.5 太阳能充电控制器该系统的特征是，只有相对小的功率的直流负荷，是一个小的太阳能发电系统，研究了属于一个PWM控制器。控制系统对光伏板及蓄电池进行检测，并有相应的程序执行，以保护太阳能电池和铅铅酸电池正常使用，以确保效率。2.6 本章小结本章介绍了太阳能充电控制系统的结构和基本组成部分，各部分的相关特性。对太阳能电池及铅酸蓄电池的特性进行了简要分析。3 太阳能光伏发电控制算法及方案设计太阳能发电系统的控制器主要用来保护电池，避免因太阳能电池板为电池充电和过载引起的过度放电操作，充电模式根据变化的电池的充电的状态自动调整，确保整个系统的长期稳定工作在预期的工作方式。展开太阳能光伏性能，组件选择的原则，函数参数，框图控制系统的研究部分方面，实现最大功率的算法，每个模块的设计方法和实现24。3.1 太阳能光伏控制系统参数额定电压：12V/6V强充电压：14.3V/12.6VPWM充电压：15.7V/13.3V浮充电压：16.3V/13.8V蓄电池低压保护电：6V不同用途的光伏控制系统具有不同的要求，实际应用中应该根据实际需要选取相应的控制组件，设计控制器的技术指标。3.2 铅酸蓄电池充电方式蓄电池传统的充电方法有：恒压法、恒流法、阶段充电法、PWM充电法：(1) 恒压充电法这种充电方法是比较简单的，充电电流自动减少，析出的气体也少。其缺点是：初始充电电流过大的损坏的电池，选择适当的充电电压是困难的，根据太阳能电池分析的输出特性可以得到，如果太阳能电池的工作电压保持不变，当环境因素的变化，它的输出已在电流值是变化的，并因此不能保证在太阳能电池的最大功率点操作时，它势必会影响整个系统的效率。(2) 恒流充电法通常被称为恒流充电的方法可分为：快速充电，均衡充电，浮充电。这种方法的缺点是充电损耗大。恒流充电方法主要适用于很长一段时间的小的充电电流，在充电的初始阶段可用此种方法。 (3) 阶段充电法阶段充电方法为三阶段充电。如图3.1所示。图3.1 阶段充电法这种方法有效地克服了阶段充电和电压充电的缺点，并且所述效果类似于快速恒流方式，当电池电压值达到一定值后，转而进入恒定电压的模式，减少对电池的伤害。相比两阶段三阶段充电后期加入的浮动阶段，用小电流对电池进行充电，这样可以确保电池容量逐步达到额定容量，同时可以弥补动力电池的损耗25。（4）PWM充电法此充电基本策略是：控制铅酸电池的充电时间，然后停止充电，给蓄电池内部留有一定的空闲时间，产生氢气和氧气在可以在此过程中被内部反应迅速吸收，还原气体的电池内的积累，内部压力已减小，此时继续充电。通过调整控制信号可以反复充放电的占空比，以提高电池的充电效率，同时还能够有效地保护了电池。这种方法的优点是能使充电的光伏系统的充电效率增加。(5) 本设计所采用的充电方法，即通过结合芯片性能和方法功能，结合以上优缺点，充电过程如下图3.2所示。图3.2 本文所用充电方式(1)第一阶段最大功率充电蓄电池被消耗的较大时，先用比较大的电流充电加快充电。针对太阳能电池的最大功率输出特性，采用最大功率跟踪的方式保证太阳能电池以最大的输出功率对铅酸蓄电池进行充电。(2)第二阶段PWM占空比可调充电阶段为了尽量减少该阶段对铝酸蓄电池的损坏，通过A/D对蓄电池端电压转换得到数据，单片机控制调制波的产生，调节充电回路控制PWM信号的占空比，PWM信号低电平期间，蓄电池充电内部反应过程中产生的气体就可以利用问歇期重新反应，减少了内部反应产生的气体，做到了保护电池的目的。 (3)第三阶段浮充阶段在此阶段蓄电池基本已经充满电，采用很小的电流对蓄电池充电，同时严格控制蓄电池的电压。优点：快速对蓄电池充满，而且不损伤电池寿命。3.3 最大功率跟踪算法的结构与分析3.3.1 最大功率跟踪算法的结构太阳能电池需要工作在最大功率点附近，以此来保证在最大功率输出，从而使太阳能电池组件尽可能地产生功率，以提高电池的充电效率。系统的设计需要采取适当的措施，以调节太阳能电池功率输出，以确保在最大功率点附近。 本设计最大功率跟踪设计结构如下图3.3所示。图3.3 最大功率跟踪降压电路主要是为了确保太阳能电池的尽可能的输出以保持最大的功率输出，而不从外部世界不断变化的环境中的干扰，提高太阳能电池的效率。充电开关控制电路接通和断开而PWM控制信号来调整充电任意波形的占空比就可以实现，因为该系统提供了一种简单和方便的充放电控制方法，扩大系统的使用的领域，保护铅酸电池的电压突然下降26。3.3.2 最大功率跟踪法的分析在实际应用中，光强度和太阳能电池温度的一年在晚上光强度和太阳能电池单元的温度的早期变化，每天都会有差别，根据设计和控制的实际需要来设计相应的实际系统充电方法。比较常用的充电方法有：恒定电压法，扰动观察法，电导增量法。 (1)恒定电压法在电池温度一定的情况下, 光伏电池的开路电压基本保持恒定，当光照强度变化时，该曲线的最大功率点几乎都分布在一条垂直线上，这说明光伏阵列的最大功率点大致对应于某一恒定27。如下图3.4所示。图3.4 光辐射强度与I-V特性曲线电压(对大多数光伏电池来说，最大功率点处的电压值大约位于(0.710.78Uoc)。恒定电压法仅需从光伏阵列说明书获取 Uoc数据，并使阵列的输出电压固定在0.710.78Uoc之间的某一值，一般为 0.75 Uoc，这就构成了光伏系统恒定电压法的 MPPT 控制。采用恒定电压法的输出功率较之直接耦合的工作方式高，对于一般的光伏阵列可望获得多至 20%的电能。该控制方法简单且易于实现，费用低，系统工作电压具有较好的稳定性。该方法结合了主控制元件的性能，结构简单，易于控制，节省成本，提高太阳能电池的输出功率，本文即采用该种最大功率跟踪法。(2)扰动观察法 如果是更复杂的控制器可以采取更灵活智能算法的最大功率，最大功率点追踪的方法实际上可以看作是一个动态的自优化处理。通过检测太阳能电池输出电压和输出电流，计算目前太阳能电池的输出功率，与控制器上一阶段已存储的功率数据进行比较，不停的存大舍小，然后进行比较，经过不断的调整，最终使得太阳能动态的工作在输出最大功率点28，基本的控制框图如3.5所示。图3.5 扰动观察法框图在控制芯片性能更加完善的控制系统，使用更加完善的控制策略，使用微处理器系统，采用如上图所示MPPT策略。这是MPPT技术的实际意义，并且被广泛用于实际生产。一定比例的太阳能电池作为基准电压Up，应用变更升压降压转换器电路导通比一个的开路电压，从而使太阳能电池的输出电压u连续变换，记录太阳能的电流输出，和先前测量记录的输出功率，如果功率增加，然后保持电压，直到电压有下降趋势，再将输出功率测量和比较，示意如图3.6所示。图3.6 扰动观察法控制图由于太阳能电池模块的IV特性是一个单值函数，在任何光线的温度变化总会有一个最大功率点，所以根据该方法总能找到最大功率点，动态保持在最大功率连接点，输出电压在最大功率点动态波动时，调整步长U，当U很小时，它可近似为太阳能电池在最大功率点工作，如图3.7所示。算法入口电压值增加U 读入当前U、IP=UI功率增加N运行在最大功率点右侧Y运行在最大功率点左侧U=U-UU=U+U控制信号图3.7 扰动观察法程序流程图(3)电导增量法 电导增量方法可用于控制性能更好的控制系统，设计思想可以应用到类似的系统并用于后续开发设计。系统设计过程中可以MPPT算法写在中断函数，从主程序调用中断，主程序循环运行，当调用中断的时候，需要最大功率点跟踪，中断程序返回到主程序后执行2930。3.4 本章小结在本章节中，针对系统的设计要求，进行参数选择，设置控制性能指标，对太阳能电池的最大功率跟踪进行推导证明，找到相应的控制变量。 4 太阳能充放电硬件电路设计4.1 总体结构图如图4.1所示为总体结构图，用于太阳能电池，蓄电池，负载的电压和电流采集，传输到CPU，确定系统工作状态，CPU控制系统，并根据设定人为控制，控制充电电路，放电电路和电压的条件之间的状态转换器电路的工作，完整的系统，以优化性能，控制预期的效果。太阳能电池蓄电池负载放电控制电路充电控制电路DC/DC电压转换电路电压检测PIC单片机图4.1 系统总体结构图4.2 系统硬件电路图如图4.2所示，此电路中包含单片机及其最小控制系统、太阳能电池、DC-DC直流变换电路、蓄电池、A/D转换、光耦电路及状态显示部分。本系统以PIC16F877A为主控制芯片，使用并联在电池两端的两个串联电阻，对电压进行采样，经A/D转换，同时将蓄电池端电压通过1602显示屏显示出来；同时，单片机输出经过光耦电路来控制MOSFET。控制MOSFET管导通的方式是PWM，根据测量到的数据和已设定好的程序来调制MOSFET管的通断，以实现开关的作用。图4.2 系统硬件电路图4.3 蓄电池充电形式作为用于储蓄光伏电能的铅酸蓄电池，存在过充、过放、寿命短等问题，应该选择合理的充放电方式。铅酸蓄电池充电经过快充、均衡充和浮充三个阶段。具体各充电方式在第三章已详细说明，本文使用综合上述的改进型充电法，同时最大功率跟踪法采用恒定电压法，这样的充电方式结合单片机内部程序控制避免了出现高压、低压以及过充三种不利情况。同时DC-DC直流斩波电路有稳定电流的作用，避免了由于太阳能电池板产生电流波动性对蓄电池寿命的影响。4.4 充放电电路电路如图4.3所示图4.3 充放电电路本电路由防反充二极管D1，续流二极管D2，滤波电容C1和C2，太阳能电池板这里通过改变滑动变阻器改变电压模拟，蓄电池组，以及MOSFET管等组成。通过改变M3开关通断时间可以改变充电电压，即运用PWM技术。所使用的MOSFET是电压控制单极性金属氧化物半导体场效应晶体管，它需要的驱动功率很小。并且MOSFET只有多数载流子参与导电，没有少数载流子的复合时间，这样造成开关频率可以很高，非常适合用作控制充放电开关。由降压斩波电路知识，蓄电池端可得到的充电电压计算公式为： (4.1)即通过改变输出PWM波形的占空比即可改变充电电压的大小。本文模拟太阳能电池开路电压Uoc为18V。充电第一阶段，当检测到蓄电池端电压为6V12.6V，采用恒定电压法的MPPT算法，最大功率点处的电压为0.75Uoc，即该阶段整定PWM输出占空比为0.75的波形。充电第二阶段，当检测到蓄电池端电压为12.6V13.3V，采用PWM技术的均衡充电，充电到13.3V，则整定PWM输出占空比为0.739。充电第三阶段，当检测到蓄电池端电压为13.3V13.8V，采用浮充充电，充电到13.8V，整定PWM输出占空比为0.767，充电结束。1.在充电第一阶段，要求CCP1引脚输出为1KHz（周期为1000us）、占空比为75%的脉冲（高电平时间为750us），这里，晶振频率为4MHz（即Tosc=0.25us），TMR2预分频取16，计算如下：先求周期寄存器PR2的值，根据公式：PWM周期=（PR2+1）4ToscTMR2预分频。可得：1000=（PR2+1）40.2516 即PR=62，再求占空比，根据公式PWM高电平时间=CCPxL：CCPxX：CCPxYToscTMR2预分频可得：750= CCPxL：CCPxX：CCPxY0.2516CCPxL：CCPxX：CCPxY=187.5=188=0xBC=0b00 1011 1100，将最低2位0b00赋给CCP1CON的5、4位CCPxX：CCPxY，将高8位0b0010 1111（0x2F）赋值给CCPR1L即可。2.求得第二阶段：739= CCPxL：CCPxX：CCPxY0.2516CCPxL：CCPxX：CCPxY=0xB9=0b00 1011 1001，同理将高8位0b0010 1110（0x2E）赋值给CCPR1L即可。3.求得第三阶段：767= CCPxL：CCPxX：CCPxY0.2516CCPxL：CCPxX：CCPxY=0XC0=0b00 1100 0000，同理将高8位0b0011 0000（0x30）赋值给CCPR1L即可。 4.5 电压采集电路太阳能电池产生的电压并不能直接输入PIC单片机内部的A/D转换，必须经过转换后才能满足，如图4.4所示：图4.4 电压采集模块电压采集模块使用两个串联的电阻，大小比例为10:1，将这两块电阻并联在需要检测的电压两端，从两个电阻的中间采集电压。由分压公式得出采集的电压为VR1R21/11，当蓄电池充满电时电压大概为13.8V，计算出采集到的电压为1.25V，符合单片机内部A/D转换芯片的输入值。4.6 光耦转换电路如图4.5所示。图4.5 光耦转换电路经过A/D转换和内部比较后的采样电压结合已设定的程序；当单片机RC2口输出低电平时，光耦内部发光二极管电流近似为零，输出端两端管脚间电阻很大，相当于开关“关断”；而当单片机RC2都输出高电平是，内部发光二极管发光，输出端管脚间电阻变小，相当于开关“开通”，使MOSFET管M3导通；同理MOSFET管M1的关断导通由单片机RC1口控制。4.7 PIC单片机及其最小系统PIC16F877A单片机主要有3钟封装方式，本文介绍使用最普遍的DIP40封装形式。其外部引脚分布如图4.6所示。图4.6 PIC16F877A外部引脚分布PIC16F877A单片机主要资源及功能如下：1) 3个定时器，2个18位，1个16位。2) 2个CPP模块，即捕捉、比较、脉冲宽度调制模块。3) 1个同步串行接口，SPI与I2C。4) 1个通用同步/异步串行通信接口USART。5) 1个并行从动口。6) 上电复位(POR)。7) 掉电复位(BOR)。8) 低功耗睡眠工作方式。9) 8路10位A/D转换器。10) 2个模拟电压比较器。11) 1个参考电压发生器。12) 8级硬件堆栈。13) 368字节(368*8位)的数据存储器。14) 可自编程及在线编程。15) 看门狗电路(WDT)。16) 程序代码保护。总线结构：51单片机总线结构是冯诺伊曼型计算机指令的读取和在相同的存储空间中的数据，而不是两个同时和PIC微控制器总线架构是一个哈佛架构，指令和数据空间是完全分开的，一个用于指令和一个用于数据，因为它是可以访问的程序和数据在同一时间，这增加了数据吞吐量。PIC单片机是8位数据总线，但指令总线的数字是12，14位。4.8 LCD1602液晶屏LCD1602是一种专门用于显示字母、数字、符号的点阵式LCD，能够同时显示16*2个字符，其控制器大部分为HD44780，使用控制方法基本相同。LCD1602液晶屏显示模块的引脚如图4.7所示。图4.7 LCD1602引脚图各引脚功能如下。1VSS，地端。2VDD，电源端。3VEE(VL)，对比度调节，高电平对比度低，低电平对比度高。4RS，数据/指令选择，高电平选择数据寄存器，低电平选择指令寄存器。5RW，读/写选择，高电平为读取操作，低电平为写操作。6E，使能信号。714D0D7，数据端。本电路通过单片机进行显示字符的控制，处理数据更快。如上图所示，主要是用来显示电路中采集的蓄电池端电压的实时数据。 4.9 本章小结本章主要介绍了太阳能控制器的软件设计电路，主要包括主控制器及外围电路、电压采集电路、光耦电路、检测电路、液晶屏显示电路、充放电指示电路，同时对其各个部分在太阳能控制器中的功能和作用进行了部分的阐述。5 系统仿真分析由于太阳能电池模块无法仿真，本设计通过改变滑动变阻器分压来模拟改变太阳能板输出电压的变化。图5.1 系统硬件电路图测试内容：1.当检测到蓄电池电压小于6V时，控制器是否控制断开放电电路，同时红灯亮；如图5.2。图5.2 蓄电池电压小于6V2.当检测到蓄电池电压为6V12.6V时，是否为快充方式，同时黄灯亮；如图5.3。图5.3 快充方式3.当检测到蓄电池电压为12.6V13.8V时，是否为PWM充电，同时蓝灯亮；如图5.4所示。图5.4 PWM充电方式4.当检测到蓄电池电压大于13.8V时，停止充电，同时绿灯亮。如图5.5所示。图5.5 充电停止6 总结与展望6.1 总结太阳能光伏发电已经成为解决环境问题和能源危机的重要技术进行研究的方法，本文太阳能充放电控制系统的主体，设计系统方案和功能实现，实现了系统控制的方法，测试研究的结果，延长了铅酸蓄电池，本文开展了以下研究领域：1.通过对太阳能控制系统的设计，研究了太阳能电池，铅酸蓄电池的属性，设计系统参数并提出解决方案。2.分析MPPT原理，结合降压电路推导验证MPPT可实现，设计最大功率点跟踪方法，对太阳能充电可能遇到的高压、低压、过充有相应的应对措施，根据不同的控制策略的设计满足不同的系统要求。3. 采用PIC单片机作为主控芯片，通过控制芯片编程设计所需要的控制功能。智能控制各个充电过程，并有相应的LCD屏幕显示和指示灯。6.2 展望由于知识的欠缺和相关实验条件的限制，没有对MPPT算法进行更详细严谨的设计，同时由于PROTEUS软件不能模拟太阳能发电板，只用了相关组件对其进行了代替，整体设计也没有考虑温度的变化对太阳能电池电压波动的影响，所以仍然可以通过今后的完善进一步提高控制器的检测精度、工作效率与系统安全。参考文献1 李立达. 基于单相控制光伏发电技术.浙江大学，20132 杨门易,元新景. 基于 AVR单片机的太阳能电池控制器设计J. 微机电子技术，2010(8)3 黄远新. 太阳能智能控制器设计 J. 电力技术应用，May 20074 REN21Renewables 2011 Global Status Report20115 中国科学技术信息研究所前沿领域课题组能源技术领域分析报告2008北京：科学技术文献出版社，20086 Ogura R Y，Nakane S，Morooka M，et a1High-performance dyesensitized solar cell with a multiple dye systemAppl Phys Lett，2009，94(7)：33087 李俊峰风光无限：中国风电发展报告2011北京：中国环境科学出版社，2011：568 齐胜涛,李浩,刘翔宇. 太阳能光伏发电的现状与发展综述期刊论文-Science & Technology Information2011(35)9 Palz W. 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