一种太阳能电池发电量监测器的设计

1、目录 编号 淮安信息职业技术学院淮安信息职业技术学院 毕毕业业论论文文 题 目 一种太阳能电池发电量监测器 的设计 学生姓名学生姓名解厚勇 学学 号号16091035 系系 部部电子工程系 专专 业业光电子技术 班班 级级160910 指导教师指导教师周雷 讲师 顾问教师顾问教师许金星 讲师 二一二年六月 目录 摘摘 要要 本设计对太阳能发电系统的电量监测器进行了深入研究，提出了一种低耗 能、低成本电量监测器新的设计方法，制作出了该系统，完成了相关实验和测 试。 本设计的第一部分首先介绍了太阳能发电系统的电量监测器的研究背景及 研究现状。其次指出本文的主要工作。 第二部分首先提出了一种低耗能、

2、低成本电量监测器新的设计方法。在详 细分析了 A/D 转换模块、I/V、V/V 转换模块、电源模块、输出显示模块基础上， 给出了系统硬件设计的总体方案。并特别详细分析了系统的设计创新之处-采 用霍尔电流传感器几乎在不消耗能量的情况下就可以实现 I/V 转换。最后对系 统的软件进行了设计和编程。 第三部分实际制作了小型太阳能发电系统的电量监测器，并对系统的精度 进行了测试分析，结果表明所制作出的电量监测器低功耗，随着测试时间的延 长，精度将逐渐提高。 最后，对本研究课题进行了总结，并指出了新的工作方向。 关键词：太阳能发电系统 AT89S52 电量监测器 霍尔传感器 目录 目目 录录 摘摘 要要

3、.I 目目 录录.I 第一章第一章 绪绪 论论.1 1.1 研究背景.1 1.2 主要工作.2 第二章第二章 系统方案设计系统方案设计.3 2.1 工作原理 .3 2.2 系统硬件设计 .3 2.2.1 单片机电路设计.4 2.2.2 A/D 转换模块.5 2.2.3 I/V 转换模块.6 2.2.4 V/V 转换模块.9 2.2.5 电源设计.9 2.2.6 输出显示模块.12 2.3 系统软件设计.15 2.3.1 A/D 转换部分程序设计.15 2.3.2 屏保部分程序设计.16 2.3.3 主函数部分程序流程图.18 第三章第三章 系统制作与测试系统制作与测试.21 3.1 器件选择与

4、系统制作 .21 3.2 系统测试 .21 3.3 系统使用说明事项 .23 第四章第四章 总结与展望总结与展望.25 致致 谢谢.27 参考文献参考文献.29 目录 I 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 0 第一章第一章 绪绪 论论 1.11.1 研究背景研究背景 太阳电池能量转换的基础是结的光生伏特效应。当光照射到 pn 结上时，产 生电子一空穴对，在半导体内部结附近生成的载流子没有被复合而到达空间电 荷区，受内建电场的吸引，电子流入 n 区，空穴流入 p 区，结果使 n 区储存了 过剩的电子，p 区有过剩的空穴。它们在 pn 结附近形成与势垒方向相反的光生 电场。光生电场除了部分抵消势垒

5、电场的作用外，还使 p 区带正电，N 区带负 电，在 N 区和 P 区之间的薄层就产生电动势，这就是光生伏特效应。此时，如 果将外电路短路，则外电路中就有与入射光能量成正比的光电流流过，这个电 流称作短路电流，另一方面，若将 PN 结两端开路，则由于电子和空穴分别流 入 N 区和 P 区，使 N 区的费米能级比 P 区的费米能级高，在这两个费米能级之 间就产生了电位差 VOC。可以测得这个值，并称为开路电压。由于此时结处于 正向偏置，因此，上述短路光电流和二极管的正向电流相等，并由此可以决定 VOC 的值。 太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下， 空穴由n区

6、流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电 效应太阳能电池的工作原理。 太阳能发电方式太阳能发电有两种方式，一种是光热电转换方式，另 一种是光电直接转换方式。 第一：光热电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由 太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。前一个 过程是光热转换过程；后一个过程是热电转换过程，与普通的火力发电一 样.太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火 电站贵510倍。 第二：光电直接转换方式该方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转 换成电能，光电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光

7、生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管， 当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生 电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能 电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和 灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投 资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染； 太阳能电池可以大中小并举，大到百万千瓦的中型电站，小到只供一户用的太 阳能电池组，这是其它电源无法比拟的。电池板原料：玻璃，EVA，电池片、铝 绪论 1 合金壳、包锡铜片、不锈钢

8、支架、蓄电池等而太阳能发电系统基本分为三类： 1）独立光伏系统，2）并网光伏系统，3）混合系统。其中独立光伏系统、离网 /并网混合系统组成如图1.1所示,主要组成部分为：1）光伏组件，2）监控系统， 3）控制系统（充电控制、供电控制、状态控制），4）监控系统（简单的独立 光伏系统可以没有监控系统），5）蓄电池组，6）负载。 在太阳能发电系统中，无论是独立光伏系统，还是并网光伏系统，抑或是 混合系统，环境数据是决定太阳能发电的重要指标,对太阳能发电质量起着决定 性作用；同时也是对太阳能发电站的设计提供有效的数据保证。所以在太阳能 发电系统中，需要读系统的工作状况进行实时采集，在大型并网系统中往往

9、要 求采集风速、风向、环境温度、太阳能电池温度、蓄电池温度、太阳总辐射、 太阳直接辐射、充电电流、充电电压、逆变输出电流、逆变输出电压、工作电 流、工作电压等，这些数据要保存10年以上。 但在小型太阳能发电系统中，如果对其电量进行采集，往往要消耗系统能 量，所以如何设计出一种低成本、低耗电的电量监测器是十分必要的。 1.21.2 主要工作主要工作 本课题提出了一种太阳能电池发电量实时采集系统的设计方案。系统利用 AT89S52 单片机进行控制，采用霍尔电流传感器对太阳能电池的输出电流进行 测量，其突出优点是可以在几乎不消耗能量情况下，将电流转换为电压进行测 量。 研究和探讨了太阳能电池发电量实

10、时采集系统，系统主要由太阳能电池组、 霍尔电流传感器组成的 I/V 转换电路、液晶 1602 组成的显示装置、AT89S52 单 片机构成的控制系统、以及铅酸蓄电池构成的储能系统五部分组成。 研究内容及关键技术：研究内容及关键技术： (1)原理电路的设计； (2)I/V 转换时传感器的选取； (3)滤除电源纹波及单片机相邻元件不受噪声干扰的设计。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 2 第二章第二章 系统方案设计系统方案设计 2.12.1 工作原理工作原理 如图 2-1 所示，电量监测器主要由太阳电池、转换电路、控制系统，稳压 保护电路、显示系统和蓄电池六部分组成。其工作过程为太阳能电池接收光照

11、 时，产生电流，对蓄电池充电，控制系统通过稳压电路由蓄电池提供驱动电压， 对太阳能电池产生的电量进行实时信号采集。由于控制系统由单片机组成，只 能接收电压信号，所以在信号接收前由 I/V、V/V 转换模块构成的转换电路将信 号调至合适的电压，经内部运算处理，结果送显示系统显示太阳电池的发电量。 图 2-1 太阳能电量监测器 2.22.2 系统系统硬件设计硬件设计 系统方案电路如图2-2所示，主要由太阳能电池组、霍尔电流传感器组成的 I/V转换电路、液晶1602组成的显示装置、AT89S52单片机构成的控制系统、以 及铅酸蓄电池构成的储能系统五部分组成。其工作过程为太阳能电池接收光照 时，产生光

12、生电流，对蓄电池充电，单片机通过稳压装置由蓄电池提供驱动电 压，对太阳能电池产生的电量进行实时信号采集。由于单片机只能接收电压信 号，所以在信号接收前由I/V、V/V转换模块将信号调至合适的电压，经内部运 算处理，结果送1602液晶显示装置显示电池发电量。 系统方案设计 3 图 2-2 电量监测器原理电路 2.2.1 单片机电路设计单片机电路设计 单片机最小硬件系统 图 2-3 最小单片机系统 图2-3为单片机的最小硬件系统，单片机采用ATMEL公司研制生产的MCS- 51系列AT89S52，该单片机的工作电源VCC为5V，由终端电源接口提供；单片 机的时钟电路一般是在它的时钟引脚外接晶体振荡

13、器，和内部的高增益反相放 大器构成自激振荡电路，振荡频率取决于晶体的频率，频率范围小于 33MHz，C1、C2起频率微调和稳定作用，容值为5-50pf。复位电路由基本的RC 微分电路实现，该电路可以在上电初期其RESET引脚获得一定时间的高电平， MCS-51单片机复位操作是在复位引脚加2个机器周期以上的高电平。有效复位 与所加高电平时间与系统晶振的频率有关。 Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完 全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程， 亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统 可编程Flash，

14、淮安信息职业技术学院毕业设计论文 4 使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32位I/O口线，看 门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结 构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻 辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被 保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 2.2.2 A

15、/D 转换模块转换模块 当模拟信号输入单片机后需要转换为数字信号，由于需要同时测量太阳能 电池输出电压和电流，故采用ADC0832是八位串行双通道A/D转换器（如图2.4所 示）。 ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种 8 位分辨率、双通道 A/D 转换 芯片。ADC0832 为 8 位分辨率 A/D 转换芯片，其最高分辨可达 256 级，可以适 应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模 拟电压输入在 0-5V 之间。芯片转换时间仅为 32S，据有双数据输出可作为数 据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入， 使多器件挂接和处理器

16、控制变的更加方便。 图 2-4 ADC0832 转换器 单片机对 ADC0832 的控制原理： 正常情况下 ADC0832 与单片机的接口应为 4 条数据线，分别是 CS、CLK、DO、DI。但由于 DO 端与 DI 端在通信时并未同时有效并与单片机的接 口是双向的，所以电路设计时可 以将 DO 和 DI 并联在一根数据线上使用。当 ADC0832 未工作时其 CS 输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK 和 DO/DI 的电 平可任意。当要进行 A/D 转换时，须先将 CS 使能端置于低电平并且保持低电平 直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端 CLK 输入时钟

17、脉冲，DO/DI 端则使用 DI 端输入通道功能选择的数据信号。在第 系统方案设计 5 1 个时钟脉冲的下沉之前 DI 是高电平，表示启始信号。在第 2、3 个脉冲下沉 之前 DI 端应输入 2 位数据用于选择通道功能。 当此 2 位数据为“1”、“0”时，只对 CH0 进行单通道转换。当 2 位数据 为“1”、“1”时，只对 CH1 进行单通道转换。当 2 位数据为“0”、“0”时， 将 CH0 作为正输入端 IN+，CH1 作为负输入端 IN-进行输入。当 2 位数据为 “0”、“1”时，将 CH0 作为负输入端 IN-，CH1 作为正输入端 IN+进行输入。 到第 3 个脉冲的下沉之后

18、DI 端的输入电平就失去输入作用，此后 DO/DI 端则开 始利用数据输出 DO 进行转换数据的读取。从第 4 个脉冲下沉开始由 DO 端输出 转换数 据最高位 DATA7，随后每一个脉冲下沉 DO 端输出下一位数据。直到第 11 个脉冲时发出最低位数据 DATA0，一个字节的数据输出完成。也正是从此位 开始 输出下一个相反字节的数据，即从第 11 个字节的下沉输出 DATA0。随后 输出 8 位数据，到第 19 个脉冲时数据输出完成，也标志着一次 A/D 转换的结束。 最后将 CS 置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。 作为单通道模拟信号输入时ADC0832的输入电压是0-

19、5V且8位分辨率时的电 压精度为 19.53mV。如果作为由IN+与IN-输入的输入时，可是将电压值设定在 某一个较大范围之内，从而提高转换的宽度。但值得注意的是，在进行IN+与 IN-的输入时，如果IN-的电压大于IN+的电压则转换后的数据结果始终为00H。 ADC0832的A/D转换精度要依赖于有高稳定度的基准参考电压，参考电压设 定为5V，由TL431产生。模拟信号经过RC滤波送入AD输入端，然后进行模数转换 后串行输出。TL431构成的稳压基准温漂小,又有相当的负载能力,且输出电压连 续可调,可作为AD0832的基准电压和电源（如图2-5） 。 图 2-5 TL431 电路及引脚结构图

20、 2.2.3 I/V 转换模块转换模块 因单片机I/O口只能接收0V5V的电压信号，要实时采集太阳能电池输出电 流，需要将电流信号转换为电压信号，而设计目标的太阳能电池发电的电压范 围是0V24V，电流范围是0A14A，所以要想信号正常输入到单片机中，必须 使，电流信号转化为0V5V的电压信号。 所以在系统中设有I/V转换电路，如图2-6所示，系统由霍尔传感器和三个 电阻组成。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 6 霍尔传感器霍尔传感器 R4 R5 RP1 Vcc GND Vout VO1= 05V I 图 2-6 I/V 转换电路 采用霍尔传感器是本系统最为突出的特色之一，由于电量监测器是对

21、光伏 发电系统起到监测作用的电量采集设备，所以如何尽可能降低能量消耗是首要 问题。由此霍尔电流传感器成为首选，其所依据的工作原理主要是霍尔效应原 理，可在几乎不消耗能量的情况下将电流信号转换为电压信号。本系统采用 TBC10SY 型霍尔电流传感器，TBC10SY 双环系列闭环电流传感器的初、次级之间 是绝缘的，具有超强抗干扰能力；用于测量直流、交流和脉动电流。 TBC10SY 双环系列闭环霍尔电流传感器电参数如表 2-1 所示，引脚及安装 结构图如图 2-7 所示，从参数表可以看出其额定输出电压为(40.5%)V,15 V 双电源供电，测量电流范围为 015A,基本满足小型离网光伏系统的应用。

22、 需要特别指出的是 1)当待测电流从传感器穿过，即可在输出端测得电压大小。(注意：错误的 接线可能导致传感器损坏) 2)可按用户需求定制不同额定输入电流和输出电压的传感器。 系统方案设计 7 表2-1 TBC10SY双环系列闭环霍尔电流传感器电参数 电参数 TBC10SY 额定输入电流 12.515A 测量电流范围 2530A 输入脚尺寸 1.0 1.0mm 匝 比1：25001：3000 内接测量电阻 400400 额定输出电压 40.5%V 电源电压 155%V 零电流失调 20mV 失调电压漂移 0.5mV/ 线性度 0.1%FS 响应时间2 S 绝缘电压 5.0KV 工作温度-40+8

23、5 1 5 243 656 31 24 1 -15V 2 GND 3 +15V 4 OUT 5 +IN 6 -IN 图 2-7 TBC10SY 系统结构参数及引脚功能 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 8 2.2.4 V/V 转换模块转换模块 要对太阳能电池发电量进行实时采集，就要求在采集太阳能电池输出电流 的同时要采集器输出电压，目标太阳能电池发电的电压范围是0V24V，所以要 想信号正常输入到单片机中，必须适当调节使电压在输入前转化为0V5V。 系统本电路中采用电阻的电流电压的线形关系将电流按比例转化为合适的 电压，其转化关系为0V5V代表0A14A，电压的转化关系为0V5V代表 0V24

24、V。其电压衰减电路连接如图2-8所示. R7 10K R6 33K RP2 50K 太阳 能电 池 VO2= 05V 图 2-8 电压衰减电路 2.2.5 电源设计电源设计 （1）单片机电源设计 单片机是一种超大规模集成电路，在该集成电路内有成千上万个晶体管或 场效应管，因此，要单片机正常运行，就必须为其提供能量，即为片内的晶体 管或场效应管供给电源，使其能工作在相应的状态。 AT89S52需要一个5V电源（实际工作电压为3.6V6.0V）。因此，最简单 的办法是用三节1.5V的电池串联供电，也可用整流、稳压方式供电，可得4.5V 左右的电压；如果用四节电池串联，又用一硅二极管降压，实际输出电

25、压为 5.4V左右。也可将市电交流变为7V20V的直流电压，再经集成稳压器7805稳 压后得到稳定的+5V电压，也可不用集成稳压器，改用廉价的稳压二极管来稳 压。AT89S52本身耗电仅3mA（低时钟耗电更小），因为单片机要驱动液晶显 示装置，则单片机电源也必须为这类器件供电。电源电路都需要在AT89S52的 Vcc引脚与地之间接一电容0.1F,而且此电容应紧靠单片机安装,以滤除电源的 纹波,并使单片机和相邻元件不受噪声干扰。 因本系统为独立发电，而且长期使用，考虑到电源寿命，不适合由1.5V电 压的电池供电。该装置由市电提供驱动电源也不符合实际，所以最佳方案应该 由系统内部太阳能电池的蓄电池

26、供电。系统设计蓄电池输出电压为20V，经稳 压集成块7805稳压为5V，输入单片机Vcc引脚，驱动单片机及数字显示装置。 系统方案设计 9 （2）霍尔传感器电源的设计 图 2-8 7805 模块连接示意图 此外，尽管霍尔传感器耗电很小，但其仍然需要15V的工作电源，考虑 到系统是由蓄电池提供电源，所以就要设计选用一种能够将正电压转换成正负 双电压的器件，这个本系统设计另一个重要的创新之处。巧妙采用了新特器件 ICL7662。ICL7662是INTERSIL公司生产的电压变换器IC，ICL7662电压转换器 工作原理，如图2.10所示，在ICL7662 工作周期的前半个周期，S1和S3闭合， S

27、2 和S4 断开，C1由输入电压充电到VIN。在接下来的后半个周期，S1和S3断 开，S2 和S4 闭合。在电路电阻非常小的情况下，就会由C1 放电在C2上，在 C2两端形成-VIN。根据该芯片的工作原理，本文做了大量的试验，如果在C2两 端加上-VIN，根据同样的原理，会在C1上形成相当于VIN的电压。根据此特性 非常有利于从信号端“窃取”电源，即不管是在正电源端还是负电源端，只要 某一端有足够的电平，芯片就会高效地完成“窃电”。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 10 表2.2 ICL7662管脚功能 管脚符号功能 1NC空脚，与内部不连接 2CAP接电荷泵的泵电容正极（10）F 3GND

28、电源负端地 4CAP接电荷泵的泵电容正极极 5Vout电压输出端 6V电源正端（4.520V） ICL7662主要用于将正电压转换成相应的负电压，所以也被称为电压反转器， 用它还能组成正电压倍压电路及其它功能电路。可替代同型号的DIP封装器件： 这两种电压变换器主要特点：反压、倍压(或多倍压)电路简单、外围元器件少； 电压转换率高达99.9(电压反转工作电压范围宽,ICL7662为4.520V；工作电 流小，主要应用于电池供电的便携式仪器、仪表中，可产生负压、倍压辅助电 源， 图2-10 ICL7662工作原理图 图2-11 ICL7662引脚结构图 如+5V产生一5V或+9V电压，用于需要正

29、负电源供电的运算放大器、数据 采集系统或供动态RAM等；另外，它也可用作驱动N沟道功率MOSFET(高端驱 动)：管脚排列与功能这两种器件的管脚排列与功能都相同,这两种器件的管脚排 列与功能都相同，管脚排列如图2-11所示。 电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的78系列和负电 压输出的79系列。顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三 条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子象是普通的三极管， TO- 220 的标准封装，也有9013样子的TO-92封装。用78/79系列三端稳压IC来 组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护 系统方

30、案设计 11 电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的78或 79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7806表示输出电压为正 6V，7909表示输出电压为负9V。因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子 制作中经常采用。 电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的78系列和负电 压输出的79系列。顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三 条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子象是普通的三极管， TO- 220 的标准封装，也有9013样子的TO-92封装。 用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还

31、 有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该 系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电 压，如7806表示输出电压为正6V，7909表示输出电压为负9V。因为三端固定集 成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。 2.2.6 输出显示模块输出显示模块 电量计算：Q=VIT,T的时间可根据需要在软件编程时自行确定，如每隔3分 钟采样一次，经内部运算后送1602液晶显示发电量。为了节约电能，通过设置 继电器，使液晶显示器显示十秒钟后自动熄灭。 液晶显示器（LCD）由于功耗低、抗干扰能力强等优点，日渐成为各种便 携式产品，仪器仪表以及工控产

32、品的理想显示器。LCD种类繁多，按显示形式 及排列形状可分为字段型、点阵字符型、点阵图形型。单片机有用系统中主要 使用后两种。 1602点阵字符型LCD，16代表每行可显示16个字符；02表示共有2行，即这 种LCD显示器可同时显示32个字符。 （1）点阵字符型LCD的内部结构 1602电子字符型显示模块（LCM）由LCD控制器、LCD驱动器、LCD显示 装置（液晶屏）等组成，主要用于显示数字、字母、图形符号及少量自定义符 号，内部结构如图2-12所示。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 12 图 2-12 1602 电子字符型 LCD 的内部结构. 表 2.3 1602 液晶引脚接口说明表

33、编号符号引脚说明编号符号引脚说明 1VSS 电源地 9D2 数据 2VDD 电源正极 10D3 数据 3VL 液晶显示偏压 11D4 数据 4RS 数据/命令选择 12D5 数据 5R/W 读/写选择 13D6 数据 6E 使能信号 14D7 数据 7D0 数据 15BLA 背光源正极 8D1 数据 16BLK 背光源负极 （2）1602LCD的基本参数及引脚功能 显示容量:162个字符 芯片工作电压:4.55.5V 工作电流:2.0mA(5.0V) 模块最佳工作电压:5.0V 系统方案设计 13 字符尺寸:2.954.35(WH)mm 1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光

34、）接口，各引脚接口 说明如表2-3： （三）（三）LCD1602LCD1602 与单片机的硬件连接图与单片机的硬件连接图 LCD1602 与单片机的硬件连接图如图 2-13 所示 图 2-13 LCD1602 与单片机的硬件连接图 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 14 2.2.3 3 系统软件设计系统软件设计 2.3.1 A/D 转换部分程序设计转换部分程序设计 AD0832控制原理： 正常情况下ADC0832 与单片机的接口应为4条数据线，分别是 CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的 接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI 并联在一根数据线上

35、使用。当 ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK 和DO/DI 的 电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电 平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入 端CLK 输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在 第1个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲 下沉之前DI端应输入2 位数据用于选择通道功能。AD0832部分程序流程图如图 2-14所示。 开始 初始化 CS=1 CLK=0 DI=0 DO=1 芯片使能 通道选择 取数据 关闭芯 片使能 送单片机

36、 数据处理 结束 是否发开始信 号 否 是 图 2-14 AD0832 部分程序流程图 AD转换部分源程序： unsigned char adc0832(bit SGL,bit ODD) unsigned char i,ad_data=0; cs=1; clk=0; 系统方案设计 15 _nop_(); cs=0; delay(10); din=1; clk=0; _nop_(); clk=1; din=SGL; clk=0; _nop_(); clk=1; din=ODD; clk=0; _nop_(); clk=1; delay(1); clk=0; for(i=0;i8;i+) clk=

37、1; _nop_(); clk=0; ad_data=(ad_data1)|dout; delay(10); /cs=1; return(ad_data); 2.3.2 屏保部分程序设计屏保部分程序设计 系统屏保程序框图如图2-15所示 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 16 开始 开启定时器 赋初值 关数码管位扫 描 开启数码管位 扫描 定时器计时累 加 是否有按键按 下？ 系统屏保程序流程 图 是否计时到十 分钟？ 图 2-15 系统屏保程序框图 屏保部分源程序： if(key=0)/按键 del_dis=30; while(del_dis-) display();/消抖 pr=0;/10

38、秒屏保开始计时 if(key=0) if(a) done=done;/显示切换 a=0; if(done) DisDone1();/显示切换 else DisDone2();/显示切换 else a=1; void TimeInt() interrupt 1/定时器中断 TH0=0X3c;/50毫秒计数初值 系统方案设计 17 TL0=0Xb0;/50毫秒计数初值 t+; if(t=10)vbit=1; if(t=20)/1秒计时 pr+; if(pr=20)pr=10;/屏保 secondbit=1;/1秒后采样一次 t=0 2.3.3 主函数部分程序流程图主函数部分程序流程图 开始 函数初

39、始化 电压采集完毕？ 调用电压采集 函数 调用电流采集函 数 电流采集完毕？ 进行数据处理 送值到显示 是 否 存储数据到数据缓冲区2 存储数据到数据缓冲区1 是 否 图 2-16 主函数程序流程图 主函数部分源程序 main() unsigned char del_dis;/消抖时间变量 bit a=0; 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 18 float temp=0; inti();/初始化 while(1) if(pr35999)Q=Q+1;temp=temp-36000;/整数部分 if(done) DisDone1();/显示处理1（整数显示） else DisDone2();/显

40、示处理2（显示小数部分） secondbit=0; if(key=0)/按键 del_dis=30; while(del_dis-)display();/消抖 pr=0;/10秒屏保开始计时 if(key=0) if(a) done=done;/显示切换 a=0; if(done) DisDone1();/显示切换 else DisDone2();/显示切换 else a=1; 系统制作与测试 19 第三章第三章 系统制作与测试系统制作与测试 3.13.1 器件选择与系统制作器件选择与系统制作 系统设计目标为采集200W的小型离网光伏系统，额定电压24V，最大电流 6.18A，蓄电池200Ah

41、。设计正常放电时间为23天,0A6.18A的电流按比例转 换为0V5V的电压，由两个电阻构成的衰减器，输出电压放大比例由电阻R1和 R2的比值决定，设定V/V转换比例为5/24，则R7=10k，R6+RP2=48k。 3.23.2 系统测试系统测试 需要特别指出的是，太阳电池在光照时产生的电能与光源辐照度、电池的 温度和照射光的光谱分布等因素相关，因此在测定太阳能电池的功率时，必须 规定标准的测试条件。国际电气规格标准化委员会IEC TC-82(International Electrical Committee, Technical Committee-82)关于地面上使用的太阳能电池，定

42、义标准测试条件为： AM1.5 地面太阳光谱辐照度； 输入光的功率为 1000W/m2； 测试温度：25；C （a）系统连接实物图 （b）系统模拟测试实物图 图3-1系统实物及模拟测图 因此，标测条件必须要有太阳模拟器，考虑到实际实验条件，我们采用了 模拟测试方法，及模拟输入变化的电压电流信号。系统实物图和模拟测试如图 3-1所示。 系统模拟测试数据如表3-1所示，测量条件：模拟输入定电压12.24V。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 20 表 3.1 模拟测量数据 模拟电流值（A）电流测量值 0.280.21 0.300.24 0.350.30 0.370.33 0.390.37 0.430.39 0.490.46 0.550.50 0.580.55 0.610.59 测量误差如表3.2所示 表 3.2 初始的 10 次测量误差 序数 12345678910 误差 （% ） 2.922.822.732.722.682.652.532.412.352.38 采用MATLAB软件对模拟测试结果进行分析得到如图3-2所示：由测量数据 与显示数据对比分析，发电量采集器的显示误差有一定的变化