片机的太阳能光伏控制器设计与实现

1、测控技术年第卷第期基于单片机的太阳能光伏控制器设计与实现孙荣高，孙德超（浙江万里学院计算机系，浙江宁波）摘要：为了提高太阳能光伏控制器的性价比，设计了运用单片机的太阳能光伏控制器。本控制器具有效率高、可靠性高、运行稳定、性价比高、适宜批量生产的特点。控制器实现了基于单片机的工作状态控制和蓄电池能量管理，满足了太阳能光伏控制器在不同工作状态下的稳定运行与准确切换的要求。蓄电池充放电精确控制也在此控制器中得到实现。实验结果表明，应用此控制器的太阳能光伏系统效率高、运行稳定，蓄电池寿命也可延长。关键词：控制器；单片机；蓄电池中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，）：，：；（）；太阳能光伏系统是

2、近年来绿色能源发展蕈要的方向之一。随着全世界对环境保护的重视和科技进步，太阳能光伏系统正从实验室走向寻常百姓家庭。太阳能光伏系统中必备部分是控制器，而且系统对控制器的性能要求很高，它在很大程度上决定了太阳能光伏系统的可靠性。控制器的任务主要是保护光伏系统中的蓄电池。蓄电池在使用过程中经常遇到实际容量与标称容鼍不符和寿命过短的问题，究其原因虽然与电池制造质量有关，但实际使用中没有依电池本身的特点控制好参数，保持电池良好的工作状态也是一个非常荸要的因素，有时甚至是关键原阗。加强蓄电池的应用过程监控可以在花少量成本的前提下大大提高蓄收稿日期：基金项目：甬科计号；甬财政教号电池的有效容量和使用寿命，从

3、而提高太阳能光伏系统的町靠性。太阳能作为一种新兴的绿色能源，以其永不枯竭、无污染、不受地域资源限制等优点，正得到迅速推广应用。太阳能光伏控制器有着广泛的应用前景。太阳能光伏系统通常由太阳能电池、蓄电池、灯和光伏控制器这部分组成。光伏控制器具有蓄电池的充电控制、供电控制和蓄电池维护等功能。在现有的太阳能光伏系统中，普遍存在着效率不高、性价比低和蓄电池寿命短等问题。针对这些问题，笔者设计了一种新型的太阳能光伏控制器。本光伏控制器是基于单片机设计，对和蓄电池叮自动识别，可实现对蓄电池的科学管理，指示蓄电池过压、欠压等工作状态，具有一路负载输出，负载额定电流可达，并具有负载过流和短路保护功能，又由于单

4、片机具有在系统编程功能，使得控制器能够便于软件设计和软件升级，也就是说本控制器的开发需要投入的设备和作者简介：孙荣高（一），男，研究生，主要研究方向为计算机测控技术。万方数据基于单片机的太阳能光伏控制器设计与实现资金将大大减少。光伏控制系统的组成太阳能光伏控制系统由太阳能电池板、蓄电池阵列、蓄电池控制器等组成。而控制器（图虚线框中所示）则由充电控制电路、供电控制电路、蓄电池监测电路等部分组成。光伏控制系统组成结构框图如图所示。直流供电一负太阳能电池七）蓄电池专爿逆变器淼。淼交流供电载图太阳能光伏控制系统结构框图太阳能光伏控制系统的工作原理是：太阳能电池板在受到光照后实现太阳能到电能的转换，产生

5、直流电，然后通过控制器给蓄电池充电，蓄电池存储电能。在需要用电时，蓄电池通过控制器给负载放电，负载可直接使用直流电，也可以再经过逆变器将直流电逆变成交流电供交流负载使用。充、放电过程由控制器自动控制。控制器设计硬件设计要求控制器具有蓄电池过充电保护，过放电保护，充电控制，放电控制和负载短路保护。控制器采用了个按钮和个发光二极管，作为人机接口。指示灯分别为红（）、绿（）、黄（）、白（）、蓝（）种颜色。各个灯的意义说明如下：红色。在按下了按钮（）后，当（黄）点亮时，、显示的是当前负载控制模式信息。红色的单独亮时，表明本控制器进入负载短路保护状态，而且红色的灯一直亮着，直到负载短路故障排除，控制器才

6、退出负载短路保护状态。：绿色，电池状态显示。常亮表示电池电量正常，可继续使用。绿色闪烁表示电池电量低，需要充电，但负载仍有输出。而蓄电池的过放电保护用黄色和绿色同时亮来表示。这个时候控制器将关闭负载放电电路。：黄色。在短时按下按钮后点亮不闪烁，表示、显示负载控制模式信息；平时黄色闪烁时，表示电池剩余电量已很少；而当黄色常亮后，负载就处于关闭状态，本控制器进入蓄万方数据电池保护状态。并且只有蓄电池再次充电到一个比较安全的电压后，控制器才会退出蓄电池过放电保护状态。：白色。用于指示单片机的正常工作状态，当本控制器处于非充电状态时，这个白色灯用左右的频率闪烁，当控制器进入充电状态时白色灯使用左右的频

7、率闪烁，就是说用加快白色灯的闪烁来显示控制器进入了充电状态。：兰色。负载指示灯，负载接通时点亮，控制器切断负载时熄灭。本控制器还具有种负载控制模式，可以通过设置在控制器中的一个按钮来实现这个模式的转换。个模式分别是：普通的路灯控制模式，就是在白天控制器关闭负载，而一到夜晚控制器自动打开负载，进入夜间工作状态。具有定时功能的路灯负载控制模式，就是控制器在该控制模式下，除了增加一个在夜晚工作时定时关闭负载功能外，其余的与上一个的工作模式都一样。常开控制模式，是本控制器对负载的供电一直处于打开状态，而是否给负载供电由负载电路控制，除非蓄电池缺电，使本控制器进入了蓄电池过放电保护状态了。这种模式的识别

8、只需要按动本控制器上的一个按键就可以确认本控制器目前处于这个模式中的哪一个，同时还可以通过按动这个按钮来切换这个模式中的任何一个模式。这个功能是这样实现的，就是当短时间按动这个按钮时，控制器只是显示本控制器目前处于哪个控制模式，而如果按住这个按钮时间超过，本控制器就会从一种工作模式转换到另一个模式。并且本控制器还利用了单片机的功能实现了把控制模式存入到中，这样控制模的控制模式，使得本控制器变的非常可靠。本控制器的工作状态可以分为个部分。（）太阳能电池电压的检测。通过检测太阳能电池的电压判断当前的时间是处于白天还是黑夜，从而决定控制器的控制方案。本控（）电池电压的检测。通过检测电池的电压，对蓄电

9、池的充放电进行控式就可以实现了，不会因为本系统掉电而丢掉了系统控制状态分析制器对负载的控制还与工作模式有关，在不同的工作模式下控制器具有不同的控制方式。制，同时当电池的电压低于一定的数值后，使本控制器进入电池过放电保护状态。而当电池电压高于一定的数值时使本控制器进入蓄电池的过充电保护。另外本控制器还具有当电池即将进入过充电保护时，使用一定频率的充电方式来进行充电。在过充电保护期间也使用极低频率的充电方式来进行充电。这样可以有效地利用太阳能电能。同时也可以起到保护蓄电池的效果。（）负载短路检测。当控制器检测到负载短路后，控制器立即关断负载电路，也就是切断电池对负载的供电，从而起到保护蓄电池的效果

10、。并且该状态需要保持到负载短路现象消除后才能够再次给负载供电。软件设计分析控制系统的软件采用嵌入式语言设计。使用语言进行嵌入式控制器的开发，有着汇编语言编程不可比拟的优势。首先具备编程调试灵活方便的优势。当前几乎所有系列的嵌入式系统都有相应的语言级别的仿真调试系统，使得它们的调试环境十分方便；由于语言的模块化开发方式，使得用它开发的程序模块不经修改就可被其他项目所用，有利于多人协同编程；生成的代码编译效率高，可移植性好，基于语言环境下的嵌入式控制系统能基本达到平台的无关性。采用语言进行控制系统的软件设计可以使本控制器获得较高的可靠性，同时控制器也能够满足实时性要求，而且系统便于升级和系统维护，

11、是目前控制系统软件设计的主要程序设计语言。控制器在研制过程中，经过理论分析，以及实际的实验数据分析，数据滤波采用了程序判断滤波加平滑滤波的复合数据滤波方法，获得了很好的滤波效果。而且采样数据用于控制的数据是个数据的和数，因为求平均值需要用到除法，而除的过程中会丢失一些数据信息。具体方法是，对采样获得的数据，经过第级数据滤波后，求得一组采样数据的和，把这个和数用于判断控制的数据，当然在这个过程中需要先把控制设定的数据乘以和数据的个数。该方法叮以如下表示：设采样值为石，设定值为戈，则判断条件语句可以表示为：使用求平均值的方法。先求出采样平均值（菇菇茗）；设采样次数是次。（或）转控制执行程序。使用本

12、文中的控制方法。戈聋戈髫；（这个时候的为次的采样值的和数）。（或×）转控制执行程序。经过试验，证实了采用这样的数据判断滤波町以万方数据测控技术）年第卷第期获得满意的控制效果和较高的系统可靠性。特别是在采样值戈较小的时候更能够获得好的判断控制效果。试验情况实际试验情况，在本控制器连接好太阳能电池板后，从白天到黑夜和黑夜到白天的转换时间均是（这个时间数据可以在软件中调节设定）。在路灯模式下，延时时间是。过放电保护测试。当蓄电池电压为时，控制器关闭负载。而在这个状态下，只有当蓄电池电压经过充电，电压回到时，控制器才能够再次打开负载。过充电保护测试。当蓄电池电压充电达到时，控制器关闭充电电路

13、。而当电压下降到时，再次打开充电电路。负载短路保护测试。当负载功率为时，控制器关闭负载，并且在延时后，能够再次自动打开负载，而对于的负载能够正常工作（本控制器设计的负载额定功率为）。结束语以上介绍的基于单片机的太阳能光伏控制器是一个有实用意义的应用系统。太阳能的利用是目前新能源开发和利用的热门话题，而太阳能光伏控制器作为太阳能应用的一个晕要组成部分，在新能源技术革命中具有突出重要的位置。本设计将太阳能光伏系统的一个典型应用场合，即太阳能光伏控制器为研究对象，结合我国太阳能利用的水平和现状，提出了一个符合能源优化利用要求的太阳能光伏控制器设计，并实现蓄电池能量的可靠利用。参考文献：陈维，沈辉，邓

14、幼俊太阳能光伏应用中的储能系统研究蓄电池，（）王斯成，陈子平，杨军，等蓄电池剩余容量（）数学模型探讨和在线测试仪的开发太阳能学报，（）汪维东气象环境监测控制器设计计算机测量与控制，（）李劲，程绍艳，李佳林，等摹于技术的无线数据采集网络测控技术，（）张艳红，张崇巍，吕绍勤，等新型太阳能控制器的研制节能，（）习博，方彦军嵌入式电能在线监测系统的设计计算机工程与应用，（）：口基于STC单片机的太阳能光伏控制器设计与实现作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：孙荣高， 孙德超， SUN Rong-gao， SUN De-chao浙江万里学院计算机系,浙江,宁波,315101测控技术M

15、EASUREMENT & CONTROL TECHNOLOGY2009，28(11)0次相似文献(10条)1.会议论文 袁晓光 用于彩显系统匹配台的单片机智能控制器 1998介绍了一种采用单片机和构成对彩显系统匹配台实现智能控制的方案。其目的是试图尽可能多地利用单片机的资源来实现一个性价比优良的方案，在保证系统功能和可靠性的前提下，大幅度降低设备的造价，从而为彩显系统匹配生产线设备的智能提供一种新的实用技术途径。2.学位论文 苑海涛 变频调速液压电梯单片机控制器的研究 2006作为液压电梯的一个重要发展方向，变频调速液压电梯具有节能以及调速性能优越等优点。本课题组一直致力于液压电梯技术

16、领域的研究，并取得了丰硕的研究成果，本课题就是在分析、掌握前人研究成果的基础上，为推进单片机控制器早日实现产品化而展开的进一步研究。论文从单片机控制器的总体结构入手，分析了各功能模块的实现方法，并通过实验重点验证了其中的PWM方式实现高精度模拟控制电压输出方法的可用性。为了提高控制器的控制性能，提出了基于分段线性插值的方式实现负载压力补偿和温度补偿的方法，相比其他一些智能控制算法，该方法简单易用，更适合于单片机控制系统中使用。在单片机控制器开发成功以后，对其进行了实验验证工作，初步证实了整体设计方案的可行性。论文的整体结构如下：第一章，简要叙述了液压电梯的发展历史，介绍变频调速液压电梯技术及产

17、品，最后阐述了本课题的主要研究内容及意义。第二章，介绍了变频调速液压电梯控制系统的整体结构及原理，并在此基础上指出了单片机控制器所需完成的功能。第三章，详细阐述了单片机控制器各功能模块的实现方案，提出了在软件上实现压力补偿和温度补偿功能的方法，最后对如何提高单片机控制器的抗干扰能力进行了论述。第四章，首先介绍了对单片机控制器进行实验测试所采用的测试平台，然后介绍了实验过程中出现的几个问题。文中先介绍了问题的现象，然后分析了问题产生的原因，并提出了问题的解决方法。第五章，对本论文所做的研究工作进行了总结，并对未来的研究工作进行了展望。3.期刊论文 谭延良.郭怡倩 提高单片机控制器可靠性的设计方法

18、 -电子工艺技术2001,22(5)可靠性是单片机控制器能否成功应用的最关键问题.从多项应用工程中归纳出一些提高可靠性的方法,讨论了自动复位、模拟信号变换、开关信号变换硬件电路的设计,具体给出了实际应用中的数据.4.期刊论文 林晓燕.刘云翔 8098单片机在炉温控制器中的应用 -东北师大学报(自然科学版)2001,33(2)在冶金、石油、化工和科研试验等部门经常需要对炉温进行测量和控制.本文介绍一种我们设计的智能型炉温控制器,它可以根据实际情况设置的炉温上限和下限值进行控制,使炉温自动地稳定在所设定的上限和下限值之间.本系统采用了INTEL公司16位单片机8098芯片,它具有16位单片机的性能

19、,8位单片机的价格,具有高速输入口HSI和高速输出口HSO,片内带有4路10位A/D转换器,最高时钟12MHz,与低速的外围芯片连接提供等待功能,A/D转换时间为22 s.另外,8098单片机不存在累加器结构的"瓶颈”效应问题,它内部具有232个通用寄存器,均可作为累加器使用.它的指令系统也非常灵活,很多指令既可以用双操作数,又可以用三操作数,因此,将8098单片机用于炉温控制具有程序简单和反应速度快等特点.1 系统的硬件设计该控制器以MCS8098单片机为核心,程序存贮器为8KB的EPROM2764,晶振为12MHz.另外,还有键盘显示电路,输出驱动电路等.具体的硬件结构框图如图1

20、所示.温度传感采用AD590温度-电流传感器,AD590是美国Analog Devices公司生产的二端式集成温度-电流传感器,具有体积小,重量轻,线性度好,性能稳定等一系列优点,适合于远距离测量和传输.HSO.0和HSO.1分别控制加热器和鼓风机,图1中所采用的光电耦合器起到耦合脉冲信号和隔离8098单片机系统与功率驱动电路的作用,使两部分的电流互相独立,减少系统所受的干扰,提高系统的可靠性.2 系统软件的设计8098单片机内部带有回路10位A/D转换器和HSO功能部件,这在硬件设计和软件编程上都带来了很大方便.利用A/D转换器和HSO部件需要用到8098芯片内部的几个特殊功能寄存器.图1

21、炉温控制器硬件结构框图5.学位论文 严惠 基于ARM7与51单片机的电梯控制器通信及人机界面的研究与开发 2007电梯通信作为电梯运行的主脉络，负责传递电梯的各个通讯指令以及各种控制信息，因此，提高电梯的性能在很大的程度上取决于电梯信息量的传输品质。同时，为保证电梯运行的可靠性以及提高电梯的使用寿命，必须对电梯进行合理的维护。而电梯的远程监控技术是一种合理有效的维护手段，通过它可以对电梯实行有效的未知维护。本文从上述两个点出发，结合电梯控制器设计的实际项目，重点研究了电梯控制系统中的通讯和电梯控制器远程监控上位机界面的设计。整个系统的通讯布局以CAN总线为主干网，485总线为主体板和扩展板之间

22、的通讯桥梁。电梯控制系统分为楼层控制器、轿厢控制器、轿顶控制器、主板控制器以及相应的扩展板。本文主要从以下几个方面进行研究。1. 楼层控制器的设计。采用51单片机为楼层微控制器，MedWin为软件开发平台，实现楼层控制器的硬件和软件设计；将CAN总线运用于楼层控制器通讯中，结合MODBIJS协议以及CAN信息帧结构自定义通讯协议，实现了独立CAN控制器下的CAN通讯；通过功能调试验证了方案可行性。2. 轿顶控制器的设计。采用ARM单片机为轿顶主控制器，ADS1.2为软件开发平台，进行轿顶控制器硬件和软件设计；将CAN总线应用于轿顶控制器通讯，实现了非独立CAN控制器的CAN总线通讯功能；并对轿

23、顶功能进行调试验证。3. 轿厢扩展板的设计。进行轿厢扩展板的软硬件设计；采用MODBUS通讯协议，将485总线应用于轿厢扩展板中，实现了轿厢扩展板与主体板通讯；通过调试验证了方案的可行性。4. 远程监控上位机设计。以Delphi为开发平台，RS485为通讯总线，实现电梯参数的获取与显示的软件功能；在以太网环境中，采用Visual Stdio6.0为开发平台，结合MODBUS-TCP通讯协议实现客户端、服务器的软件设计；并在模拟环境中验证了上位机功能。通过研究表明，CAN总线可以用于电梯控制系统的通讯中，而且性能可靠，实时性好，能充分满足电梯控制器对通讯性能的要求；RS485总线能充分实现电梯主

24、体板和扩展板之间的通讯目的，能准确有效的实现上位机对电梯参数的获取；采用融合客户端/服务器模式的对等网络技术设计电梯远程监控上位机软件，在模拟环境中实现了位于不同环境的客户端电梯与维护方之间的连接，确保了维护方对电梯的远程监控。6.期刊论文 管功湖.GUAN Gong-hu I/O口模拟串行通信在双单片机电阻焊控制器中的应用 -台州学院学报2006,28(3)在双单片机控制的电阻焊控制器中,由于主控单片机的串口被用来和PC机进行通信.介绍一种利用单片机I/O口模拟串行通信的方法,并将其成功地应用在双单片机电阻焊控制器中.详细地阐述了在此控制器中利用单片机I/O口实现串行通信的硬件设置及软件设计

25、.7.学位论文 孙雷 一种基于单片机的新型电子提花机控制器 2007电子提花机揉合了现代电子技术，配合凸轮式的提针结构实现了高速无纹版提花，由于其结构简单、速度高、质量好，在国内外已得到广泛应用。当前，以英国Bonas、法国Staubli、德国Gross公司所研制的电子提花机最具代表性，但其昂贵的价格让国内多数企业望而生畏。国产提花机一般多使用单片机进行控制，也有采用嵌入式方案或直接PC机现场控制方案，但是它们在功能和稳定性上无法与国外同类产品相比，同时，磁盘形式的花样输入时间过长，以及电子盘由于反复的拷贝删除操作产生的碎片和垃圾文件都让用户难以接受。为解决当前国产提花机存在的上述问题，本文提

26、出了一种新型基于MCS-51单片机的电子提花机控制器，包括硬件电路和单片机软件。该新型控制器可以用U盘代替软盘方便快捷地输入花样数据，同时解决了花样纬数受限制的问题。此外，控制器实现了意外停机保护的功能，文件管理系统经过反复拷贝删除也不会产生碎片或垃圾文件。运行结果证明了本控制器的有效性。该控制器以W78E516B单片机为核心，外围扩展部分包括控制的信号(数据、时钟、锁存、使能)和接收同步信号等。人机接口部分包括液晶显示、键盘、USB输入接口等。控制器使用串口与PC机通讯，并可根据需要，实现提花机联网控制。花样存储采用Flash电子盘，数据不易丢失且容易扩展，并通过编写新的文件管理系统使得电子

27、盘不会产生碎片和垃圾文件。通过软件技术实现了从花样信息的提取、存储、传输、校验、输出等一系列功能，而且提花方式可以任意组合，可与672针、1344针、2688针的各种型号有梭、无梭织机相配套，从而降低了生产成本，提高了工作效率，大大提高了纺织提花控制系统的数字化水平。本文第一章主要概述了提花机技术的概况；开发方案的选择及模块组成在第二章做了介绍；第三到五章为本文的重点，分别介绍了本控制器的硬件设计、软件设计和抗干扰设计；最后两章分别是运行结果与分析、总结与展望。8.期刊论文 龙瑜.LONG Yu 压铸机主从单片机控制器的设计 -新技术新工艺2007,""(4)以单片机为核心

28、的控制系统广泛应用于各领域.本文介绍了采用单片机80CI96KC为主体的、对压铸生产实行全程控制的主从控制器的设计.根据压铸机对控制器的要求,控制器完成了对压铸机的工艺流程控制、料筒温度控制、人机界面的确定.详细介绍了控制器的硬件、软件设计方案.9.学位论文 何永泰 基于单片机ATmega128的嵌入式工业控制器设计 2004随着微电子技术和计算机技术的发展，工业控制机和可编程逻辑控制器(PLC)在设计上正向着嵌入式系统方向发展，程序编程正向着高级语言方向过渡。工业控制器的嵌入式发展已是不可逆转。北京的拓维图控有限公司，经过周密的市场调查，协议设计基于单片机的嵌入式工业控制器。经过大量的资料分析，选用AVR单片机ATmega128作为工业控制器的控制器。ATmega128是AVR单片机中功能最强的，它有128K字节的Flash程序存储器、4K字节的SRAM和4K字节的EEPROM。在端口方面，它有边界扫描JTAG口、I2C串行口、SPI同步串行口和通用异步串行口UART。通过适当的外围接口电路的设计，它能够满足工业控制器的要求。无论硬件还是软件设计，基于单片机ATmega128的嵌入式工业控制器的设计都采用了目前系统设计中最为流行的方式。在硬件设计中，采用微控制器MCU+FPGA(CPLD)的方式。通过利用现场可编程门阵列FPGA设计微控制器的接口电路，使得