太阳能充电控制器方案报告

个人资料整理仅限学习使用太阳能充电控制器报告内容摘要本小组设计了一种基于单片机的太阳能控制器，系统使用低功耗、高性能的AT89S51单片机作为控制电路的核心器件。此系统由太阳能电池模块，蓄电池，MC34063升压电路，充放电电路，电压采集电路，单片机控制电路和继电器驱动电路组成。提高部分设计使用PWM〈脉宽调制）控制技术来控制蓄电池充放电，通过控制MOSFET管开启和关闭达到控制电池充放电的目的。实验结果表明，该系统可以监视太阳能充电板和蓄电池电池状态，实现控制蓄电池最优充放电，达到延长蓄电池的使用寿命。目录一、方案的论证与选择7升压电路的方案选择7控制电路的方案选择7充电方式方案的选择8二、系统原理及框图8三、单元电路的设计与参数计算7直流稳压输出电路7A/D采样及转换电路7继电器控制电路8升压电路8蓄电池充放电电路7单片机供电电源7单片机及外围引脚8四、软件设计流程8五、测试方法和结果7六、测试结果分析7七、总结7八、参考文献7附录7个人资料整理仅限学习使用关键词AT89S51。控制器；继电器；MC34063。PWM一、方案的论证与选择升压电路的方案选择方案1：采用555倍增电路，该电路电压输出为输入电压倍数，不易满足线性电压输入变化时输出一个恒定充电电压的题目要求。方案2：采用MC34063经典升压电路，该电路可靠性强稳定，芯片价格便宜，当输入电压变化时〈小于12V）升压后的充电电压稳定在13.5V左右，满足蓄电池充电要求。控制电路的方案选择方案1：采用tlp-521光耦控制，存在光耦敏感度不强，使用不稳定的情况。方案2：采用单片机连接C9018型npn三极管放大电路连接HUIKE-HK19F-DC5V-SHG继电器控制电路选择；工作状态较稳定。充电方式方案的选择方案1：恒压方式充电，最容易实现。个人资料整理仅限学习使用方案2：恒流方式充电，AD采样时需转换成电压值，电路较繁琐且不易控制。二、系统原理及框图电路包含太阳能电池，DC-DC变换电路，蓄电池，数据采集电路，A/D转换电路，单片机控制电路及状态显示部分。本设计以ATMEL系列AT89S51单片机为控制中心的软硬件的结合，使用并联在电池两端的两个串联电阻，以分压方式对蓄电池、太阳能电池的电压进行采样，送到A/D转换得到一个数字信号的电压值，再将信号送入到单片机中进行处理。单片机输出经光耦电路控制 MOSFET管。控制MOSFET管导通的方式是脉冲宽度调制（PWM＞，根据程序设计的载荷变化来调制MOSFET管栅的偏置，达到实现开关功能。按程序设计当检测到蓄电池的电压低于12V，充电模式为均充，Q1为完全导通状态，也就是导通的脉冲占空比最大；当检测到蓄电池的电压在12V-14.5V，充电模式为浮充，Q1导通与不导通的占空比例变小；当检测到蓄电池的电压等于15V，Q1截止充电停止。当检测到蓄电池的电压低于10.8V，Q2关闭停止放电。个人资料整理仅限学习使用弟rLF：：lPldvet弟rLF：：lPldvetPI1Fug'DjPIiFuIK曰PIMFuPI4FilMW¥4£印15FuXliKW□Fil5KC£5CF&PI?FilEiKCliRSTFUB筋/VPPnnjpji，LS评:皿HTJ.-P32KSi由MM3TU格4网MMri.-FjsF-l制IMWR--pjDF-j4R11内皿11p-j-ivi|口xr.tiRIMQrJ-H,DR0MMRlu s_L■f?■i■BM沿■il1REF- V2C港H HF；RES EcH-iD CS港口1■i3IW1就亡FLU；中;।□2ae!-REFl Ite启H ELF；RES EcHiD 心w1W三、单元电路的设计及参数计算3.1直流稳压输出电路根据题意引入15V直流稳压电源，同时串接电位器，代替电压变化的太阳能电池。通过分压调节输入电压8v-15v之间以供测试。同时电源并接100uf和104电容常规去耦。个人资料整理仅限学习使用+15VRV1如图所.100uF.<TEXT.104.->+15VRV1如图所.100uF.<TEXT.104.->.<TEXT>/D采样及转换电路示，用使用两个串联的电阻，大小比例为10:1-：TEXT>然后并联在需要检测的电压两端，从两个电阻中间采集电压。由分压公式得出采集的电压为券总/11,.当蓄电池充满电时电压大概为.JV .......145V,•计算出采集到的电压为1.3丫,符合A/D转换芯片的TLC549的输入值。AT89S51单片机没有内置的A/D转换模块，因此采集的电压需要经A/D转换才可接入单片机。此设计采用8位串行A/D转换器芯片TLC549〈如图7）。需要采集的信号从2管脚AIN输入，1管脚的基准电压使用5V，5、6、7三管脚连单片机。序号可调电源电压AD1采样电压A/D转换理论值实际值理论值实际值1VVVVV2VVVVV3VVVVV个人资料整理仅限学习使用VCCTLC549VCCTLC5493.3继电器控制电路通过P1口的引脚高地电平的变化切换升压电路和普通充电电路，继电器使用HUIKE-HK19F-DC-5V-SHG。线圈电压为5v，但是由于单片机工作电流太小只有30mA，不足以驱动继电器，所以增加一个NPN型三极管的电流放大电路。个人资料整理仅限学习使用输入电压不稳定时的最小值 Vf=1.2V快速开关二极管正向压降Rsc（限流电阻＞:决定输出电流.Rsc=0.33/IpkIpk=0.33/Rsc=0.33/0.33=1ALmin（电感>:Lmin=（Vimin-Vces>*Ton/Ipk=220uHTon=220*10-6*1/（5-1>=55 u sCt（定时电容>:决定内部工作频率.Ct=0.000004*Ton（工作频率>=4.0*105*55*106=2200pf4.0*105*55*106=2200pf根据库存,Ct电容可取2个102和2个101并联代替Vout（输出电压＞=1.25V（1+R1/R2＞可调节电阻实现6-60V输出由

个人资料整理仅限学习使用ton/toff=(Vo+Vf-Vimin>/(Vimin-Vces>输出6V时toff=55*10-6/((6+1.2-5>/(5-1>>=100us最大占空比0.55(似乎无看到对最大占空比有规定?>f=1/(ton+toff>=1/(55*10 - 6+100*10 - 6>=6.45kHZ输出60V时toff=55*10-6/((60+1.2-5>/(5-1>>=3.9us最大占空 比 14.05f=1/(ton+toff>=1/(55*10 - 6+3.9*10 - 6>=16.98KHZ6.45kHZ,16.98KHZ属于MC34063的0.1〜100KHz正常工作频率范围内..可实现与【Co(滤波电容>:决定输出电压波纹系数，Co=Io*ton/Vp-p(波纹系数>Ipk=2*Iomax*T/toff =2*Iomax*(ton./toff+1>取最大占空比0.55则Iomax=1/2/(0.55+1>=322.6mA则 Vp-p=100mvCo=0.3226*55**10-6/0.1=177uf可 取 220 u fpRjQ日。心|PKSVXJECTv+CINVV-pRjQ日。心|PKSVXJECTv+CINVV-vaut（输出电压］=1.25V：<1：+：R1：/R2）；：：；：：：：；；；：；：：：；；：序号输入电压升压电路输出电压理论值实际值1VVV2VVV

个人资料整理仅限学习使用3VVV3.5蓄电池充放电电路电路由防反充二极管D1、滤波电容C1、续流二极管D2、MOSFET管Q1、滤波电容C2、MOSFET管Q1等构成。二极管D1是为了防反充，当阴天或晚上蓄电池的电压高于太阳能电池的电压时，D1就生效。通过控制开关闭合跟断开的时间<即PWM一脉冲宽度调制），就可以控制输出电压。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，所需驱动功率较小。而且MOSFET只有多数载流子参与导电，不存在少数载流子的复合时间，因而开关频率可以很高，非常适合作控制充放电开关。设计中采用 IRF9540NP沟道MOSFET管，P沟道MOSFET的导通电压Vth<0，由下图可以实现MOSFET的驱动。当光耦U5导通时，由于Q1的G极电压很小，G极近似接地，Vgs<0，当S极电压达到一定值时，Q1导通。Q2的原理类似。电路如图R350k序号K1类似。电路如图R350k序号K1电压Q1状态K2电压Q2状态1VVVV2VVVV3VVVV个人资料整理仅限学习使用3、6单片机供电电源单片机对电源质量要求严格，只有波形稳定清晰的电源才能使单片机上电复位，否则无法上电复位，晶振不能起振，单片机就不工作。蓄电池提供的电压是12V，单片机电源使用5V电压，因此需要稳压后才能供单片机使用，本设计采用LM7805稳压后得到波形较好的电源才供单片机使用。Vin1ViDNGVoutC3■+JVCCC4Vin1ViDNGVoutC3■+JVCCC4r—T1470uF 11LM78。5i00uF104蓄电池电压理论输出电压实际输出电压12VVV3.8单片机及外围引脚四、软件设计流程设计流程图个人资料整理仅限学习使用开始开始-PWM充电蓄电池电

压采集Vbat>14.5V-PWM充电蓄电池电

压采集Vbat>14.5V五、测试方法和结果六、测试结果分析七、总结

个人资料整理仅限学习使用八、参考文献[1]康华光，陈大钦，张林；《电子技术基础<模拟部分）》；高等教育出版社[2]黄正轴，龚培等；《实用电器电路识读与元器件应用易学通》；中国电力出版社[3]孙于凯；《555时基电路识图》；电子工业出版社[4]陈永辅；《555集成电路应用800例》；电子工业出版社附录主要c程序〈仅核心部分)#include<reg51.h>//51芯片管脚定义头文件#include<intrins.h>〃内部包含_nop_(>。#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineuintunsignedintsbitsbitsbitsbitsbitsbitsbitCLKCSDOUTFuZaiPWMLED1LED2二P0sbitsbitsbitsbitsbitsbitsbitCLKCSDOUTFuZaiPWMLED1LED2二P0八0。二P02二P01二P「1。二P「0。二P2。二P21。/*AD时钟信号*//*AD片选信号*//*数据输出 */uchart0,battery_v。voiddelay(uintn>(〃延时函数voiddelay(uintn>(〃延时函数while(n-->(_nop_(>。『)/ // /voidinit(>//初始化函数(TMOD=0x01。个人资料整理仅限学习使用TH0=(65536-50>/256。TL0=(65536-50>%256。EA=1。ET0=1。PWM=0。LED1=1。LED2=1。)/ // /ucharadc_549(void> //AD转换(uintdata_out=0ouchari。CS=1o_nop_(>oCS=0ofor(i=0o i<8o i++>/*读取8位数据*/(CLK=0odata_out=(data_out<<1>|DOUT。CLK=1o_nop_(>o1CLK=0oCS=1odelay(3>o /*延时21us以上*/return(data_out>o)/ // /voidmain(void>(init(>owhile(1>(battery_v=adc_549(>oFuZai=1o〃打开负载if(battery_v>186>//蓄电池电压大于10V(LED1=1oLED2=0oif(224>battery_v>204>(

个人资料整理仅限学习使用TR0=1。 〃开启固定PWM充电pi.ocpi.1□Pl.2□Pl.3□Pl.4CM0SI/P1.5匚MISO/P1.6匚SCK/P1.7匚AST匚EXD/P3.0匚TXD/F3.1匚IBT0/F3.2匚IHT1/P3.3匚pi.ocpi.1□Pl.2□Pl.3□Pl.4CM0SI/P1.5匚MISO/P1.6匚SCK/P1.7匚AST匚EXD/P3.0匚TXD/F3.1匚IBT0/F3.2匚IHT1/P3.3匚T0/P3.4匚T1/P3.5匚跳，F3.6匚KD/P3.7匚KTAL2匚XTAL1匚PDIP匚地匚VccP0.0/ADOPO.1/AD1PO.2/AD2PO.3/AD3PO.4/AD4PO.5/AD5PO.6/ADEPO.7/AD7EA/VFFALE/FEOGPESNP2.7/A151P2.6/A141P2.5/A131P2.4/Al2P2.3/AUP2.2/A10P2.1/A91P2.0/A8voidtimer0(>interrupt1 〃定时器0,用来产生PWM(TH0=(65536-50000>/256。TL0=(65536-50000>%256。t0++。)附录二主要元器件介绍AT89S51单片机AT89S51单片机是ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP(In-systemprogrammable〉的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼

个人资料整理仅限学习使用容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案［1］。AT89S51具有以下特点：40个引脚，4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器＜RAM），32个外部双向输入/输出＜I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串通信口，看门狗＜WDT）电路，片内时钟振荡器。3.2TLC549TLC549是美国德州仪器公司生产的8位串行A/D转换器芯片，可与通用微处理器、控制器通过CLK、CS、DATAOUT三条口线进行串行接口。具有4MHz片内系统时钟和软、硬件控制电路，转换时间最长17us,TLC548允许的最高转换速率为45500次/s,TLC549为40000次/s。总失调误差最大为±0.5LSB,典型功耗值为6mW。采用差分参考电压高阻输入，抗干扰，可按比例量程校准图13TLC549管脚图转换范围，VREF-图13TLC549管脚图TLC548/549的极限参数如下：电源电压：6.5V；输入电压范围：0.3V〜VCC+0.3V；输出电压范围：0.3V〜VCC+0.3V；峰值输入电流（任一输入端＞:±10mA；・总峰值输入电流（所有输入端＞:±30mA；・工作温度：一55℃〜125℃MOSEFT管MOSEFT管是利用电场效应来控制电流的，由金属、氧化物和半导体制成，由于场效应管的栅极被绝缘层（例如SiO?隔离，因此其输入电阻可达109欧以上。MOSEFT管所需驱动功率较小。而且MOSFET只有多数载流子参与导电，不存在少数载流子的复合时间，因而开关频率可以很高，非常适合作控制充放电开

个人资料整理仅限学习使用关。本设计采用IRF9540NP沟道场效应管，以下是IRF9540N的一些参数::0V,I『-250uAgs=-10V,I『-11ADS=VGS，ID=-250uAds=-50V,I：-11Ads=-80VVgs=0V,Idss=250uA:20V,1Gss=100nA光耦光耦合器是以光为媒介传输电信号。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及