基于PICl6F676的太陽能控制器

3 太陽能控制器的硬件電路
3．1 電壓采集模塊
通過蓄電池兩端的分壓電阻進(jìn)行分壓，采集信號輸入單片機(jī)。為減少常規(guī)電阻的非線性誤差，采用4只2 kΩ精密電阻分壓出1／4蓄電池電壓作為單片機(jī)A／D轉(zhuǎn)換的分析電壓，從而減小分析電壓的誤差。電壓采集時，外界環(huán)境光線驟變會使單片機(jī)發(fā)生誤判現(xiàn)象，影響充電回路錯誤控制，因此需在軟件上增加適當(dāng)?shù)难舆t功能，以辨別其環(huán)境光線的“真?zhèn)巍薄?br />3．2蓄電池電壓及電量顯示模塊
采集處理后的電壓輸出到液晶LCDl602進(jìn)行顯示，LCDl602液晶屏每平方厘米耗電量為μA級，顯示穩(wěn)定。在考慮電量顯示時，由于蓄電池的容量與其端電壓有關(guān)，故可間接近似線性劃分蓄電池的過放電UMin和過充電UMax之間的壓差，可得出電量S：

式中，U為實際蓄電池兩端電壓。
3．3 控制器輸入輸出控制模塊
3．3．1 輸入模塊
輸入模塊即太陽能電池充電模塊，由于太陽能電池板受光線和其材料本身的屬性影響，其充電電流具有一定波動性，若將所生成的電流直接充入蓄電池或直接向負(fù)載供電，容易造成蓄電池和負(fù)載損壞，嚴(yán)重降低其使用壽命。因此，必須控制其充電部分，這里采用“自適應(yīng)三階段充電模式”：1)充電階段，蓄電池電壓U較低，小于12．5 V，使用恒流充電；2)當(dāng)蓄電池電壓U達(dá)到12．5 V時，則進(jìn)入恒壓浮充狀態(tài)(控制占空比實現(xiàn))；當(dāng)電流下降到設(shè)定值時(由高精密電阻兩端的壓差與設(shè)定值相比較判斷)，此時U達(dá)到14．5 V，恒流充電：3)當(dāng)U達(dá)到設(shè)定的過充電壓16 V時，恒壓涓流充電，涓流小到一定程度時(通過高精密電阻兩端的壓差與設(shè)定值相比較判斷)則切斷充電回路。圖3為太陽能電板向蓄電池充電電路。其中，濾波單元是由單相橋式整流電路VD和電感L濾波電路組成，VD可使太陽能電池板始終向蓄電池充電，而蓄電池不會向太陽能電池供電，且太陽能電池板在光線驟變時產(chǎn)生交流電或與蓄電池反接時，只能向蓄電池充電。濾波電路L濾除整流后輸出電壓的紋波，使充電電流更穩(wěn)定。

圖4為溫度補(bǔ)償電路，已知在溫度環(huán)境變化較大的地區(qū)，蓄電池容量將隨之變化，原先設(shè)定的各個充電情況已不再適合，需對以上的各點進(jìn)行相應(yīng)修正(軟件編程設(shè)置實現(xiàn))，否則同樣會降低蓄電池的使用壽命，所以增加該溫度補(bǔ)償模塊很有必要。該溫度補(bǔ)償電路主要由溫度補(bǔ)償二極管構(gòu)成，其P-N結(jié)電壓直接加到端口上，利用二極管在常溫附近，溫度每升高1℃，其PN結(jié)正向壓降會減少2～2．5 mV的特性進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

當(dāng)然家用蓄電池不能總采用控制器控制使其免于過充保護(hù)，一般蓄電池還需考慮蓄電池長期充放電，析氣和失水導(dǎo)致的蓄電池酸液分層現(xiàn)象，使得蓄電池容量衰減和產(chǎn)生記憶效應(yīng)。因此，有必要定期屏蔽掉蓄電池過充保護(hù)，使其電壓過充，以減少上述不良影響。
3．3．2 輸出模塊
輸出模塊即蓄電池向負(fù)載供電模塊。當(dāng)蓄電池滿足放電條件時，控制器將打開放電同路的繼電器，向負(fù)載供電。

圖5為兩級電保護(hù)裝置，以防外界短路或其他情況造成的電流驟增而損壞蓄電池以及其他電子元件。第1級保護(hù)(軟硬件方式)采集高精密電阻兩端電壓，當(dāng)滿足設(shè)定最大放電電流與高精密電阻阻值之積(即兩端電壓)且持續(xù)20 s時，確認(rèn)短路，此時單片機(jī)控制切斷放電回路。第2級保護(hù)(硬件保護(hù))為防止第1級電流過大且未持續(xù)20 s，將對電路造成損害，此時增加SR30系列自恢復(fù)保險絲，當(dāng)流經(jīng)的電流達(dá)到額定值時。自恢復(fù)保險絲溫度上升、電阻迅速增大，電流迅速減小，當(dāng)過流消失時，電子保險絲自動回復(fù)到初始狀態(tài)，無需手動更換，簡化控制器維護(hù)，大大提高系統(tǒng)的安全性能。