基于AVR單片機(jī)的太陽(yáng)能電池控制器設(shè)計(jì)

隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染的加深，太陽(yáng)能的研究和利用受到廣泛的關(guān)注。太陽(yáng)能是人類(lèi)取之不盡用之不竭的可再生能源，也是清潔能源，不產(chǎn)生任何的環(huán)境污染，在太陽(yáng)能的有效利用中，太陽(yáng)能充電是近些年發(fā)展最快，最具活力的研究領(lǐng)域，是其中最受矚目的項(xiàng)目之一。太陽(yáng)能電池發(fā)電是基于“光生伏打效應(yīng)”原理，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，利用充電效應(yīng)將太陽(yáng)輻射直接轉(zhuǎn)化為電能。它具有永久性、清潔性和靈活性大的優(yōu)點(diǎn)，是其他能源無(wú)法比擬的。

1 太陽(yáng)能控制器的設(shè)計(jì)

1.1 太陽(yáng)能電池的輸出特性

由它的輸出特性曲線(見(jiàn)圖1) 可知，太陽(yáng)能電池的伏安特性具有很強(qiáng)的非線性，即當(dāng)日照強(qiáng)度改變時(shí)，其開(kāi)路電壓不會(huì)有太大的改變，但所產(chǎn)生的最大電流會(huì)有相當(dāng)大的變化，所以其輸出功率與最大功率點(diǎn)會(huì)隨之改變。然而當(dāng)光強(qiáng)度一定時(shí)，電池板輸出的電流一定，可以認(rèn)為是恒流源。因此，必須研究和設(shè)計(jì)性能優(yōu)良的太陽(yáng)能發(fā)電控制器，才能更有效地利用太陽(yáng)能。

1.2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

太陽(yáng)能控制器硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。該控制器以AVR mega 32為控制核心，外圍電路主要由蓄電池電壓及環(huán)境溫度檢測(cè)與充放電控制電路、電池板電壓檢測(cè)與分組切換電路、負(fù)載電流檢測(cè)與輸出控制電路、狀態(tài)顯示電路、串口數(shù)據(jù)上傳和鍵盤(pán)輸入電路構(gòu)成。

電壓檢測(cè)電路用于識(shí)別光照的強(qiáng)度和獲取蓄電池端電壓。溫度檢測(cè)電路用于蓄電池充電溫度補(bǔ)償。該系統(tǒng)采用PWM方式驅(qū)動(dòng)充電電路，控制蓄電池的最優(yōu)充放電。電池板分組切換控制電路用于不同光強(qiáng)度和充電模式下電池板的切換，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)3組電池板陣列控制。負(fù)載電流檢測(cè)電路用于過(guò)流保護(hù)及負(fù)載功率檢測(cè)。狀態(tài)顯示電路用于系統(tǒng)狀態(tài)的顯示，包括電壓、負(fù)載狀況及充放電狀態(tài)的顯示。串行口上傳數(shù)據(jù)電路用于系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的上傳，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。鍵盤(pán)輸入電路用于充電模式設(shè)定及LCD背光開(kāi)啟。該控制器在有陽(yáng)光時(shí)接通電池板，向蓄電池充電;當(dāng)夜晚或陰天陽(yáng)光不足時(shí)，蓄電池放電，以保證負(fù)載不停電。

1.3 AVR單片機(jī)

AVR微處理器是Atmel公司的8位嵌入式RISC處理器，具有高性能、高保密性、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可獨(dú)立訪問(wèn)的哈佛結(jié)構(gòu)，代碼執(zhí)行效率高。系統(tǒng)采用的mega 32處理器包含有32 KB片內(nèi)可編程FLASH程序存儲(chǔ)器;1 KB的E2PROM和2 KBRAM;同時(shí)片內(nèi)集成了看門(mén)狗;8路10位ADC;3路可編程PWM輸出;具有在線系統(tǒng)編程功能，片內(nèi)資源豐富，集成度高，使用方便。AVR mega 32可以很方便地實(shí)現(xiàn)外部輸入?yún)?shù)的設(shè)置，蓄電池及負(fù)載的管理，工作狀態(tài)的指示等。