基于AVR的太陽能控制器設計
加入技術交流群
根據(jù)閥控密封鉛酸蓄電池的特點，控制器利用MCU的PWM功能對蓄電池進行充電管理。若太陽能電池正常充電時蓄電池開路，控制器將關斷負載，以保證負載不被損傷；若在夜間或太陽能電池不充電時蓄電池開路，由于自身控制器得不到電力，不會有任何動作。當充電電壓高于保護電壓(15 V)時，自動關斷對蓄電池的充電；此后當電壓掉至維護電壓(13．2 V)時，蓄電池進人浮充狀態(tài)，當?shù)陀诰S護電壓(13．2 V)后，浮充關閉，進入均充狀態(tài)。當蓄電池電壓低于保護電壓(10．8 V)時，控制器自動關閉負載，以保護蓄電池不受損壞。若出現(xiàn)過放，應先進行提升充電，使蓄電池的電壓恢復到提升電壓后再保持一定時間，防止蓄電池出現(xiàn)硫化。通過PWM控制充電電路(智能三階段充電)，可使太陽能電池板發(fā)揮最大功效，提高系統(tǒng)充電效率。
1．5 溫度補償
采用數(shù)字溫度傳感器DS18820檢測蓄電池環(huán)境溫度。對蓄電池的充電閾值電壓溫度補償系數(shù)取-4mV／(℃·單體)。補償后的電壓閾值可以用以下公式表示：Ve=V+(t-25)αn。其中，Ve為補償后的電壓閾值；V為25℃下的電壓閾值；t為蓄電泄環(huán)境溫度；α為溫度補償系數(shù)；n為串聯(lián)的單體數(shù)?？刂破鲗^放電壓閾值不做補償。
1．6 MOSFET驅(qū)動電路
設計的控制器屬于串聯(lián)型，即控制充電的開關是串聯(lián)在電池板與蓄電池之間的。串聯(lián)型控制器相對于并聯(lián)型控制器能夠更有效地利用太陽能，減少系統(tǒng)的發(fā)熱量。設計中用MOSFET實現(xiàn)開關。MOSFET是電壓控制單極性金屬氧化物半導體場效應晶體管，所需驅(qū)動功率較小。而且MOSFET只有多數(shù)載流子參與導電，不存在少數(shù)載流子的復合時間，因而開關頻率可以很高，特別適合作為PWM控制充電開關。為此，設計中采用P溝道MOSFET。P溝道MOSFET的導通電壓Vth0，由圖4可以實現(xiàn)MOSFET的驅(qū)動。當Q2導通時，由于Q2的Vce很小，可以認為Q1的G極接地，Vgs0，當Vin達到一定值時，Q1導通。
1．7 鍵盤電路
采用單按鍵的輸入方式，用于開液晶背光和設定充電模式。初始化時將PC7輸出高電平，在程序運行過程中，通過定時中斷檢測是否有按鍵按下。當有按鍵按下時間不超過10 s時，則打開液晶背光，10 s后背光關閉。當有按鍵按下時間超過10s時，進入模式設定。在設定模式下，每按一次模式加1，按下按鍵10 s后或者10 s按鍵無任何動作，模式保存到E2PROM中，退出設定模式。
1．8 狀態(tài)顯示和告警電路
控制器用LCD1602液晶顯示系統(tǒng)的狀態(tài)信息，包括蓄電池電壓、負載功率等。 LCD1602采用7線驅(qū)動法，Vo接1 kΩ電阻到地，用于調(diào)節(jié)液晶顯示對比度。顯示數(shù)據(jù)和指令通過LCD1602的DB4～DB7寫入，同時具備有聲光告警功能。當出現(xiàn)過壓或過放時，相應的發(fā)光二極管閃爍以及蜂鳴器告警，同時相應告警繼電器接通。
1．9 數(shù)據(jù)上傳
控制器用RS 232串行口將系統(tǒng)電壓、溫度、充放電狀態(tài)以及負載情況數(shù)據(jù)上傳，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。
2 控制器的軟件流程圖
主程序主要完成對I／O、定時器和PWM的初始化，同時根據(jù)電池板和蓄電池的狀態(tài)調(diào)用相應的充放電子程序?？刂破鲄?shù)的測量主要由中斷服務程序完成。
3 結(jié) 語
在此設計的太陽能控制器性能穩(wěn)定，具有過充過放保護和溫度補償。經(jīng)過測試，系統(tǒng)顯示出良好的控制效果，不僅提高了太陽電池的工作效率，同時也保護了所使用的蓄電池，在利用綠色能源方面，具有一定的社會效益和廣泛的推廣價值。
評論