基于AVR的太陽能控制器設計
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。
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