太陽能充電控制器設計開題報告

題    目 太陽能充電控制器設計開題報告 來源 工程實際
研究目的和意義：
 目前市場上的太陽能充電控制器當蓄電池給負載供電時，沒有時刻檢測蓄電池的電壓，這樣很容易發生蓄電池的過放電，將會導致蓄電池的深度放電。所以，如何改善太陽能充電控制器的充放電方式，開發性能優良的控制器，提高其在實際中的效率，成為了一個重要的研究方向。研究確定了一種基于單片機Atmega48的太陽能充電控制器的方案。在太陽能對蓄電池的充放電方式、控制器的功能要求和實際應用方面進行分析，完成硬件電路設計和軟件編制，實現對蓄電池的科學管理。在此設計的太陽能控制器性能穩定，具有過充過放保護和溫度補償。經過測試，系統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.。
國內外發展情況(文獻綜述)：
 太陽能現狀：
 我國幅員遼闊，有著十分豐富的太陽能資源。全國各地的年太陽輻射總量為3340-8400MJ/m^2,中值為5852MJ/M^2。年日照時數在2200小時以上的地區約占國土面積的2/3以上。中國太陽能資源分布的主要特點有：太陽能的高值中心和低值中心都處在北緯22度—35度這一帶，青藏高值中心，四川盆地是低值中心；太陽年輻射總量，西部地區高于東部地區，而且除西藏和新疆兩個自治區外，基本上是南部低于北部；由于南方多數地區雨霧多，在北緯30度—到40度地區，太陽能的分布情況與一般的太陽能隨緯度而變化的規律相反，太陽能不是隨著緯度的增加而減少，而且隨著緯度的升高而增長。
 在我國，西藏西部太陽能資源最豐富，最高達2333KWh/m^2(日輻射總量6.4KWH/M^2)，居世界第二位，僅次于撒哈拉大沙漠。
 充電控制器的現狀：
 市場上有各種各樣的太陽能控制器，但這些控制器主要問題對于蓄電池的保護不夠充分，不適合的充放電方式導致蓄電池的損壞，是蓄電池的使用壽命降低。
3、研究/設計的目標：
      完成控制器的硬件設計、電路板的繪制，電路的焊接。實現控制器通過對單片機Atmega48的PWM輸出來控制開關MOS管的通斷，從而控制充電放電。對太陽能充電控制器進行C語言軟件編程，實現對蓄電池的保護以及溫度補償、過載檢測。經過測試，系統顯示出良好的控制效果，不僅要提高太陽電池的工作效率，同時也要保護所使用的蓄電池。
4、設計方案（研究/設計方法、理論分析、計算、實驗方法和步驟等）：
研究/設計方法:
 根據系統整體設計要求, 太陽能充電控制器的硬件實現：由以單片機為核心的主控電路、電源電路、溫度檢測電路、太陽能極板電壓檢測電路、蓄電池電壓檢測電路、負載控制和保護電路組成。太陽能充電控制器各個部分的控制功能全部由單片機Atmega48來完成。單片機采集太陽能極板兩端電壓、蓄電池兩端電壓和負載電流后，經過單片機內部的控制算法軟件的運算，從單片機的輸出端口控制信號，控制信號將實現對功率開關器件MOS管開通與關斷的控制，從而實現太陽能極板是否對蓄電池的充電，蓄電池是否對負載供電。為了簡化系統結構，本系統采用軟件控制的保護方式，實現過充、過放、過載保護等。
 主控芯片電路：Atmega48 AVR系列單片機
 

 電壓檢測電路用于識別光照的強度和獲取蓄電池端電壓。溫度檢測電路用于蓄電池充電溫度補償。該系統采用PWM方式驅動充電電路，控制蓄電池的最優充放電。負載電流檢測電路用于過流保護及負載功率檢測。狀態顯示電路用于系統狀態的顯示，包括電壓、負載狀況及充放電狀態的顯示。串行口上傳數據電路用于系統運行參數的上傳，實現遠程監控。鍵盤輸入電路用于充電模式設定及LCD背光開啟。該控制器在有陽光時接通電池板，向蓄電池充電；當夜晚或陰天陽光不足時，蓄電池放電，以保證負載不停電。
 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、低功耗等優點。程序存儲器和數據存儲器可獨立訪問的哈佛結構，代碼執行效率高。系統采用的mega 48處理器包含有4KB片內可編程FLASH程序存儲器；256字節的E2PROM和512字節SRAM；同時片內集成了看門狗；6-8路10位ADC；6路可編程PWM輸出；具有在線系統編程功能，片內資源豐富，集成度高，使用方便。AVR mega 48可以很方便地實現外部輸入參數的設置，蓄電池及負載的管理，工作狀態的指示等。
 溫度補償程序：
 為了保護蓄電池，延長蓄電池的使用壽命，在對蓄電池充電時要有相應的溫度補償。采用數字溫度傳感器DS18820檢測蓄電池環境溫度。由于熱敏電阻在不同溫度下阻值是不同的，所以在不同溫度下，溫度采樣的電壓也不同。
 軟件編程時，將經換算所得不同溫度下的采樣電壓數字量表轉化成二維數組儲存起來，單片機采樣后，根據電壓數字量找到當前溫度，對蓄電池的充電閾值電壓溫度補償系數取-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為蓄電池環境溫度；α為溫度補償系數；n為串聯的單體數。控制器對過放電壓閾值不做補償。
 MOSFET驅動電路：     設計的控制器屬于串聯型，即控制充電的開關是串聯在電池板與蓄電池之間的。串聯型控制器相對于并聯型控制器能夠更有效地利用太陽能，減少系統的發熱量。設計中用MOSFET實現開關。
 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。
 狀態顯示和告警電路：      控制器用LCD1602液晶顯示系統的狀態信息，包括蓄電池電壓、負載功率等。 LCD1602采用7線驅動法，Vo接1 kΩ電阻到地，用于調節液晶顯示對比度。顯示數據和指令通過LCD1602的DB4～DB7寫入，同時具備有聲光告警功能。當出現過壓或過放時，相應的發光二極管閃爍以及蜂鳴器告警，同時相應告警繼電器接通。
 數據上傳：      控制器用RS 232串行口將系統電壓、溫度、充放電狀態以及負載情況數據上傳，實現遠程監控。
 太陽能充電控制器的軟件實現：
 采用軟件開發環境為Keil uVision3。Keil uVision3是一個完整的開發工具、包括編輯、仿真功能等，其開發界面友好，簡單易學，我們可以利用它編輯源代碼，并在AVR器件上運行。本系統采用的單片機Atmega48支持的C語言開發，C語言是一種高級語言，具有可移植性好、可讀性強、維護方便的特點，與低級語言——匯編語言相比，它有著不可比擬的優勢。
 總體軟件流程圖：
 按照軟件的設計思路，主程序主要完成對I／O、定時器和PWM的初始化，同時根據電池板和蓄電池的狀態調用相應的充放電子程序。控制器參數的測量主要由中斷服務程序完成。畫出主程序流程圖如下圖所示。
 
：天處理程序：主要完成是否對蓄電池充電程序engxungaoo太