基於單片機的智能太陽能控製器的設計
理論研究
作者：張誌敏
[摘要]：介紹了一種低功耗、高性能的基於STC89C52單片機的太陽能控製器的設計方案。係統由太陽能電池模塊、蓄電池、充放電電路、電壓采集電路、單片機控製電路和光耦驅動電路組成。使用脈衝寬度調製技術，通過控製MOSFET管開啟和關閉達到控製電池充放電的目的，整個設計具有性能穩定、工作可靠、成本低廉、可延長蓄電池使用壽命的特點。
[關鍵詞]：太陽能 控製器 脈衝寬度調製
1引言
近些年來，由於資源和環境的問題，世界上很多國家都開始重視新型可再生能源的開發和利用。在所有的可再生能源中，太陽能以其獨特的特點正在得到有效的發展。為了更高效的利用太陽能，有效緩解資源匱乏、環境汙染嚴重和偏遠地區的供電問題，太陽能的利用具有重大的現實意義。
2設計思路
本係統以STC89C52單片機為控製中心，軟硬件的結合，利用分壓電路對蓄電池，太陽能電池的電壓、電流進行采樣。再經過A/D轉換采樣數據輸入到單片機中進行處理。單片機輸出經光耦驅動MOSFET管來控製外接電路開啟關閉。該係統可以實現控製蓄電池的最優充放電，當蓄電池電壓在14.4V+0.5時，太陽能電池停止對蓄電池充電，當蓄電池電壓在10.9V+0.5時，蓄電池停止對負載放電；負載電流檢測電路可進行過流保護及負載功率檢測。
3係統結構
電路包含太陽能電池，DC-DC變換電路，蓄電池，數據采集電路，A/D轉換電路，單片機控製電路及狀態顯示部分。本設計以ATMEL係列AT89S51單片機為控製中心的軟硬件的結合，使用並聯在電池兩端的兩個串聯電阻，以分壓方式對蓄電池、太陽能電池的電壓進行采樣，送到A/D轉換得到一個數字信號的電壓值，再將信號送入到單片機中進行處理。單片機輸出經光耦電路控製MOSFET管。控製MOSFET管導通的方式是脈衝寬度調製（PWM），根據程序設計的載荷變化來調製MOSFET管柵的偏置，達到實現開關功能。按程序設計當檢測到蓄電池的電壓低於12V，充電模式為均充，Q1為完全導通狀態，也就是導通的脈衝占空比最大；當檢測到蓄電池的電壓在12V-14.5V，充電模式為浮充，Q1導通與不導通的占空比例變小；當檢測到蓄電池的電壓等於15V，Q1截止充電停止。當檢測到蓄電池的電壓低於10.8V，Q2關閉停止放電。
4智能控製器軟件設計
係統的軟件采用嵌入式C語言設計。當係統開始運行後，單片機現進行參數進行初始化，然後進入主循環程序，實時采集蓄電池電壓，太陽能電池電壓，蓄電池環境溫度，當太陽能電池板電壓大於蓄電池端電壓時進入充電模式，充電模式采用智能控製方式，當蓄電池電壓小於正常工作電壓時及時充電，在充電過程中可智能控製充電方式。如當給蓄電池充電時，檢測到工作電壓大於10.8V時，采用快速充電方式；工作電壓大於12V將充電模式轉換為浮充方式；工作電壓大於14.5V停止充電。當蓄電池充滿時，LED顯示屏提示充滿。允許蓄電池進行放電。
5結論
本文提出了一種基於STC單片機的智能太陽能控製器的設計方法，通過實驗測試，係統工作穩定，轉換效率高，控製準確，可完成蓄電池三階段充電曲線，延長電池使用壽命，適用於在小功率發電係統中推廣應用。