太阳能充电控制器设计-毕业设计

成都理工大学工程技术学院毕业论文太阳能充电控制器及逆变器设计太阳能充电控制器及逆变器设计-I-摘要太阳能光伏发电现已成为新能源和可再生能源的重要组成部分，也被认为是当前世界最有发展前景的新能源技术。目前太阳能光伏发电装置已广泛应用于通讯，交通，电力等各个方面，其核心部分就是充电控制器。在总体方案的指导下，本设计使用低功耗、高性能，超强抗干扰的STC89C52单片机作为核心器件对整个电路进行控制。系统硬件电路由太阳能电池充放电电路，电压采集和显示电路，单片机控制电路和RS232串口通信电路组成，主要实现对蓄电池电压的采集和显示。软件部分依据PWM（PulseWidthModulation）脉宽调制控制策略，编制程序使单片机输出PWM控制信号，通过控制光电耦合器通断进而控制MOSFET管开启和关闭，达到控制蓄电池充放电的目的，同时按照功能要求实现了对蓄电池过充、过放保护和短路保护。实验表明，该控制器性能优良，可靠性高，可以时刻监视太阳能电池板和蓄电池状态，实现控制蓄电池最优充放电，达到延长蓄电池的使用寿命。关键词：充电控制器太阳能光伏发电PWM脉宽调制太阳能充电控制器及逆变器设计-II-AbstractSolarphotovoltaicpowergenerationhasbecomeanimportantpartofnewenergyandrenewableenergy,itisconsideredthecurrentworld'smostpromisingnewenergytechnologies.Atpresentsolarphotovoltaicdevicehasbeenwidelyusedincommunications,transport,electricityandotheraspects,thecorepartisthechargecontroller.Undertheguidanceoftheoverallprogram,thedesignuseslow-power,highperformance,superanti-jammingSTC89C52microcontrollerasacoredevicetocontroltheentirecircuit.Hardwarecircuitconsistsofasolarbatterycharginganddischargingcircuit,voltageacquisitionanddisplaycircuit,theMCUcontrolcircuitandRS232serialcommunicationcircuit,themainachievementoftheacquisitionanddisplaybatteryvoltage.SoftwareisbasedinpartonPWM(PulseWidthModulation)pulsewidthmodulationcontrolstrategy,programmingthemicrocontrolleroutputPWMcontrolsignal,bycontrollingthephotocoupleron-offthecontrolMOSFETopeningandclosing,tocontrolbatterycharginganddischargingpurposes,andinaccordancewiththefunctionalrequirementsimplementedthebatteryovercharge,overdischargeprotectionandshortcircuitprotection.Experimentsshowthatthecontrollerperformance,highreliability,canalwaysmonitorthestateofsolarpanelsandbatteriestoachieveoptimalcontrolofbatterychargeanddischarge,toprolongbatterylife.Keywords:chargecontroller,solarphotovoltaic,PWMpulsewidthmodulation太阳能充电控制器及逆变器设计-III-目录摘要IAbstractII目录III1绪论11.1课题研究背景和意义.................................................................11.2太阳能充放电控制器现状.........................................................21.3设计主要任务.............................................................................32太阳能充电控制器的总体设计方案52.1太阳能路灯系统基本结构.........................................................52.2充电控制器的控制策略.............................................................72.3控制器的整体设计方案.............................................................93太阳能充电控制器的硬件电路设计113.1系统层次原理图.......................................................................113.2单片机最小系统.......................................................................123.2.1STC89C52的简介...............................................................123.2.2单片机的最小系统及扩展电路.........................................143.3充放电电路...............................................................................163.4光耦驱动电路............................................................................183.5A/D转换电路............................................................................193.5.1ADC0804的简介.................................................................193.5.2ADC0804外围接线电路.....................................................203.6LCD显示电路...........................................................................223.7E2PROM数据存储电路...........................................................233.8串口通信电路...........................................................................25412V转交流220V逆变器.....................................................................284.1方波的产生.............................................................................284.2场效应管驱动电路................................................................29太阳能充电控制器及逆变器设计-IV-4.3场效应管电源开关电路........................................................305太阳能充电控制器的软件设计345.1系统主程序设计.......................................................................345.2电压采集转换模块...................................................................355.3显示模块...................................................................................365.4数据存储模块...........................................................................395.5软件调试和仿真.......................................................................41总结与展望44致谢46参考文献47附录Ⅰ源程序48附录Ⅱ硬件电路图61太阳能充电控制器及逆变器设计1绪论1.1课题研究背景和意义能源资源是国民经济发展的重要基础之一，随着人民生活水平的不断提高和科学技术的迅速发展，能源的缺口增大，能源问题作为困扰人类长期稳定发展的一大因素摆在了人们面前。伴随着世界能源危机的日益严重，石油价格不断上涨，利用常规能源已经不能适应世界经济快速增长的需要，如何解决能源问题，是每个国家都必须面临的问题。同时，以煤、石油作为燃料在燃烧过程中产生的有害物质已经开始造成全球变暖，即“温室效应，人类的生活将会由此受到很大的威胁。这些难题迫使政府和社会在发展常规能源的同时必须加大对新能源的开发和利用。新能源包括水能、风能、太阳能等。虽然风能或水能等更加便宜，但是大多数的自家用户却都不可能找到适当场合进行架设，架设成本较高。而太阳能则不同，任何自家用户只要找到一个有阳光照射到的窗户都可以装置太阳能极板作辅助能源，几百元投资便可以架设。所以综合考虑，太阳能无疑是符合我国可持续发展战略的理想绿色能源，全球能源专家也认为，太阳能将成为21世纪最重要也最有前景的能源之一。而且太阳辐射能与煤炭、石油等常规能源相比较，更有如下的优点：（1）普遍性。地球上处处都有太阳能，不需要到处去寻找，去运输，容易获取。（2）无害性。利用太阳能作为能源，没有废渣，废料，废气，废水的排放，没有噪声，不会污染环境，没有公害，清洁干净。太阳能充电控制器及逆变器设计（3）长久性。只要有太阳，就有太阳能，因此太阳能可以说是取之不尽，用之不竭。（4）巨大性。一年内到达地面的太阳辐射能总量要比现在地球上消耗的各种能量的总和大几万倍。我国幅员辽阔，有着十分丰富的太阳能资源。全国各地的年太阳辐射总量3340．8400MJ／m2，中值为5852MJ／m2。年日照时数在2200小时以上的地区约占国土面积的2／3以上。我国的西部地区，包括西藏、新疆、青海、内蒙古等省，年日照时间长，这些地区面积宽广、人口密集低，在一些偏僻的地区传统的供电设施建设成本高，电能的供需矛盾显得十分突出，因此当地政府充分利用太阳能发电解决无电地区的用电具有重大的战略意义