太阳能充电控制器设计开题报告

题    目 太阳能充电控制器设计开题报告 来源 工程实际
研究目的和意义：
 目前市场上的太阳能充电控制器当蓄电池给负载供电时，没有时刻检测蓄电池的电压，这样很容易发生蓄电池的过放电，将会导致蓄电池的深度放电。所以，如何改善太阳能充电控制器的充放电方式，开发性能优良的控制器，提高其在实际中的效率，成为了一个重要的研究方向。研究确定了一种基于单片机Atmega48的太阳能充电控制器的方案。在太阳能对蓄电池的充放电方式、控制器的功能要求和实际应用方面进行分析，完成硬件电路设计和软件编制，实现对蓄电池的科学管理。在此设计的太阳能控制器性能稳定，具有过充过放保护和温度补偿。经过测试，系统显示出良好的控制效果，不仅提高了太阳电池的工作效率，同时也保护了所使用的蓄电池，在利用绿色能源方面，具有一定的社会效益和广泛的推广价值.。
国内外发展情况(文献综述)：
 太阳能现状：
 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为3340-8400MJ/m^2,中值为5852MJ/M^2。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。中国太阳能资源分布的主要特点有：太阳能的高值中心和低值中心都处在北纬22度—35度这一带，青藏高值中心，四川盆地是低值中心；太阳年辐射总量，西部地区高于东部地区，而且除西藏和新疆两个自治区外，基本上是南部低于北部；由于南方多数地区雨雾多，在北纬30度—到40度地区，太阳能的分布情况与一般的太阳能随纬度而变化的规律相反，太阳能不是随着纬度的增加而减少，而且随着纬度的升高而增长。
 在我国，西藏西部太阳能资源最丰富，最高达2333KWh/m^2(日辐射总量6.4KWH/M^2)，居世界第二位，仅次于撒哈拉大沙漠。
 充电控制器的现状：
 市场上有各种各样的太阳能控制器，但这些控制器主要问题对于蓄电池的保护不够充分，不适合的充放电方式导致蓄电池的损坏，是蓄电池的使用寿命降低。
3、研究/设计的目标：
      完成控制器的硬件设计、电路板的绘制，电路的焊接。实现控制器通过对单片机Atmega48的PWM输出来控制开关MOS管的通断，从而控制充电放电。对太阳能充电控制器进行C语言软件编程，实现对蓄电池的保护以及温度补偿、过载检测。经过测试，系统显示出良好的控制效果，不仅要提高太阳电池的工作效率，同时也要保护所使用的蓄电池。
4、设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）：
研究/设计方法:
 根据系统整体设计要求, 太阳能充电控制器的硬件实现：由以单片机为核心的主控电路、电源电路、温度检测电路、太阳能极板电压检测电路、蓄电池电压检测电路、负载控制和保护电路组成。太阳能充电控制器各个部分的控制功能全部由单片机Atmega48来完成。单片机采集太阳能极板两端电压、蓄电池两端电压和负载电流后，经过单片机内部的控制算法软件的运算，从单片机的输出端口控制信号，控制信号将实现对功率开关器件MOS管开通与关断的控制，从而实现太阳能极板是否对蓄电池的充电，蓄电池是否对负载供电。为了简化系统结构，本系统采用软件控制的保护方式，实现过充、过放、过载保护等。
 主控芯片电路：Atmega48 AVR系列单片机
 

 电压检测电路用于识别光照的强度和获取蓄电池端电压。温度检测电路用于蓄电池充电温度补偿。该系统采用PWM方式驱动充电电路，控制蓄电池的最优充放电。负载电流检测电路用于过流保护及负载功率检测。状态显示电路用于系统状态的显示，包括电压、负载状况及充放电状态的显示。串行口上传数据电路用于系统运行参数的上传，实现远程监控。键盘输入电路用于充电模式设定及LCD背光开启。该控制器在有阳光时接通电池板，向蓄电池充电；当夜晚或阴天阳光不足时，蓄电池放电，以保证负载不停电。
 AVR微处理器是Atmel公司的8位嵌入式RISC处理器，具有高性能、高保密性、低功耗等优点。程序存储器和数据存储器可独立访问的哈佛结构，代码执行效率高。系统采用的mega 48处理器包含有4KB片内可编程FLASH程序存储器；256字节的E2PROM和512字节SRAM；同时片内集成了看门狗；6-8路10位ADC；6路可编程PWM输出；具有在线系统编程功能，片内资源丰富，集成度高，使用方便。AVR mega 48可以很方便地实现外部输入参数的设置，蓄电池及负载的管理，工作状态的指示等。
 温度补偿程序：
 为了保护蓄电池，延长蓄电池的使用寿命，在对蓄电池充电时要有相应的温度补偿。采用数字温度传感器DS18820检测蓄电池环境温度。由于热敏电阻在不同温度下阻值是不同的，所以在不同温度下，温度采样的电压也不同。
 软件编程时，将经换算所得不同温度下的采样电压数字量表转化成二维数组储存起来，单片机采样后，根据电压数字量找到当前温度，对蓄电池的充电阈值电压温度补偿系数取-4mV／(℃·单体)。补偿后的电压阈值可以用以下公式表示：Ve=V+(t-25)αn。其中，Ve为补偿后的电压阈值；V为25℃下的电压阈值；t为蓄电池环境温度；α为温度补偿系数；n为串联的单体数。控制器对过放电压阈值不做补偿。
 MOSFET驱动电路：     设计的控制器属于串联型，即控制充电的开关是串联在电池板与蓄电池之间的。串联型控制器相对于并联型控制器能够更有效地利用太阳能，减少系统的发热量。设计中用MOSFET实现开关。
 键盘电路：     采用单按键的输入方式，用于开液晶背光和设定充电模式。初始化时将PC7输出高电平，在程序运行过程中，通过定时中断检测是否有按键按下。当有按键按下时间不超过10 s时，则打开液晶背光，10 s后背光关闭。当有按键按下时间超过10s时，进入模式设定。在设定模式下，每按一次模式加1，按下按键10 s后或者10 s按键无任何动作，模式保存到E2PROM中，退出设定模式。
 状态显示和告警电路：      控制器用LCD1602液晶显示系统的状态信息，包括蓄电池电压、负载功率等。 LCD1602采用7线驱动法，Vo接1 kΩ电阻到地，用于调节液晶显示对比度。显示数据和指令通过LCD1602的DB4～DB7写入，同时具备有声光告警功能。当出现过压或过放时，相应的发光二极管闪烁以及蜂鸣器告警，同时相应告警继电器接通。
 数据上传：      控制器用RS 232串行口将系统电压、温度、充放电状态以及负载情况数据上传，实现远程监控。
 太阳能充电控制器的软件实现：
 采用软件开发环境为Keil uVision3。Keil uVision3是一个完整的开发工具、包括编辑、仿真功能等，其开发界面友好，简单易学，我们可以利用它编辑源代码，并在AVR器件上运行。本系统采用的单片机Atmega48支持的C语言开发，C语言是一种高级语言，具有可移植性好、可读性强、维护方便的特点，与低级语言——汇编语言相比，它有着不可比拟的优势。
 总体软件流程图：
 按照软件的设计思路，主程序主要完成对I／O、定时器和PWM的初始化，同时根据电池板和蓄电池的状态调用相应的充放电子程序。控制器参数的测量主要由中断服务程序完成。画出主程序流程图如下图所示。
 
：天处理程序：主要完成是否对蓄电池充电程序engxungaoo太