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1、毕业设计说明书太阳能光伏储存技术研究学 院：电气与电子工程学院 专 业：电子信息科学与技术 姓 名： 学 号： 指导教师： 2013年6月摘 要目前，太阳能能源在生活中的利用越来越频繁，如何更好储存太阳能就成为利用太阳能的一个重要环节，而蓄电池正是太阳能储存的重要器件。面对目前许多蓄电池充放电控制不合理和保护不够充分等情况，本文设计了一套太阳能充电控制器，控制蓄电池的充放电，从而达到更有效的存储太阳能。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
2、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（Pulse Width Modulation）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，既能达到延长蓄电池使用寿命，也能够更好的对太阳能进行存储。关键词： 充电控制器； 太阳能储存； PWM脉宽调制；AbstractAt present, the solar energy utili
3、zation in the life of people more and more frequent, how to store solar energy has become an important part of that, and the storage battery is an important component of solar energy storage. In the face of many of the current battery charge and discharge control unreasonable and inadequate protecti
4、on, this paper designs a solar charge controller, battery charge and discharge control, so as to achieve the storage of solar energy more effectively.Under the guidance of the overall program, the design of low power consumption, high performance, strong anti-interference of STC89C52 microcontroller
5、 as the core device control. The system hardware circuit by the circuit of charging and discharging solar battery, voltage acquisition and display circuit, SCM control circuit and RS232 serial communication circuit, mainly realizes the acquisition and display of the battery voltage. The software par
6、t based on PWM (Pulse Width Modulation) pulse width modulation control strategy, programming the microcontroller output PWM control signal, through the control of photoelectric coupler on-off and control of MOSFET opening and closing, to control the battery charging and discharging of the objective,
7、 at the same time, according to the functional requirements of the realization of the battery overcharge, overdischarge protection and short circuit protection.Experiments show that, the controller has excellent performance, high reliability, can constantly monitor the solar panels and the state of
8、the battery, battery charge and discharge control optimal, to prolong the service life of storage battery at the same time, also can better for storage of solar energy.Key words: solar charge controller; storage; PWM pulse width modulation;目 录摘 要IAbstract目 录第一章 绪论11.1太阳能储存现状11.2课题研究背景和意义11.3 主要设计内容3
9、第二章 太阳能储存的总体设计方案42.1太阳能储存的控制策略42.1.1太阳能电池.42.1.2 蓄电池.42.1.3 控制策略. 72.2总体设计方案.7第三章 系统硬件电路设计93.1 单片机最小系统93.1.1 STC89C52的简介93.1.2 单片机的最小系统及扩展电路113.2 充放电电路133.3光耦驱动电路143.4 A/D转换电路153.4.1 ADC0804的简介153.4.2 ADC0804外围接线电路173.5 LCD显示电路183.6 E2PROM数据存储电路203.7 串口通信电路213.8系统总机电路图24第四章 系统软件设计244.1 系统主程序设计244.2
10、电压采集转换模块254.2.1 ADC804时序图254.2.2 A/D转换子程序254.3 显示模块264.3.1 1602液晶写操作时序图264.3.2 电压显示流程图274.4 数据存储模块284.4.1 总线模拟时序图284.4.2 数据存储流程图304.5 软件调试和仿真30结 论33参考文献34致 谢36附录 系统程序37附录 总机电路图51第一章 绪论1.1太阳能储存现况太阳能作为新能源有着巨大的优势，所以世界各国都在努力研发新技术，比较成熟的是太阳能光伏发电技术。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
11、电装置已广泛应用于通讯，交通，电力等各个方面。在进行太阳能光伏发电时，由于一般太阳能极板输出电压不稳定，不能直接将太阳能极板应用于负载，需要将太阳能转变为电能后存储到一定的储能设备中，如铅酸蓄电池。但只有当太阳能光伏发电系统工作过程中保持蓄电池没有过充电，也没有过放电，才能使蓄电池的使用寿命延长，效率也得以提高，因此必须对工作过程加以研究分析而予以控制，这种情况下太阳能充电控制器应运而生。1.2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
12、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
13、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。（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33408400MJm2，中值为5852MJm2
14、。年日照时数在2200小时以上的地区约占国土面积的23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。为了更高效的利用太阳能，白天可将太阳能转化为电能，利用蓄电池将电能储存起来，需要用电时即可由蓄电池供电。总体看来我国太阳能资源比较丰富，因此充分利用丰富的太阳能资源，采用太阳能光伏发电技术，可以节约能源，发展经济，提高人民生活水平。1.3 主要设计内容本设计研究确定了一种基于STC单片机的太阳能充电控制器的
15、方案，在太阳能对蓄电池的充电方式、控制器的功能要求和电路保护方面做了分析，完成了系统硬件电路设计和软件编程，实现了对蓄电池的科学管理。这里以充/放电最大电流10A，额定电压12V控制器系统为例，其实现的主要功能如下。（1）要能自动检测太阳能电池板电压是否高于蓄电池电压，若高于蓄电池 电压，则可开启充电；若低于蓄电池电压，则不能开启充电，否则蓄电池电流会反向流向太阳能电池板而造成点亮损耗。（2）当蓄电池电压低于10.8V时，自动关断负载（欠压关断），同时有报警功能；（3）当蓄电池电压高于14.5V，自动关断负载（过压关断）和充电电路，同时有报警功能。（4）当蓄电池处于浮充充电状态时电压值控制在13.5V左右。（5）当用户将太阳能电池板接反至控制器时，具有保护控制器不被毁坏的功能；（6）当用户将蓄电池接反至控制器时，要有报警功能，并且
