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1、毕业设计（论文）摘 要 为了提高太阳能光伏控制器的性价比，设计了运用单片机的太阳能光伏控制器。本控制器具有效率高、可靠性高、运行稳定、性价比高、适宜批量生产的特点。控制器实现了基于单片机PIC16F711的工作状态控制和蓄电池能量管理，满足了太阳能光伏控制器在不同工作状态下的稳定运行与准确切换的要求。蓄电池充放电精确控制也在此控制器中得到实现。实验结果表明，应用此控制器的太阳能光伏系统效率高、运行稳定，蓄电池寿命也可延长。关键词：太阳能；单片机；充放电电路；锂蓄电池Abstract In order to improve the costeffective a solar photovohai
2、c controller，is designed with the MCUThe controller has high efficiency，great reliability and stable operation，cost effective，and suitable for the characteristicsof mass productionThe controller realizes status control and storage battery energy managementbased on PIC16F711The photovohaic solar powe
3、r controllers meet the stability of the operation and theaccurate switching requirements at different statesPrecise control of battery charging and discharging are also achieved in the controllerThe experimental results show that the controller has high efficiency and stabilityand the battery life i
4、s also extendedKeywords：Solar energy；Controller；charge and discharge；lithium ion battery (Li+),目录摘 要1Abstract1第1章 绪论21.1 课题背景21.2 光伏发电技术现状31.2.1国内外技术现状31.2.2光伏路灯控制器技术的现状31.3 设计指标41.4 设计思路4本章小结5第2章 方案选择及单元电路的设计52.1 方案选择及方框图62.1.1 方案选择62.1.2 方框图62.2 部分单元电路的原理72.2.1太阳能电池72.2.2锂蓄电池的充电特性82.2.3 锂蓄电池温宿补偿92
5、.2.4 控制器充放电电路102.2.4 MOS管驱动电路112.2.5 显示电路122.3 本章小结13第三章 锂蓄电池电压电流的检测133.1锂蓄电池电压的检测133.2 锂蓄电池电流的检测143.3本章小结17第四章 整机电路及其工作原理174.1整机电路原理图174.1.1 充电部分的控制184.1.2 放电照明部分的控制194.2 整机工作原理194.3本章小结20第五章 系统软件设计215.1 设计思路215.2系统主程序流程215.3 初始化子程序235.4 A/D转换子程序235.5 显示子程序235.6本章小结23结 论24致 谢25附录1 译文27PICmicro 中档单片
6、机系列27附录2 英文参考资料32PICmicro MID-RANGE MCU FAMILY32附件 3 系统的主程序代码38-24-第1章 绪论1.1 课题背景能源是经济、社会发展和提高人民生活水平的重要物质基础，能源问题是一个国家至关重要的问题。随着科学技术和全球经济地飞速发展，对能源的需求也在日趋增长。自20世纪70年代的世界石油危机以来，人们才真正意识到，化石燃料的储量是有限的，能源危机迫在眉睫。从全球来看，已探明的可支配的传统能源储量在不久的将来即将耗尽，能源问题的突出，不仪表现在常规能源的匮乏不足，更重要的是化石能源的开发利用对牛态环境的污染破坏：大气中的颗粒物和二氧化硫浓度增高，
7、局部地区形成酸雨。而每年排放的大量二氧化碳带来的温室效应，使全球气候变暖，自然灾害频繁。常规能源在给人类社会带来飞速发展的同时，也在很大程度上使人类社会面临着前所未有的困难和挑战。这些问题最终将迫使人们改变能源结构，依靠科技进步，大规模地开发利用可再生洁净能源，实现可持续发展。虽然在可预见的将来，矿物燃料仍将在世界能源结构中占有相当的比重，但人们对核能以及太阳能、风能、地热能、水力能、生物能等可再生能源资源的利用日益重视，在整个能源消耗中所占的比例正在显著地提高。其中，太阳能作为一种新型的绿色可再生能源，与其他新能源相比，是最理想的可再生能源。太阳能利用辛要有光热利用和光伏发电利用这两种主要形
8、式。我国低温光热利用已经具有可观的规模，相关技术研究也比较成熟。光伏利用近期在世界范围内高速发展，所谓“光伏发电”是直接将太阳光转换为电能的一种发电形式。光伏发电具有取之不尽且无污染等优点，日前在我国，光伏发电主要应用在如下领域：西部偏远地区电力供应、通讯及交通设施、气象台站、航标灯和照明路灯。光伏发电的照明路灯应月J具有节能性、经济性和实川性等优点，在众多应用领域中具有最广泛的发展前景。本课题为研制一套独立光伏电源控制器，廊州于LED路灯照明系统。通常独立照明系统由太阳能电池、蓄电池、充放电控制器和负载LED组成。由于系统的稳定性严格受到蓄电池和LED寿命的影响，本课题研制的充放电控制器通过
9、实时监测系统允放电回路的相关信息，确定相应的允放电策略，实现了稳定太阳能电池输出、优化蓄电池充电方法和保护蓄电池及负载的目的，最终提高了太阳能电池的利用率和整个照明系统的可靠性。1.2 光伏发电技术现状1.2.1国内外技术现状太阳能是用之不尽的清洁能源，当今世界各国特别是发达国家对光伏发电特别重视。2008年世界太阳能光伏发电装机总容量达到56Gw。目前，太阳能光伏发电主要集中在日本、欧盟和美国，其太阳能光伏发电量约占世界光伏发电量的80。今后太阳能光伏发电系统主要围绕高效率、低成本、长寿命、美观实用等方向发展。专家们预测到2050年，太阳能光伏发电在发电总量中将占1315，到2100年将约占
10、64。我国光伏组件生产能力逐年增强，装机容量逐年增加，2007年累计容量达100MW。20052010年，我国的太阳能电池主要用于独立光伏发电系统，发电成本到2010年将约为120元(kwh)；20102020年，太阳能光伏发电将会由独立光伏发电系统转向并网发电系统，发电成本到2020年将约为060元(kwh)。到2020年，我国太阳能光伏产业的技术水平有望达到世界先进行列。1.2.2光伏路灯控制器技术的现状光伏电源路灯控制器是光伏发电系统进行控制和管理的设备。在欧美、日本和美国，并网发电技术已经相对完善，对于光伏电源控制的研究主要集巾在改进逆变器的拓扑结构，优化控制策略，孤岛效应的检测和解决
11、、降低系统能耗，提高系统_T作效率等问题上。国内具有代表性的光伏发电系统专用逆变器制造商有合肥阳光、北京日佳、北京自动化研究院、北京恒电、南京冠、北京计科等企业。中科院电工所、北京自动化研究院、北京索英、北京日佳、北京计科等氽业开发出的并网逆变器都在实际工程中得到了应用，性能和效果良好。在独立光伏发电系统中，电源控制器是整个系统的核心组成部分，负责对储能设设备的充电和对负载的放电任务。目前日本、德国、美国等发达国家外对于独立光伏系统电源控制器的研究辛要侧重在以下三个方面：提高太阳能电池的输出功率、完善蓄电池允电策略和提高系统稳定性。通过研究不同的电路拓扑结构和先进的控制算法，在太阳光强度、太阳
12、能电池温度以及负载改变的情况下，尽可能使太阳能电池时刻保持最大输出功率状态，即实现最大功率点跟踪(MPPT)。蓄电池允电策略直接影响到蓄电池的寿命，研究智能化的充电方法，提高蓄电池的充电接受率，减少充电时问，对于整个光伏系统的工作状况具有重要意义。独立光伏系统的虑川环境一般比较恶劣，如何提高系统稳定性也是当前所有光伏电源控制器研究者最急需解决的问题之一。 然而，现已研制出来的光伏电源控制器还存在许多急需解决的问题。实际上，在MPPT技术的使用和蓄电池充电策略的优化之问存在矛盾冲突，能源利用效率较低，蓄电池充放电方式的不合理，对蓄电池的保护不够充分，这些都是目前市场上电源控制器普遍存在的问题。为
13、了对太阳能光伏资源进行全面的开发和利用，控制器的稳定性和可靠性也有待进一步提高。1.3 设计指标 本设计的设计要求指标如下:1、锂蓄电池电压的检测2、锂蓄电池电流的检测3、充放电控制电路的检测4、路灯的电量控制1.4 设计思路 本文设计了一种基于单片机的太阳能路灯控制器。采用PWM 脉冲调制控制保护技术。充放电控制器是太阳能路灯的核心部件，针对锂蓄电池充电的特殊要求，本文巧妙地采用简单电路检测充放电电压电流、软件补偿用于检测的小电阻的温度效应，省却硬件补偿的费用，降低了成本。由单片机根据采集到的充放电电压电流参数，发出各种摔制信号，实现充放电控制，使充放电系统能稳定何效地运行。 同时设计MPP
14、T控制器，MPPT控制器的全称“最大功率点跟踪”（Maximum Power Point Tracking）太阳能控制器，是传统太阳能充放电控制器的升级换代产品。所谓最大功率点跟踪，即是指控制器能够实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值(VI)，使系统以最高的效率对蓄电池充电。下面我们用一种机械模拟对比的方式来向大家解释MPPT太阳能控制器的基本原理。要想给蓄电池充电，太阳板的输出电压必须高于电池的当前电压，如果太阳能板的电压低于电池的电压，那么输出电流就会接近0。所以，为了安全起见，太阳能板在制造出厂时，太阳能板的峰值电压（Vpp）大约在17V左右，这是以环境温度为25C时的标准设
15、定的。这样设定的原因，（有意思的是，不同于我们普通人的主观想象，下面的结论可能会让我们吃惊）在于当天气非常热的时候，太阳能板的峰值电压Vpp会降到15V左右，但是在寒冷的天气里，太阳能的峰值电压Vpp可以达到18V! 现在，我们再回头来对比MPPT太阳能控制器和传统太阳能控制器的区别。传统的太阳能充放电控制器就有点象手动档的变速箱，当发动机的转速增高的时候，如果变速箱的档位不相应提高的话，势必会影响车速。但是对于传统控制器来说，充电参数都是在出厂之前就设定好的，这就像车的档位被固定设置在了1档。那么不管你怎样用力的踩油门，车的速度也是有限的。MPPT控制器就不同了，它是自动挡的。它会根据发动机的转速自动调节档位，始终让汽车在最合理的效率水平运行。就是说，MPPT控制器会实时跟踪太阳能板
