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1智能充放電系統(tǒng)硬件電路設計

單片機是整個路燈制器的智能核心模塊，在此選用STC90C518RD單片機，如圖1所示，該芯片具有4路PWM輸出，使用其中一路PWM控制充電MOS管的開關；使用自帶8路10位A/D，采集模擬信號并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；R1和R2采用精密電阻，主要用來分壓蓄電池電壓后，讓單片機采集，通過R1和R2大小關系計算出蓄電池實際電壓，然后根據(jù)實現(xiàn)相應的控制。下面分別介紹系統(tǒng)主要模塊。

2通信設計

串口通信設計串口通信采用MAX232進行TTL電平和RS-232電平之間的轉(zhuǎn)換。MAX232CSE-TTL電平與RS-232電平轉(zhuǎn)換芯片，4路轉(zhuǎn)換，外圍接5個104電容。加入串口的功能主要有三個：一是給單片機下載程序；二是使控制器具有遠程通信或遠程監(jiān)視的功能；三是將控制器每天采集到得數(shù)據(jù)的極限值和發(fā)生異常狀態(tài)時的數(shù)據(jù)記錄在其內(nèi)部的E?PROM中，當工作人員需要查看數(shù)據(jù)時，可直接通過串口讀取數(shù)據(jù)。最后，還需要與上位機軟件配合使用。液晶接口的設計控制器板上預留有1602液晶接口，可根據(jù)用戶需要選擇安裝1602液晶。1602液晶—可顯示兩行，每行16個字母，工作電壓4.5～5.5V,帶背光，并口操作方式。特點：單5V電源電壓，低功耗，長壽命，高可靠性。內(nèi)置192種字符。具有64個字節(jié)的自定義字符RAM，可自定義8個58點陣字符或四個511點陣字符。

發(fā)光二極管的設計發(fā)光二極管指示燈共有6個狀態(tài)指示：①蓄電池接入指示燈；②系統(tǒng)正常工作狀態(tài)指示燈；③蓄電池欠壓指示燈；④蓄電池過壓指示燈；⑤充電狀態(tài)指示燈；⑥負載工作狀態(tài)指示燈。電源部分和控制部分電路設計電源轉(zhuǎn)換及控制器部分電路，蓄電池正極從二極管DD6的陽極接入，DD6為防電源反接構(gòu)成反向回路設計。Q3，R16，DW2為一級降壓電路，將蓄電池電壓鉗位在9.4V左右。DW2為10V穩(wěn)壓管，當蓄電池電壓高于10V時，通過三極管Q3和穩(wěn)壓管DW2后降壓到9.4V。降壓到9.4V的原因是三極管的基極電壓被穩(wěn)壓管穩(wěn)定在10V，通過BE極之間的PN結(jié)后電壓下降0.6V，所以為9.4V。

然后通過二級降壓電路R17，Q4和DW3將輸出電壓鉗位到5V，這5V電壓用來給單片機系統(tǒng)提供電源，兩級降壓電路中使用三極管的作用是為了擴流，單純用穩(wěn)壓管同樣可以穩(wěn)壓到期望的電壓值，可是輸出的電流會非常小，以至根本無法帶負載。電阻R25，R26和二極管DD8用來檢測太陽能電池板電壓值，標號“PV-”為太陽能電池板負極，“JCPV”接單片機A/D輸入口。當“PV-”電壓等于或大于“BAT-”電壓時，說明太陽能電池板電壓等于或小于蓄電池電壓，這時不能開啟充電控制。R12，R13，R14，R15，DW1，Q2，T1為控制負載開關電路。DW1用來保證MOS管與GS之間電壓最大不得超過10V，否則會損壞MOS管，三極管Q3導通時，MOS管T1關閉；Q2不導通時，MOS管T1開啟。標號“ADC1”有三個作用，一用于單片機控制負載通斷；二用于采集MOS管在開啟狀態(tài)下的DS壓降，從而檢測負載消耗電流大小；三當負載過度或短路時，“ADC1”由硬件自動時MOS關閉，從而保護MOS管及負載的進一步損壞。

R21，R20用來啟動硬件自動關閉充電，當太陽能電池板低于蓄電池電壓時，可由“PV-”直接控制Q5三極管，Q6的控制將失效。T2，T3兩個MOS管對接才可有效控制充電回路，因為MOS管內(nèi)部自身會有一個二極管，N溝道為S指向D，P溝道為D指向S，DW4為T2和T3MOS管穩(wěn)壓。T2和T3MOS管的開/關由Q3和Q6兩個三極管的狀態(tài)共同決定。

3系統(tǒng)軟件設計

3.1protues仿真使用protues畫電路圖，電路圖與前面的protel圖基本一樣，但因為此版本中沒有STC90C518RD單片機，所以用AT89C52代替。而MAX232因其電源內(nèi)置而沒有畫出。因為protues中沒有太陽能電池板所以沒有畫出。仿真電路圖如圖2所示。

3.2系統(tǒng)流程圖下圖是本系統(tǒng)的工作流程圖。如圖3所示從系統(tǒng)開始運行、初始化然后互在電池端電壓采樣，當測得蓄電池電壓低于10.8V時，自動關斷負載（欠壓關斷），同時有報警提示；當蓄電池電壓介于10.8V到13.2V之間時自動接通負載；當蓄電池電壓高于14.8V時，自動關斷負載（欠壓關斷），同時有報警提示。

4總結(jié)

太陽能充放電控制器的主要作用就是要能自動檢測太陽能電池板電壓是否高于蓄電池電壓，若高于蓄電池電壓則開始充電：若低于蓄電池電壓，則不能開啟充電，否則蓄電池電流會反向流向太陽能電池板而造成電量損耗。在設計的過程中也遇到過很多問題。比如：由于時間比較緊，只驗證控制系統(tǒng)功能，但真正應用系統(tǒng)還有待完善。隨著能源問題的日益嚴峻，相信太陽能充放電技術講會運用在更多領域，也相信這方面的前景一片光芒。

作者：李軍 王成磊 王亞偉 單位：阜陽師范學院 計算機學院