《基于AT89S51单片机的太阳能控制器设计与制作43520.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于AT89S51单片机的太阳能控制器设计与制作43520.doc（9页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流基于AT89S51单片机的太阳能控制器设计与制作43520.精品文档.基于AT89S51单片机的太阳能控制器设计与制作.txt每天早上起床都要看一遍“福布斯”富翁排行榜，如果上面没有我的名字，我就去上班。谈钱不伤感情，谈感情最他妈伤钱。我诅咒你一辈子买方便面没有调料包。 本文由6655hao贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 本 科 生 毕 业 论 文（设 计） 论文（设计）题目： 论文（设计）题目：基于 AT89S51 单片机的太阳能控制器设计与 制作 2010 年 5 月 目 录 中
2、文摘要 1 1 研究意义与功能介绍 1 2 电路设计 2 2.1 主原理图 2 2.2 蓄电池充电方式 3 2.3 充放电电路 3 2.4 电压采集电路 4 2.5 光耦开关电路 4 2.6 单片机及其外围电路 5 2.7 A/D 转换电路 6 2.8 单片机电源电路 6 2.9 PCB 图 7 2.10 作品实物 7 3 主要器件介绍 8 3.1 AT89S51 单片机 8 3.2 TLC549 9 3.3MOSFET 9 3.4 光耦 9 3.5 太阳能电池 10 4 软件设计 11 4.1 主要程序流程图 11 4.2 主要 C 程序 11 5 测试 14 6 小结 15 参考文献 15
3、 英文摘要 16 致谢 17 基于 AT89S51 单片机的太阳能控制器设计与制作 内容摘要 本文介绍了一种基于单片机的太阳能控制器，系统使用低功耗、高性能的 AT89S51 单片机作为控制电路的核心器件。此系统由太阳能电池模块，蓄电池，充放电 电路，电压采集电路，单片机控制电路和光耦驱动电路组成。设计使用 PWM（脉宽调 制）控制技术来控制蓄电池充放电，通过控制 MOSFET 管开启和关闭达到控制电池充 放电的目的。实验结果表明，该控制器性能可靠，可以监视太阳能电池和蓄电池电池状 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 太阳能；控制器；AT89S51 单片机 我国现
4、阶段的用电主要靠水力发电，但是我国水力资源在地域分布上极不平衡，总 体来看，西部多、东部少。对于水电资源缺乏的地区或者用电超负荷的城市开发新能源 是当务之急。我国的西部地区，包括西藏、新疆、青海、内蒙古、四川等省年日照时间 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，白天将太阳能转化为电能，利用蓄电 池将剩余的电能储存起来，需要用电时即可由蓄电池供电。 1 研究意义与功能介绍 1.1 研究意义 随着经济的发展、社会的进步，人们对能源提出越
5、来越高的要求，近年来能源供需 矛盾突出，寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。太阳光没有地域的限制无论陆地 或海洋，无论高山或岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，且勿须开采和运输。它同 以往其他电源发电原理完全不同，具有以下特点：1.无枯竭危险；2.干净无公害；3.不受 资源分布地域的限制； 4.可在用电处就近发电； 5.能源质量高； 6.获取能源花费的时间短。 1.2 功能介绍 本系统以 ATMEL 系列中的 AT89S51 单片机为控制中心，软硬件的结合，利用分压 电路对蓄电池，太阳能电池的电压、电流进行采样。再经过 A/D 转换采样数据输入到单 片机中进行处理。单片机输出经光耦驱动 MO
6、SFET 管来控制外接电路开启关闭。该系 统可以实现控制蓄电池的最优充放电，当蓄电池电压在 14.4V+0.5 时，太阳能电池停止 1 对蓄电池充电，当蓄电池电压在 10.9V+0.5 时，蓄电池停止对负载放电；负载电流检测 电路可进行过流保护及负载功率检测（如图 1） 。 图 1 系统结构框图 2 电路设计 2.1 主原理图 如图 2 所示，电路包含太阳能电池，DC-DC 变换电路，蓄电池，数据采集电路， A/D 转换电路，单片机控制电路及状态显示部分。本设计以 ATMEL 系列 AT89S51 单片 机为控制中心的软硬件的结合，使用并联在电池两端的两个串联电阻，以分压方式对蓄 电池、太阳能
7、电池的电压进行采样，送到 A/D 转换得到一个数字信号的电压值，再将信 号送入到单片机中进行处理。单片机输出经光耦电路控制 MOSFET 管。控制 MOSFET 管导通的方式是脉冲宽度调制(PWM)， 根据程序设计的载荷变化来调制 MOSFET 管栅的 偏置，达到实现开关功能。按程序设计当检测到蓄电池的电压低于 12V，充电模式为均 充，Q1 为完全导通状态，也就是导通的脉冲占空比最大；当检测到蓄电池的电压在 12V-14.5V，充电模式为浮充，Q1 导通与不导通的占空比例变小；当检测到蓄电池的电 压等于 15V，Q1 截止充电停止。当检测到蓄电池的电压低于 10.8V，Q2 关闭停止放电。
8、2 D1 U4 1 B1 R1 50k C1 AD1 R2 5k 100uF Q1 Vin R3 K1 50k AD2 R4 5k D2 2 1 B2 V in GND Vin 1 Q2 C2 K2 470uF 2 Vout C3 100uF 3 VCC C4 104 RL T1 LM7805 2 VCC U4 C1 U4 R5 5k R6 K1 J1 Vin C2 U5 R7 5k R8 K2 VCC 1 2 3 4 CON4 1 2 3 4 5 6 7 8 RST 9 10 11 12 13 14 15 16 17 X2 18 X1 19 20 C1 C2 U1 AT89S51 VCC P
9、0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7 EA/VPP ALE/PROG PSEN P2.7/A15 P2.6/A14 P2.5/A13 P2.4/A12 P2.3/A11 P2.2/A10 P2.1/A9 P2.0/A8 D3 D4 40 39 CLK1 38 DO1 37 CS1 36 CLK2 35 DO2 34 CS2 33 32 31 VCC 30 29 J2 28 1 27 2 26 3 25 4 24 5 23 6 22 21 CON6 VCC U2 1 AD1 2 3 4 REF+
10、 AIN REFGND TLC549 VCC CLK DO CS 8 7 CS1 6 DO1 5 CLK1 VCC C5 10uF X1 C6 47 Y1 11M HZ X2 C7 47 RST R9 10k P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 M OSI/P1.5 M ISO/P1.6 SCK/P1.7 RST RXD/P3.0 TXD/P3.1 INT0/P3.2 INT1/P3.3 T0/P3.4 T1/P3.5 WR/P3.6 RD/P3.7 XTAL2 XTAL1 GND R10 200 R11 200 VCC 1 AD2 2 3 4 U3 REF+ AIN REFGN
11、D TLC549 VCC CLK DO CS VCC 8 7 CS2 6 DO2 5 CLK2 图 2 系统设计电路图 2.2 蓄电池充电方式 作为太阳能储能用的蓄电池由于存在过放、过充、使用寿命短等问题，要选择合适 的充放电方式。所有的蓄电池充电过程都有快充、过充和浮充 3 个阶段，每个阶段都有 不同的充电要求。现行的充电方法主要有恒流充电、恒压充电、恒压限流充电、间隙式 充电法等，这些充电方法各有利弊。本设计采用最容易实现的恒压充电。蓄电池的电压 在 10.8V-12V 之间为快充；蓄电池的电压在 12V-14.5V 之间为浮充；蓄电池的电压为 14.5V 时停止充电。 2.3 充放电电路
12、 电路由防反充二极管 D1、滤波电容 C1、续流二极管 D2、MOSFET 管 Q1、滤波电 容 C2、MOSFET 管 Q1 等构成。二极管 D1 是为了防反充，当阴天或晚上蓄电池的电压 高于太阳能电池的电压时，D1 就生效。通过控制开关闭合跟断开的时间（即 PWM脉 冲宽度调制） ，就可以控制输出电压。所使用的 MOSFET 是电压控制单极性金属氧化物 3 半导体场效应晶体管，所需驱动功率较小。而且 MOSFET 只有多数载流子参与导电， 不存在少数载流子的复合时间，因而开关频率可以很高，非常适合作控制充放电开关。 设计中采用 IRF9540N P 沟道 MOSFET 管，P 沟道 MOS
13、FET 的导通电压 Vth0，由下图 可以实现 MOSFET 的驱动。当光耦 U5 导通时，由于 Q1 的 G 极电压很小，G 极近似接 地，Vgs0，当 S 极电压达到一定值时，Q1 导通。Q2 的原理类似。电路如图 3。 D1 1 U4 Q1 Vin B1 K1 R1 50k C1 AD1 R2 5k 100uF R3 50k AD2 R4 5k D2 2 1 B2 RL Q2 K2 2 图 3 充放电电路 2.4 电压采集电路 如图 4 所示，电压采集电路使用两个串联的电阻，大小比例为 10:1，然后并联在需 要检测的电压两端， 从两个电阻中间采集电压。 由分压公式得出采集的电压为 VR
14、1R21/11， 当蓄电池充满电时电压大概为 14.5V，计算出采集到的电压为 1.3V，符合 A/D 转换芯片 的 TLC549 的输入值。 图 4 电压采集电路 4 2.5 光耦开关电路 当输入信号 C1 为低电平时，光耦内部的发光二极管的电流近似为零，输出端两管 脚间的电阻很大，相当于开关“断开”；当 C1 为高电平时，光耦内部的发光二极管发光， 输出端两管脚间的电阻变小，相当于开关“接通”，此时从 U5 输入的电压经光耦流向接 地端， 处的电压接近为零， K1 MOSEFT 的 Vgs14.5V N Vbat12V N Y Vbat10.8V N 停止放电 Y 停止充电 浮充充电 快速
15、充电 结束 4.2 主要 C 程序 #include /51 芯片管脚定义头文件 #include /内部包含 _nop_(); #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit CLK sbit CS sbit DOUT sbit FuZai sbit PWM sbit LED1 sbit LED2 = P00; = P02; = P01; = P11 ; = P10 ; =P20; =P21; /* AD 时钟信号 */ /* AD 片选信号 */ /* 数据输出 */ 11 uchar t0,battery_v; voi
16、d delay(uint n) /延时函数 while(n-) _nop_(); /*/ void init()/初始化函数 TMOD=0x01; TH0=(65536-50)/256; TL0=(65536-50)%256; EA=1; ET0=1; PWM=0; LED1=1; LED2=1; /*/ uchar adc_549(void) /AD 转换 uint data_out=0; uchar i; CS = 1; _nop_(); CS = 0; for (i=0; i8; i+) /* 读取 8 位数据 */ CLK = 0; data_out = (data_out186)/蓄
17、电池电压大于 10V LED1=1; LED2=0; if(224battery_v204) TR0=1; /开启固定 PWM 充电 if(t0=5) PWM=1; if(t0=12) t0=0; PWM=0; else TR0=0; LED1=1; LED2=1; else LED1=0; LED2=1; FuZai=0;/关闭负载 void timer0() interrupt 1 /定时器 0，用来产生 PWM TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; 13 t0+; 5 测试分析 由于太阳能电池价格比较贵， 所以设计中使用 12V 直流
18、电源模拟太阳能电池。 测试 所用的蓄电池规格：12V，36Ah。测试用到的仪器：万能表，可调直流电源，示波器。 测试的内容：检测蓄电池电压低于 10.8V 时，控制器是否中断放电电路；检测蓄电池电 压在 12V-14.5V 是否 PWM 充电；检测蓄电池电压大于等于 14.5V 时控制器是否停止对 蓄电池充电。由于测试使用的 12V 蓄电池容量太大（36Ah） ，假如此控制器以 1A 的电 流对蓄电池充电，完成一次完整的充电所需时间大概为 36 小时，因此没能完全完成测 试充电过程。 使用此 12V 蓄电池测得的结果是控制器能够充放电。 而测试控制器功能是 否达到设计要求，所用的方法是用一个电
19、压模拟蓄电池。 以下是模拟充电得到的参数：当模拟蓄电池的电压低于 10V，MOSFET 管 Q2 关闭 停止对负载供电，同时红灯亮；当模拟蓄电池的电压在 10V-12V 之间，Q1 导通对蓄电 池充电，同时绿灯亮；当模拟蓄电池的电压在 12V-14V 之间，PWM 充电，同时绿灯亮； 当模拟蓄电池的电压高于 14V，MOSFET 管 Q1 关闭停止充电，同时两个灯亮。 6 小结 本设计是基于 AT89S51 单片机的太阳能充放电控制器， 以恒压限流的方式给蓄电池 充电, 使用开关频率很高的 P 沟道 MOSFET 管， 控制充放电开关。 通过采集太阳能电池 的电压电流实现太阳能电池最大功率跟踪
20、，并检测蓄电池的端电压，防止蓄电池的过充 及过放。实践证明,该太阳能充放电控制器所组成的太阳能控制系统简单、快速、实时性 强,有利于提高太阳能电池的转换效率； 有利于改善蓄电池的工作状态， 提高了蓄电池的 使用寿命。在系统的设计以及在论文的写作过程中，查阅了大量的资料，包括图书馆的 相关书籍和各种期刊，从中获得了不少的启示。通过这次设计，使我在理论和实践上都 增长了很多经验。开始画 PCB 图是使用自动布线加手工修改，但是设成以单层板的形 式自动布线，生成的 PCB 图走线弯弯区区太不规则，后来使用以双层面板的形式自动 布线，然后将 TopLayer 层手工修改，得到的 PCB 图走线才像块板
21、。然后是去基地刷板， 第一次去做板过板时直接报废，第二次做板，腐蚀液浓度太低，腐蚀了一个多钟还是一 点轮廓，第三次自己买了氯化铁重新打印再腐蚀。做了两块板同时不断改进，才得到最 14 终设计电路。最后就是调试，这一步花了几天时间，觉得做设计最麻烦的还是调试，有 时出不来结果，但不知问题出在哪。 在本设计中已经提高了太阳能电池的转换效率，但由于能力有限，所以没有对太阳 电池进行最大功率跟踪设计，没能更进一步提高太阳能的利用效率。 注释 1百度百科 2百度文库 参考文献 1 刘宏,吴达成等.家用太阳能光伏电源系统 M .北京:化学工业出版社,2007 2 沈辉,曾祖勤.太阳能光伏发电技术M .北京
22、:化学工业出版社;2005 3 罗晓曙,闭金杰,杨日星,张露. AVR 单片机的太阳能电池控制器设计J.现代电子技 术,2009(10). 4 百度百科 5 中国工控 6 百度文库 7 黄海宏，黄长杰，王海欣著 太阳能控制器设计 J. 电子技术应用，May 2006 15 The Design and Production of Tangyurong Solar Controller Abstract This paper has introduce a solar controller which is base on a MCU,which is used a low-power and
23、high-performance MCU which is called AT89S51 as the core devices of control circuit. This system is composed of a solar panels module, battery, charge and discharge circuit,Voltage and current acquisition circuit,MCU control circuit,Optocoupler drive circuit. It uses the PWM (Pulse Width Modulation)
24、 technology to control the solar panels recharge to battery, by controlling the opening and turn-off of MOSFET in the analog control circuit. The experimental results show that the the performance of the controller is reliable.can be oversee the status of solar panels and battery .It can bring out t
25、he optimization of the abattery,and Key words extends the life of battery. Controller；MCU；Solar 16 致 谢 我这次的设计能顺利完成，得益于老师和同学的指导和帮助，在这里，我对他们的 热心表示诚挚的谢意。 衷心感谢指导教师黄国现老师在这几个月来的悉心指导与督促，从最初的定题，到 资料收集，到写作、修改，到论文定稿，他给了我耐心的指导和无私的帮助。让我从原 来对单片机一无所知到对单片机有所了解再到现在的会用 C 语言在 keil 软件上编写程 序，让我对硬件电路的设计从原来惧怕到现在从容查资料，设计电
26、路，调试电路。同时 也由衷的感谢同班薛量云同学提供了宝贵意见，使得设计符合要求。 最后，自己之所以能顺利完成，还是要感谢还是自己的父母，如果没有他们每日辛 苦的劳动与从小对我学习有着严格要求和培养我严格做人做事的态度， 正是他们的养育 和教导，才有了今天的我现在的成绩。 17 广西师范大学本科毕业论文(设计 学生诚信保证书 广西师范大学本科毕业论文 设计)学生诚信保证书 设计 本人郑重承诺：毕业论文（设计） 基于单片机AT89S51的太阳能控制器的设计 与制作的内容真实、可靠，系本人在 黄国现 指导教师的指导下独立完成。如果存在 弄虚作假、抄袭的情况，本人愿承担全部责任。 学生签名：唐喻荣 2010年 05月 08 日 181