EEPW论坛

作者：云南机电职业技术学院 李刚 余忠汝 罗志勇

指导教师：郑树华 陈家敏

　　作品简介

　　一.开发背景：

　　严重的能源危机，环境污染迫使人们去寻找替代能源，太阳能作为取之不尽，用之不竭的可再生能源，给人类带来了新的希望，地球表面蕴藏着丰富的太阳能资源，利用前景广阔。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件,只要配上太阳能控制器、蓄电池就形成了光伏发电装置。光伏发电的优点是较少受地域限制,因为阳光普照大地;光伏系统具有安全可靠、无噪声、无污染、无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电的优点。目前太阳能组件已经规模化生产，但太阳能控制器领域还尚未完善，为了更好的接轨新技术，更好的推广太阳能我们设计开发了多功能太阳能控制器。

　　二.功能描述：

　　该控制器采用了STC15F2K61S2微控制器(MPU)作为系统核心器件，配合控制驱动单元、电压采集单元、显示等单元构成。能精确有效的控制过充过放的发生，从而确保太阳能发电系统的可靠运行。利用脉冲充电，有效的保护电池，延长了电池的使用。通过显示器我们可以对系统运行情况进行实时监控，并通过控制驱动单元对系统进行智能化，自动化控制。系统还设计了5V的电压输出单元，以解决各种数码产品的电源之忧。此外，系统还增设了路灯控制单元，设备运行环境保护单元，使整个系统更加安全可靠。

　　三.使用说明：

　　控制器接线端配有明确的接线标号，用户只需按标号接线即可，设备会自动运行。

　　平台选型说明

　　该控制器采用了STC15F2K61S2微控制器(MPU)作为系统核心控制器件

　　设计说明

　　一.设计原理:

　　二.设计方案：

　　方案一：

　　采用传统的模拟量控制，通过比较运放来实现过充过放控制。但其功耗较大，发热严重，受环境影响大，精度不高，容易损坏蓄电池组。只能实现单路控制，若要实现八路控制则需八个电路叠加，硬件庞大，生产成本过高，也不利于维修调试。所以方案一暂不考虑。

　　其部分设计原理图如下：

　　方案二：

　　采用普通单片机控制，由于单片机有较多的I/O接口，我们可以利用这些I/O接口来实现控制。于是利用单片机跟ADC0832组合，进行开发设计，能达到控制要求，但其硬件比较复杂，且生产成本仅次于方案一。所以我们决定放弃此方案。

　　方案三：

　　采用带AD的单片机(STC15F2K61S2)控制，该单片机带有8个10位的AD通道，38个I/O接口，完全能够满足设计要求。所以综合考虑，我们采用方案三进行开发设计。

　　改进：

　　该系统除了正常的过充过放保护外还增设了5V充电接口、光照强度监测、工作环境温度检测与控制、路灯控制等单元，使得整个系统更具实用性。两个5V/3A供电usb母头接口可谓各种数码产品进行充电，USB母头接口解决数码产品的电源之忧;光照强度可以让用户对光照情况进行监测以便调整电池板阵列;工作环境温度监测控制可以实时监测环境温度，并对工作范围之外的温度进行调整，以便使控制器适应于更多的工作环境;路灯控制，实现了无人监守自动控制的功能。整个系统具备了各项功能，完全能独立运行于各种工作环境。

　　充电设计：

　　在设计太阳能控制器各部件容量的配置中,一般考虑光伏电池夏季一日的发电量要大于光源一夜或半夜用电量,所以蓄电池的充电电流要大于放电电流,且一般为放电电流的3倍.因此充电过程对蓄电池寿命影响最大,蓄电池不是用坏的而是充坏的.由此可见,一个好的充电控制方法对蓄电池的使用寿命具有举足轻重的作用。在太阳能发电系统中，为了降低成本、提高效率和可靠性，既要使光伏电池输出最大功率，又要使蓄电池正确充放电，同时还要最大限度地利用所发电能。本系统利用脉冲的充电方式取代浮充，而能让充电系统的电池在充电期间有休息的时间，以使电池提高使用寿命，电路采用PWM 充电原理，检测蓄电池的充电端电压，将检测得到的蓄电池端电压与给定点电压比较，若小于给定电压，迅速给蓄电池充电; 当蓄电池的电压大于给定电压时，充电进入慢充阶段，改善充电特性，防止过充。

　　三.具体工作流程：

　　1.过充过放控制： 每路电压经电压采集送到单片机，单片机通过比较来判断是否过充，过放。若过放输出则关闭，若过充输入则关闭，流程图如下：

　　2.温度控制：对于不同的工作环境，温度不同，温度过高过低会对设备造成一定程度的影响，为了适应各种环境，系统增加了加热和散热功能，工作环境温度经检测送给单片机，若温度高于设定温度则风扇开启对设备散热，若温度低于设定温度则加热片开启对设备进行加热，实现对充电参数进行温度补偿，从而提高充电效率，延长蓄电池的使用寿命，流程图如下：

　　3.照明控制：把光强度分为0~9个等级 ，当所需照明环境光强度低于设定2~3级时，灯自动打开，当所需照明环境光强度高于设定7~8级时，灯自动关闭，

　　设计控制流程图如下：

　　由于没买到适合的光敏传感器，没实现模拟量控制，所以把I/O口让给蓄电池充电控制，改用开关量控制路灯，光亮时灯关，光暗时灯开。

　　四.设计原理图：

　　五.多功能太阳能控制器图片：

　　第一期设计：

　　第二期设计：

　　作品特色

　　太阳能发电是目前的一个新兴产业，也是一种新技术，在未来几年内太阳能发电势必会以膨胀的趋势发展。在市场的催化下，太阳能控制器必将向着智能化，自动化方向发展。而该多功能控制器正顺应了市场的发展方向，实现了自动化，智能化控制。从实用角度说，它具有简单实用，生产成本低等优点，从商业角度说，它是这一时代的新兴产物，必将有着广阔市场前景。

　　该多功能控制器超越了传统控制器的束缚，采用了单片机微处理器实现了模数混合控制。此外，该控制器还曾设了外部控制扩展模块，实现了1个多功能控制器等于8个传统控制器，用户可根据具体情况进行适配。

　　系统以继电器代替了传统的晶体管，实现了低功耗，大电流功能，远远超越了传统的10A～20A控制器，解决了用户功率不够的烦恼。系统还对运行环境进行实时监测，并通过处理器控制调节，使设备能适用于更多的工作环境。