基于AVR單片機的太陽能電池控制器設計

隨著能源危機和環(huán)境污染的加深，太陽能的研究和利用受到廣泛的關(guān)注。太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源，也是清潔能源，不產(chǎn)生任何的環(huán)境污染，在太陽能的有效利用中，太陽能充電是近些年發(fā)展最快，最具活力的研究領(lǐng)域，是其中最受矚目的項目之一。太陽能電池發(fā)電是基于“光生伏打效應”原理，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，利用充電效應將太陽輻射直接轉(zhuǎn)化為電能。它具有永久性、清潔性和靈活性大的優(yōu)點，是其他能源無法比擬的。

1 太陽能控制器的設計

1.1 太陽能電池的輸出特性

由它的輸出特性曲線(見圖1) 可知，太陽能電池的伏安特性具有很強的非線性，即當日照強度改變時，其開路電壓不會有太大的改變，但所產(chǎn)生的最大電流會有相當大的變化，所以其輸出功率與最大功率點會隨之改變。然而當光強度一定時，電池板輸出的電流一定，可以認為是恒流源。因此，必須研究和設計性能優(yōu)良的太陽能發(fā)電控制器，才能更有效地利用太陽能。

1.2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

太陽能控制器硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。該控制器以AVR mega 32為控制核心，外圍電路主要由蓄電池電壓及環(huán)境溫度檢測與充放電控制電路、電池板電壓檢測與分組切換電路、負載電流檢測與輸出控制電路、狀態(tài)顯示電路、串口數(shù)據(jù)上傳和鍵盤輸入電路構(gòu)成。

電壓檢測電路用于識別光照的強度和獲取蓄電池端電壓。溫度檢測電路用于蓄電池充電溫度補償。該系統(tǒng)采用PWM方式驅(qū)動充電電路，控制蓄電池的最優(yōu)充放電。電池板分組切換控制電路用于不同光強度和充電模式下電池板的切換，該系統(tǒng)實現(xiàn)對3組電池板陣列控制。負載電流檢測電路用于過流保護及負載功率檢測。狀態(tài)顯示電路用于系統(tǒng)狀態(tài)的顯示，包括電壓、負載狀況及充放電狀態(tài)的顯示。串行口上傳數(shù)據(jù)電路用于系統(tǒng)運行參數(shù)的上傳，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。鍵盤輸入電路用于充電模式設定及LCD背光開啟。該控制器在有陽光時接通電池板，向蓄電池充電;當夜晚或陰天陽光不足時，蓄電池放電，以保證負載不停電。

1.3 AVR單片機

AVR微處理器是Atmel公司的8位嵌入式RISC處理器，具有高性能、高保密性、低功耗等優(yōu)點。程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器可獨立訪問的哈佛結(jié)構(gòu)，代碼執(zhí)行效率高。系統(tǒng)采用的mega 32處理器包含有32 KB片內(nèi)可編程FLASH程序存儲器;1 KB的E2PROM和2 KBRAM;同時片內(nèi)集成了看門狗;8路10位ADC;3路可編程PWM輸出;具有在線系統(tǒng)編程功能，片內(nèi)資源豐富，集成度高，使用方便。AVR mega 32可以很方便地實現(xiàn)外部輸入?yún)?shù)的設置，蓄電池及負載的管理，工作狀態(tài)的指示等。