太阳能控制器范文
时间：2023-03-18 14:48:11
太阳能控制器范文第1篇
关键词：太阳能；跟踪；光敏电阻；单片机；步进电机
中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 08-0000-01
一、太阳能自动跟踪系统总体设计
（一）光源检测方案的确定
1.视日运动轨迹跟踪
不论是采用极轴坐标系统还是地平坐标系统，太阳运行的位置变化都是可以预测的，通过数学上对太阳轨迹的预测可完成对日跟踪。
在设定跟踪地点和基准零点后，控制系统会按照太阳的地平坐标公式自动运算太阳的高度角和方位角。然后控制系统根据太阳轨迹每分钟的角度变化发送驱动信号，实现跟踪装置两维转动的角度和方向变化。在日落后，跟踪装置停止跟踪，按照原有跟踪路线返回到基准零点。
优点：精度高，不受环境因素影响，但是不同地区需要设置不同的初始值，。
缺点：系统复杂，但是不同地区需要设置不同的初始值，太过于复杂。
2.光电跟踪
光线在同种均匀介质中沿直线传播，不能穿过不透明物体而形成的较暗区域，形成的投影就是常说的影子，地球每天不停的自转，同时它要围绕太阳作公转，因此，地球和太阳的相对位置是在不停的变化，太阳光照射在地球上的影子也随之变化。因此，如果在地球上的某个位置放置一个不同透光的物体，那么，这个物体在太阳光的照射下就会产生影子，而这个影子的长度也会随太阳和地球空间位置的相对变化而产生变化。
我们将影子的变化转换为电压的变化，并且通过调节机械部分来调节影子的变化从而达到调节电压的变化达到我们的目的，这样也可以构成一个闭环系统。这样一来我们就考虑用光敏行性器件来检测太阳的变化从而实现光电跟踪。
优点：成本低，思路简单，容易实现。
缺点：容易受阴天雨天的影响。
3.采集传感器的选择
方案一：采用光敏电阻作为轨迹的采集器件。光敏电阻的值能随光强的变化而变化，光敏电阻的测量灵敏度较高。
方案二：采用高灵敏度的光敏二极管作为轨迹的的采集器件。光敏二极管产生的电流小，灵敏度较低，响应速度较慢。
方案三：光敏三极管灵敏度高，但是容易达到饱和区，影响检测。综合考虑，为了提高系统的灵敏度，我们选择第一种方案。
二、控制器部分
（一）单片机的选择
因为检测电路得到的信号为模拟信号，为了电路的简化，我们选用带有模数转换的单片机，在设计中我选择了STC12C5410AD单片机，STC12C5410系列单片机是单时钟/机器周期（1T）的兼容8051内核单片机，是高速/低功耗的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051。8路高速10位A/D转换。工作电压：5.5V～3.8V（5V单片机），工作频率范围：0～35MHz，用户应用程序空间10K字节，E2PROM功能。
运用STC12C5410AD单片机的输入/输出接口P1.0定时采集差动运算放大电压信号环用P1.1采集环境光强电压信号和，分别将这些数据存储于数据存储器中，在程序中会用到。STC12C5410AD单片机片内的时钟产生方式采用的是内部时钟方式，即在XLAT1和XLAT2两引脚间外接石英晶体和电容构成一个自激振荡器，从而向内部时钟电路提供振荡时钟。震荡器的频率主要取决于晶体的振荡频率，一般晶体可在1.2～12MHz之间任选。通过改变电容C1、C2的值进行微调，通常取30pF左右。本设计中晶体的振荡频率取11.0592MHz，电容的值取30pF。
控制部分是最核心的部分，控制部分是要将采集信号部分和可控制电机部分相连接的部分。
（二）A/D转换程序的设计
因为太阳能电池板和太样垂直后，电机停止转动，而太阳还在运动这样就会使采集信号发生变化，如果立即进行更正，电机就需要转动，这样一来电机频繁的转动，一方面能量损耗较大另一方面会影响电机的寿命和机械部分的寿命。所以允许有一定的误差，这样能保证系统正常的工作，也能提高电机和机械部分的寿命。
太阳能电池板和太阳垂直时，差动运放电路的输出的电压是2.5V，经过实际实验，当太阳能电池板和太阳光线夹角超过2度是，电压变化是0.2V，这样一来我们就可以设置一个范围，当电压值大于2.7V是电机正传，当电压小于2.3V时，电机反转，当电压小于2.7大于2.3是电机不转，延时后在进行判断。带有模数转换的单片机将0V到5V电压进行转换为0―255，这样一来我们只需将转换的数字量与不同电压范围对应的数字量进行比较就可以实现自动跟踪。
其中延时程序一是因为在黑夜有外部光源影响，系统判断失误使太阳能电池板转动，但是当影响光源消失后系统又自动复位，这样会减少系统寿命和浪费能量，所以当光强达设定的阀值上限后，延时2分钟，判断光强是否还在阀值上限，如果在那么可以认定天亮了，在这以后再让系统工作就可以更合理。
设定延时程序二是因为当太阳能电池板调整的和太阳管线垂直后，为了使电机不过于频繁的工作而设定的，因为太阳相对于地面1小时转动15度，也就是4分钟转一度，所以延时1分钟，和上边的2分钟一起共3分中检测一次，这样可以保证尽量的去掉非太阳光的光源影响，太阳落山后，光强低于阀值，延时后系统给步进电机固定的脉冲，是系统缓慢的复位，这样可以使系统更佳合理的运行。
（三）控制步进电机电路
以太阳能电池板为例，固定形式的太阳能电池板一天7小时的发电量为1200W左右，其他形式可转动的发电装置一天的发电量可以达到1600W，提高了30%，所以太阳能跟踪控制器设计在太阳能利用方面有很大的前景。
四、结语
本文设计了基于单片机的太阳照射角度的自动跟踪系统，该系统能够实现对太阳的双向跟踪（东西向、南北向）。
参考文献：
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太阳能控制器范文第2篇
【关键词】 太阳能 自适应窗户 单片机 智能化
一、引言
目前，最广泛应用的窗户仍是最原始的人工关闭的方式，不具备智能化防高温、防雨、防雾等人性化功能。本文设计的智能开关窗系统能通过检测的环境信息，完全实现窗户的智能化。
二、系统总体设计
本文选用STC15系列单片机作为主控芯片，系统采集太阳能作用供电电源，通过传感器分别采集PM2.5、温湿度、风速等信号，并将这些信号送至单片机进行数据处理，根据处理结果进行显示并语音提醒，驱动电机模块动作，实现自动开关窗。系统同时具有遥控功能，实现一定距离的手动开关窗。系统总体结构图如图1所示。
三、系统硬件设计
1、PM2.5颗粒物检测模块。PM2.5颗粒物检测采用的传感器型号为GP2Y1010au0f，该传感器与单片机的引脚接线图如图2所示，当雾霾天气时窗户能够自动关闭。
2、风速传感器。风速传感器采用YGC―FS风速传感器该传感器具有产品特点灵敏度高：启动风速≤0.3m/ s；测量范围宽：测量范围0-70m/s；精度高：准确度为±（0.3+0.03V）m/s等特点，当检测到室外的风速较大时窗户自动关闭。
3、电机驱动模块。电机驱动模块采用L298N作为主要的驱动芯片，它的内部可以看成是两个H型的控制桥，功能是可以同时驱动两个电机。ENA作为INA和INB的使能端，ENB为INC和IND的使能端。电机驱动电路图如图3所示。
四、软件设计
首先将各传感器采集到的数据送到显示屏，当PM2.5、温度、湿度和风速超过设定值时，来控制电机正反转从而达到窗户自动开关的效果，系统流程如图4所示。
五、结论
本系统一定程度上促进了智能家居的进一步发展，具有很强的实用性，贴近生活，完全实现了窗户的智能化，为人们的生活带来了更大的方便。
参 考 文 献
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太阳能控制器范文第3篇
关键字： 太阳能; 控制策略; 多模式热水控制器; 技术指标分析
中图分类号： TN919?34; TP24 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）24?0150?04
Design of multi?mode and multi?strategy solar water heating controller
LAI Xiao?yong， JIANG Zhou?shu， HUANG Guo?hui， WANG Jian， RUAN Zhi?peng
（Automation College， Hangzhou DianZi University， Hangzhou 310018， China）
Abstract： To solve the problem of singular mode of available solar water heating controller， a design scheme of multi?mode solar water heating controller is proposed in this paper. The 20 pre?set modes applies to about 60% solar water heating projects. The relative program can be downloaded and installed according to the project type. In order to save more energy， the solar water heating project adopts the multi?period and multi?strategy control policy， which can select the optimal control policy and set the personalized optimum control parameter based on the real condition. The structure， function and features of the multi?mode and multi?strategy controller are introduced in this paper. The rationality of the scheme was verified and the specifications of the design were analyzed. This controller has already been applied to several solar water heating projects. The results indicate that the controller is of great stability， extensive application occasion， excellent techno?economic indicator， which greatly improves the adaptability of the solar water heating controller and the energy saving efficiency of projects.
Keywords： solar energy; control strategy; multi?mode water heating controller; specification analysis
0 引 言
太阳能作为无污染的绿色能源，是实现“节能减排”的有效手段。随着政府对节能减排重视程度地不断提高，以及鼓励太阳能热利用发展的政策相继出台，使得太阳能热水系统的工程市场得到迅速发展[1?2]。
虽然我国已成为世界上最大的太阳能热水器生产国，但其发展主要是在集热板的材料和结构上，与太阳能热水器配套的控制器却一直处于初步的研究和开发阶段[3?6]。太阳能控制器承担了太阳能热水工程运行现场的全部监控信息，它的功能和质量直接影响着系统的运行性能，是太阳能热水工程现场监控的核心部件。由于用户需求模式复杂，且太阳能受季节和天气影响较大，因此在保证热水供应充足的基础上，如何充分利用太阳能以减少辅助能源的消耗，这对控制系统提出较高的要求。现有太阳能热水控制器大多采用了单一固定的电路板，对于不同用户需求采用不同程序[7?9]。不同类型的工程程序不同，不但质量难以保证，系统扩展性差，而且控制水平参差不齐，节能效率不高，故无法满足用户的个性化设置及太阳能热水工程发展的需求。因此，对太阳能热水工程进行更精确地监控和实现控制器的标准化已成为了太阳能热利用行业亟待解决的问题。
图2比较了恒温水箱与用户供水温度的关系。对象系统用水时间段为5：00～8：00点、16：00～21：00点，其余时间基本不用热水。由图2可以看出，只有在2个时间段内用户供水管道温度接近恒温水箱温度，其余时间用户供水管道温度都远远低于恒温水箱温度。这一现象说明定时段回水功能可以实现在用户不用水的时间段内不进行管道循环，从而大幅度的减少管道热量损失。
图3比较了实际用水需求和恒温水箱真实水位的变化过程。对象系统要求在5：00点前水箱水位为50%，16：00点前水箱水位为100%。由图3可以看出水箱实际水位在一天中不同时间段跨度比较大，在3：00点水位已经上升到下一用水时间段的用水需求，此时辅助能源只需加热水箱50%的水。在9：00～14：00点水位策略选为定温放水，充分利用太阳能。14：00～16：00点水位策略选为恒水位，满足用户16：00点前水箱水位为100%的用水需求。图3说明控制器多时段多策略对水箱水位进行控制起到明显效果，能够最大限度的减少辅助能源的使用。因为普通控制器控制的单水箱系统为了保证用户的用水质量，水箱水位需要一直保持在较高水位，导致辅助能源的投入时间增加。而本控制器对水位的控制非常灵活，可以满足不同用水时间段的用水量需求，最大限度地降低辅助能源的投入。
为了对控制器进行技术经济指标分析而专门设计了一套能量计量软件，由能量计量软件完成对太阳能热水系统的能量计算，该软件数据查询界面如图4所示。
现以2014年03月20日―26日的统计数据为例进行分析，该周天气变化不是很大。表1为以日为单位的技术经济指标。
表1 以日为单位的技术经济指标
从表1中可以看到，在一周天气变化量不大，用户用水量相差不大的情况下，利用本控制器的太阳能热水工程的能效比大约在4.00左右，常规能源替代量在1.40 t左右，CO2减排量在3.35 t左右。说明控制器设计方案合理，节能减排效果明显。
为了进一步测试控制器的性能，现将本控制与现有市面上销售良好的一款技术控制器进行比较。为便于分析与比较，选择太阳辐射总量基本相同天气，并控制每天的热水用量基本一致，取一周的测试结果的平均值进行分析。不同控制器的热水系统能效比、单位热水能耗的柱状图如图5所示。
从图5的比较可以得到本控制器的能效比更高，单位热水能耗更低。说明本控制器的节能效果更优异，具有更好的社会效益和经济效益。
5 结 语
控制器软件设计充分考虑了当前热水控制器的功能不完善、节能效率不高等现状，对控制器的运行模式、用户用水时段、水温控制、数据传输等进行了研究。创新性地提出了一些控制理念，开发了一套多模式多策略的控制器。至今，该控制器在太阳能集热工程系统上已稳定运行超过半年。通过长期的运行观察分析表明：该控制器控制策略符合太阳能热水工程相关国家标准的要求，控制器与模拟量采集板、开关量输出板RS485本地通信稳定，与本地监控软件通信可靠。该控制器无论在功能上、性能上，还是在外观和可操作上都具有十分明显的优势，具有很好的应用前景。
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图5 不同控制器能效比较图
参考文献
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太阳能控制器范文第4篇
太阳能路灯控制器最重要的控制功能表现在如下三个方面：(1)控制太阳能电池向蓄电池充电；(2)控制蓄电池向负载系统供电；(3)控制整个路灯系统的其他部件稳定地运行。
我们设计的控制器基于AT89C52单片机，通过对太阳能电池板和蓄电池电量进行检测，防止蓄电池过充与过放，延长了蓄电池的使用寿命，通过系统时钟确定路灯负载情况，使路灯工作更加人性化，从而延长系统的使用寿命，节约能源，具有较高的实用价值。
太阳能路灯控制器设计原理
太阳能路灯系统控制框图如图1所示。太阳能路灯系统必备组件包括：太阳能电池板、蓄电池、控制器和负载。其中，以AT89C52为核心的控制器控制着蓄电池的充放电。
1 太阳能电池板
太阳能电池板是将光能转化为电能的装置。太阳能电池端口具有电压检测装置，可以防止蓄电池的过电压充电，而且能有效地判断是否天黑，起到了光控原件的作用。
2 铅酸蓄电池
铅酸蓄电池充放电管理方式表述为：根据蓄电池剩余容量的数学模型和蓄电池的端口电压来确定其剩余电量，然后再自动地调整蓄电池的充电方式或者负载使用时间和工作强度，使负载始终与铅酸蓄电池剩余电量相匹配，以确保蓄电池不会过放电，从而延长铅酸蓄电池的寿命。
3 LED灯具的工作特性
LED具有对电压敏感的特性。当正向电压达到3.4V以后，只要稍微改变电压，正向电流呈指数形式变化。因此，LED采用的驱动方式为电流驱动。
太阳能路灯控制器硬件设计
1 太阳能路灯控制器总体设计框图
太阳能路灯控制器总体设计框图如图2所示。
2 太阳能路灯控制器各个模块
①主控芯片的选择
微处理器是整个控制器的智能核心。考虑到成本和性能，本系统选用AT89C52单片机。AT89C52是一个低电压，高性能8位单片机，片内含8K B的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256B的随机存取数据存储器(RAM)。器件采用ATMEL~司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和F1ash存储单元，在电子行业中有着广泛的应用。
②电压采样模块的设计
在本系统中，所需要采样的电压主要是蓄电池的端口电压和太阳能电池的端口电压。本系统选用LM331作为A／D转换芯片，其原理框图如图3所示。
③系统时钟模块
本控制器可以根据季节的变化和昼夜的变化来调整负载的工作情况。采用DSl2C887作为系统时钟芯片，其能自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒等时间信息。DS12C887时钟芯片带有128B的RAM，其中11B用来存储时间信息，4B的RAM用来存储控制信息，剩下113B通用RAM供给用户使用。
④蓄电池温度采样模块的设计
本系统选用的温度传感器为DS18820。它采用单总线协议，以数字码方式串行输出，大大简化了传感器与温度处理器的接口。DSl8820与单片机的连接如图4所示。
太阳能路灯控制器软件设计方案
根据控制器系统所要实现的功能，系统软件主要设计思路如下：首先由系统时钟芯片判断此时的季节，装载相应的季节参数。然后，再由系统的时钟芯片判断此刻的时间，按照时间装载相应的时间参数。接着，进行太阳能电池板的电压检测和蓄电池端口电压的温度检测和蓄电池环境温度检测，判断是否可以充电，进入充电控制子程序。最后，再次检测蓄电池的端口电压，进入到放电控制子程序中，控制蓄电池对负载的放电。对太阳能电池、蓄电池电压采样和蓄电池环境温度的采样方案：采样周期10s，采样30次，共计5分钟。判断所采的电压值是否达到相应的临界值，若达到则进行相应的子程序进行处理。
1 总体软件流程图
软件总体流程如图5所示。
2 主要子程序设计思路
时间判定子程序：由于日照时间长短与季节的变化有关。系统首先根据时钟芯片判断时间，设定相应的负载工作模式。时刻判定子程序如图6所示。
若无特殊情况，白天不开灯，太阳能电池给蓄电池充电，在傍晚，路人较多，采用双灯负载供给照明；在深夜，路人较少，采用单灯负载。此种负载工作方式考虑了人们的生活习惯，既满足照明需要，又达到了节约能源的目的。
充电控制子程序：为了使蓄电池达到最大充电效果，本系统采用脉宽调制的充电方式，充电方式如图7所示。通过单片机控制固态继电器在一个周期内导通与关断，从而达到脉宽调制充电的目的。系统首先进行太阳能电池板、蓄电池端口电压和环境温度的检测，然后根据蓄电池的荷电状态来确定太阳能电池给蓄电池的充电方式。具体实现方案是：检测蓄电池端口电压和周围环境温度，然后进行相应的计算处理，当蓄电池的剩余容量SOC80％时，采用充电方式2；蓄电池的剩余容量SOC>95％时，停止充电。充电控制子程序流程图如图8所示。
放电控制子程序：通过单片机与负载驱动电路的配合控制负载的工作状态。系统通过检测太阳能电池板电压来判断是否天黑，然后判断时间，装载相应的季节参数后进行蓄电池端口电压检测，再进行蓄电池荷电状态计算，根据负载状态进入相应的工作模式。此种放电方式优点在于保证蓄电池不会过放电，并且最大程度节约了能源。太阳能电池和蓄电池电压的检测方法：采用定时的方式，通过定时器1和2进行定时，太阳能电池电压每10s进行一次采样，然后判断太阳能电池电压是否达到临界电压。放电控制子程序流程图如图9所示。
结论
太阳能控制器范文第5篇
关键词:太阳能电池;PWM;控制器;AVR
中图分类号:TP274文献标识码:B
文章编号:1004-373X(2009)10-167-03
Design of Solar Energy Controller Based on AVR
BI Jinjie,LUO Xiaoshu,YANG Rixing,ZHANG Lu
(College of Physics and Electronic Engineering,Guangxi Normal University,Guilin,541004,China)
Abstract:In order to control the optimal charge and discharge of battery in solar power system,a set of circuit of high reliability and intelligent solar energy controller are designed using RISC microcontroller of AVR,and principle of the controller is analyzed.The experiment results show that the controller is able to detect the state of storage battery,it has good effect and high capability,it also can reduce the charged wastage,and prolong the service life of battery.
Keywords:solar battery;PWM;regulator;AVR
随着能源危机和环境污染的加深,太阳能的研究和利用受到广泛的关注。太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源,也是清洁能源,不产生任何的环境污染,在太阳能的有效利用中,太阳能充电是近些年发展最快,最具活力的研究领域,是其中最受瞩目的项目之一。太阳能电池发电是基于 “光生伏打效应”原理,将太阳能转化为电能,利用充电效应将太阳辐射直接转化为电能。它具有永久性、清洁性和灵活性大的优点,是其他能源无法比拟的。
1 太阳能控制器的设计
1.1 太阳能电池的输出特性
由它的输出特性曲线(见图1)可知,太阳能电池的伏安特性具有很强的非线性,即当日照强度改变时,其开路电压不会有太大的改变,但所产生的最大电流会有相当大的变化,所以其输出功率与最大功率点会随之改变。然而当光强度一定时,电池板输出的电流一定,可以认为是恒流源。因此,必须研究和设计性能优良的太阳能发电控制器,才能更有效地利用太阳能[1]。
1.2 系统的硬件结构
太阳能控制器硬件结构图如图2所示。该控制器以AVR mega 32为控制核心,电路主要由蓄电池电压及环境温度检测与充放电控制电路、电池板电压检测与分组切换电路、负载电流检测与输出控制电路、状态显示电路、串口数据上传和键盘输入电路构成。
电压检测电路用于识别光照的强度和获取蓄电池端电压。温度检测电路用于蓄电池充电温度补偿。该系统采用PWM方式驱动充电电路,控制蓄电池的最优充放电。电池板分组切换控制电路用于不同光强度和充电模式下电池板的切换,该系统实现对3组电池板阵列控制。负载电流检测电路用于过流保护及负载功率检测。状态显示电路用于系统状态的显示,包括电压、负载状况及充放电状态的显示。串行口上传数据电路用于系统运行参数的上传,实现远程监控。键盘输入电路用于充电模式设定及LCD背光开启。该控制器在有阳光时接通电池板,向蓄电池充电;当夜晚或阴天阳光不足时,蓄电池放电,以保证负载不停电。
1.3 AVR单片机
AVR微处理器是Atmel公司的8位嵌入式RISC处理器,具有高性能、高保密性、低功耗等优点。程序存储器和数据存储器可独立访问的哈佛结构,代码执行效率高。系统采用的mega 32处理器包含有32 KB片内可编程FLASH程序存储器;1 KB的E2PROM和2 KB RAM;同时片内集成了看门狗;8路10位ADC;3路可编程PWM 输出;具有在线系统编程功能,片内资源丰富,集成度高,使用方便。AVR mega 32可以很方便地实现外部输入参数的设置,蓄电池及负载的管理,工作状态的指示等。
1.4 蓄电池的充放电控制
阀控密封铅酸蓄电池具有蓄能大,安全和密封性能好,寿命长,免维护等优点,在光伏系统中被大量使用。由阀控密封铅酸蓄电池充放电特性图(见图3)可知,蓄电池充电过程有3个阶段:初期(OA)电压快速上升;中期(ABC)电压缓慢上升,延续时间较长;C点开始为充电末期,电压开始上升;接近D点时,蓄电池中的水被电解,应立即停止充电,防止损毁电池。所以对蓄电池充电,通常采用的方法是在初期、中期快速充电,恢复蓄电池的容量;在充电末期采用小电流长期补充电池因自放电而损失的电量。
蓄电池放电过程主要有三个阶段:开始(OE)阶段电压下降较快;中期(EFG)电压缓慢下降且延续较长的时间;在最后阶段G点后,放电电压急剧下降,应立即停止放电,否则将会给蓄电池照成不可逆转的损坏。因此,如果对阀控密封铅酸蓄电池充放电控制方法不合理,不仅充电效率降低,蓄电池的寿命也会大幅缩短,造成系统运行成本增加。在蓄电池的充放电过程中,除了设置合适的充放电阈值外,还需要对充放电阈值进行适当的温度补偿,并进行必要的过充电和过放电保护[2]。
根据阀控密封铅酸蓄电池的特点,控制器利用MCU的PWM功能对蓄电池进行充电管理。若太阳能电池正常充电时蓄电池开路,控制器将关断负载,以保证负载不被损伤;若在夜间或太阳能电池不充电时蓄电池开路,由于自身控制器得不到电力,不会有任何动作。当充电电压高于保护电压(15 V)时,自动关断对蓄电池的充电;此后当电压掉至维护电压(13.2 V)时,蓄电池进入浮充状态,当低于维护电压(13.2 V)后,浮充关闭,进入均充状态。当蓄电池电压低于保护电压(10.8 V)时,控制器自动关闭负载,以保护蓄电池不受损坏。若出现过放,应先进行提升充电,使蓄电池的电压恢复到提升电压后再保持一定时间,防止蓄电池出现硫化。通过PWM控制充电电路(智能三阶段充电),可使太阳能电池板发挥最大功效,提高系统充电效率。
1.5 温度补偿
采用数字温度传感器DS18B20检测蓄电池环境温度。对蓄电池的充电阈值电压温度补偿系数取-4 mV/(℃•单体)。补偿后的电压阈值可以用以下公式表示:Ve=V+(t-25)αn。其中,Ve为补偿后的电压阈值;V为25 ℃下的电压阈值;t为蓄电池环境温度;α为温度补偿系数;n为串联的单体数。控制器对过放电压阈值不做补偿。
1.6 MOSFET驱动电路
设计的控制器属于串联型,即控制充电的开关是串联在电池板与蓄电池之间的。串联型控制器相对于并联型控制器能够更有效地利用太阳能,减少系统的发热量。设计中用MOSFET实现开关。MOSFET是电压控制单极性金属氧化物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,特别适合作为PWM控制充电开关。为此,设计中采用P沟道MOSFET。P沟道MOSFET的导通电压Vth
1.7 键盘电路
采用单按键的输入方式,用于开液晶背光和设定充电模式。初始化时将PC7输出高电平,在程序运行过程中,通过定时中断检测是否有按键按下。当有按键按下时间不超过10 s时,则打开液晶背光,10 s后背光关闭。当有按键按下时间超过10s时,进入模式设定。在设定模式下,每按一次模式加1,按下按键10 s后或者10 s按键无任何动作,模式保存到E2PROM中,退出设定模式。
1.8 状态显示和告警电路
控制器用LCD1602液晶显示系统的状态信息,包括蓄电池电压、负载功率等。LCD1602采用7线驱动法,Vo接1 kΩ电阻到地,用于调节液晶显示对比度。显示数据和指令通过LCD1602的DB4~DB7写入,同时具备有声光告警功能。当出现过压或过放时,相应的发光二极管闪烁以及蜂鸣器告警,同时相应告警继电器接通。
1.9 数据上传
控制器用RS 232串行口将系统电压、温度、充放电状态以及负载情况数据上传,实现远程监控。
2 控制器的软件流程图
主程序主要完成对I/O、定时器和PWM的初始化,同时根据电池板和蓄电池的状态调用相应的充放电子程序。控制器参数的测量主要由中断服务程序完成。图5是控制器主程序流程图。
3 结 语
在此设计的太阳能控制器性能稳定,具有过充过放保护和温度补偿。经过测试,系统显示出良好的控制效果,不仅提高了太阳电池的工作效率,同时也保护了所使用的蓄电池,在利用绿色能源方面,具有一定的社会效益和广泛的推广价值。
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太阳能控制器范文第6篇
【关键词】太阳能电池;控制器;充放电
Abstract：A charge and discharge controller is designed in order to effectively control output rate of solar battery and charge and discharge of battery.The system consists of four parts that are solar cells，controller，battery and semiconductor lighting load.The voltage and current signal of solar cell is collected then adjust the PWM control signal duty cycle，to achieve the maximum power point of solar energy output tracking control.In battery charge and discharge processing，taking off the circuit and connecting to the load to detect the terminal voltage，preventing overcharge，put the situation happened effectively.
Key words：Solar cell;Controller;Charge and discharge
1.引言
太阳能作为一种新兴的绿色能源，其应用不但减少了人们对化石燃料的依赖，降低了温室气体排放，改善了生态环境，而且还有利于发展低碳经济和实现能源的可持续发展[1]。但是，光伏发电系统的正常工作受温度变化和光照强度的影响较大，太阳能电池的价格长期居高不下、利用效率又低，加之蓄电池使用寿命短等诸多因素，使得太阳能的大规模发展利用举步维艰[2]。
因此，设计出一款集大幅提高太阳能电池利用率和延长蓄电池使用寿命的低成本控制器，是实现太阳能资源有效利用的关键技术所在。
2.系统整体设计
系统构成如图1所示，在太阳能路灯系统中，太阳能控制器是整个路灯系统中连接太阳能电池板、蓄电池和照明灯不可或缺的核心部件，一方面白天控制太阳能电池板将转化的电能存储在蓄电池里，使之充电，晚上控制蓄电池放电，为照明路灯供电，另一方面太阳能控制器保证了蓄电池充放电科学合理，保障了整个系统能够连续不断、稳定健康地运行，其运行状况的好坏决定了整个系统性能的优劣。
图1 系统整体框图
核心控制芯片选用STC12C5608AD，通过判断光照强度或蓄电池电压值决定充放电，经两路继电器将模数转换后的太阳能电池板电流值和蓄电池端电压值，通过LCD1602进行实时显示，并以LED灯为负载，将控制器用于小型路灯系统，实现路灯情景。
3.各模块设计
3.1 太阳能采集电路
系统采用5V的太阳能电池板，由于太阳能能量不稳定，在电池板接线盒内部安装肖特基二极管和稳压二极管。当在肖特基势垒两端加上正向偏压时，肖特基势垒层变窄，其内阻变小;反之，若在肖特基势垒两端加上反向偏压时，肖特基势垒层则变宽，其内阻变大，有效防止电流倒流[3]。
3.2 蓄电池电压采集电路
采用霍尔电流传感器模块将电流信号转变为电压信号。
放电时，继电器动触点吸合到常开触点，接通蓄电池与负载的连接，使蓄电池为负载供电，将采集到的电压值显示在LCD1602显示屏上，达到了连接负载采集锂蓄电池的端电压的目的。
同时锂蓄电池正极输出电流经霍尔电流传感器模块，由OUT端输出电压信号，转变为数字信号，采集到充电电流值。
充电时，继电器动触点闭合回常闭触点，此时锂蓄电池与负载的回路断开，达到了充电时断开回路检测电压的目的。
3.3 充电控制电路和保护电路
系统上电后，STC12C5608AD分析采集到的电流、电压值，当满足充电条件时，发出低电平，使线圈通电，将动触点吸合到常开触点，此时霍尔电流传感器模块输入电流和输出电流端相当于一根导线，接通太阳能电池板和蓄锂电池的通路，使太阳能电池为锂蓄电池充电。当检测到为锂蓄电池充电的电压大于4.2V，霍尔电流传感器模块绿灯亮，显示电池饱和，停止充电。
3.4 放电控制电路
为保证放电后碳层中仍有部分锂离子存在，要严格限制放电终止电压，避免过放。单片机对蓄电池端电压进行检测分析，判断电压值是否等于放电终止电压3V，若达到则继电器的线圈断电，动触点在弹簧的作用下复位，断开负载的连接，停止为负载供电。
4.结论
通过液晶显示屏实时显示太阳能输出电压、电流值和蓄电池的输出电压值，判断蓄电池的剩余容量，当蓄电池容量不足仍继续放电时，可人工控制停止放电。系统还设置了按键控制模块，增加了人工控制功能，可以实现手动的强制充电和放电功能。
参考文献
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太阳能控制器范文第7篇
关键词:太阳能路灯 单片机 PWM 锂电池
中图分类号: 文献标识码:A文章编号:1007-9416(2010)03-0000-00
1 引言
太阳能是地球上最直接最普遍最清洁的可再生能源。随着能源问题的日益突出和太阳能光伏技术的发展进步,太阳能路灯的应用正受到日益广泛的重视。太阳能路灯主要由太阳能光电池组件、蓄电池、控制器和照明灯具组成。其中控制器是太阳能路灯的核心部分,主要负责蓄电池的充放电控制。本文设计了一种基于单片机的太阳能路灯控制器。
2 锂蓄电池
路灯蓄电池选用锂离子电池。锂电池具有重量轻、容量大、无记忆效应等优点,因而得到了普遍应用。锂电池的能量密度很高,它的容量是同重量的镍氢电池的1.5~2倍,而且具有很低的自放电率。此外,锂离子电池几乎没有“记忆效应”以及不含有毒物质等优点也是它广泛应用的重要原因。但对于锂电池的充电过程,要求是比较严格的。
锂电池的充电曲线如下图1。
锂电池的充电过程:1.如果开始充电时,电池电量很低(例如低于13V),那么必须用小电流(大概为0.24A)开始充电,即涓流充电。如果电压高于13V就不必进行这个步骤。2.当电池电压大于13V可以开始大电流充电,恒流充电。随着充电的进行,电池电压逐渐升高。3. 当电池电压达到或接近充满电压(如16.8V左右)时,则要开始转入恒压充电;当电流减少到大概0.25A左右,则停止充电。由此可见,对于锂电池充电过程的控制,电压电流的检测是非常关键的。
2.1 电压的检测
利用一个电位器把电池的电压降低,输进模数转换器(如ADC0809)的第一个通道中,然后通过单片机(如STC89C52)来计算电压。
2.2 电流的检测
检测比较大的直流电流的方法不多,这里采用一个小电阻R(0.05欧姆)来检测电流,小电阻两端的电压通过运放放大,经模数转换后输入单片机中,测得电压U0后除以放大倍数Auf 得到实际的电压U, 再根据欧姆定律(U=I*R)计算出电流I的大小。
用一个小电阻来检测电流存在的问题是:小电阻的阻值会发生变化。实际上绝对线性的电阻是不存在的。例如,绝大多数金属导体的电阻都随温度的升高而升高,当电流通过金属导体时,将电能转化为热能,使金属导体的温度升高,阻值就不是常数,而是随着电流或电压变化。本系统中检测出来的充电电流跟实际的充电电流不一样,但存在一个规律是:电流越大检测出来的电流跟实际电流的偏差就越大,它们成线性的关系。这是由于小电阻阻值随温度变化而造成的。以下是实验采集的单片机测得电流和实际电流的一些数据如表1所示。
这两组数存在着线性的关系,利用Matlab对第一列的数据进行处理,首先求出它的关系式,假设关系式为:
y1=a(1)*x+a(2);
使用Matlab求出系数a(1)和a(2):
a(1)= 0.0100a(2)= 0.2100 所以这组数据可以用关系式y1=0.01*x+0.21――――(1)来表示。采集的数据和线性拟合后的曲线如图2。
对第二列的数据进行处理,首先求出它的关系式,也假设关系式为:
y2=a(1)*x+a(2);
使用Matlab求出系数a(1)和a(2):
a(1)= 0.0147a(2)= 0.2109 所以这组数据可以用关系式y2=0.0147*x+0.2109――――(2)来表示。采集的数据和线性拟合后的曲线如图3。
结合关系式(1)和(2)便可得出两列数据的关系式y1=0.680272*(y2-0.2109)+0.21,其中y1表示实际的电流,y2表示单片机检测出来的电流,单片机检测出来的电流y2通过上式的转换后变成y1,便是实际的电流。
3 充放电控制电路及原理
3.1 充电控制
充放电控制电路如图4,本方案采用PWM脉冲调制控制保护技术,不仅能有效地保护蓄电池,防止过充电现象的发生,还能快速、平稳地为蓄电池充电。所谓PWM控制就是控制输出波形的占空比,周期并不改变,通过开关管的导通与闭合来控制充放电。锂电池的充电曲线图如图1,具体的控制电路如图4,蓄电池的电压低于13V时,单片机输出一个相应占空比的脉冲,控制三极管(Q1)通和断的时间,从而控制场效应管IRFZ44(Q3)的通和断,使到充电的电流为0.24A左右,此时处于预充状态。蓄电池的电压高于13V时,单片机输出一个高电平(相当
于PWM占空比为1),三极管(Q1)导通,场效应管IRFZ44(Q3)处于截断状态,此时太阳能电池板以最大的电流为蓄电池充电--恒流充电。当蓄电池电压接近或等于16.8V时,通过控制占空比,也使场效应管IRFZ44(Q3)实现通断控制,使充电状态处于恒压浮充状态。当电流小于一个值(0.24A)时,单片机就输出一个低电平,使场效应管IRFZ44(Q3)完全导通,停止给蓄电池充电。
3.2 放电照明部分的控制
照明灯亮和灭的控制原理如图4,当单片机控制照明灯的控制脚输出高电平(5V)的时候,三极管Q2就会导通,三极管Q2集电极E的电压变低(约为0V),此时加到场效应管(Q4)栅极的电压就会变低,场效应管就截止,流过照明灯的电流减少到0。相反,当单片机控制照明灯的控制脚输出低电平(0V)的时候,三极管Q2就会截止,三极管Q2集电极E的电压高,此时加到场效应管(Q4)栅极的电压也就高,场效应管就导通,流过照明灯的电流大,照明灯打开。
4 结语
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,发出各种控制信号,实现充放电控制,使充放电系统能稳定有效地运行,更好地保护了锂电池,延长了整个太阳能路灯系统的使用年限。因而,本文设计的太阳能路灯充放电控制器具有较高的实用价值,对太阳能路灯的推广起到了促进作用,是有益的尝试。
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太阳能控制器范文第8篇
关键词： 太阳能热水器； 模糊控制算法； 输出功率； DS18B20
中图分类号： TN95?34； TP29 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）05?0124?03
0 引 言
由于太阳能强弱随天气和季节变化，因而太阳能热水器需要辅助加热装置才能保证一年四季或全天候使用到热水。目前大多数产品的电辅助加热方式采用开关式或PID控制，但由于太阳能本身是一个时变的复杂非线性变量，太阳能热水器的集热和辅助加热过程无法精确地用数学模型描述，采用传统控制方式有时难以达到满意的效果。近年来发展起来的模糊控制是一种智能的非线性控制方法，在家用电器和其他嵌入式控制系统中取得了很好的控制效果。本文结合太阳能热水器的具体应用，设计了基于单片机的模糊智能控制器。
1 主要硬件设计
本系统以单片机STC89C52RC为控制器，采用DS18B20数字温度传感器测量水温，以DS12C887为系统提供高精度时钟，通过模糊控制算法得到控制量，通过PWM波控制过零继电器方法来控制加热棒的功率，从而控制水温。
1.1 单片机最小系统设计
实验系统采用8051内核的STC89C52RC单片机作为智能控制器。由于系统运算量不大，没有太多的中间数据需要处理、保存，因此不必外扩数据存储器，仅使用STC89C52RC内部RAM和E2PROM完全能够满足要求。STC89C52RC最小系统电路如图1所示。
1.2 温度控制执行器设计
该系统的水温控制执行部分是一个过零固态继电器和加热棒，继电器输入控制端为DC 3～32 V，输出端为AC 5 A/380 V/50～60 Hz，加热棒功率为500～1 000 W。通过控制单片机产生PWM波的占空比控制交流过零继电器的通断频率，从而实现对加热棒的功率控制。
1.3 温度测量部分设计
采用数字温度传感器DS18B20，其抗干扰能力强，并且不必要温度标定，使用单片机分时复用原理与传感器的单总线接口方式即可实现数据通信。DS18B20的硬件电路如图2所示。
1.4 时钟电路设计
为实现热水器24 h供应热水的目的，控制器必须有一个实时时钟来为系统提供准确的基准时间。本系统中采用DS12C887时钟芯片，该芯片采用CMOS技术，把时钟芯片所需的晶振和电池以及相关的电路集成到芯片内部，具有微功耗、接口简单、精度高，工作稳定可靠等优点。电路图如图3所示。
2 模糊控制器设计
2.1 模糊控制原理
模糊控制系统结构如图4所示。模糊控制器的输入、输出量都是精确的数值，而模糊控制器采用模糊语言变量和模糊逻辑推理，因此必须将输入变量变换成模糊语言变量，这个过程称为精确量的模糊化；然后进行模糊推理，形成控制策略；最后将控制策略转换为一个精确的控制变量值，即去模糊化，并对输出控制变量进行控制。
2.2 模糊控制器实现
本系统采用二维模糊控制器，以温度误差和误差的变化率作为模糊控制器的输入信号，模糊控制器输出控制量[U，]单片机再根据[U]值确定输出PWM波的占空比；时间设置值也作为控制器的输入信号，用于对占空比进行时间上的优化。
将模糊控制器的输入、输出变量的实际变化范围称为这些变量的基本论域。本系统中的误差[e、]误差的变化率[ec、]控制量[u]的基本论域分别为：[-2，+2]，[-0.2，+0.2]和[0，100%]。
3 结 语
经实验测试，本文所设计的控制算法和硬件电路能够满足设计要求，所构建的系统具有稳态误差小、过渡时间短、成本低、智能化程度高等特点，可作为太阳能热水器生产厂商的产品设计参考。本系统温度静态误差：[T≤]0.1 ℃；温度超调量：[T≤]0.3 ℃。
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太阳能控制器范文第9篇
【关键词】STM32F103ZET6 太阳能热水器智能控制
1 设计原理及分析
总系统框图如图1所示，根据设计要求，由单片机STM32F103ZET6作为整个系统的核心，由比较器LM339、双刀双掷继电器、单刀双掷继电器等为主构成的硬件电路部分为辅，完成按键控制、实时检测和显示、报警等功能，实现水箱中水温、水位的准确检测、显示及在40℃～70℃中任意温度精确设定等全部功能。
本系统由温度检测模块、水位检测模块、上水和加热控制模块和报警模块等组成。采用STM32F103ZET6单片机作为本课题的总控制器，经温度检测模块实现了对水温的实时检测。为了能完成按预定要求对水箱中的水位进行上水控制的功能，采用了5V电源电压经分压后，在水位不断上升过程中，与不同位置的导线经水与分压后的导线相连通后，由比较器输出阈值电压的方法实现。同时，当水位降到一级以下时，报警功能由单片机上给信号由蜂鸣器实现。
2 系统硬件设计
本课题硬件部分由温度检测模块、水位检测模块、上水和加热控制模块和报警模块组成。
2.1 温度检测模块
采用数字温度传感器DB18B20。DS18B20是常用的温度传感器，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。测温范围 -55℃～+125℃，在使用中不需要任何元件，只需给3.0V～5.5V之间的电源电压，与单片机共地之后，输出的直接为所测温度的数字量。测量方法为：DS18B20在出厂时以配置为12位，读取温度时共读取16位，前5个位为符号位，当前5位为1时，读取的温度为负数；当前5位为0时，读取的温度为正数。温度为正时读取方法为：将16进制数转换成10进制即可。缺点是检测的时间长。设计电路原理图如图3（b）所示。
2.2 水位检测模块
采用比较器LM339为核心元件的水位检测模块。电源电压5V经分压后，将四级水位放入水箱中，若水漫过同一高度的两条导线，水会导通两根导线令比较器LM339工作，点亮对应的LED。优点为性价比高，压摆率高，速度更快，输出更稳定。设计电路图如图3（b）所示。
2.3 上水和加热控制模块
采用双刀双掷继电器和单刀双掷继电器为主控制器。当水位到达一级时，S2常开触点闭合，由于此时水位还没到四级，所以S1、S3常闭触点仍然闭合，所以LED1亮表示进水中。当水位到达四级时，B4收到比较器传来的信号，S1常闭触点断开，停止进水，LED1熄灭。当需要用水时，开关S6点闭合，出水信号给单片机，激活报警功能，S3常开触点闭合，S4常闭触点断开，LED2亮表示出水中，若此时温度低于40℃，单片机给S5信号，使S5常开触点闭合，当不出水时，S4常闭触点闭合，LED3亮表示开始加热。
2.4 报警模块
采用蜂鸣器作为报警模块的示警器。原理同方案一，但优于方案一的是，本课题中所使用的LED灯已经达到7个，若再加一个难免会混乱。蜂鸣器电路简单，使用的是声音报警，更能拉取人的注意力，相比方案一，实用效果更佳。设计电路图如图3（b）所示。
3 系统软件设计分析
3.1 系统总体工作流程
本设计主程序设计流程图图2所示。主程序采用单片机STM32F103ZE初始化后，可以于LCD屏上显示预如置水温、实际水温及水位等信息。若在出水情况下检测到低于二级水位，则声音报警。若在不出水的情况下，水箱的水的温度低于40℃，则令加热指示灯亮，若出水时水箱中水的温度低于40℃，则在停止出水之前都不加热。同时，在加入不同温度的水的过程中，LCD屏上可以一直实时显示水温、水位信息。
另，软件部分发挥功能添加了安卓手机的app远程控制监测功能，可以实时监测水温和水位，增加了本课题的实用性。
4 结论
本系统总体包括硬件部分和软件部分，采用以单片机STM32F103ZET6和四部分模块硬件电路为主体的思路完成了全部设计。
硬件电路主要包括了制作温度检测模块、水位检测模块、上水和加热控制模块和报警模块，软件部分包括了中断、AD采样、按键控制和液晶屏显示等功能。
调试过程中出现的问题有，接插件接反、芯片未能插牢造成芯片没有输出、软硬件联调以后出现的显示错乱以及总体结构的架设和搭建等。经过后期的耐心调试，以上问题均已解决。
本设计的不足之处在于使用的水箱是塑料外壳、纸质支架。塑料外壳不耐高温，70℃的温度已经是极限，能导致水箱有些变形。而纸质支架支撑水量不大的本课题设计绰绰有余，但是如果水箱中水量多了能支撑的时间也不长，而且放水时若被水泡了，支撑效果大打折扣。如果时间和资金允许，我们会采用玻璃或者其他耐高温材质的材料来充当水箱，采用塑料或者金属支架来作为支撑。
本设计可以改进的地方在于可以将开关控制的加热控制变为由交流调压控制的加热控制，使用数字增量式PID算法减少设定温度的误差，增加了加热控制的可调性、稳定性和实用性。
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太阳能控制器范文第10篇
关键词：太阳能热水器控制器；MSP430F149单片机；水位温控检测系统
1 概述
这些年人类无止境的使用能源，使得能源问题越来越严重，从而想利用其它资源来代替这些不可再生资源。
由于太阳能是人类接触最多的能源，而且在人类认知范围内几乎是取之不尽用之不竭的。所以太阳能的利用必将是未来的一个趋势，也是主要可循环利用的能源之一。本次设计就是利用太阳能来控制水箱里水的温度，从而给人们带来便利和减少环境污染，保护地球。
2 太阳能热水器控制器系统硬件设计方案
本设计主要是以微处理器MSP430为核心，选择温度传感器和水位传感器作为单片机信号的采集来源，温度传感器采用的是数字式不锈钢的DS18B20温度探头。水位检测选择水位检测模块，将检测到的模拟信号通过捕获之后送入单片机进行处理。通过液晶12864来时时显示温度和水位。全部计划需要经过几个部分的设计来完成：（1）DS18B20温度采集电路的设计；（2）液晶12864电路的
设计；（3）经由电磁阀控制太阳能的温度和水位电路设计；（4）经由按键设置温度初始值和水位初始值的电路设计；从设计需求可以看出，本设计需要做的主要工作有：查阅相关资料，了解各部分功能原理。查阅元器件的数据手册，把握器件工作原理和硬件实现方法。通过手册对各个模块进行程序编写，达到系统的要求。
太阳能热水器控制器下位机设计框图如图1所示。
3 太阳能热水器控制器系统软件设计方案
本次设计主要采用C语言编写程序，根据各个模块功能的需求进行逐步编辑（如温度检测模块、液晶显示模块、水位检测模块等），此次编写程序的软件选用IAR for msp430软件、仿真选用的是PROTEUS软件、原理图和PCB绘制选用的是Altium designer软件。
按照以上这些要求，太阳能控制器在软件设计方面主要采用模块化设计思想，主要由MCU时钟初始化、串口初始化、温度检测初始化、水位检测初始化、液晶初始化、键盘扫描程序设计、定时器中断程序、液晶显示程序、继电器控制程序等部分组成。太阳能热水器控制器的系统主程序流程图如图2所示。
对于水箱里的温度和水位的设定，在启动控制器时要通过按键来设置完成。在设定温度和水位的值之后，就将设定的值存入AT24C02的E2PROM中进行保存，方便下次开机时或者停电重新启动时进行读取上次设定值。这样做有两大优点：一是系统在启动时没设定温度值和水位值，就从存储器中读取上一次的值，从而解决了启动都要从重新设定温度值和水位值的问题。二是增强了控制器的适应能力，在突然掉电之后来电还是能够恢复正常读取出温度的值和水位的值，不需要重新设定。
4 结束语
实验表明MSP430F149单片机实现的家用太阳能热水器控制器，具有体积小、结构简单、功耗低、处理速度快等优点，可以实现自动上水、低水位报警、记录用户使用习惯。
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