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基于PIC16F877A的太阳能与市电互补照明系统控制器的设计

作者:时间:2010-04-12来源:网络收藏
利用是人类开发利用的一个主要用途,然而,由于辐射的不连续性和间歇性,以及目前单纯太阳能的投资和成本较高、部分技术不够成熟等原因,太阳能经常出现在连续阴雨天时,由于蓄电池电压不足而导致负载不能点亮的情况。将太阳能与市电组成双电源供电照明,不仅可以有效解决太阳能利用不稳定的问题,还可以适当减小太阳能电池和蓄电池的容量,降低开发利用太阳能技术的成本,同时满足系统的可靠性和经济性要求[1-2]。
1 的主要功能及组成
 本文所供街道和住宅小区夜间利用太阳能和市电照明系统使用,根据照明实际状况,具有如下功能:
 (1)支持12 V直流系统工作电压;
 (2)支持最大至4 A的充放电电流;
 (3)支持直流、脉冲两种充电方式;
 (4)具有深夜使半导体照明灯具亮度减半的功能;
 (5)蓄电池电量不足时,自动切换到市电电源供电;
 (6)能检测太阳能电池的电压,自动转换工作模式;
 (7)能检测蓄电池的电压,对蓄电池的充、放电过程进行控制;
 (8) 具有防反充电保护、过充电保护、过放电保护和负载短路保护功能;
 (9)具有电子时钟和计时功能。
 图1所示为以为核心的控制器外围电路示意图[3]。主要由PIC单片机(内部含A/D)、时钟电路、电压采样电路、开关驱动电路、时钟控制和数码管显示电路组成。单片机是控制器的核心,外围电路包括开关控制电路(C1~C3)、数码管显示及驱动(A~G/Dig_EN1~Dig_EN6)电路、工作状态显示等。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/163153.htm

2 主要电路及器件选型
2.1

单片机是控制器的核心,系统工作时需要采集太阳能电池和蓄电池的电压。太阳能电池的输出电压受温度和太阳辐射强度等外界因素影响较大,这就要求系统的实时性比较高,即要求系统的响应速度快。故设计中选用了内部含有A/D模块、具有14位指令宽度的中档PIC单片机16F877A,属PIC中级产品,在保持低价格的前提下具有很高的性能。
 本文设计的控制器主要用到PIC16F877A的如下一些资源:
(1)16 KB的系统内可编程Flash,1 KB片内SRAM,10 000次擦写寿命。程序存储空间足够大,不需要额外扩展存储器;10 000次的擦写寿命方便进行程序调试;
 (2) 2个具有独立预分频器和比较器功能的8位定时器/计数器。用于按键去抖和计时;
 (3) 1个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/计数器。用作调节PWM控制信号的占空比,控制充电开关;
 (4) 8路10位ADC。使用其中的2路ADC通道分别对太阳能电池工作电压、蓄电池工作电压采样;
 (5) 使用2个中断源,外部中断和定时器中断,分别用于计时和按键;
 (6) 可编程I/O口。部分I/O口使用其第二功能,其他用于控制器系统功能扩展。
2.2 电压采样电路
 控制器需要采集2路电压信号,分别是太阳能电池输出电压和蓄电池端电压,这两路信号均为变化的直流模拟信号,采样信号应能如实地反映检测量。设计中利用精度为0.1%的精密电阻组成简单的分压电阻网络来实现,并在分压电阻网络的输出端并联漏电流很小的精密电容和电感进行 滤波,以减小电流泄漏对测量精度的影响[4]。采样电路如图2所示。

2.3 控制开关驱动电路
控制器的主要控制对象是3个控制开关C1~C3。分别是蓄电池的充电开关、蓄电池放电(供电)开关和市电供电开关。开关的状态由单片机根据系统的工作状态进行控制:白天太阳能电池向蓄电池充电,开关C1闭合,太阳能电池将太阳能转换为电能,储存在蓄电池中,当蓄电池电压出现过充时,控制器断开充电开关C1;晚上主要由蓄电池向负载供电,开关C2闭合,当蓄电池电压不足(欠压)时,蓄电池供电开关C2断开,控制器自动切换为市电给负载供电(C3闭合)。图3、图4和图5分别为蓄电池充电、放电和市电供电时开关的驱动电路。

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