基于ATmega16单片机的电能收集充电器设计

摘要：本文以离网型风力发电装置为研究对象，选择了以Atmel公司生产的ATmega16单片机为核心，采用MC34063开关型电源芯片作为主要变能器件，根据风机产生的输入电压，通过单片机产生合适的控制信号，控制DC-DC变换器工作，实现对蓄电池的有效充电。该研究对实际应用具有一定的参考价值。
关键词：ATmega16；MC34063；电能收集器；直流斩波电路

离网运行方式的风力发电机组，是我国远离电网的边远偏僻农村、牧区、海岛和特殊处所发展风力发电进而来解决其基本用电问题的主要运行方式。由于离网型风力发电系统基本上都建在人烟稀少的地区，因此尽可能的减少维护次数，增加元器件的使用周期就是整个项目需要达到重要指标。蓄电池的最佳充电方式是阶段式充电法，然而由于风能的随机性以及不确定性，使得其对于蓄电池的充电方式异常复杂。鉴于阶段式充电方式在离网型风力发电系统中难以控制，而恒流充电方式不能在短时间内为蓄电池充足电能，故本项目选取了控制方式最为简单，初期充电速度最快的恒压充电方式，收集电能。在电能收集器的系统中，依据电路实现的主要功能，电路可分为两大部分：主电路以及控制电路。主电路部分采用MC34063开关型电源芯片，连接成升压及降压电路，分别对不同的输入电压采取不同的处理方式，最终输出纹波小、性能高的电压。控制电路部分采用Atmel公司生产的ATmega16低功耗单片机，相较于C51系列的单片机，本系统更加节能、控制速度更快、外围元器件更少。实验证明，本设计已经实现了一台性能稳定、具有参考价值的电能收集充电器。

1 硬件设计
电能收集器系统的两大部分功能：主电路的功能是实现电能的变换，也就是将输入的不稳定的电能转换为以恒压方式输出的电能；控制电路的主要功能则是监测系统状态、控制主电路通路、显示系统参数等。良好的硬件电路设计是整个项目必不可少的一部分。电能收集器模块图如图1所示。

1．1 电压采样电路
本设计预期风机的输入电压为0～40 V，由于实验室直流源的输入电压值仅为0～32 V，故测量的参数仅仅只是预期值的一个子集。由于控制电路采用5 V直流供电，因此ATmega16的A／D采样范围就是0～5 V，为了能测量40 V的最大值，需要将风机的输入电压值经过一定比例的缩小后，再交由单片机处理。