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基于PIC单片机的太阳能发电系统设计 摘 要：本文设计了一种太阳能自动充电、故障自动判断的远程实时监测系统。控制器采用PICHV785单片机作为核心部件，能够自动判断出蓄电池电量、太阳能电池板运行情况、负载状态，并且能够通过上位机查看各个电池组件的状态，为整个系统的稳定、安全运行提供判断。 关键词：太阳能发电；太阳能控制器；自动充放电 ；远程监视 中图分类号： TH86 文献标识码：B 1、引言 我国大部分地区太阳能资源丰富，随着太阳能发电技术逐渐成熟，对于没有大电网地区或者偏远地区用电成为可能，但是随着用电要求的提高，对电能质量、发电情况要进行监视，以满足实时的用电需求。 针对实际中产生的问题，本文设计了一套针对太阳能供电系统，能够实时远程、本地显示系统的状态，为大规模应用太阳能发电和应用提供参考。 2、监测系统总体设计 该系统一共分为以下几个部分：太阳能电池板、控制器、蓄电池、耗电负载、监控计算机。总体结构图如下图： 图1 系统结构图 每个控制器通过串口与控制中心进行通信，将每组蓄电池电压、电池板供电情况发送到监控中心，并且能够实时显示。对每组负载、蓄电池、太阳能电池板进行对比，判断每组每个部件的故障情况。 每个单元系统的蓄电池、太阳能电池板、负载与控制器连接，通过控制器电路控制充电、负载供电，同时蓄电池作为控制器的供电电源，因此太阳能电池板与蓄电池正确连接才能保证该系统的稳定工作。 图2 单组子系统结构图 3、系统各部件设计 3.1控制器设计 太阳能控制器作为太阳能发电系统的核心部件，主要包括充放电主电路、PICHV785芯片、功能选择电路、模式显示电路、通讯模块。 控制器采用PIC 微处理器和高精度A/D模数转换器，是一个微机数据采集和监测控制系统，可以快速实时采集太阳能电池板、蓄电池、以及负载当前的工作状态。并且能够通过RS232与上位机进行通讯。 其硬件结构图： 图3 控制器硬件结构图 PICHV785单片机端口配置如表1： 表1 单片机引脚功能分配表 序号 引脚号 功能 1 3,7,8脚 L1，L2，L3指示灯 2 9脚 电源指示 3 13脚 模式扫描 4 14脚 太阳能电池电压检测 5 15脚 负载控制 6 16脚 蓄电池电压检测 7 17脚 负载指示 8 19脚 蓄电池电压检测 当控制器正常运行时，L1指示灯显示，当蓄电池通过电池板充电时，L2指示灯闪烁，当负载正常运行时L3指示灯正常，否则闪烁。 表2 控制器指示灯功能 L1 绿灯：直充 黄灯：浮充 红灯：恒充 L2 绿灯亮：电量高 红色亮：电量低 L3 红灯亮：输出正常 红灯灭：输出关闭 为了满足不同情况的使用要求，该控制器设置了3种模式，根据实际情况可以进行模式选择，其详细内容如下表： 表3 控制器模式设置 显示 模式 运行模式 1 纯充电模式 控制器只有充电功能，放电输出永久关闭。 2 光控模式 黑天打开负载，天亮关闭负载 3 负载模式 负载24小时打开 3.2控制器软件的设计 根据系统功能要求，控制器软件的设计思路：对太阳能电池板的电压检测和蓄电池端口电压检测和负载连接情况扫描。对是否可以充电进行判断，进入充电控制子程序。最后再次检测蓄电池的端口电压，进入放电控制子程序控制蓄电池对负载的放电强度。如图所示： 图4 软件控制程序流程图 图5充电子程序流程 图6 放电子程序流程 4、蓄电池的选择 蓄电池是用来储存太阳能电池板的电能储存起来，在晚间或阴天气被负载所使用，其中电池的容量应该满足在没有日照时间短用户所要求的供电量。 蓄电池:系统采用NP4.5-12铅酸蓄电池。工作电压范围为12 V，标称容量为4.5AH/20HR。 5、太阳能电池板的选择 太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分。电池板参数为：单块多晶硅电池板功率10W、输出电压17.8 V。 图7 蓄电池 根据蓄电池容量可得，单块太阳能电池板额定输出时充电时间为7.5小时，采用2块电池板同时充电的时间为3.75小时。 图8 太阳能电池板 结论 经过实际测试，每个组件能够对电池板不发电故障、负载短路等问题及时报警，每种模式能够实现手动切换，满足不同情况的工作要求，监控系统能够实时反映各个组件状态，完全满足设计要求。 参考文献： [1]PIC16F785/HV785数据手册［M］. [2]谭浩强. C语言程序设计［M］.北京：清华大学出版社，2000. [3]华成英,童诗白.模拟电子技术基础［M］.北京：高等教育出版社，2006. [4]成凤敏.太阳能能量控制器的研究与设计[J].自动化仪表,2015,36(5)