基于微控制器的太陽(yáng)能充電器的電路和工作原理

“基于微控制器的太陽(yáng)能充電器”項(xiàng)目非常受歡迎，每個(gè)人都知道它。在這里，我們將討論該項(xiàng)目的施工細(xì)節(jié)和適用領(lǐng)域。

由于過(guò)度的不可再生能源消耗，我們?nèi)祟惷媾R著許多困難?？稍偕茉幢徽J(rèn)為是我們擺脫這種局面的唯一希望。太陽(yáng)能就是其中之一，因其易于獲得、有效成本和可靠性而遍布各地。“基于微控制器的太陽(yáng)能充電器”項(xiàng)目是展示我們周圍資源的輕松利用并從中獲取盡可能多的好處的最好例子。

最近的照明系統(tǒng)，包括太陽(yáng)能燈、家庭照明系統(tǒng)、路燈、庭院燈、熱水器和太陽(yáng)能電池組，都由太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)電力。如果你正在考慮如何將這種自然形式的能量轉(zhuǎn)化為這些設(shè)備的動(dòng)力，那么讓我告訴你。該變換系統(tǒng)僅包括四個(gè)主要組件：太陽(yáng)能光伏
（PV） 組件、可充電電池、太陽(yáng)能充電控制器和負(fù)載。

在這里，光伏組件捕獲光線，可充電電池充當(dāng)能量倉(cāng)庫(kù)，負(fù)載包括要供電的設(shè)備。太陽(yáng)能充電控制器考慮到根據(jù)可充電電池的容量在電池中存儲(chǔ)足夠的電荷這一事實(shí)。因此，它在整個(gè)系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，成為太陽(yáng)能電池板、電池和負(fù)載之間的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

通用組件 LCD 描繪了系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)。

基于微控制器的太陽(yáng)能充電器的電路和工作原理

“基于微控制器的太陽(yáng)能充電器”項(xiàng)目是圍繞PIC16F877A（IC1）微控制器作為主要組件制造的。除此之外，該項(xiàng)目還采用了調(diào)節(jié)器7805（IC2）和一些分立元件。基于微控制器的太陽(yáng)能充電器的整個(gè)電路布局如圖1所示。

談?wù)?a target="_blank">中心組件;PIC16F877A，它為業(yè)余愛(ài)好和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了理想的解決方案，同時(shí)證明了自己值得普及和強(qiáng)大。該IC采用哈佛架構(gòu)。充電控制操作由該組件通過(guò)太陽(yáng)能電池板執(zhí)行。

關(guān)于核心組件的迷人事實(shí);8 位微控制器功耗低，但性能最佳。8kB 閃存、256 字節(jié) EEPROM、368 字節(jié) RAM、33 個(gè)輸入/輸出
（I/O） 引腳、10 位 8 通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC） 和 3
個(gè)定時(shí)器等多種特性使該器件更具吸引力。為確?？煽啃?，它還具有片上R-C振蕩器，在同步I2C接口中至關(guān)重要。簡(jiǎn)單指令的數(shù)量，這個(gè)設(shè)備可以處理是35。這些指令大多是單周期的，分支有雙周期指令。

對(duì)于帶微控制器的 LCD 接口，LCD 模塊的數(shù)據(jù)引腳 D0-D7 與微控制器的端口引腳 RB0-RB7 連接。同樣，LCD 的
RS（寄存器選擇）、R/W（讀/寫(xiě)）和 E（使能）連接到端口引腳 RD1、RD2 和 RD3。對(duì)于對(duì)比度控制，使用預(yù)設(shè)的
VR3。為了執(zhí)行手動(dòng)復(fù)位操作，開(kāi)關(guān)SW1包含在電路中。微控制器所需的基本時(shí)鐘頻率由一個(gè) 4MHz 晶振和兩個(gè) 33pF 電容組合提供。

微控制器的三個(gè)特定引腳監(jiān)控參數(shù)狀態(tài)。這些端口引腳 RA0、RA1 和 RA2
收集所需的輸入，以分別連續(xù)檢查電池電壓、充電電流和太陽(yáng)能電池板電壓。因此，根據(jù)收集到的信息，對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行控制，并在LCD模塊上顯示有意義的信息。一旦端口引腳
RA3 變?yōu)楦唠娖?，太?yáng)能電池板和電池之間的連接就會(huì)建立，然后晶體管 T1 變得飽和并且繼電器 RL1 通電。

微控制器和 LCD 模塊的 +5 V 穩(wěn)壓電源由穩(wěn)壓器 7805 提供。根據(jù)電壓，充電過(guò)程可以通過(guò)兩種不同的方式進(jìn)行——升壓和涓流。12V
是確定電池是在升壓模式還是涓流模式下充電的定義參數(shù)。對(duì)于低于 12V
的電壓，充電在升壓模式下完成，對(duì)于更高的電壓，則激活涓流模式。在涓流模式下，電池以放電速率充電。

“基于微控制器的太陽(yáng)能充電器”項(xiàng)目還提供了有關(guān)太陽(yáng)能電池板收集的能量限制的必要信息。這些信息被用來(lái)估算可以從太陽(yáng)本身提取的確切能量。

基于微控制器的太陽(yáng)能充電器的構(gòu)建和測(cè)試

圖2和圖3分別給出了基于PIC16F877A微控制器的太陽(yáng)能充電器的精確單面PCB布局及其完整的組件布局。強(qiáng)烈建議在PCB上執(zhí)行組裝過(guò)程，以在一定程度上避免時(shí)間和組裝錯(cuò)誤。但是，在組裝組件時(shí)必須格外小心，并且必須仔細(xì)檢查忽略的錯(cuò)誤。為了消除組裝過(guò)程中對(duì)
IC 的可能損壞，使用了 IC 基座。為確保安全，在放置IC之前，在測(cè)試點(diǎn)TP1處檢查電源電壓（5V），如圖所示。

圖 2：基于微控制器的太陽(yáng)能充電器的焊邊 PCB

圖3：基于微控制器的太陽(yáng)能充電器的組件側(cè)PCB

為了避免進(jìn)一步的復(fù)雜化，在實(shí)施電路之前，系統(tǒng)會(huì)針對(duì)電池和太陽(yáng)能電壓進(jìn)行校準(zhǔn)。而且，這是通過(guò)以下方式完成的：-

電池電壓 |基于微控制器的太陽(yáng)能充電器

斷開(kāi)項(xiàng)目中使用的電池。然后在 IC2 （7805） 的輸入點(diǎn)接地處施加 20V。在 IC1 （PIC16F877） 的引腳 2
處，使用萬(wàn)用表檢查電壓值。之后，通過(guò)改變預(yù)設(shè)的 VR1 以獲得 5V 來(lái)對(duì)電路進(jìn)行必要的調(diào)整。同樣，在 IC1 （PIC16F877） 的引腳 4
處進(jìn)行電壓測(cè)試，以確保該點(diǎn)的電壓為 5V。當(dāng)電池連接回系統(tǒng)時(shí)，IC1 （PIC16F877） 引腳 2 處的電壓值必須約為 3V。

太陽(yáng)能電壓 |基于微控制器的太陽(yáng)能充電器

沒(méi)收電路中的太陽(yáng)能電池板。將 12V 電池連接到與地面相關(guān)的太陽(yáng)能正極端子上，然后監(jiān)控 IC1 （PIC16F877） 引腳 4
處的電壓電平?，F(xiàn)在，預(yù)設(shè)的 VR2 被調(diào)整為獲得 3V。在 IC1 （PIC16F877） 的引腳 7 處，我們可以檢查繼電器 RL1 是否使能。

在完成所有這些校準(zhǔn)步驟后，“基于微控制器的太陽(yáng)能充電器”電路就可以植入了。該電路產(chǎn)生太陽(yáng)能，該值以每秒瓦特為單位計(jì)算并顯示在 LCD
上。為了獲得以瓦特秒為單位的能量，功率是積分的。

LCD的信息列表，按照下面給出的順序：

電池電壓（毫伏）

2.電池電流（毫安）

3.能量（瓦特秒）

4.功率（瓦）

5.太陽(yáng)能電池板電壓（毫伏）

6.充電器模式：升壓或涓流

基于微控制器的太陽(yáng)能充電器軟件代碼

程序代碼編寫(xiě)簡(jiǎn)單;基本語(yǔ)言，因此易于理解。Oshonsoft 的 PIC Simulator IDE 用于編譯項(xiàng)目代碼。IDE
是一個(gè)簡(jiǎn)單的軟件，它提供了一種使用基本命令對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行編程的簡(jiǎn)單方法，然后在編譯后生成相應(yīng)的十六進(jìn)制代碼。另一種稱為程序刻錄機(jī)或編程器的設(shè)備用于刻錄/加載，因此生成的十六進(jìn)制代碼被放入微控制器中。

電路“基于微控制器的太陽(yáng)能充電器”首先檢測(cè)太陽(yáng)能電池板上的電壓，如果電壓超過(guò) 12.6 伏，則遵循流程圖上的下一條指令。而且，如果電壓讀數(shù)低于
12.6 伏，則一條信息;LCD 模塊上顯示“低太陽(yáng)能伏特”，除非電壓大于定義的電壓，即 12.6V，否則它會(huì)重復(fù)。

在第二階段，監(jiān)控電池電壓，并根據(jù)結(jié)果監(jiān)控充電模式;決定提升或涓流模式。如前所述，對(duì)于超過(guò) 12V 的電池電壓，激活涓流模式，對(duì)于低于 12V
的電池，觸發(fā)升壓模式。在凌晨，還會(huì)讀取EEPROM的瓦時(shí)讀數(shù)，該讀數(shù)提供了從太陽(yáng)獲得的功率的近似值。

“基于微控制器的太陽(yáng)能充電器”項(xiàng)目包括一個(gè)計(jì)時(shí)器，每 65.56 毫秒生成一次中斷。在 ISR（中斷服務(wù)例程）中，15第計(jì)數(shù)是指每 65.56×15
=983.4 毫秒計(jì)算系統(tǒng)的功率和能量，即大約 1
秒。吸收的功率每秒積分一次，以獲得以瓦特秒為單位的能量。這些瓦時(shí)讀數(shù)直接存儲(chǔ)在微控制器的EEPROM中，以避免在斷電期間丟失數(shù)據(jù)。同樣，這可能導(dǎo)致 EEPROM
中的覆蓋。為了解決這個(gè)問(wèn)題，每 30 分鐘按編程方式寫(xiě)入 EEPROM。

基于微控制器的太陽(yáng)能充電器的PAETS列表

電阻器（全部 1/4 瓦，± 5% 碳）

R1= 10 KΩ

R2= 5 Ω，5W

R3= 1.2 KΩ

R4= 47 ?

虛擬現(xiàn)實(shí)1– 虛擬現(xiàn)實(shí)3= 10 KΩ 預(yù)設(shè)

電容器

C1= 0.1 μF（陶瓷盤）

C2、C3= 33 pF （陶瓷盤）

半導(dǎo)體

集成電路1= PIC16F877A（微控制器）

集成電路2= 7805（5V系列線性穩(wěn)壓器）

T1= BC548（通用NPN雙極結(jié)型晶體管）

D1、D2= 1N4007 （整流二極管）

雜項(xiàng)

西 南部1= 一鍵式輕觸開(kāi)關(guān)

RL系列1= 12V，單轉(zhuǎn)換繼電器

XTAL1型= 4 MHz晶振

液晶顯示器1= 16 個(gè)字符*2 行 LCD 模塊

巴特1= 12V鉛酸電池

太陽(yáng)能電池板