專利名稱：一種新型的太陽能控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及控制設(shè)備，特別是一種新型的太陽能控制器。
二背景技術(shù)：
隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染的加深，太陽能的研究和利用受到廣泛的關(guān)注。太陽能 是豐富的可再生能源，也是清潔能源，不產(chǎn)生任何的環(huán)境污染，人類在太陽能的有效利用 中，太陽能充電是近些年發(fā)展最快，最具活力的研究領(lǐng)域，是其中最受矚目的項(xiàng)目之一。太 陽能電池發(fā)電是基于“光生伏打效應(yīng)”原理，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，利用充電效應(yīng)將太陽輻 射直接轉(zhuǎn)化為電能。它具有長期性、清潔性和靈活性大的優(yōu)點(diǎn)，是其他能源無法比擬的。太陽能控制器是太陽能發(fā)電系統(tǒng)的重要設(shè)備，其性能的好壞直接影響太陽能發(fā)電 系統(tǒng)的使用效果。目前常規(guī)的控制器主要采用模擬電路，往往存在以下一些不足1.功能單 一，難以實(shí)現(xiàn)全面的保護(hù)2.保護(hù)點(diǎn)參數(shù)較難改變3很難實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償，難以達(dá)到最佳工作 效果4.不適宜批量生產(chǎn)等。因此，其改進(jìn)和創(chuàng)新是需要認(rèn)真解決的問題。
三
實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)上述情況，本實(shí)用新型之目的就是提供一種新型的太陽能控制器，可有效解 決太陽能發(fā)電系統(tǒng)的控制，保證使用效果的問題，其解決的技術(shù)方案是，包括機(jī)箱和機(jī)箱內(nèi) 的控制電路，機(jī)箱是箱體前面上部有IXD顯示屏，IXD顯示屏下面左右有鍵盤和報(bào)警器，機(jī) 箱的頂部有直線排列的太陽能電池接口、蓄電池接口、負(fù)載接口和串口，控制電路是由微處 理器和與微處理器相聯(lián)的驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，微處理器經(jīng)串口分別與溫度傳感器、報(bào)警器、LCD 顯示屏、鍵盤相連，微處理器通過接口經(jīng)蓄電池接口同蓄電池相連，并通過接口經(jīng)太陽能電 池接口接太陽能電池，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，新穎獨(dú)特，使用方便，性能穩(wěn)定，效果好，不僅 提高了太陽電池的工效效率，同時(shí)也保護(hù)了所使用的蓄電池，在利用綠色能源方面具有良 好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
四
圖1為本實(shí)用新型的機(jī)箱立體結(jié)構(gòu)圖。圖2為本實(shí)用新型的控制電路圖。
五具體實(shí)施方式
由圖1、2所示，本實(shí)用新型包括機(jī)箱和機(jī)箱內(nèi)的控制電路，機(jī)箱是箱體1前面上部 有IXD顯示屏4，IXD顯示屏4下面左右有鍵盤5和報(bào)警器6，機(jī)箱的頂部有直線排列的太 陽能電池接口 8、蓄電池接口 2、負(fù)載接口 3和串口 7，控制電路是由微處理器和與微處理器 相聯(lián)的驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，微處理器經(jīng)串口分別與溫度傳感器、報(bào)警器、LCD顯示屏、鍵盤相連， 微處理器通過接口經(jīng)蓄電池接口 2同蓄電池相連，并通過接口經(jīng)太陽能電池接口 8接太陽 能電池。[0008]為了保證使用效果，由圖2給出，本實(shí)用新型的控制電路具體結(jié)構(gòu)是，微處理器 IC (AVR mega32型)經(jīng)串口 I/O分別接溫度傳感器、報(bào)警器6、IXD顯示屏4、鍵盤5，微處理 器IC的A/D腳經(jīng)接口同蓄電池和太陽能電池板電源輸出端相連(太陽能電池板圖中未給 出)，微處理器IC的PWM1、PWM2腳上分別接有第一驅(qū)動(dòng)電路和第二驅(qū)動(dòng)電路；所說的第一 驅(qū)動(dòng)電路是三極管Q2的基極經(jīng)電阻R2接微處理器IC的PWMl腳，三極管Q2的發(fā)射極接 地，三極管Q2的集電極接電阻R1、場效應(yīng)開關(guān)晶體三極管Q1，并經(jīng)電阻Rl接太陽能電源輸 入端A2，場效應(yīng)開關(guān)晶體三極管Ql另兩端上并聯(lián)有二極管D1，并分別同太陽能電源輸入端 A2、二極管VD2的正極、電容C2、蓄電池的B2端、電阻R3及場效應(yīng)開關(guān)晶體三極管Q3和二 極管D3相連；所說的第二驅(qū)動(dòng)電路是，三極管Q4的基極經(jīng)電阻R4接微處理器IC的PWM2 腳，三極管Q4的發(fā)射極接地，三極管Q4的集電極接電阻R3的另一端和場效應(yīng)開關(guān)晶體三 極管Q3，三極管Q3的另兩極上并接有二極管D3，二極管D3及場效應(yīng)開關(guān)晶體三極管Q3的 輸出端Vout經(jīng)箱體上部的負(fù)載接口 3接負(fù)載；所說的蓄電池A、B兩端經(jīng)導(dǎo)線并接有電容 C1、C2、二極管D2，二極管D2及電容C2端的一導(dǎo)線上串接有電感L ；所說的IXD顯示屏后部 有LCD背光燈；太陽能電源輸入端A2與微處理器IC的PWMl腳間裝有太陽能電池電壓檢測 器；蓄電池與微處理器IC的PWM2腳間裝有電池電壓檢測器。由上述結(jié)構(gòu)可以看出，本實(shí)用新型的控制電路是以AVR mega 32為控制核心，外圍 電路主要由蓄電池電壓及環(huán)境溫度檢測與充放電控制電路、電池板電壓檢測、負(fù)載電流檢 測與輸出控制電路、狀態(tài)顯示電路、串口數(shù)據(jù)上傳和鍵盤輸入電路構(gòu)成。電壓檢測電路用于識(shí)別光照的強(qiáng)度和獲取蓄電池端電壓。溫度檢測電路用于蓄電 池充電溫度補(bǔ)償。該系統(tǒng)采用PWM方式驅(qū)動(dòng)充電電路，控制蓄電池的最優(yōu)充放電。負(fù)載電流 檢測電路用于過流保護(hù)及負(fù)載功率檢測。狀態(tài)顯示電路用于系統(tǒng)狀態(tài)的顯示，包括電壓、負(fù) 載狀況及充放電狀態(tài)的顯示。串行口上傳數(shù)據(jù)電路用于系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的上傳，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān) 控。鍵盤輸入電路用于充電模式設(shè)定及IXD背光開啟。該控制器在有陽光時(shí)接通電池板， 向蓄電池充電；當(dāng)夜晚或陰天陽光不足時(shí)，蓄電池放電，以保證負(fù)載不停電 AVR微處理器是Atmel公司的8位嵌入式RISC處理器，具有高性能、高保密性、低 功耗等優(yōu)點(diǎn)。程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可獨(dú)立訪問的哈佛結(jié)構(gòu)，代碼執(zhí)行效率高。系統(tǒng)采 用的mega 32處理器包含有32KB片內(nèi)可編程FLASH程序存儲(chǔ)器；1KB的E2PR0M和2KBRAM ； 同時(shí)片內(nèi)集成了看門狗；8路10位ADC ;3路可編程PWM輸出；具有在線系統(tǒng)編程功能，片內(nèi) 資源豐富，集成度高，使用方便。AVR mega 32可以很方便地實(shí)現(xiàn)外部輸入?yún)?shù)的設(shè)置，蓄電 池及負(fù)載的管理，工作狀態(tài)的指示等。由于蓄電池的充放電控制閥控密封鉛酸蓄電池具有蓄能大，安全和密封性能好， 壽命長，免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，所以在光伏系統(tǒng)中被大量使用。蓄電池充電過程一般有3個(gè)階段 初期電壓快速上升；中期電壓緩慢上升，延續(xù)時(shí)間較長；充電末期電壓開始上升；接近頂點(diǎn) 時(shí)，蓄電池中的水被電解，應(yīng)立即停止充電，防止損毀電池。所以對(duì)蓄電池充電，通常采用的 方法是在初期、中期快速充電，恢復(fù)蓄電池的容量；在充電末期采用小電流長期補(bǔ)充電池因 自放電而損失的電量。蓄電池放電過程主要有三個(gè)階段開始階段電壓下降較快；中期電壓緩慢下降且 延續(xù)較長的時(shí)間；在最后階段放電電壓急劇下降，應(yīng)立即停止放電，否則將會(huì)給蓄電池照成 不可逆轉(zhuǎn)的損壞。因此，如果對(duì)閥控密封鉛酸蓄電池充放電控制方法不合理，不僅充電效率降低，蓄電池的壽命也會(huì)大幅縮短，造成系統(tǒng)運(yùn)行成本增加。在蓄電池的充放電過程中，除 了設(shè)置合適的充放電閾值外，還需要對(duì)充放電閾值進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏囟妊a(bǔ)償，并進(jìn)行必要的過 充電和過放電保護(hù)。根據(jù)閥控密封鉛酸蓄電池的特點(diǎn)，控制器利用MCU的PWM功能對(duì)蓄電池進(jìn)行充電 管理。若太陽能電池正常充電時(shí)蓄電池開路，控制器將關(guān)斷負(fù)載，以保證負(fù)載不被損傷；若 在夜間或太陽能電池不充電時(shí)蓄電池開路，由于自身控制器得不到電力，不會(huì)有任何動(dòng)作。 當(dāng)充電電壓高于保護(hù)電壓(15V)時(shí)，自動(dòng)關(guān)斷對(duì)蓄電池的充電；此后當(dāng)電壓掉至維護(hù)電壓 (13. 2V)時(shí)，蓄電池進(jìn)人浮充狀態(tài)，當(dāng)?shù)陀诰S護(hù)電壓(13. 2V)后，浮充關(guān)閉，進(jìn)入均充狀態(tài)。 當(dāng)蓄電池電壓低于保護(hù)電壓(10. 8V)時(shí)，控制器自動(dòng)關(guān)閉負(fù)載，以保護(hù)蓄電池不受損壞。若 出現(xiàn)過放，應(yīng)先進(jìn)行提升充電，使蓄電池的電壓恢復(fù)到提升電壓后再保持一定時(shí)間，防止蓄 電池出現(xiàn)硫化。通過PWM控制充電電路(智能三階段充電)，可使太陽能電池板發(fā)揮最大功 效，提高系統(tǒng)充電效率。溫度補(bǔ)償電路采用數(shù)字溫度傳感器DS18820檢測蓄電池環(huán)境溫度。對(duì)蓄電池的充 電閾值電壓溫度補(bǔ)償系數(shù)取-4mV/(°C 單體)。補(bǔ)償后的電壓閾值可以用以下公式表示 Ve = V+(t-25) α η。其中，Ve為補(bǔ)償后的電壓閾值；V為25°C下的電壓閾值；t為蓄電泄環(huán) 境溫度；α為溫度補(bǔ)償系數(shù)；η為串聯(lián)的單體數(shù)?？刂破鲗?duì)過放電壓閾值不做補(bǔ)償。MOSFET驅(qū)動(dòng)電路，設(shè)計(jì)的控制器屬于串聯(lián)型，即控制充電的開關(guān)是串聯(lián)在電池板 與蓄電池之間的。串聯(lián)型控制器相對(duì)于并聯(lián)型控制器能夠更有效地利用太陽能，減少系統(tǒng) 的發(fā)熱量。設(shè)計(jì)中用MOSFET實(shí)現(xiàn)開關(guān)。MOSFET是電壓控制單極性金屬氧化物半導(dǎo)體場效 應(yīng)晶體管，所需驅(qū)動(dòng)功率較小。而且MOSFET只有多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，不存在少數(shù)載流子 的復(fù)合時(shí)間，因而開關(guān)頻率可以很高，特別適合作為PWM控制充電開關(guān)。為此，設(shè)計(jì)中采用 P溝道MOSFET。P溝道MOSFET的導(dǎo)通電壓Vth < 0，可以實(shí)現(xiàn)MOSFET的驅(qū)動(dòng)。當(dāng)Q2導(dǎo)通 時(shí)，由于Q2的Vce很小，可以認(rèn)為Ql的G極接地，Vgs < 0，當(dāng)Vin達(dá)到一定值時(shí)，Ql導(dǎo)通。鍵盤電路采用單按鍵的輸入方式，用于開液晶背光和設(shè)定充電模式。初始化時(shí)將 PC7輸出高電平，在程序運(yùn)行過程中，通過定時(shí)中斷檢測是否有按鍵按下。當(dāng)有按鍵按下時(shí) 間不超過IOs時(shí)，則打開液晶背光，IOs后背光關(guān)閉。當(dāng)有按鍵按下時(shí)間超過IOs時(shí)，進(jìn)入模 式設(shè)定。在設(shè)定模式下，每按一次模式加1，按下按鍵IOs后或者IOs按鍵無任何動(dòng)作，模式 保存到E2PR0M中，退出設(shè)定模式。狀態(tài)顯示和告警電路控制器用IXD1602液晶顯示系統(tǒng)的狀態(tài)信息，包括蓄電池電 壓、負(fù)載功率等。IXD1602采用7線驅(qū)動(dòng)法，Vo接IkQ電阻到地，用于調(diào)節(jié)液晶顯示對(duì)比 度。顯示數(shù)據(jù)和指令通過IXD1602的DB4 DB7寫入，同時(shí)具備有聲光告警功能。當(dāng)出現(xiàn) 過壓或過放時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管閃爍以及蜂鳴器告警，同時(shí)相應(yīng)告警繼電器接通。接口電路控制器用RS 232串行口將系統(tǒng)電壓、溫度、充放電狀態(tài)以及負(fù)載情況數(shù) 據(jù)上傳，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。主程序主要完成對(duì)I/O、定時(shí)器和PWM的初始化，同時(shí)根據(jù)電池板和蓄電池的狀態(tài) 調(diào)用相應(yīng)的充放電子程序?？刂破鲄?shù)的測量主要由中斷服務(wù)程序完成。此設(shè)計(jì)的太陽能控制器性能穩(wěn)定，具有過充過放保護(hù)和溫度補(bǔ)償。經(jīng)過測試，系統(tǒng) 顯示出良好的控制效果，不僅提高了太陽電池的工作效率，同時(shí)也保護(hù)了所使用的蓄電池， 在利用綠色能源方面，具有一定的社會(huì)效益經(jīng)濟(jì)效益。
權(quán)利要求一種新型的太陽能控制器，包括機(jī)箱和機(jī)箱內(nèi)的控制電路，其特征在于，機(jī)箱是箱體(1)前面上部有LCD顯示屏(4)，LCD顯示屏(4)下面左右有鍵盤(5)和報(bào)警器(6)，機(jī)箱的頂部有直線排列的太陽能電池接口(8)、蓄電池接口(2)、負(fù)載接口(3)和串口(7)，控制電路是由微處理器和與微處理器相聯(lián)的驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，微處理器經(jīng)串口分別與溫度傳感器、報(bào)警器、LCD顯示屏、鍵盤相連，微處理器通過接口經(jīng)蓄電池接口(2)同蓄電池相連，并通過接口經(jīng)太陽能電池接口(8)接太陽能電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型的太陽能控制器，其特征在于，所說的控制電路是，微處 理器(IC)經(jīng)串口 I/O分別接溫度傳感器、報(bào)警器(6)、IXD顯示屏(4)、鍵盤(5)，微處理器 (IC)的A/D腳經(jīng)接口同蓄電池和太陽能電池板電源輸出端相連，微處理器(IC)的PWM1、 PWM2腳上分別接有第一驅(qū)動(dòng)電路和第二驅(qū)動(dòng)電路；所說的第一驅(qū)動(dòng)電路是三極管Q2的基 極經(jīng)電阻R2接微處理器(IC)的PWMl腳，三極管Q2的發(fā)射極接地，三極管Q2的集電極接 電阻R1、場效應(yīng)開關(guān)晶體三極管Q1，并經(jīng)電阻Rl接太陽能電源輸入端A2，場效應(yīng)開關(guān)晶體 三極管Ql另兩端上并聯(lián)有二極管D1，并分別同太陽能電源輸入端A2、二極管VD2的正極、 電容C2、蓄電池的B2端、電阻R3及場效應(yīng)開關(guān)晶體三極管Q3和二極管D3相連；所說的第 二驅(qū)動(dòng)電路是，三極管Q4的基極經(jīng)電阻R4接微處理器(IC)的PWM2腳，三極管Q4的發(fā)射 極接地，三極管Q4的集電極接電阻R3的另一端和場效應(yīng)開關(guān)晶體三極管Q3，三極管Q3的 另兩極上并接有二極管D3，二極管D3及場效應(yīng)開關(guān)晶體三極管Q3的輸出端Vout經(jīng)箱體上 部的負(fù)載接口(3)接負(fù)載。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的新型的太陽能控制器，其特征在于，所說的蓄電池A、B兩 端經(jīng)導(dǎo)線并接有電容C1、C2、二極管D2，二極管D2及電容C2端的一導(dǎo)線上串接有電感(L)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型的太陽能控制器，其特征在于，所說的LCD顯示屏后部有 LCD背光燈。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型的太陽能控制器，其特征在于，所說的太陽能電源輸入 端A2與微處理器(IC)的PWMl腳間裝有太陽能電池電壓檢測器；蓄電池與微處理器(IC) 的PWM2腳間裝有電池電壓檢測器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及新型的太陽能控制器，可有效解決太陽能發(fā)電系統(tǒng)的控制，保證使用效果的問題，其結(jié)構(gòu)是，包括機(jī)箱和機(jī)箱內(nèi)的控制電路，機(jī)箱是箱體前面上部有LCD顯示屏，LCD顯示屏下面左右有鍵盤和報(bào)警器，機(jī)箱的頂部有直線排列的太陽能電池接口、蓄電池接口、負(fù)載接口和串口，控制電路是由微處理器和與微處理器相聯(lián)的驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，微處理器經(jīng)串口分別與溫度傳感器、報(bào)警器、LCD顯示屏、鍵盤相連，微處理器通過接口經(jīng)蓄電池接口同蓄電池相連，并通過接口經(jīng)太陽能電池接口接太陽能電池，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，性能穩(wěn)定，效果好，不僅提高了太陽電池的工效效率，同時(shí)也保護(hù)了所使用的蓄電池，在利用綠色能源方面具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)H02N6/00GK201656822SQ20102010143
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月26日
發(fā)明者馮振新, 鄭香舜, 陳澤亞 申請(qǐng)人:晶誠(鄭州)科技有限公司