發(fā)布時(shí)間:2018/9/17 10:44:04 來(lái)源:本站
本設(shè)計(jì)基于C8051F330的PWM限流控制器結(jié)合蓄電池充放電特性和電池伏安特性,專為LED路燈設(shè)計(jì)的充放電路。白天太陽(yáng)能電池板給蓄電池充電作為供電能源,燈不亮;在晚上,蓄電池對(duì)LED路燈放電,達(dá)到照明目的。
1.1 硬件組成
路燈控制電路系統(tǒng)如圖1-1所示。
圖1-1 路燈控制電路系統(tǒng)
1.2 控制器
1.2.1 充放電電路
選用C8051F330單片機(jī)作主控制芯片,檢測(cè)太陽(yáng)電池電壓、蓄電池電壓及充放電流等參數(shù),并按一定算法控制MOS管的導(dǎo)通和關(guān)斷,達(dá)到控制路燈系統(tǒng)充放電的功能。
圖1-2為控制器充放電電路圖,電池板電壓經(jīng)R1和R2分壓送至A/D轉(zhuǎn)換口檢測(cè),以判別光線強(qiáng)弱。光照充足時(shí),電池板給蓄電池充電?刂破鲗(shí)時(shí)檢測(cè)蓄電池端電壓,同時(shí)按設(shè)定轉(zhuǎn)換點(diǎn)的蓄電池端電壓值,控制充電各階段的電壓轉(zhuǎn)換和停充。
圖1-2 充放電電路
1.2.2MOSFET開(kāi)關(guān)電路
設(shè)計(jì)中用MOSFET實(shí)現(xiàn)電路通斷。MOSFET開(kāi)關(guān)頻率高適合作為PWM控制充電開(kāi)關(guān)。采用N溝道MOSFET,導(dǎo)通電壓Vth>0,由圖1-3實(shí)現(xiàn)MOSFET驅(qū)動(dòng)。
R1為基極限流電阻,C為加速電容。當(dāng)輸入信號(hào)上升、下降時(shí),R1電阻瞬間被旁路并提供基極電流,在晶體管由導(dǎo)通狀態(tài)變化到截止?fàn)顟B(tài)時(shí)能夠迅速?gòu)幕鶇^(qū)取出電子(因?yàn)镽1被旁路),消除開(kāi)關(guān)的時(shí)間滯后,提高開(kāi)關(guān)速度。
圖1-3 MOSFET驅(qū)動(dòng)電路圖
1.3 電流采樣電路
通過(guò)康銅絲電阻采樣的電壓經(jīng)LM 358放大輸入單片機(jī),進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。如下圖1-4所示。
圖1-4 電流的采樣電路
回路電流在康銅絲電阻上產(chǎn)生的壓降輸入到放大器的反向輸入端。其中
1.4 電源電路
如圖1-5所示,蓄電池電壓經(jīng)過(guò)R1限流后輸入到穩(wěn)壓器7812再通過(guò)IN4733進(jìn)行分壓后,經(jīng)穩(wěn)壓器AS117,將輸出電壓調(diào)至3.3V以供單片機(jī)工作。
圖1-5 電源電路
1.5 外圍電路的硬件設(shè)計(jì)
C8051F330的P0.2為蓄電池電壓采樣值輸入,P0.3為太陽(yáng)能光伏電壓采樣值輸入,P0.4為主電路中電流采樣輸入,P0.1與P0.5設(shè)計(jì)為脈寬調(diào)制信號(hào)輸出,P0.6為溫度檢測(cè)輸入,加設(shè)撥碼開(kāi)關(guān)為路燈設(shè)置定時(shí),可分別定時(shí)1~16個(gè)小時(shí)。
2.1 系統(tǒng)軟件框圖
程序設(shè)計(jì)完成系統(tǒng)初始化,并以查詢方式檢測(cè)電路參數(shù)及控制充放電,其流程圖如圖2-1所示:
圖2-1 軟件流程圖
根據(jù)鉛酸蓄電池特點(diǎn),應(yīng)用C8051F330的PWM功能對(duì)其進(jìn)行充電管理。當(dāng)太陽(yáng)能電池正常充電時(shí)蓄電池開(kāi)通,MCU關(guān)斷負(fù)載;夜間或太陽(yáng)能電池不充電時(shí)蓄電池對(duì)LED放電。當(dāng)充電電壓高于28.2V時(shí),停止對(duì)蓄電池充電;此后當(dāng)電壓掉至24.8V時(shí),蓄電池進(jìn)入浮充態(tài),當(dāng)?shù)陀?1.6V后,浮充態(tài)關(guān)閉,進(jìn)入均充態(tài)。當(dāng)蓄電池電壓低于21.6V時(shí),MCU停止對(duì)負(fù)載供電,以保護(hù)蓄電池不過(guò)放。
2.2 充電程序(PWM波輸出控制)
C8051F330的可編程計(jì)數(shù)器陣列PCA實(shí)現(xiàn)3路8位PWM或16位PWM功能。PCA的PCA0H與PCA0L決定調(diào)制波頻率,通過(guò)改變捕捉/比較模塊的高字節(jié)PCA0CPHn與低字節(jié)PCA0CPLn可以改變調(diào)制波的占空比。
本設(shè)計(jì)通過(guò)調(diào)節(jié)占空比實(shí)現(xiàn)蓄電池三個(gè)充電階段:蓄電池電量小于21.6v快充,大于21.6v小于24.8v均勻充,大于24.8v小于28,2v浮充。采用8位PWM輸出,占空比η為
本設(shè)計(jì)依照光伏發(fā)電的工作特點(diǎn)和運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行試驗(yàn),其高效節(jié)能的照明,準(zhǔn)確對(duì)太陽(yáng)能半導(dǎo)體系統(tǒng)進(jìn)行充、放電控制,從而能有效維持蓄電池的壽命,并且蓄電池在經(jīng)過(guò)4天的連續(xù)陰雨天后,仍可以正常工作,基本符合本設(shè)計(jì)的要求。
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