太陽能led路燈電路控制系統(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 原理 控制器是太陽能路燈的核心部分，下面對控制器進行詳細的介紹： 通過對電池的電壓和充電電流這兩個參數的檢測判斷，控制兩個場效應管的開通和關斷，達到各種控制和保護功能。充電放電控制采用的都是 PWM 脈沖調制控制保護技術，能夠進行恒壓，恒流等充電階段的控制，其中 PWM 脈沖調制就是控制脈沖的占空比，不同占空比的波形是由單片機的定時功能來實現的。調整脈沖的占空比，可以控制流過燈的電流，也可以控制燈的開和關，高電平燈就關， 低電平燈就開。 電池電壓和電流的檢測 . 電壓的檢測 ： 利用一個電位器把電池的電壓降低 ,輸進模數轉換器 (ADC0809)的第一個通道 中 ,然后通過單片機 (STC89C52)把電壓反推出來再進行顯示 . . 充電電流的檢測 ： 檢測比較大的直流電流的方法不多，本系統用一個小電阻 R（ 歐姆）來檢測電流，通過把小電阻的兩端的電壓放大 41 倍 （具體的放大辦法如圖 2） ， 把電壓輸進數模轉換器的第二個通道，測得一個 電壓 U1后 除以運算放大器放大的倍數 Auf 得到實際的電壓 U， 根據歐姆定律（ U=I*R）計算 出電流 I 的大小，再 在液晶屏上 顯示出來 。 圖 畫的是一個同 相 比例放大電路，運算放大器使用的是 LM358里其中的一個 ，根據運算放大器“虛短”與“虛斷”可以得到： 所以，運算放大器放大倍數： 圖 電壓放大電路 8 用一個小電阻來檢測電流存在的問題是 ： 對電池的電壓有一定的影響，因為當電流比較大時，電池分給小電阻的電壓也就大。 這樣加到負載的電壓也就相應地減少一點。用小電阻檢測電流存在的另外一個問題是 :小電阻的阻值會發生變化。實際上絕對線性的電阻是不存在的。例如，絕大多數金屬 導體的電阻都隨溫度的升高而升高，當電流通過金屬導體時，將電能轉化為熱能，使金屬導體的溫度升高，電阻就不是常數，而是隨著電流或電壓變化的。 本系統中檢測出來的充電電流跟實際的充電電流不一樣，但存在一個規律是：電流越大檢測出來的電流跟實際電流的偏差就越大，它們成線性的關系。這是由于小電阻阻值隨溫度變化而造成的。以下是試驗采集的單片機檢測出的電流和實際電流的一些數據： 實際電流 單片機測出的電流 9 這兩組數存在著線性的關系，對第一列的數據進行處理，首先求出它的關系式，假設關系式為： y1=a(1)*x+a(2)。 使用 MATLAB 求出系數 a(1)和 a(2)： clear datax=[1:39]39。 a1=[,,]。 a2=[,,]。 a3=[,,]。 a4=[,,,]。 datay=[a1,a2,a3,a4]39。 %原始數據 A=[datax,ones(39,1)]。B=datay。a=A\B,r=1/a(1)。 %線性擬合 plot(datax,datay,39。.39。),hold on。 %繪出原始數據值點 10 x=0::39。y1=a(1)*x1+a(2)。 plot(x,y1)。 hold on。 運行以上程 序得： a(1)= a(2)= 所以這 組數據 可以用關 系式y1=*x+———— （ 1） 來表示。采集的數據和線性擬合后的坐標圖如圖 （ 1） 圖 （ 1） 實際電流數據采集和線性擬合 對第二列的數據進行處理，首先求出它的關系式，也假設關系式為： y2=a(1)*x+a(2)。 使用 MATLAB 求出系數 a(1)和 a(2)： clear datax=[1:39]39。 a1=[,,]。 a2=[,,]。 a3=[,,]。 a4=[,,,]。 datay=[a1,a2,a3,a4]39。 %原始數據 A=[datax,ones(39,1)]。B=datay。a=A\B,r=1/a(1)。 %線性擬合 plot(datax,datay,39。.39。),hold on。 %繪出原始數據點圖 11 x=0::39。yi=a(1)*x+a(2)。 plot(x,y2)。 hold on。 運行以上程 序得： a(1)= a(2)= 所以這 組數據 可以用關 系式y2=*x+———— （ 2）來表示。采集的數據和線性擬合后的坐標圖如圖 （ 2） 圖 （ 2） 單片機檢測出的電流數據采集和線性 擬合 結合關系式（ 1）和（ 2）便可得出兩列數據的關系式（ 也就 是 單片機測出的電流和實際電流的關系 ） ： y1=*()+，其中 y1 表示實際的電流， y2 表示 單片機檢測 出來的電流 ，單片機檢測出來的電流 y2 通過上式的轉換后變成 y1 再在液晶屏上顯示出來，這時顯示的就是實際的電流。 鋰電池充電控制 鋰電池的充電過程 上面介紹了電 壓，充電電流的檢測。有了這兩個數據就可以對鋰電池充電進行控制了。鋰電池的充電曲線如下圖 ： 12 圖 鋰電池的充 電曲線 鋰電池的充電過程： ,電池電量很低 (例如低于 13V), 那么必須用小電流 (大概為 )開始充電，即涓流充電 .如果電壓高于 13V 就不必進行這個步驟 . 小電流充電是為了保護電池，避免大電流沖擊給電池內部結構帶來損害（電池在電壓很低的時候遇到大電流會受到的傷害比電壓高的時候高得多）。 13V可以開始大電流充電，就是采用允許的最大電流充電，這是為了節省充電時間，采用最大電流進行充電就是最能節省時間的了，于是就是恒流充電，隨著充電的進行，電池電壓逐漸升高。 3. 當電池電 壓達到或接近充滿電壓（如 左右）時，則要開始轉入恒壓充電，因為達到了充滿電壓，這時就可以保持電壓基本不變，逐漸減小充電電流，如果不轉入小電流充電，就可能導致電壓過高，有過充的危險，過充也是對電池有害的。就像往暖瓶里面充開水，前面可以使勁兒灌，到快到灌滿的時候就要減小水流了 ，這樣充滿的時候水就不容易溢出來。 當電流減少到大概 左右 ,就停止充電 . 具體的控制原理 本方案采用 PWM 脈沖調制控制保護技術 ,不僅能有效地保護蓄電池 ,防止過充電現象的發生 ,還能快速、平穩地為蓄電池充電。所謂 PWM 控制就是控制輸出波形的占空比，周期并不改變，通過開關管的導通與閉合來控制充放電。鋰電池的充電曲線圖如圖 具體的控制電路如圖 13V 時，單片機輸出一個相應占空比的脈沖，控制三極管 （ Q1） 通和斷的時間， 從而控制場效應管 IRFZ44（ Q3） 的通 13 和斷，使到充電的電流為 左右，此時處于預充狀態。蓄電池的電壓高于 13V 時。單片機輸出一個高電壓 （相當于 PWM 占空比為 0） ，三極管（ Q1）導通，場效應管 IRFZ44（ Q3） 處于截斷狀態， 此時太陽能電池板以最大的電流為蓄電池充電 恒流充電。當蓄電池電壓接近或等于 時，通過控制占空比，也使場效應管 IRFZ44（ Q3） 實現通斷控制，使充電狀態處于恒壓浮充狀態。當電流小于一個值（ ）時，單片機就輸出一個低電平，使場效應管 IRFZ44（ Q3） 完全導通，停止給蓄電池充電。 圖 充放電控制電路 開關管的選擇 考慮到太陽能電池的功率和負載的功率不一致，可用不同的 MOS 管做充放電的開關管，用小功率的 MOS 管要考慮溫度因素，必要時必須加散熱器。為了提高可靠性，降低成本，通過大量的試驗、分析、比較得出：以 3 A 電流 工作，可選用 IRFZ44， IRF540，IRF530， 50N60 等 MOS 管，基本不需加散熱器；在 5 A 電流工作，須加小散熱器；在 8 A 電流工作，用 2807， 3205， 150， 064 等 MOS 管要加小散熱器，其它 MOS 管要加大散熱器，在 1O A 以上電流工作，都應該加大散熱器， 2807， 3205， 150， 064MOS 管帶載能力較強，價格高。在元件選用上，應根據具體情況加以選擇 [3]。 照明部分的控制 14 照明燈的亮和滅的控制原理如上圖 6，當單片機控制照明燈的控制腳輸出高電平（ 5V）的時候，三極管 Q2 就會導通， 三極管 Q2 集電極 E 的電壓變低（約為 0V），此時加到場效應管（ Q4）柵極的電壓就會變低，場效應管就截止，流過照明燈的電流減少到 0。相反，當單片機控制照明燈的控制腳輸出低電平（ 0V）的時候，三極管 Q2 就會截止，三極管 Q2 集電極 E 的電壓高，此時加到場效應管（ Q4）柵極的電壓也就高，場效應管就導通，流過照明燈的電流大，照明燈打開。 根據監測出的電池的電壓。利用單片機的定時功能可以控制照明燈亮燈的時間。我把開燈時間分成 5 個模式：電池電壓大于 時為模式 1；電池電壓大于 時為模式 2；電池電壓大于