1 引言

　　經(jīng)濟(jì)發(fā)展必然帶來(lái)一些“陣痛”，比如能源消耗，雖然人們的生活水平日益提高，但不可否認(rèn)的是，全世界都在面臨著能源緊張的問(wèn)題，各種資源的緊缺導(dǎo)致能源價(jià)格上漲，也在側(cè)面制約著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。于是可再生能源開(kāi)始成為人們研究和開(kāi)發(fā)的對(duì)象，比如風(fēng)能、潮汐能、地?zé)崮艿龋渲?，太?yáng)能是發(fā)展迅速的一種。因其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。

　　從我國(guó)情況來(lái)看，2/3以上國(guó)土面積的年日照時(shí)間在2200h以上，年輻射總量在502萬(wàn)kJ/m2以上，為太陽(yáng)能的利用創(chuàng)造了豐富的資源和有利條件。因此，如何將清潔能源太陽(yáng)能融入人們的日常生活，就顯得尤為重要了。

　　2 系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　系統(tǒng)包括太陽(yáng)能電池供電電路、市電供電電路、蓄電池及其充電電路、單片機(jī)及其外圍電路等構(gòu)成。太陽(yáng)能電池的電流經(jīng)電流檢測(cè)電路檢測(cè)大于30mA時(shí)（即陽(yáng)光足夠強(qiáng)），單片機(jī)控制充電控制接入電源為太陽(yáng)能電池經(jīng)過(guò)DC/DC變換后電源，該電源向蓄電池充電。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到陽(yáng)光較弱時(shí)，再檢測(cè)蓄電池電壓，若蓄電池電壓足夠高，有蓄電池向負(fù)載供電，系統(tǒng)停止向蓄電池充電；若若蓄電池電壓較低，市電經(jīng)AC/DC 變換后經(jīng)充電控制電路向蓄電池充電，再由蓄電池向負(fù)載供電。單片機(jī)及其外圍電路包括PICI6C71、按鍵電路、報(bào)警電路和液晶顯示電路。報(bào)警用系統(tǒng)工作異常報(bào)警、蓄電池欠壓報(bào)警等。為節(jié)省系統(tǒng)功耗采用液晶顯示電路顯示太陽(yáng)能電池電流、蓄電池電壓、系統(tǒng)工作狀態(tài)等信息。

　　本系統(tǒng)用太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成直流電后，經(jīng)充電電路存儲(chǔ)到蓄電池，再經(jīng)過(guò)放電電路，按不同的供電要求供給不同的直流負(fù)載。為保證系統(tǒng)正常工作，設(shè)計(jì)了檢測(cè)單元、保護(hù)單元、控制單元、顯示單元及報(bào)警單元等。為保持太陽(yáng)能電池輸出功率，又考慮到蓄電池不同電量時(shí)的電流接受能力。提高蓄電池使用效率、延長(zhǎng)蓄電池壽命，需要制定適應(yīng)太陽(yáng)能電池和蓄電池變化的充電策略，有效、科學(xué)地控制蓄電池的充、放電電流。本系統(tǒng)利用太陽(yáng)能電池的輸出特性和蓄電池的充放電特性，對(duì)充電電路采取兩段不同策略的充電控制，即初充電和維持充電兩段。初充電時(shí)，蓄電池電量少，端壓處于下限值，但電流接受能力較大。此階段蓄電池的電流接受能力大于太陽(yáng)能電池的輸出能力，可以采取快充；快充階段結(jié)束后，太陽(yáng)能電池的輸出能力已超出蓄電池的接受能力，控制器將轉(zhuǎn)人維持充電階段。此時(shí)蓄電池采取浮充，即恒壓充電，以保持電量。此時(shí)充電電路需提供合適的浮充電壓。浮充電壓既要足夠大，以補(bǔ)償蓄電池的自放電電流；又不能過(guò)大，以免導(dǎo)致蓄電池內(nèi)部因過(guò)充而發(fā)生化學(xué)成份的分解。在適當(dāng)?shù)母〕錉顟B(tài)下，能大大提高全封閉免維護(hù)鉛酸蓄電池穩(wěn)定工作的壽命：且電壓即使只有5％的偏差，也會(huì)使蓄電池的壽命減半。

　　另外要合理考慮溫度變化范圍，因?yàn)殂U酸蓄電池的電壓特性具有明顯的負(fù)溫度系數(shù)，充電器應(yīng)根據(jù)蓄電池的溫度系數(shù)給予某種形式的補(bǔ)償。對(duì)蓄電池采用電流檢測(cè)來(lái)修正放電控制點(diǎn)，防止蓄電池深度放電。蓄電池的保護(hù)控制單元具有可調(diào)節(jié)的充電控制和過(guò)充、過(guò)放保護(hù)。蓄電池檢測(cè)單元能對(duì)蓄電池的電壓、電流和，溫度自動(dòng)監(jiān)測(cè)，并由電量顯示單元顯示出來(lái)。如有異常，報(bào)警單元及時(shí)報(bào)警。在系統(tǒng)中還設(shè)計(jì)了太陽(yáng)能電池的電壓檢測(cè)、反接保護(hù)、接線錯(cuò)誤報(bào)警及系統(tǒng)的過(guò)載保護(hù)和負(fù)載短路保護(hù)等。通過(guò)電流檢測(cè)電路、太陽(yáng)能供電控制電路、充電控制電路、市電供控制電路、太陽(yáng)能電池檢測(cè)電路、充電控制電路等模塊研究，對(duì)蓄電池電壓、太陽(yáng)能電流等數(shù)據(jù)的采集和相應(yīng)條件的設(shè)定，通過(guò)結(jié)果判斷來(lái)控制太陽(yáng)能供電控制電路或市電供電控制電路的輸入；將供電裝置用作電動(dòng)門(mén)窗、路燈、戶外廣告牌裝置的動(dòng)力。

　　由于本系統(tǒng)采用兩路供電，保證在長(zhǎng)期陰雨天氣時(shí)由市電供電，晴天時(shí)由太陽(yáng)能供電，起到環(huán)保、節(jié)能的效果，真正把環(huán)保節(jié)約型能源應(yīng)用于民用，打破了自動(dòng)門(mén)窗行業(yè)、路燈、戶外廣告牌裝置利用市電作為供電來(lái)源的狀況，又有效解決了太陽(yáng)能又可能因?yàn)殚L(zhǎng)期陰雨天氣而無(wú)法使用的情況，真正做到惠于民又利于國(guó)。

　　3 軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)軟件流程如圖2所示。本系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，所有控制量集中處理，并在RAM 中建立各控制量的映射，以便各功能模塊的編程及修改。為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，在軟件上采取了諸多措施，如軟件冗余、軟件陷阱、看門(mén)狗等。

　　該流程圖工作過(guò)程如下：

　?。?）上電初始化，設(shè)置好單片機(jī)各特殊功能寄存器的初始值，各狀態(tài)量的初始值。

　?。?）蓄電池電壓u的檢測(cè)；

　　（3）太陽(yáng)能電池電流檢測(cè)；

　?。?）當(dāng)蓄電池電壓大于等于26V時(shí)，說(shuō)明蓄電池處于飽合狀態(tài)，PIC16C71單片機(jī)向充電控制電路發(fā)出信號(hào)，市電、太陽(yáng)能電池均不向蓄電池充電；

　?。?）當(dāng)蓄電池電壓小于26V時(shí)，且檢測(cè)電路測(cè)定電流大于等于30mA時(shí)，PICI6C71單片機(jī)向充電控制電路發(fā)出指令，太陽(yáng)能電池經(jīng)經(jīng)DC/DC 變換器輸出后向蓄電池充電；

　　（6）當(dāng)太陽(yáng)能電池電流小于30mA時(shí)，PIC16C71單片機(jī)啟動(dòng)市電經(jīng)AC/DC 變換器后經(jīng)充電控制電路向蓄電池充電。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　本文將太陽(yáng)能與市電有機(jī)結(jié)合，設(shè)計(jì)了一款市場(chǎng)前景廣大的供電裝置，完美融合了這兩者。該裝置具有充電功能，充電電流符合太陽(yáng)能的電流性能，并能保證蓄電池的使用壽命，可以方便安裝在電動(dòng)門(mén)控產(chǎn)品、路燈、戶外廣告牌等各種場(chǎng)所。此外，本裝置也可作為無(wú)線傳感設(shè)備的電源，還能進(jìn)行逆變成市電供家用電器使用。