基于微控制器的太陽能充電器的電路和工作原理

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

由于過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?！盎谖⒖刂破鞯奶柲艹潆娖鳌表椖渴钦故疚覀冎車Y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)，包括太陽能燈、家庭照明系統(tǒng)、路燈、庭院燈、熱水器和太陽能電池組，都由太陽能驅(qū)動電力。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)備的動力，那么讓我告訴你。該變換系統(tǒng)僅包括四個主要組件：太陽能光伏
（PV） 組件、可充電電池、太陽能充電控制器和負(fù)載。

在這里，光伏組件捕獲光線，可充電電池充當(dāng)能量倉庫，負(fù)載包括要供電的設(shè)備。太陽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足夠的電荷這一事實。因此，它在整個系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，成為太陽能電池板、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能充電器的電路和工作原理

“基于微控制器的太陽能充電器”項目是圍繞PIC16F877A（IC1）微控制器作為主要組件制造的。除此之外，該項目還采用了調(diào)節(jié)器7805（IC2）和一些分立元件?；谖⒖刂破鞯奶柲艹潆娖鞯恼麄€電路布局如圖1所示。

談?wù)?a target="_blank">中心組件;PIC16F877A，它為業(yè)余愛好和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了理想的解決方案，同時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太陽能電池板執(zhí)行。

關(guān)于核心組件的迷人事實;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 個輸入/輸出
（I/O） 引腳、10 位 8 通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC） 和 3
個定時器等多種特性使該器件更具吸引力。為確?？煽啃裕€具有片上R-C振蕩器，在同步I2C接口中至關(guān)重要。簡單指令的數(shù)量，這個設(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）和 E（使能）連接到端口引腳 RD1、RD2 和 RD3。對于對比度控制，使用預(yù)設(shè)的
VR3。為了執(zhí)行手動復(fù)位操作，開關(guān)SW1包含在電路中。微控制器所需的基本時鐘頻率由一個 4MHz 晶振和兩個 33pF 電容組合提供。

微控制器的三個特定引腳監(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、充電電流和太陽能電池板電壓。因此，根據(jù)收集到的信息，對整個過程進(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)楦唠娖剑柲茈姵匕搴碗姵刂g的連接就會建立，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，充電過程可以通過兩種不同的方式進(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)。對于低于 12V
的電壓，充電在升壓模式下完成，對于更高的電壓，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能充電器”項目還提供了有關(guān)太陽能電池板收集的能量限制的必要信息。這些信息被用來估算可以從太陽本身提取的確切能量。

基于微控制器的太陽能充電器的構(gòu)建和測試

圖2和圖3分別給出了基于PIC16F877A微控制器的太陽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)行組裝過程，以在一定程度上避免時間和組裝錯誤。但是，在組裝組件時必須格外小心，并且必須仔細(xì)檢查忽略的錯誤。為了消除組裝過程中對
IC 的可能損壞，使用了 IC 基座。為確保安全，在放置IC之前，在測試點TP1處檢查電源電壓（5V），如圖所示。

圖 2：基于微控制器的太陽能充電器的焊邊 PCB

圖3：基于微控制器的太陽能充電器的組件側(cè)PCB

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

電池電壓 |基于微控制器的太陽能充電器

斷開項目中使用的電池。然后在 IC2 （7805） 的輸入點接地處施加 20V。在 IC1 （PIC16F877） 的引腳 2
處，使用萬用表檢查電壓值。之后，通過改變預(yù)設(shè)的 VR1 以獲得 5V 來對電路進(jìn)行必要的調(diào)整。同樣，在 IC1 （PIC16F877） 的引腳 4
處進(jìn)行電壓測試，以確保該點的電壓為 5V。當(dāng)電池連接回系統(tǒng)時，IC1 （PIC16F877） 引腳 2 處的電壓值必須約為 3V。

太陽能電壓 |基于微控制器的太陽能充電器

沒收電路中的太陽能電池板。將 12V 電池連接到與地面相關(guān)的太陽能正極端子上，然后監(jiān)控 IC1 （PIC16F877） 引腳 4
處的電壓電平。現(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能充電器”電路就可以植入了。該電路產(chǎn)生太陽能，該值以每秒瓦特為單位計算并顯示在 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能充電器軟件代碼

程序代碼編寫簡單;基本語言，因此易于理解。Oshonsoft 的 PIC Simulator IDE 用于編譯項目代碼。IDE
是一個簡單的軟件，它提供了一種使用基本命令對系統(tǒng)進(jìn)行編程的簡單方法，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能充電器”首先檢測太陽能電池板上的電壓，如果電壓超過 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“低太陽能伏特”，除非電壓大于定義的電壓，即 12.6V，否則它會重復(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，對于超過 12V 的電池電壓，激活涓流模式，對于低于 12V
的電池，觸發(fā)升壓模式。在凌晨，還會讀取EEPROM的瓦時讀數(shù)，該讀數(shù)提供了從太陽獲得的功率的近似值。

“基于微控制器的太陽能充電器”項目包括一個計時器，每 65.56 毫秒生成一次中斷。在 ISR（中斷服務(wù)例程）中，15第計數(shù)是指每 65.56×15
=983.4 毫秒計算系統(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。這些瓦時讀數(shù)直接存儲在微控制器的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。為了解決這個問題，每 30 分鐘按編程方式寫入 EEPROM。

基于微控制器的太陽能充電器的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1– 虛擬現(xiàn)實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

西 南部1= 一鍵式輕觸開關(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 個字符*2 行 LCD 模塊

巴特1= 12V鉛酸電池

太陽能電池板