一种简易的小型太阳能控制器摘要：本文主要研究带有蓄电池储能独立式光伏发电系统，对太阳能控制器的功能模块进行了简要说明，并阐述了蓄电池的充电策略。
在此基础上，对其硬件电路进行详细说明，之后通过蓄电池管理系统（BMS）电压测量，对其电压值进行校正。
并给出了系统进行软件设计。
该控制器主要通过观测指示灯来获取蓄电池的电压，同时单片机PIC16F676来控制，MOS管的通断，既而影响太阳能电池板对蓄电池充电，以及蓄电池对负载供电。
立足低成本高性能，具有较高的性价比，已在偏远地区广泛应用，效果良好。
关键词：太阳能控制器；PIC16F676；蓄电池A simple small sized solar energy controllerAbstract: I have a research about a stand-alone photovoltaic energy storage system with a battery in this paper,the components of the solar energy controller are introduced briefly, the voltage of battery was measured and corrected by Battery management system(BMS),while the strategy of charging the battery are described. On this basis, their parts of hardware circuits are explained in detail. the software design about the system has been finished. The controller obtained the battery voltage by observing the lights, and PIC16F676 microcontroller controlling the MOS turned on or off, Subsequently which affected the battery charged by solar panels and battery power to the load.Based on low-cost high-performance, it has been widely used in remote areas with the excellent effect.Keywords：solar energy controller; PIC16F676; battery在能源日益减少的今天，从环保主义的角度出发开发并利用新能源是非常有必要的。
新能源是传统能源以外的其他各种能源形式。
目前处于正在积极研究或者已经刚开始开发利用，太阳能是一种新兴能源，其环保洁净、资源丰富、并且不依赖与地域环境。
由于太阳能电池板输出电压很多时候不够稳定，一般不能直接单一给负载供电，需要在中间加上储存电能的装置。
同时太阳能控制器作为光伏发电系统的重要组成部分，能够通过指示灯来显示蓄电池的端电压，使单片机部分可以对其控制。
本设计采用铅酸蓄电池，针对恒压充电方式和PWM脉冲式充电方式进行了改进，使之更适合小成本控制器，同时增加相应的保护措施，增加了蓄电池的使用寿命。
1 系统大致介绍1.1太阳能控制器系统简介太阳能控制器主要由太阳能电池板、蓄电池、单片机控制部分、负载等几部分组成。
其大致框图如下所示：图1 太阳能控制器系统框图太阳能控制器是整个系统中不可或缺的部分，如上图所示，单片机只对蓄电池两端电压进行采样，简化了控制方式，较为简便地实现太阳能、蓄电池以及负载间的能量流动。
一般来说，在白天控制太阳能电池板对蓄电池充电，同时蓄电池向负载供电，阴天或者晚上只有蓄电池给负载充电，为了延长蓄电池的使用寿命，需要对其充放电条件加以限制，防止过充过放。
可以看出，整个系统从经济适用的角度出发，更好地实现了太阳能控制器的功能。
1.2 设计思想本设计主要实现的是太阳能电池板对蓄电池的充电，以及对负载的供电，对蓄电池的充电方式采用脉冲式恒压充电，通过单片机控制程序改变PWM占空比，调节蓄电池的充电电压。
控制方式主要通过单片机程序的编写得以实现。
而单片机控制电路的主要分为主电路两路输入，三路控制输出，外围开门狗电路以及电池显示电路。
2 硬件电路设计2.1单片机控制部分单片机控制部分，在整个过程中要一直保持工作状态，可以通过减少控制回路的原件来降低功耗，因此芯片选用PIC16F676,该芯片是Microchip Technology 公司生产的8位14引脚闪存的微控制器，PDIP, SOIC, TSSOP封装，2个定时器，输出IO口切换频率可以达到250KHZ，2KFlash，多路AD，使得PIC16F676特别适用于低成本的太阳能控制系统。
芯片内部集成了上电复位、欠压检测和部分看门狗电路，使用内部晶振（4M晶体），这些都极大的简化了外围电路的设计。
图2 单片机控制电路考虑到节约成本减小体积，单片机可由太阳能电池板或是蓄电池供电，由上图可以看出，太阳能电池板和蓄电池并连接在Buck变换器的输入端，电压高的给LM2576提供输入，其输出为单片机提供5V电压。
通过稳压管LM336给单片机RA1引脚提供2.5V电压，RA0引脚是输入蓄电池端的采样电压。
而引脚RA2与看门狗电路相连，通过程序控制它定时地往看门狗芯片MAX706ESA的WDI引脚上送入高电平,倘若由于单片机的有些原因，看门狗电路得不到单片机送来的信号,便在它和单片机复位引脚MCLR相连的引脚上送出一个复位信号，即程序从程序存储器的起始位置开始执行,这样便实现了单片机的自动复位。
此外，单片机的RC1、RC2引脚为MOS管的驱动电路提供信号，同时为蓄电池显示电路提供相应的电压信号。
2.2输入主电路部分输入主电路部分即为太阳能电池板在单片机控制下对蓄电池进行充电对负载供电，或是蓄电池对负载放电。
其大致电路图如下所示：图3 输入模块图考虑到负载实际所需功率约达到90W，选用两个50W的太阳能电池板并联，则太阳能电池板的峰值电压为17.5V，短路电流为6.46A。
考虑到会有尖峰，选择会有2~3倍的裕量。
其中BUZ11A V DSS 为50V，而I D 为26A，并且R DS(on)<0.055Ω，故可选用BUZ11A作为开关管，具有驱动电路简单（如图3所示），需要的驱动功率小，而且开关速度快，工作频率高。
由于天气等原因，太阳能电池板无法工作，蓄电池端的电压大致为11.5V左右，而MBR1045CT的反向压降为50V，有着充足的裕量。
因此二极管D5可以选用肖特基二极管，其具有功耗小、管压降低、效率高等优点。
从而选择MBR1045CT二极管，用来阻止蓄电池向太阳能电池板反向充电。
为了便于电路板的散热，将在BUZ11A、MBR1045CT、LM2576等元件后装上相应规格的散热片。
图4 MOS驱动电路图5 电压采样电路如上图所示，系统通过分压电阻R46、R47、R48对蓄电池两端电压B+进行采样，判断当前蓄电池的状态。
当蓄电池正常工作时，单片机的RC2脚提供MOSIN为高信号，通过图3可以看出Q16导通，则MOSIN1就被拉成低信号，此时无法使S5导通，从而实现太阳能向蓄电池充电；当蓄电池电压达到12.4V时，MOSIN为高信号，Q16导通，则MOSIN1为低信号，此时S5依旧截止，蓄电池处于浮充状态；当蓄电池电压高于充电保护电压12.7V时，单片机提供MOSIN为低信号，因此Q16无法导通，则MOSIN1为高信号，此时S5导通，此时充电回路通过S5进行短路保护，太阳能电池板短接相当于电流源，当蓄电池电压降为12.1V时，S5再次截止，充电过程恢复正常。
当蓄电池正常工作时，单片机的RC1脚提供MOSOUT的低信号，而使S6导通，则蓄电池以及太阳能就可以向负载供电；当蓄电池电压低于过放保护电压11V时，单片机给出断电通知信号INT为低时，持续十秒便不再给负载供电；当蓄电池电压达到过放恢复电压11.8V时，S6导通，此时负载回路恢复正常。
2.3 显示模块显示电路采用3个LED发光二极管，分别为工作灯，红灯，绿灯，通过指示灯的发光情况，了解蓄电池的大致电压。
从而通过单片机对整个系统进行控制。
图6 上电工作灯的波形系统上电工作时，工作灯闪烁，此时蓄电池两端的电压为11V。
断电通知信号INT在正常工作时为高电平，当蓄电池电压低于11V持续最少5秒时，断电通知信号INT变为低电平，持续10秒后切断负载。
图7a 红灯闪烁波形图7b 红灯常亮波形如上图7a所示，当红灯闪烁时，蓄电池电压为11.8V，而当蓄电池为12.1V时，红灯常亮波形如图7b，此时，红灯绿灯各亮50%。
图8a 绿灯较亮波形图8b 绿灯全亮波形如上图8a所示，当绿灯亮75%，红灯亮25%时，蓄电池电压为12.4V，而当蓄电池电压升高到12.7V时，红灯熄灭绿灯常亮，如图9b所示。
由以上分析可以看出，该显示电路简单直观，可以很方便地观测蓄电池的电压状况。
3 蓄电池电压校正最终蓄电池电压的准确度直接与AD转换和实际电压测量值的精确度有关。
然而大多数情况下，由于测量电压无法精确反映实际电压值，因此蓄电池端电压需要被校正。
图9 蓄电池电压测量结构如上图所示，电池管理系统（BMS）采用光电继电器检测蓄电池电压，其过程大致如下：闭合开关S1，这时输入电压等于V B1，通过双积分A/D转换环节，将模拟量转变为数字量送到CPU。
其中隔离部分避免了蓄电池侧对CPU部分的电压瞬态差造成的损害。
需要做一定的换算才能将AD芯片读出的值表示成电压值，采样值的准确性可以由其偏移量和线性度决定。
采用二次插值法进行校准，公式如下：（1）（2）其中，高、低两路不同的电压输入值X1、X2，设它们对应的AD值分别为AD l、AD2，增益(线性度)和零点(偏移量)分别为G和O，进一步推导出：(3)(4)零点和增益值由两个实际电压值和其相应的AD值计算得到，从而可以计算出理论值与实际值得差值，可以绘出数值测量曲线进行校准。
4 软件部分设计除了硬件电路的设计对系统有很大影响之外，软件部分的设计也是很重要的，它通过编写程序来控制主电路的充放电以及显示电路。
软件设计部分根据电压采集和电压比较来输出驱动电路和显示电路的信号，从而实现对蓄电池实现过充，过放等保护，如下图所示：图9 软件流程图4 结语本设计主要针对光伏发电系统中的太阳能控制器，立足于理论分析与实际调试对其做了详细说明。
