電路特色功能：

　　1.蓄電池過充電與過放電保護；

　　2.自動恢復放電功能；

　　3.防止蓄電池與太陽能電池反接功能。

　　  電路參數：

　　1.最大充電電流（A）：≤5

　　2.最大放電電流（A）：≤5

　　3.蓄電池額定工作電壓（V）：12

　　4.太陽能電池額定輸出電壓（V）：18

　　5.太陽能電池最大開路電壓（V）：25

　　6.過充電電壓（V）：14.8

　　7.過放電電壓（V）：10.8

　　8.恢復供電電壓（V）：12.3

　　在氣候壓力日趨加大的今天，減少溫室氣體排放，提倡低碳生活方式已成為全球的共識。要實現低碳經濟，除了通過技術創新、制度創新、產業轉型等多種手段，盡量減少煤炭，石油等高碳能源消耗，并提高人們的節能意識外，開發新能源的應用是更重要的手段，其中太陽能光伏發電是主要的新能源之一。在業余條件下，讀者很容易利用太陽能電池自己制作一套太陽能光伏發電裝置，不但非常有趣，而且可以實現自己使用新能源的愿望。

　　業余制作的太陽能光伏發電裝置一般不存在和電網并網的可能，因此需要在不用電的時候用蓄電池把電能儲藏起來，需要用電時再使用蓄電池中儲藏的電能，要實現這一功能就需要一個太陽能光伏系統控制器，本文介紹一款用單片機電路設計制作的這種裝置。

　　硬件電路設計

　　本文介紹的太陽能光伏系統控制器系統使用額定輸出電壓為18V的太陽能電池板，配用12V蓄電池，太陽能電池板的功率和蓄電池的容量可根據實際需要確定，同時考慮到充電時間和用電時間的長短，進行合理搭配，如額定輸出功率為10W的太陽能電池板配10Ah的蓄電池比較合適。

　　太陽能光伏系統控制器的電路見圖1。電路由單片機電路、充電控制電路、放電控制電路等部分組成。

　　一、單片機電路

　　IC1、R9、C3等組成單片機最小系統電路，其中R9、C3為上電復位電路，IC使用PIC12F675，它雖然只有8只引腳，功能卻比較強大，引腳見圖2。

　　PIC12F675片內含1KB的Flash只讀程序存儲器、64B數據存儲器RAM和128B的EEPROM，工作速度為0~20MHz，工作電壓為2~5.5V。有6個具有復用功能的I/O引腳GP0~GP5。

　　PIC12F675可以選擇外部或內部振蕩器，這里使用了內部振蕩器，工作頻率為4MHz。片內有一個帶有8 位可編程預分頻器的8 位定時器/計數器Timer0和一個帶有預分頻器的16 位定時器/ 計數器Timer1，一個看門狗定時器，4通道10位A/D轉換器，一個模擬比較器。

　　VT5、VT6等組成充電控制電路，當PIC12F675的GP2腳輸出低電平時，VT5截止、VT6飽和導通，太陽能電池通過VD9、VT6給蓄電池充電。

　　VT1、VT2和VT3、VT4等分別組成兩路蓄電池放電控制電路，使用兩路負載可增加使用的靈活性，當程序對PIC12F675的GP4、GP5腳采取不同的控制時可實現不同的功能，比如GP4作常規控制，GP5增加夜燈控制功能，只有在天黑以后蓄電池才對外供電。GP4、GP5如果采用相同的控制功能，兩個輸出端也可以并聯使用。以第一路（負載1）為例，當GP5輸出低電平時，蓄電池通過VD8、VT1向負載供電。

　　二、充放電控制器

　　本文介紹的控制器采用A/D轉換的方式測量蓄電池的電壓，即先把蓄電池的電壓轉換成數據，然后將測試數據和已儲存的過充電電壓、過放電電壓、恢復供電電壓數據進行比較，根據比較結果作出相應的控制。電路中R11、R12和R15、R16分別組成蓄電池和太陽能電池的電壓取樣電路，太陽能電池的電壓取樣電路在增加夜燈控制功能時使用。PIC12F675的GP0、GP1分別作兩個通道A/D轉換器的模擬信號輸入端。

　　A/D轉換器的參考電壓選擇單片機內部的VDD，即5V作為參考電壓。

　　R10、VD5、C1、C2等組成單片機5V穩壓電源。

　　VD7、保險絲FUSE組成防蓄電池反接電路，當蓄電池接反時VD7導通，通過保險絲FUSE使蓄電池短路，燒斷保險絲，從而蓄電池斷路，起到保護電路和負載的作用。保險絲FUSE同時也起到過載保護作用。

　　VD9能防止太陽能電池板接反。

　　三、工作過程

　　接上太陽能電池板和蓄電池后，電路的工作情況如下（設蓄電池的電壓為U）：

　　充電工作情況：

　　當U≤14.8V時GP2輸出低電平，太陽能電池對蓄電池充電；

　　當U＞14.8V時GP2輸出高電平，蓄電池停止充電。

　　放電工作情況：

　　1. 當U由大于12.3V下降到10.8V前，GP4、GP5輸出低電平，蓄電池對負載放電。

　　2. 當U≤10.8V時，GP4、GP5輸出高電平，蓄電池停止對負載放電。

　　3. U隨著充電逐漸上升，當U＞10.8V時，電路并不立刻恢復蓄電池的供電，否則會在很短的時間內因電壓下降又停止供電，形成一種振蕩的供電狀態，即一會通一會斷，為了解決這一問題，設置了一個電壓的回差，當蓄電池充電恢復到U＞12.3V時，GP4、GP5再輸出低電平恢復供電。

　　軟件設計

　　程序在MPLAB IDE編譯器中進行編譯，使用匯編語言編寫。程序由主程序、定時中斷服務子程序、A/D轉換子程序、延時子程序、數值比較子程序等組成。

　　主程序主要用來進行初始化，設置單片機的工作模式，將各種控制電壓值寫入有關存儲單元。

　　定時中斷服務子程序使用了定時器/計數器Timer0，Timer0使用內部時鐘源，預分頻器采用256分頻。由于PIC12F675的內部振蕩器振蕩頻率為4MHz，1個指令周期為4個時鐘周期，因此一個指令周期為1μs，經256分頻后Timer0的8位計數器TMR0計數脈沖的周期為256μs，因此如果它的初始值取61，則計滿256個數的時間為256×（256－61）=49920（μs）≈50ms，即每過50ms產生一次中斷。程序中設置了一個計數變量N，每中斷1次計1個數，每計滿20個數時測量一下蓄電池的電壓，即每過1s測一下蓄電池的電壓，程序根據測量結果發出相應的控制指令。

　　PIC12F675有4通道10位的A/D轉換器，這里使用了AN0和AN1兩個通道，轉換結果10位二進制輸出到ADRESH和ADRESL寄存器中，輸出格式采用左對齊，即前8位存入ADRESH，后兩位存入ADRESL，如圖3所示。A/D轉換器的參考電壓為5V，能轉換的最大模擬電壓值就是5V，因此取樣電路要使用分壓電阻，當輸入的模擬電壓值為5V時轉換結果為1023=1111111111B，這時ADRESH=11111111B=FFH，ADRESL=11000000B=C0H。以蓄電池電壓取樣為例，當其電壓為14.8V時，經分壓后GP0輸入的模擬電壓為12.8×R12/（R11+R12）=12.8×2/（2+6.2）=3.61（V），對應的A/D轉換結果為1023×3.61／5=739，程序中把每次檢測蓄電池電壓進行A/D轉換值同739比較大小，當值大于739時即認為充電結束。程序中要用到的蓄電池各種控制電壓值所對應的A/D轉換結果見表1。

    表2

   序號   元件名稱     位號      型號規格         數量
    1      單片機       IC       PIC12F675          1
    2                   R10     金屬膜 1/4W 680Ω    1
    3                  R7、R8   金屬膜 1/8W 1kΩ     2
    4                  R1、R4、

                      R12、R16  金屬膜 1/8W 2kΩ     4
    5      電阻器      R11      金屬膜 1/8W 6.2kΩ   1
    6                   R15     金屬膜 1/8W 6.8kΩ   1
    7                 R2、R5、

                      R9、R13   金屬膜 1/8W 10kΩ    4
    8              R3、R6、R14  金屬膜 1/8W 20kΩ    3
    9      電容器       C2        瓷片  0.1μF        1
    10   電解電容器     C1        100μF/16V          1
    11                  C3        10μF/16V           1
    12     二極管  VD1、VD2、VD6   10V穩壓二極管     3
    13                 VD5          5V穩壓二極管     1
    14                 VD7         1N5401            1
    15               VD8、VD9      SB560（5A60V）    2
    16   發光二極管     VD3         φ3 綠色          1
    17                  VD4         φ3 紅色          1
    18     三極管  VT2、VT4、VT5    2SC945           3
    19   場效應管  VT1、VT3、VT6    IRF3205          3
    20   集成電路插座                DIP8            1
    21    保險絲       FUSE           5A             1
    22    電路板                    PCB板            1

　　制作與調試

　　先將目標文件gfkzq.HEX寫入單片機PIC12F675，按圖4對有關配置位進行設置，具體燒寫方法見《無線電》雜志以前的文章。控制器的印制電路圖見圖5，也可以使用萬能電路板進行安裝。元器件的型號規格和數量見表2。

　　圖6是筆者制作的控制器實物（圖中只裝配了一路控制輸出）。調試時主要是測試電壓控制點是否準確，只要調準一個電壓控制點，其他幾個電壓控制點也就基本準確了，這里選擇調節過充電電壓。由于控制器的A/D轉換器的參考電壓選擇單片機的5V工作電壓，因此5V穩壓電源電壓的大小影響到控制電壓的精度，調試時用數字萬用表測量此電壓，誤差較大（超過±0.2V）時應調換5V穩壓二極管。

　　接下來在充電的過程中測量蓄電池的電壓，當充電指示發光二極管由點亮到熄滅時的電壓即為過充電電壓，當此值偏離14.8V較大時，可通過改變取樣電阻R11、R12的分壓比來調整，當測量值大于14.8V時，減小R11或增加R12的阻值，調大分壓比；反之增加R11或減小R12的阻值，調小分壓比。使用時控制器輸出的是蓄電池的12V直流電源，當用電器使用220V交流電源時，還要接入一個輸入電壓為DC12V的逆變器，逆變器的額定功率根據蓄電池的容量和使用要求確定。

    表1

        名稱          電壓（V）     A/D轉換結果     ADRESH    ADRESL
    過充電電壓     14.8               739                 B8H          C0H
    過放電電壓     10.8               539                 86H          C0H
    恢復供電電壓  12.3               614                 99H          80H