基于A(yíng)tmega16的智能太陽(yáng)能充電器設計

　　隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展、社會(huì )的進(jìn)步，人們對能源提出越來(lái)越高的要求，尋找新能源成為當前人類(lèi)面臨的迫切課題?，F有電力能源的來(lái)源主要有3 種，即火電、水電和核電。其中，火電需要燃燒煤、石油等化石燃料。一方面這些燃料蘊藏量有限、越燒越少，正面臨著(zhù)枯竭的危險。另一方面燃燒燃料將排出二氧化碳和硫的氧化物，因此會(huì )導致溫室效應和酸雨，惡化地球環(huán)境。而水電有可能導致生態(tài)環(huán)境破壞，一個(gè)國家的水力資源也是有限的，而且還要受季節的影響。核電在正常情況下固然是干凈的，但萬(wàn)一發(fā)生核泄漏，后果非常嚴重。在這種條件下就迫使人們去尋找新能源。新能源要同時(shí)符合兩個(gè)條件：一是蘊藏豐富不會(huì )枯竭;二是安全、干凈，不會(huì )威脅人類(lèi)和破壞環(huán)境。目前找到的新能源主要有：太陽(yáng)能，風(fēng)能和燃料電池。其中，最理想的新能源是太陽(yáng)能。

　　1 Atmega16 系列單片機概述

　　美國英特梅爾(ATMEL)公司的Atmega16 系列單片機是基于增強的AVR RISC 結構的低功耗8 位CMOS 微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執行時(shí)間，ATmega16的數據吞吐率高達1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統在功耗和處理速度之間的矛盾。ATmega16 AVR 內核具有豐富的指令集和32 個(gè)通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算術(shù)邏輯單元(ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)兩個(gè)獨立的寄存器。這種結構大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10 倍的數據吞吐率。

　　在開(kāi)發(fā)工具上，ATmega16 系列單片機支持先進(jìn)的JTAG 調試，其硬件仿真工具(仿真器)只是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的USB 轉換器，其軟件集成開(kāi)發(fā)環(huán)境由著(zhù)名的IAR 公司提供，在實(shí)際調試使用時(shí)非常方便，能對相應的數據進(jìn)行實(shí)時(shí)觀(guān)測和對程序的執行情況進(jìn)行判斷，在系統整合方面，ATmega16 系列單片機根據不同產(chǎn)品系列，集成了多種不同的功能模塊，包括定時(shí)器、模擬比較器、多功能串行接口、硬件乘法器、ADC、看門(mén)狗定時(shí)器(WDT)、I/O 端口、RAM、PWM 以及豐富的中斷功能。使用戶(hù)根據自己的需求，選擇合適的ATmega16 單片機。

　　2 太陽(yáng)能充電控制系統方案設計

　　系統主要實(shí)現獨立光伏路燈太陽(yáng)電池板的最大功率跟蹤功能。在太陽(yáng)電池板處于工作狀態(tài)，即整個(gè)光伏系統處于充電狀態(tài)時(shí)，控制器在光電流達到一定值后(本系統設定為0.3A)，實(shí)現對電壓、電流數據的檢測，通過(guò)快速的控制算法，調節蓄電池兩端的充電電壓，實(shí)現太陽(yáng)電池板的輸出功率的最大功率跟蹤，提高鉛酸蓄電池的充電電流，縮短充電時(shí)間，提高充電效率。系統的實(shí)現主要應解決如下幾個(gè)方面的問(wèn)題：

　　(a)太陽(yáng)電池板輸出電壓的檢測：檢測太陽(yáng)電池板不同的輸出電壓，并根據不同的電壓，系統作出不同的控制處理。如系統處于默認工作狀態(tài)，太陽(yáng)電池開(kāi)路電壓低于8 V 時(shí)，因為其低于電池的充電要求，因而進(jìn)行卸載處理。

　　(b)鉛酸蓄電池容量的檢測：系統為了盡可能地保護蓄電池，延長(cháng)其壽命，將根據不同的容量和蓄電池不同的狀態(tài)采取相應的充電控制策略。

　　(c)太陽(yáng)電池板輸出電流檢測：據此得出輸出功率，使系統通過(guò)一定的算法和控制手段，使系統工作在最大功率點(diǎn)。

　　(d)PWM 輸出控制：根據輸入輸出檢測模塊的數據實(shí)時(shí)調整蓄電池的充電電壓和電流和卸載放電功能，實(shí)現智能充放電控制。

　　(e)中央處理系統：實(shí)現高效的信息處理和各個(gè)功能模塊的控制。

　　由此，我們設計出了系統整體硬件電路結構模型，見(jiàn)圖1。從圖中可以看出，整個(gè)電路由六個(gè)功能模塊組成：核心控制模塊、前級檢測模塊、Boost 電路控制模塊、后級檢測模塊、PWM 輸出模塊和卸載模塊構成。

　　當太陽(yáng)電池板正常工作輸出時(shí)，其過(guò)程為：首先檢測該電壓能否達到電池的充電要求，在滿(mǎn)足基本充電要求的情況下通過(guò)控制器對電池兩端的電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監控在適合電池工作的三種情況下，通過(guò)ATmega16 微處理器的PWM 模塊輸出控制充電電壓和電流。