基于AVR單片機制作的家用太陽能發(fā)電系統(tǒng)（持續(xù)更新）NEW

在網上看到的，覺得不錯，轉載到這邊和大家一起欣賞討論一下

自制太陽能發(fā)電系統(tǒng)的設計歷程：

2012年6月，在學生畢業(yè)大甩賣時，我收了一塊10W的太陽能電池板，它就是我自制家用太陽能系統(tǒng)的奠基石。(當時玩了幾天就擱置了)

圖1、自制家用太陽能系統(tǒng)的奠基石(10W太陽能電池板)

2012年9月，一次停電時，手機需充電，我突然想到了10W的太陽能電池板。于是第二天開始拼接太陽能電池板的外圍，給USB設備充電，可不再怕停電，而且是真正的低碳、綠色能源。這樣一套最簡單的系統(tǒng)開啟了我的自制家用太陽能發(fā)電系統(tǒng)的夢想，如圖二所示。(注：所有的模塊都不是自己設計，僅僅是簡單拼接。)

圖2、拼接的太陽能給USB充電電路

2012年10月~11月，首先做了個簡單整體規(guī)劃，第一步要解決的就是選擇主控。以前做過簡單的DSP2812開發(fā)，感覺用在這里實在是大材小用，且成本高不利于普及，接著馬上想到了51單片機。可我對51只是了解，但不熟悉。于是開始學習，選擇了郭天祥老師《10天學會51單片機》，非常感謝這部視頻教程，讓我學會了51單片機。(吐下槽：我這樣的基礎，每天14小時廢寢忘食學習，整整花了2周時間，所以我想一般人想要10天……，呵呵)后續(xù)規(guī)劃中，發(fā)現(xiàn)了使用51的問題，51單片機雖然便宜，但是沒有AD采樣，如果加上ADC0804也只能采樣1路，還是8bit，采樣幾路系統(tǒng)就復雜了，成本就起來了。逛了逛壇子，又選擇了Atmega16A，內置8路10bitAD采樣，價格也不算太高。稍微學習了基礎，就上手了AVR這款單片機(有了51的底子，再上手AVR幾乎無阻力，所以這次也沒去系統(tǒng)學習，而是用什么學什么。)

2012年12月~2013年1月，解決了主控問題后開始搭建太陽能發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)各個原始模塊。在近2個多月的時間里，學習了如何腐蝕電路板，鞏固了Altium Designer，溫習了模電特別是運放，在年前終于搭建出了原始系統(tǒng)，如圖三所示。

圖3、太陽能發(fā)電系統(tǒng)原始模塊

由于每個功能基本都單獨搞成了個測試模塊，所以聯(lián)接時到處飛線，只能叫原始模塊了，呵呵。簡單介紹下：左上是基于LM324的AD信號調理電路板，左下是基于Atmega16A的主控板(供電是由7805轉換過來的)，中間的是幾個繼電器構成的主電路板(正中間綠板子是淘寶上買的限壓限流充電模塊)，右邊是由水泥電阻配個降壓模塊構成的可調負載。

2013年2月~3月，經過一段時間的測試，發(fā)現(xiàn)了些問題，最突出的問題就是采樣精度達不到95%，特別是電流采樣平均90%都困難，帶著問題不斷思索后確定了改進的方向：1、主控由Atemga16A(DIP封裝)，改進為Atmega16A(TQFP封裝)，原因是TQFP封裝可以啟用2路可編程的差分采樣(10倍和200倍放大)，同時參照Atemga16A的技術說明書修訂了主控板的AD采樣電路，按要求加入了電感和電容濾波，并對采樣信號也增加了濾波;2、逐步精簡和整合原始模塊，減少飛線，增加聯(lián)接口。元器件逐步向貼片元件轉型，縮小電路板尺寸;3、自設計高效充電模塊。

為了這個夢想，我放棄了許多娛樂時間，終于在3月初完成了對太陽能發(fā)電系統(tǒng)各原始模塊的第一次整合工作，見圖四，并給手機和筆記本電腦供電，見圖五。

圖4、第一次整合后的太陽能發(fā)電系統(tǒng)

圖5、接上負載后的系統(tǒng)

經過一段時間的測試該系統(tǒng)特點如下：

1、電壓測量精度98%以上，電流測量精度96%以上;

2、系統(tǒng)最高工作電壓23V(MP2307限制)，系統(tǒng)最大工作電流4.5A(50mRΩ/1W限制);

3、可累積工作時間和發(fā)出電能，不懼掉電(Atmega16內置EEPROM);

4、自設計充電模塊具備高效、可控、帶電網支撐功能，軟硬件雙保護功能。

近段時間工作有點忙，一是整理以前的設計過程，二是加深對DC/DC變壓模塊使用，三是測試系統(tǒng)，特別是穩(wěn)定性和可靠性(為以后能成為可靠產品做好鋪墊，疏忽不得)。完成了第五篇《基于MP2307的USB供電模塊》，這個模塊的目標就是小、模塊式，插接方式，預留監(jiān)控端口。

圖6 負載(基于MP2307的USB供電模塊)

2013年3月~4月初，經過整理后系統(tǒng)開始逐步變?yōu)槟K化了，加入防過流的保險絲，制作了第一個升壓電路(基于UC3843的Boost升壓電路，過幾天總結完畢馬上續(xù)帖)。現(xiàn)在看來低壓直流系統(tǒng)的主要工作大頭應該完成(升壓、降壓、限壓、限流等功能都調試出來了)，剩下的就是整理和完善設計了。第二版系統(tǒng)開始放圖：

圖7 散開放置的模塊圖

圖8 組裝后帶蓄電池、手機、筆記本全家圖

第六篇、基于UC3843的Boost升壓模塊整理完畢，在188樓。這次寫得比較細，希望大家能讀懂，想動手的可以做得出東西。此刻電壓直流部分主要功能都已經實現(xiàn)了(降壓、升壓、限壓、限流)，太陽能發(fā)電系統(tǒng)的直流部分就是完善AVR的管理和結構了。

2013年5月1日前，終于完成了高度整合后的第三版(把Boost升壓電路也做成模塊化)。并在汽車上小試一把了，單片機的控制部分加入了控制開關和蜂鳴器報警等電路。直接上圖吧!

組合拼圖

第七、八篇是使用Atmega16A自制太陽能充電器的過程，并朝著成品化方向發(fā)展。已經做出了一片半成品，并成功售罄，也是對自己學習的最好肯定。期間有不少發(fā)燒友給了很好的建議和意見，特別是廈門林工和河北曹工的幫組，加速了從發(fā)燒自制向成品化的轉變。下面幾個圖是幾次重要版本的。技術資料請看230樓附件。Atmega16A的功能和資源幾乎使用到了70%以上，呵呵。

第一版 18V太陽能板充12V電池

第三版 18或36V太陽能板充12或24V電池

全部售出版本全家福

技術交流：

當每個模塊設計得相對完善后，將會分享所有資料，包含自己的設計底稿,GENGXIN

全部回復(14)

只看樓主

正序查看

倒序查看

stony_s

LV.3

2014-02-12 13:52

這一套做下來就可以慢慢向電力子給自足靠攏了，其實覺得可以再加一個無線傳輸模塊，加了無線傳輸模塊后，可以顯示在電腦客戶端遠程監(jiān)控嘛！追蹤著太陽走就更牛逼了

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matou

LV.3

2014-02-12 17:27

也看別人做過一套，20W的成本好像要六百多塊！略高啊

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283567168

LV.2

2014-02-17 22:09

軟件有沒有搞MPPT?

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stony_s

LV.3

2014-02-22 21:30

第一篇能量的來源——太陽能電池板

1、名稱和外觀太陽能電池板(中文) Solarcell panel(English)

2、基本作用和分類

太陽能電池板是將太陽能轉換為電能的模塊，是綠色能源的核心部件，接收太陽光線，輸出直流電。常見的太陽能電池板分為多晶硅和單晶硅。(1)單晶硅太陽能電池的光電轉換效率為15%左右，最高的達到24%，這是所有種類的太陽能電池中光電轉換效率最高的，但制作成本相對高。(2)多晶硅太陽電池的光電轉換效率約12%左右。制作成本相對低廉。

3、參數(shù)說明

太陽能電池板銘牌

Maximum Power (Pm) : 最大功率50瓦

Open-Circuit Voltage (Voc) : 開路電壓22伏

Short-Circuit Current (Isc): 短路電流2.78安

Maximum Power Voltage (Vmp): 最大功率時輸出電壓18伏

Maximum Power Current (Imp): 最大功率時輸出電流3.05安

Maximum system Voltage (V): 系統(tǒng)最大耐壓直流800伏(絕緣系數(shù))

Temperature Cycling Range : 工作時溫度范圍零下40攝氏度~85攝氏度

Tolerance : 誤差正負3%

Weight : 重量4.6公斤

測試條件：光照強度 1000W/M2 光譜 AM1.5 溫度 25攝氏度

警告：太陽能電池板一旦暴露在光線中就會產生電能。有兩種級聯(lián)方式：串聯(lián)和并聯(lián)。串聯(lián)可以提升輸出電壓，并聯(lián)可以提升輸出電流。使用級聯(lián)方式時可能會引起火災，使用時要小心，做好保護措施。

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stony_s

LV.3

2014-02-22 21:31

@stony_s

第一篇能量的來源——太陽能電池板1、名稱和外觀太陽能電池板(中文)Solarcellpanel(English)2、基本作用和分類[圖片]太陽能電池板是將太陽能轉換為電能的模塊，是綠色能源的核心部件，接收太陽光線，輸出直流電。常見的太陽能電池板分為多晶硅和單晶硅。(1)單晶硅太陽能電池的光電轉換效率為15%左右，最高的達到24%，這是所有種類的太陽能電池中光電轉換效率最高的，但制作成本相對高。(2)多晶硅太陽電池的光電轉換效率約12%左右。制作成本相對低廉。3、參數(shù)說明[圖片]太陽能電池板銘牌MaximumPower(Pm):最大功率50瓦Open-CircuitVoltage(Voc):開路電壓22伏Short-CircuitCurrent(Isc):短路電流2.78安MaximumPowerVoltage(Vmp):最大功率時輸出電壓18伏MaximumPowerCurrent(Imp):最大功率時輸出電流3.05安MaximumsystemVoltage(V):系統(tǒng)最大耐壓直流800伏(絕緣系數(shù))TemperatureCyclingRange:工作時溫度范圍零下40攝氏度~85攝氏度Tolerance:誤差正負3%Weight:重量4.6公斤測試條件：光照強度1000W/M2光譜AM1.5溫度25攝氏度警告：太陽能電池板一旦暴露在光線中就會產生電能。有兩種級聯(lián)方式：串聯(lián)和并聯(lián)。串聯(lián)可以提升輸出電壓，并聯(lián)可以提升輸出電流。使用級聯(lián)方式時可能會引起火災，使用時要小心，做好保護措施。

4、太陽能電池板使用的保護問題

太陽能電池板使用時，應避免短路和反充。反充是指電路給太陽能電池板充電，即太陽能電池板的輸出電壓小于端口電壓，端口對電池板放電。反充會損壞太陽能電池板內部的光電變換單元，長期反充會嚴重損害電池板整體性能。太陽能電池板的保護一般采用二極管來完成，防反充二極管和旁路二極管。

①、防反充二極管

防反充二極管也稱為防逆流二極管，與太陽能電池板輸出端串聯(lián)。其作用之一是防止太陽能電池組件或方陣在不發(fā)電時，蓄電池的電流反過來向組件或方陣倒送，不僅消耗能量，而且會使組件或方陣發(fā)熱甚至損壞;作用之二是在電池方陣中，防止方陣各支路之間的電流倒送。這是因為并聯(lián)各路的輸出電壓不可能絕對相等，各支路電壓總有高低之差，或者某一支路故障、陰影遮蔽等使該支路的輸出電壓降低，高電壓支路的電流就會流向低電壓支路，甚至會使方陣總體輸出電壓的降低。在各支路中串聯(lián)接入防反充二極管就避免了這一現(xiàn)象的發(fā)生。在獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中，有些光伏控制器的電路上已經接入了防反充二極管，即控制器帶有防反充功能時，組件輸出就不需要再接二極管了。

要特別注意的是損耗問題，防反充二極管存在正向導通壓降，串聯(lián)在電路中會有一定的功率消耗，一般使用的硅整流二極管壓降為0.7V以上。例如18V太陽能系統(tǒng)，防反充二極管壓降為0.9V，那么在二極管上消耗的功率百分比為：0.9/18=5%。

②、旁路二極管當有較多的太陽能電池組件串聯(lián)組成電池方陣時，需要在每塊電池板的正負極輸出端反向并聯(lián)二極管，這種并聯(lián)在兩端的二極管叫旁路二極管。旁路二極管的作用是防止方陣中的某個組件或組件中的某一部分被陰影遮擋或出現(xiàn)故障停止發(fā)電時，在該組件旁路二極管兩端會形成正向偏壓使二極管導通，組件串工作電流繞過故障組件，經二極管流過，不影響其他正常組件的發(fā)電，同時也保護被旁路組件避免受到較高的正向偏壓或由于“熱斑效應”發(fā)熱而損壞。旁路二極管一般都直接安裝在接線盒內，根據(jù)組件功率大小和電池片串的多少，安裝1~3個二極管。旁路二極管也不是任何場合都需要的，當組件單獨使用或并聯(lián)使用時，是不需要接二極管的。對于組件串聯(lián)數(shù)量不多且工作環(huán)境較好的場合，也可以考慮不用旁路二極管。一般電池板出廠時都并聯(lián)了旁路二極管。

5、太陽能電池板的安裝

一般太陽能電池板多為固定式安裝，即方位角和傾斜角設置完畢后不可調。為了更加充分有效地利用太陽能，太陽能電池板安裝時要考慮方位角與傾斜角的選擇。

①、方位角

方位角是電池板的垂直面與正南方向的夾角。在固定式電池板工作時，方位角朝向正南(即電池板垂直面與正南的夾角為0°)時，太陽電池發(fā)電量是最大的。在偏離30°時，發(fā)電量將減少約10%～15%;在偏離60°時，發(fā)電量將減少約20%～30%。在夏天，太陽輻射能量的最大時刻是在午后，因此方位角稍微向西偏一些時，可獲得最大發(fā)電功率。在其他季節(jié)，方位稍微向東或西偏移。

②、傾斜角

傾斜角是太陽電池方陣平面與水平地面的夾角。一年中的最佳傾斜角與當?shù)氐牡乩砭暥扔嘘P，當緯度較高時，相應的傾斜角也大。對于方位角為0°時，傾斜角從水平(傾斜角為0°)開始逐漸向最佳的傾斜角過渡時，其日射量不斷增加直到最大值，若再增加傾斜角其日射量不斷減少。特別是在傾斜角大于50°～60°以后，日射量急劇下降，直至到最后的垂直放置時，發(fā)電量下降到最小。

有一組經驗公式，根據(jù)使用地點的緯度來設置傾斜角：

(1)緯度為0°-25°時，太陽能板的傾斜角度與緯度相同;

(2)緯度為26°-40°時，太陽能板的傾斜角度為緯度+(5-10)°;

(3)緯度為41°-55°時，太陽能板的傾斜角度為緯度+(10-15)°;

(4)緯度>55°時，太陽能板的傾斜角度為緯度+(15-20)°。

以武漢為例，武漢緯度為 30.6°，在安裝固定式的太陽能電池板時，建議方位角選擇正南方向(即0°)，傾斜角選擇38°(30.6+7.4=38)

當然可以考慮制作可旋轉的自動追蹤系統(tǒng)。

太陽能電池板.rar

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stony_s

LV.3

2014-02-22 21:54

@stony_s

4、太陽能電池板使用的保護問題太陽能電池板使用時，應避免短路和反充。反充是指電路給太陽能電池板充電，即太陽能電池板的輸出電壓小于端口電壓，端口對電池板放電。反充會損壞太陽能電池板內部的光電變換單元，長期反充會嚴重損害電池板整體性能。太陽能電池板的保護一般采用二極管來完成，防反充二極管和旁路二極管。①、防反充二極管防反充二極管也稱為防逆流二極管，與太陽能電池板輸出端串聯(lián)。其作用之一是防止太陽能電池組件或方陣在不發(fā)電時，蓄電池的電流反過來向組件或方陣倒送，不僅消耗能量，而且會使組件或方陣發(fā)熱甚至損壞;作用之二是在電池方陣中，防止方陣各支路之間的電流倒送。這是因為并聯(lián)各路的輸出電壓不可能絕對相等，各支路電壓總有高低之差，或者某一支路故障、陰影遮蔽等使該支路的輸出電壓降低，高電壓支路的電流就會流向低電壓支路，甚至會使方陣總體輸出電壓的降低。在各支路中串聯(lián)接入防反充二極管就避免了這一現(xiàn)象的發(fā)生。在獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中，有些光伏控制器的電路上已經接入了防反充二極管，即控制器帶有防反充功能時，組件輸出就不需要再接二極管了。要特別注意的是損耗問題，防反充二極管存在正向導通壓降，串聯(lián)在電路中會有一定的功率消耗，一般使用的硅整流二極管壓降為0.7V以上。例如18V太陽能系統(tǒng)，防反充二極管壓降為0.9V，那么在二極管上消耗的功率百分比為：0.9/18=5%。②、旁路二極管當有較多的太陽能電池組件串聯(lián)組成電池方陣時，需要在每塊電池板的正負極輸出端反向并聯(lián)二極管，這種并聯(lián)在兩端的二極管叫旁路二極管。旁路二極管的作用是防止方陣中的某個組件或組件中的某一部分被陰影遮擋或出現(xiàn)故障停止發(fā)電時，在該組件旁路二極管兩端會形成正向偏壓使二極管導通，組件串工作電流繞過故障組件，經二極管流過，不影響其他正常組件的發(fā)電，同時也保護被旁路組件避免受到較高的正向偏壓或由于“熱斑效應”發(fā)熱而損壞。旁路二極管一般都直接安裝在接線盒內，根據(jù)組件功率大小和電池片串的多少，安裝1~3個二極管。旁路二極管也不是任何場合都需要的，當組件單獨使用或并聯(lián)使用時，是不需要接二極管的。對于組件串聯(lián)數(shù)量不多且工作環(huán)境較好的場合，也可以考慮不用旁路二極管。一般電池板出廠時都并聯(lián)了旁路二極管。[圖片]5、太陽能電池板的安裝一般太陽能電池板多為固定式安裝，即方位角和傾斜角設置完畢后不可調。為了更加充分有效地利用太陽能，太陽能電池板安裝時要考慮方位角與傾斜角的選擇。①、方位角方位角是電池板的垂直面與正南方向的夾角。在固定式電池板工作時，方位角朝向正南(即電池板垂直面與正南的夾角為0°)時，太陽電池發(fā)電量是最大的。在偏離30°時，發(fā)電量將減少約10%～15%;在偏離60°時，發(fā)電量將減少約20%～30%。在夏天，太陽輻射能量的最大時刻是在午后，因此方位角稍微向西偏一些時，可獲得最大發(fā)電功率。在其他季節(jié)，方位稍微向東或西偏移。②、傾斜角傾斜角是太陽電池方陣平面與水平地面的夾角。一年中的最佳傾斜角與當?shù)氐牡乩砭暥扔嘘P，當緯度較高時，相應的傾斜角也大。對于方位角為0°時，傾斜角從水平(傾斜角為0°)開始逐漸向最佳的傾斜角過渡時，其日射量不斷增加直到最大值，若再增加傾斜角其日射量不斷減少。特別是在傾斜角大于50°～60°以后，日射量急劇下降，直至到最后的垂直放置時，發(fā)電量下降到最小。有一組經驗公式，根據(jù)使用地點的緯度來設置傾斜角：(1)緯度為0°-25°時，太陽能板的傾斜角度與緯度相同;(2)緯度為26°-40°時，太陽能板的傾斜角度為緯度+(5-10)°;(3)緯度為41°-55°時，太陽能板的傾斜角度為緯度+(10-15)°;(4)緯度>55°時，太陽能板的傾斜角度為緯度+(15-20)°。以武漢為例，武漢緯度為30.6°，在安裝固定式的太陽能電池板時，建議方位角選擇正南方向(即0°)，傾斜角選擇38°(30.6+7.4=38)當然可以考慮制作可旋轉的自動追蹤系統(tǒng)。太陽能電池板.rar

第二篇充電模塊——基于KIS3R33S的高效智能同步整流

1、模塊基本功能

將太陽能電池板提供的能量(15~20V直流電)，給蓄電池(12V)充電，儲存能量，必須滿足以下幾方面的要求：高效的電能變換，蓄電池充電的基本階段(恒流、恒壓、涓流)，雙重保護(硬件電路限壓、限流，同時提供單片機監(jiān)視和控制端口)，帶電網支撐功能。

2、直流電能變換的方式選擇(基于KIS-3R33S的同步整流降壓模塊)

DC/DC降壓電路，馬上想到的就是Buck電路，在市場上有許多成熟的控制芯片，比較流行的是LM2596模塊，但是效率偏低(我自己搭建了一個簡易效率測試平臺LM2596模塊的平均效率勉強80%)，而且發(fā)熱嚴重，電流上到1.5A時不敢往上調(這還是增加散熱片的情況)。通過逛淘寶和論壇，最后選定了同步整流方案。

什么是同步整流?

假設一個二極管串在蓄電池的12V系統(tǒng)中，消耗在二極管上的電壓為0.9V，電路電流為I，那么系統(tǒng)效率為((12-0.9)*I)/ (12*I)=11.1/12=92.5%。我們知道在傳統(tǒng)Buck電路中接有一個續(xù)流二極管，因此傳統(tǒng)Buck變換電路的效率是很難達到90%以上的。LM2596模塊效率低和發(fā)熱大的根源之一就是二極管損耗(特別提醒，系統(tǒng)電壓越低二極管上的損耗比就越恐怖)。

只有選擇同步整流方式，才可以得到高效率，同時高效率也意味著低損耗，發(fā)熱小。同步整流方式其實是對傳統(tǒng)的Buck降壓電路的改良，通過給二極管并聯(lián)低導通阻抗的MOSFET，并有時序要求的(即同步方式)導通來代替二極管，從而提高效率。通過KIS-3R33S同步降壓模塊的學習，掌握了MP2307芯片基本使用，綜合成本下采用了改裝KIS-3R33S模塊，自設計控制電路。(KIS-3R33S改造帖子很多，蠻適合入門學習，百度文庫里也有幾篇不錯，我就不再整理了。)

圖1 KIS-3R33S原封裝

圖2 KIS-3R33S拆封后

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stony_s

LV.3

2014-02-22 21:56

@stony_s

第二篇充電模塊——基于KIS3R33S的高效智能同步整流1、模塊基本功能將太陽能電池板提供的能量(15~20V直流電)，給蓄電池(12V)充電，儲存能量，必須滿足以下幾方面的要求：高效的電能變換，蓄電池充電的基本階段(恒流、恒壓、涓流)，雙重保護(硬件電路限壓、限流，同時提供單片機監(jiān)視和控制端口)，帶電網支撐功能。2、直流電能變換的方式選擇(基于KIS-3R33S的同步整流降壓模塊)DC/DC降壓電路，馬上想到的就是Buck電路，在市場上有許多成熟的控制芯片，比較流行的是LM2596模塊，但是效率偏低(我自己搭建了一個簡易效率測試平臺LM2596模塊的平均效率勉強80%)，而且發(fā)熱嚴重，電流上到1.5A時不敢往上調(這還是增加散熱片的情況)。通過逛淘寶和論壇，最后選定了同步整流方案。什么是同步整流?假設一個二極管串在蓄電池的12V系統(tǒng)中，消耗在二極管上的電壓為0.9V，電路電流為I，那么系統(tǒng)效率為((12-0.9)*I)/(12*I)=11.1/12=92.5%。我們知道在傳統(tǒng)Buck電路中接有一個續(xù)流二極管，因此傳統(tǒng)Buck變換電路的效率是很難達到90%以上的。LM2596模塊效率低和發(fā)熱大的根源之一就是二極管損耗(特別提醒，系統(tǒng)電壓越低二極管上的損耗比就越恐怖)。只有選擇同步整流方式，才可以得到高效率，同時高效率也意味著低損耗，發(fā)熱小。同步整流方式其實是對傳統(tǒng)的Buck降壓電路的改良，通過給二極管并聯(lián)低導通阻抗的MOSFET，并有時序要求的(即同步方式)導通來代替二極管，從而提高效率。通過KIS-3R33S同步降壓模塊的學習，掌握了MP2307芯片基本使用，綜合成本下采用了改裝KIS-3R33S模塊，自設計控制電路。(KIS-3R33S改造帖子很多，蠻適合入門學習，百度文庫里也有幾篇不錯，我就不再整理了。)[圖片]圖1KIS-3R33S原封裝[圖片]圖2KIS-3R33S拆封后

3、KIS-3R33S的改造方向

其實KIS-3R33S就是帶了外圍的MP2307電路，一定要掌握了MP2307芯片的基本知識，改造起來才能易如反掌了。

根據(jù)蓄電池充電的特點，電池從低電壓開始充，先是恒流充電，然后恒壓充電，最后涓流充電，因此需要給KIS-3R33S加入限流和限壓功能;根據(jù)雙重保護的特點，需要將輸入、輸出電壓信號提供給AVR單片機進行采樣，掌握充電模塊的狀態(tài)，并提供模塊的控制接口交給單片機管理;電網支撐的要求，其實是當負載功率過大，太陽能電池板無法提供足夠能量時，太陽能電網電壓不斷下降，此時要求蓄電池能馬上將平時儲存的能量及時加入太陽能電網，防止太陽能電網電壓的崩潰。

4、KIS-3R33S的具體改造方法

①改造后的電路原理圖如圖3所示，PCB板(單面板，正面僅有4條短飛線)如圖4所示。

圖3 KIS-3R33S原理圖

圖4 KIS-3R33S PCB板

②限壓和限流部分，一定要了解MP2307芯片F(xiàn)B端口的反饋原理，由TL431提供基準信號，通過可調電阻調理后與輸出的電壓和電流信號在LM358處進行比較，反饋給FB端口。大家注意，電阻R9限定了可調最高壓(R9=10K時，Vout最高約13.75V，如果想提高輸出電壓，則降低R9取值)，電阻R10限定了可調最高電流(R10=100K，Iout最高約4.55A，如果想提高輸出電流，則降低R10取值)。

③模塊的控制接口，要了解MP2307芯片EN端口，高電平工作，低電平關閉。在此處，設置了自鎖開關可手動控制，從AVR單片機引入EN信號可自動控制。與AVR單片機的接口為P1，V+為輸出電壓，Vin為輸入電壓，GND為地，EN為電路控制接口。有了輸入、輸出電壓AVR單片機就可以做自由控制了(何時充電，何時停止，可以在硬件的限壓、限流基礎上增加一層軟件保護，雙保險)。

④電網支撐，采用最穩(wěn)定的二極管方式，原理圖D1所示，但是在選擇上一定要采用硝特基，如SS54，最大工作電流5A，導通壓降0.55V(注意，D1是支撐二極管，D3是防輸出反饋二極管，兩者不需要同時存在，即有D1時，請取消D3)。

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stony_s

LV.3

2014-02-22 21:58

@stony_s

3、KIS-3R33S的改造方向其實KIS-3R33S就是帶了外圍的MP2307電路，一定要掌握了MP2307芯片的基本知識，改造起來才能易如反掌了。根據(jù)蓄電池充電的特點，電池從低電壓開始充，先是恒流充電，然后恒壓充電，最后涓流充電，因此需要給KIS-3R33S加入限流和限壓功能;根據(jù)雙重保護的特點，需要將輸入、輸出電壓信號提供給AVR單片機進行采樣，掌握充電模塊的狀態(tài)，并提供模塊的控制接口交給單片機管理;電網支撐的要求，其實是當負載功率過大，太陽能電池板無法提供足夠能量時，太陽能電網電壓不斷下降，此時要求蓄電池能馬上將平時儲存的能量及時加入太陽能電網，防止太陽能電網電壓的崩潰。4、KIS-3R33S的具體改造方法①改造后的電路原理圖如圖3所示，PCB板(單面板，正面僅有4條短飛線)如圖4所示。[圖片]圖3KIS-3R33S原理圖[圖片]圖4KIS-3R33SPCB板②限壓和限流部分，一定要了解MP2307芯片F(xiàn)B端口的反饋原理，由TL431提供基準信號，通過可調電阻調理后與輸出的電壓和電流信號在LM358處進行比較，反饋給FB端口。大家注意，電阻R9限定了可調最高壓(R9=10K時，Vout最高約13.75V，如果想提高輸出電壓，則降低R9取值)，電阻R10限定了可調最高電流(R10=100K，Iout最高約4.55A，如果想提高輸出電流，則降低R10取值)。③模塊的控制接口，要了解MP2307芯片EN端口，高電平工作，低電平關閉。在此處，設置了自鎖開關可手動控制，從AVR單片機引入EN信號可自動控制。與AVR單片機的接口為P1，V+為輸出電壓，Vin為輸入電壓，GND為地，EN為電路控制接口。有了輸入、輸出電壓AVR單片機就可以做自由控制了(何時充電，何時停止，可以在硬件的限壓、限流基礎上增加一層軟件保護，雙保險)。④電網支撐，采用最穩(wěn)定的二極管方式，原理圖D1所示，但是在選擇上一定要采用硝特基，如SS54，最大工作電流5A，導通壓降0.55V(注意，D1是支撐二極管，D3是防輸出反饋二極管，兩者不需要同時存在，即有D1時，請取消D3)。

圖5 實物板頂部（背了散熱片）

照相時同時焊接了D1和D3，請根據(jù)需求選一個就行。自鎖開關是手動控制，2個W103的可調電阻，可以自行調整需要限定的電壓和電流（如我設定的充電最大電流1A、充電最高電壓13.4V）。

5、小結

該電路是借鑒淘寶網店上的限壓、限流充電模塊的基礎上，進行了完善和修訂，設置了比較精準的最高值限定，增加了手動和自動控制功能，并針對太陽能電網需要支撐的特點加入了支撐二極管D1（我還設計了包含限制輸入電壓過低的功能，用于測試太陽能電池板最大輸出功率跟蹤的實驗，大家感興趣可自行改造）。

高效智能充電模塊.rar

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stony_s

LV.3

2014-02-22 22:01

第三篇主控——基于Atmega16A的單片機

一、太陽能主控板功能描述

1、實時監(jiān)測整個太陽能系統(tǒng)的參數(shù)：太陽能電池板輸出電壓和電流、負載端口電壓和電流、充電模塊電壓和電流、蓄電池電壓和電流，使用PA0~PA7引腳配置為采樣端口。

2、控制：根據(jù)系統(tǒng)實時參數(shù)，作出各種控制決策(修訂中)，但預留出PB0~PB5引腳作為控制接口。

3、人機信息交互界面：LCD1602和串口無線通信(待開發(fā)，初步意向是使用藍牙通訊，除了可以在PC上監(jiān)控，還能使用智能手機APP程序監(jiān)控)。LCD1602使用PC0~PC7作為數(shù)據(jù)端口，PD6、PD7作為控制端口。

4、集成電源，可以直接從主電路中取電。由于負載不大使用78M05芯片變換即可。

5、模塊化插接件，使用P20針插口進行聯(lián)結。

二、電路原理圖和PCB

圖一、主控電路原理圖

圖二、主控PCB板

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stony_s

LV.3

2014-02-22 22:05

三、完成后的實物

圖三、主控正面

圖四、主控背面

圖五、拆掉1602液晶后的正面圖

圖六、通過P20接口聯(lián)結到主電路板

四、已實現(xiàn)功能

1、實時監(jiān)控系統(tǒng)的電參數(shù)

圖七、液晶顯示第一頁說明

LCD1602液晶顯示第一頁數(shù)據(jù)解釋：第一行“S：”是solar的縮寫，代表太陽能，依次顯示的數(shù)據(jù)是太陽能電池板的輸出電壓、輸出電流、輸出功率，比如此刻太陽能電池板輸出電壓為12.6V，電流為1.96A，功率為24.7W;第二行“B”是Battery的縮寫，代表電池，依次顯示的數(shù)據(jù)是電池電壓、系統(tǒng)負載輸出電流、電池電流，這一行要注意正負號含義，此刻電池電壓12.5V，系統(tǒng)外接負載輸出電流2.63A(負號代表輸出)，電池輸出電流0.66A(原因是太陽能電能不足，只提供了部分能量還有部分由電池提供)。

圖八、液晶顯示第二頁說明

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stony_s

LV.3

2014-02-22 22:07

@stony_s

三、完成后的實物[圖片]圖三、主控正面[圖片]圖四、主控背面[圖片]圖五、拆掉1602液晶后的正面圖[圖片]圖六、通過P20接口聯(lián)結到主電路板四、已實現(xiàn)功能1、實時監(jiān)控系統(tǒng)的電參數(shù)[圖片]圖七、液晶顯示第一頁說明LCD1602液晶顯示第一頁數(shù)據(jù)解釋：第一行“S：”是solar的縮寫，代表太陽能，依次顯示的數(shù)據(jù)是太陽能電池板的輸出電壓、輸出電流、輸出功率，比如此刻太陽能電池板輸出電壓為12.6V，電流為1.96A，功率為24.7W;第二行“B”是Battery的縮寫，代表電池，依次顯示的數(shù)據(jù)是電池電壓、系統(tǒng)負載輸出電流、電池電流，這一行要注意正負號含義，此刻電池電壓12.5V，系統(tǒng)外接負載輸出電流2.63A(負號代表輸出)，電池輸出電流0.66A(原因是太陽能電能不足，只提供了部分能量還有部分由電池提供)。[圖片]圖八、液晶顯示第二頁說明

五、設計中的體會和小結

1、AVR ATmega16A_TQFP封裝的底部可以不用焊接到板上(技術說明上要接地，當時不接地設計還蠻猶豫，最后證明沒問題)。

2、熔絲設置必須千萬個小心，如果你沒有插入晶振，確不小心選擇了外部晶振模式，那么馬上恭喜你，下一刻起你的AVR單片機將不能與ISP通訊了(單片機假死)，解決方法就是插入正確晶振才能恢復ISP通訊，還有一次我不小心選擇外部RC振蕩器，最后只好去查資料，選擇合適的電容和電阻構成振蕩器才能恢復。再次提醒各位，設置錯了晶振等于無法通訊，所以設置熔絲位時要仔細。

圖九、PC外部振蕩器

3、我設計的LCD1602數(shù)據(jù)接口是PC0~PC7口，比較特殊(市面上開發(fā)的多為PB0~PB7)。當初第一版時LCD1602怎么也無法顯示，我換了2個新片子都不行，當我絕望時，借來調試神器——示波器，終于發(fā)現(xiàn)問題，原來PC口中有幾個引腳沒有輸出，原因是要和JTAG通訊的，影響了LCD1602的通訊，再去查資料，最后解決的方法是關閉熔絲位中“使能JTAG接口”。

4、另外要注意的數(shù)據(jù)寫到了EEPROM中，如果要重新刷程序，熔絲位中“執(zhí)行芯片擦除時，保留EEPROM內容”要選上，不然累計的數(shù)據(jù)就被清零了。

5、ATmega16A芯片確實簡單，板子焊接調試方法就

①焊接ATmega16A芯片，檢查電源和地是否短路;

②焊接ISP座子，好了此刻你就可以開始下載程序了(需要的外圍電路真是太少了，晶振、電源都不用);

③焊接LCD1602接口，開始調試顯示功能(再提醒關閉熔絲位JTAG口);

④焊接78M05電源電路，可以使用 P1口獨立供電試驗是否正常;

⑤焊接AD采樣及主控接口，注意接到主電路板時一定要把正負方向選擇好，不然你懂得，呵呵。

6、AD采樣中分辨率問題：設定Ver=2.56V

電壓范圍和電流取樣電阻決定量程，精度和取樣電阻決定測量精度。舉例，我設計的電流取樣電阻為50mΩ，采樣方式為差分10倍放大，那么測量的電流范圍0.256/0.05=5.1A，電流測量精度(50*1)(mV)/0.5(mV)=100格，即0.01A。

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elio

LV.2

2014-02-22 22:11

@stony_s

LCD1602液晶顯示第二頁數(shù)據(jù)解釋：第一行是累計工作時間，此刻工作了7小時1分中;第二行是太陽能電池板累計發(fā)出電能，此刻累計發(fā)電95.6瓦時(注意，瓦時與我們日常用電計量單位度也成為千瓦時，相差1000倍哦!)由于要累計，故使用Atemga16A片內EEPROM，掉電不丟失，每10分鐘才寫入一次(EEPROM寫入壽命畢竟有限)，但是統(tǒng)計還是實時的每秒累計一次。五、設計中的體會和小結1、AVRATmega16A_TQFP封裝的底部可以不用焊接到板上(技術說明上要接地，當時不接地設計還蠻猶豫，最后證明沒問題)。2、熔絲設置必須千萬個小心，如果你沒有插入晶振，確不小心選擇了外部晶振模式，那么馬上恭喜你，下一刻起你的AVR單片機將不能與ISP通訊了(單片機假死)，解決方法就是插入正確晶振才能恢復ISP通訊，還有一次我不小心選擇外部RC振蕩器，最后只好去查資料，選擇合適的電容和電阻構成振蕩器才能恢復。再次提醒各位，設置錯了晶振等于無法通訊，所以設置熔絲位時要仔細。[圖片]圖九、PC外部振蕩器3、我設計的LCD1602數(shù)據(jù)接口是PC0~PC7口，比較特殊(市面上開發(fā)的多為PB0~PB7)。當初第一版時LCD1602怎么也無法顯示，我換了2個新片子都不行，當我絕望時，借來調試神器——示波器，終于發(fā)現(xiàn)問題，原來PC口中有幾個引腳沒有輸出，原因是要和JTAG通訊的，影響了LCD1602的通訊，再去查資料，最后解決的方法是關閉熔絲位中“使能JTAG接口”。4、另外要注意的數(shù)據(jù)寫到了EEPROM中，如果要重新刷程序，熔絲位中“執(zhí)行芯片擦除時，保留EEPROM內容”要選上，不然累計的數(shù)據(jù)就被清零了。5、ATmega16A芯片確實簡單，板子焊接調試方法就①焊接ATmega16A芯片，檢查電源和地是否短路;②焊接ISP座子，好了此刻你就可以開始下載程序了(需要的外圍電路真是太少了，晶振、電源都不用);③焊接LCD1602接口，開始調試顯示功能(再提醒關閉熔絲位JTAG口);④焊接78M05電源電路，可以使用P1口獨立供電試驗是否正常;⑤焊接AD采樣及主控接口，注意接到主電路板時一定要把正負方向選擇好，不然你懂得，呵呵。6、AD采樣中分辨率問題：設定Ver=2.56V[圖片]電壓范圍和電流取樣電阻決定量程，精度和取樣電阻決定測量精度。舉例，我設計的電流取樣電阻為50mΩ，采樣方式為差分10倍放大，那么測量的電流范圍0.256/0.05=5.1A，電流測量精度(50*1)(mV)/0.5(mV)=100格，即0.01A。

也想自己做一套啊

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