自助式太陽能充電樁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)緒論課題背景在當(dāng)今科技飛速發(fā)展的時(shí)代，不可再生的能源成為了制約我們經(jīng)濟(jì)、科技、社會(huì)等多方面發(fā)展的因素，因此越來越多的國家開始著眼于去挖掘新能源的發(fā)展，去尋求發(fā)展的新動(dòng)力。太陽能作為一種取之不盡的能源存在與我們生活中，隨處可見并且對環(huán)境也沒有污染，作為新能源之首，我們把目光也集聚于太陽能源上。太陽能充電樁是就是利用太陽光和太陽能電池板發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生電能。太陽能電池制造技術(shù)的進(jìn)步和新型光電轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)明，使利用太陽能成為一種更可靠、更可行的方式。由于受環(huán)境的影響，現(xiàn)在各國對環(huán)境的保護(hù)和可再生能源越來越重視，因此可以通過大規(guī)模的利用太陽能源來開拓廣闊的未來。太陽能具有可循環(huán)、干凈、安全、環(huán)保等特點(diǎn)，因此越來越多人愿意使用太陽能作為各種負(fù)載的發(fā)電方式。隨著科技的發(fā)展，太陽能發(fā)電技術(shù)也越來越成熟。我們在外出和旅游或者平時(shí)使用手機(jī)的時(shí)候都會(huì)遇到手機(jī)沒電的情況，常常會(huì)因?yàn)槭謾C(jī)沒電也找不到充電的地方導(dǎo)致一些事情不能及時(shí)處理；或者是在使用電動(dòng)車時(shí)電量不夠需要推著車到達(dá)目的地，因此為了方便居民平時(shí)的出行，本設(shè)計(jì)介紹一種太陽能充電樁，能夠?qū)⑻柲苻D(zhuǎn)化為電能并通過一系列的電路使得電壓變?yōu)?V和220V方便人們的使用。研究現(xiàn)狀之前我們所得知的太陽能電池板在一般情況下通常只能吸收部分太陽光譜，而我們所熟知的太陽能吸收率僅能達(dá)到70%，這個(gè)是在太陽能裝置自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的情況下才能達(dá)成的，自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠使太陽能電池板處于最優(yōu)情況下的對于太陽能的吸收和轉(zhuǎn)換利用，這是因?yàn)樵谕ǔＧ闆r下太陽能電池板一般只能吸收太陽光中的部分光譜，而且這是只有在吸收直線發(fā)射過來的太陽光的情況下太陽能電池板的工作效率才會(huì)變得很高。而隨著一種新的涂層的出現(xiàn)由美國科技團(tuán)隊(duì)在2008年開發(fā)完成，在太陽能電池板上覆蓋這種涂層，則太陽能的吸收率能夠被提高到96.2%。新型涂層提高了太陽能電池板吸收陽光的效率，這是因?yàn)檫@種新型涂層解決了之前人們所難以解決的兩個(gè)技術(shù)問題，這樣就使得太陽能電池板能夠在光照的情況下吸收到更多的太陽光并且有助于太陽能電池板吸收到光照中絕大部分的太陽光譜。當(dāng)大電流充電時(shí)，電纜與接口的溫度會(huì)升高。如果充電接口和電纜利用自然風(fēng)降溫的情況下，則可以在現(xiàn)有充電設(shè)施的基礎(chǔ)上使用導(dǎo)線面積70mm2的電纜即可實(shí)現(xiàn)快速充電。日本，在通過添加熱半導(dǎo)體晶體管和熱管理安全絲之后，如果使用截面積為43mm2的電纜時(shí)，可以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速充電，最大充電電流變?yōu)?00A或者更大。使用截面積為30mm2截面積電纜，實(shí)現(xiàn)充電電流300A以上的快速充電需要用到液體冷卻降溫。上海市電力公司在2009年10月投資建設(shè)的充電站，是我國的第一個(gè)電動(dòng)汽車充電站。2009年底，在深圳建成了由南方電網(wǎng)生產(chǎn)的首批電動(dòng)汽車充電站，并且擁有2個(gè)充電樁和134個(gè)充電樁同時(shí)北京首科集團(tuán)在健翔橋建設(shè)完成的電動(dòng)乘用車充電站則是國內(nèi)首個(gè)擁有完整的智能微網(wǎng)的北京順電汽車充電站。目前能夠降低充電時(shí)間同時(shí)提高充電效率從而達(dá)到快速充電有兩種有效的方法。一個(gè)是增大充電電壓，二是增加充電電流。為了快速充電，動(dòng)力電池、高壓元件、快速充電連接裝置等核心部件仍然解決了許多技術(shù)問題。本文的研究內(nèi)容本文的主要研究內(nèi)容包括：(1)對太陽能充電過程研究的同時(shí)給出控制方案，以保證蓄電池的使用防止出現(xiàn)過充、過放現(xiàn)象。(2)對太陽能光電池、蓄電池的型號進(jìn)行了解和選擇。(3)研究設(shè)計(jì)蓄電池的降壓電路，提供5V1A直流電源，便給手機(jī)等負(fù)載提供充電功能。(4)研究設(shè)計(jì)蓄電池放電時(shí)的逆變電路，提供220V3A的交流電源，給其它用電負(fù)載提供充電功能。

1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)1.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框架自助式太陽能充電樁外形結(jié)構(gòu)，主要由太陽能光伏板及固定太陽能板的支架、充電樁支柱、充電樁底座構(gòu)成。充電樁底座設(shè)計(jì)的一方面是放置蓄電池和控制電路并且支撐上部分的結(jié)構(gòu)，另一方面底座設(shè)計(jì)成寬大的環(huán)形，可以讓人們在充電時(shí)當(dāng)作椅子隨時(shí)休息。為了便于太陽能電池板和底部充放電電路中太陽能控制器相連，充電樁支柱中間設(shè)計(jì)為空心。如圖1-1所示圖1-1自助式太陽能充電樁結(jié)構(gòu)1.2系統(tǒng)硬件電路框架本次設(shè)計(jì)的整體設(shè)計(jì)框圖如下圖1-2所示。整個(gè)自助式太陽能充電樁系統(tǒng)由太陽能光伏電池板、充電蓄電池、DC\DC轉(zhuǎn)換器、逆變器、穩(wěn)壓器、充放電控制系統(tǒng)等組成。當(dāng)太陽光照射到太陽能光伏板時(shí)，太陽能光伏板產(chǎn)生反應(yīng)將光能轉(zhuǎn)換成電能，將電能通過控制電路傳送到蓄電池中，如果充電裝置采用高電流電壓的方法對負(fù)載進(jìn)行快速充電，那么在蓄電池電池充滿后如果不及時(shí)停止對負(fù)載的充電，會(huì)使蓄電池持續(xù)發(fā)燙，情況嚴(yán)重還會(huì)對蓄電池的壽命造成嚴(yán)重?fù)p害，同時(shí)如果放任蓄電池一直放電也將導(dǎo)致電池壽命的大大降低甚至直接損壞電池電芯使得電池報(bào)廢，所以當(dāng)接入負(fù)載時(shí)，蓄電池通過降壓電路或者逆變電路將電壓給負(fù)載充電后，太陽能控制器會(huì)進(jìn)行工作對整個(gè)充放電過程進(jìn)行調(diào)控。整個(gè)電路中太陽能控制器為系統(tǒng)控制核心控制充放電的過程，也是本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。圖1-2系統(tǒng)硬件電路框架1.3控制器設(shè)計(jì)方案另一方面，當(dāng)光線條件適宜時(shí)，通過太陽能光伏板吸收太陽光，將光能轉(zhuǎn)換為電能，在光伏板使用時(shí)，由于太陽光的照射和環(huán)境等因素的影響會(huì)導(dǎo)致，光能轉(zhuǎn)化成的電能變化較大，并且因?yàn)槠鋬?nèi)阻較高的緣故會(huì)導(dǎo)致輸出電流較小，同時(shí)輸出的電壓極為不穩(wěn)定的緣故，這也需要用到太陽能控制器調(diào)控輸入的電壓以保證每次輸入進(jìn)蓄電池的電壓在恒定的狀態(tài)。這就是為什么需要控制系統(tǒng)的原因，通過太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，由單片機(jī)輸出PWM波驅(qū)動(dòng)開關(guān)管從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓電流的改變，最后通過顯示屏顯示當(dāng)前的輸出狀態(tài)及大小，使用戶可以直觀方便的使用。通過分壓電路對蓄電池和太陽能光伏板輸出的電壓進(jìn)行采樣，接著通過ADC采樣模塊將當(dāng)前的電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳送到的單片機(jī)中。單片機(jī)根據(jù)當(dāng)前的電壓信息輸出PWM波驅(qū)動(dòng)MOS管關(guān)斷或者開啟充放電電路來達(dá)到對蓄電池充放電管控的目的。當(dāng)蓄電池的電壓在15V左右時(shí)為滿電狀態(tài)此時(shí)不需要充電，當(dāng)蓄電池電壓低于11V時(shí)此時(shí)蓄電池處于欠電壓狀態(tài)則蓄電池停止對負(fù)載的放電。太陽能光伏板蓄電池電壓采樣太陽能光伏板蓄電池電壓采樣單片機(jī)充放電控制

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1太陽能電池板選型太陽能電池板功能是將太陽光能轉(zhuǎn)化為電能，因此這是整個(gè)系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)供電。雖然負(fù)載有著不同的所需電壓，同時(shí)為了方便使用滿足對于大型的負(fù)載的供電需求，所以要采用較大的太陽能電池板?？紤]到使用的便捷性因此采用模塊式的組合方式對太陽能光光伏板進(jìn)行拼接，選用了GX-2015-50-1型光伏組件2塊，并聯(lián)使用其主要參數(shù)如圖2-1所示。圖2-1GX-2015-50-1型太陽能組件主要技術(shù)參數(shù)2.2蓄電池選型蓄電池作為獨(dú)立的應(yīng)急電源系統(tǒng)，是太陽能供電系統(tǒng)的重要組成部分。在不需要對負(fù)載充電時(shí)，蓄電池可以用來儲(chǔ)存太陽能電池板產(chǎn)生的電能。對于太陽能蓄電池的選用的要求具有放電率低、使用壽命長、深度放電量大、充電效率高和免維護(hù)、環(huán)境影響小的特點(diǎn)。本課題實(shí)際選用理士DJM1265蓄電池，其電壓為12V、容量65AH。如圖2-2所示圖2-2理士DJM1265蓄電池

2.3太陽能控制器太陽能控制器的主要作用是對當(dāng)太陽能光電板電路給蓄電池充電的過程進(jìn)行管控。它可以對蓄電池的充、放電過程進(jìn)行控制，也可以按照負(fù)載所需的電源控制太陽電池組件和蓄電池對負(fù)載進(jìn)行供電，是整個(gè)光伏供電系統(tǒng)的核心控制部分。太陽能光伏板在受到陽光照射后，由于光電效應(yīng)產(chǎn)生電流，產(chǎn)生的電流有變化曲線，當(dāng)電流直接充入電池時(shí)，因其存在的波動(dòng)所以會(huì)造成電池的損壞，使電池壽命縮短。為了解決這個(gè)問題，首先要將電流發(fā)送到太陽能控制器，并通過控制器調(diào)整將電流發(fā)送到負(fù)載以達(dá)到對負(fù)載和電池進(jìn)行監(jiān)測和保護(hù)的目的。太陽能控制器使用STM32構(gòu)成，這是一個(gè)實(shí)時(shí)采集電壓和電壓監(jiān)控的控制系統(tǒng)。主要用來采集當(dāng)前蓄電池的電壓并對太陽能光伏板對蓄電池電壓進(jìn)行充、放電的過程的管控。太陽能充放電控制器的基本功能在于控制電池電壓并連接了前后的電路，當(dāng)電池電壓升到一定程度時(shí)，停止蓄電池充電。圖2-3太陽能控制器2.4降壓電路設(shè)計(jì) 2.4.1降壓電路太陽能充電樁的設(shè)計(jì)是為了方便給人們一個(gè)手機(jī)、平板等負(fù)載充電，但是直接從蓄電池出來所供給的電流無法直接給這些負(fù)載供電，故需要一個(gè)降壓電路將12V的直流電轉(zhuǎn)成5V1A的直流電。LM2596是一種最大能夠輸出為3A的降壓型驅(qū)動(dòng)電路，其優(yōu)點(diǎn)為對負(fù)載的調(diào)節(jié)能力，150KHZ為它的開關(guān)頻率，這個(gè)頻率特性是它的一大優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)內(nèi)部還集成了頻率補(bǔ)償和固定頻率發(fā)生器，在特定的輸入電壓和輸出負(fù)載條件下，輸出電壓誤差在±4%以內(nèi)，振動(dòng)頻率誤差在±15%以內(nèi)，只要待機(jī)電流為80μa，就可以切斷外部電源。所以本設(shè)計(jì)采用LM2596電路。如圖2-4所示圖2-412V轉(zhuǎn)5V降壓電路2.4.2元件功能圖中CIN為輸入濾波電容，主要作用就是將輸入的12V電壓濾波為脈動(dòng)比較小的電壓防止出現(xiàn)波動(dòng)較大的瞬態(tài)電壓而使得LM2596芯片被燒毀。如圖2-5所示。圖中描述了電容耐壓值、和均方根電流之間的關(guān)系，由此可以看出等效電阻值隨著耐壓值的升高而降低最終達(dá)到穩(wěn)定而電容值越大其等效的電阻值和耐壓值也就越低。圖2-5電容耐壓值、電容值和均方根電流之間的關(guān)系圖中的D1為吸納二極管。在使用LM2596時(shí)，吸納二極管的作用是提供給感應(yīng)電流通路。這是一個(gè)高速二極管，必須接近LM2596。同時(shí)因其開關(guān)速度快而且需要的正向電壓小，所以在本設(shè)計(jì)中選用肖特二極管5825作為吸納二極管。圖中COUT為輸出電容。該電容也是濾波電容主要的作用就是對輸出的電壓進(jìn)行濾波提高電壓的穩(wěn)定性電容等效電阻值與耐壓值間的關(guān)系如圖2-6所示，則由此可以看出電容電流的均方根值隨著電容的耐壓值的升高而升高，同時(shí)與電容本身的電容值也有關(guān)，本身的電容值越高則電容電流均方根值也就越高在本次設(shè)計(jì)中，要盡量選取高耐壓等效低電阻的鉭電容。圖2-6電容等效電阻值與耐壓值間的關(guān)系圖中L為電感。電感的作用除了是延緩電路的導(dǎo)通時(shí)間另一方面對于LM2596降壓芯片其工作模式有兩種：連續(xù)工作模式和非連續(xù)工作模式。主要的的區(qū)別在于流過電感中的電流不同，在本次設(shè)計(jì)中選用了非連續(xù)模式，對于負(fù)載電流為1A的情況下比較適合。2.5逆變電路設(shè)計(jì)2.5.1TL494芯片介紹考慮到公共設(shè)施，方便人們多樣的出行方式，太陽能充電樁還設(shè)計(jì)了逆變電路，其功能是將蓄電池所能夠提供的12V直流電壓逆變成220V的交流電壓，供負(fù)載使用。本設(shè)計(jì)采用TL494的直流12V轉(zhuǎn)交流220V逆變器電路，TL494是一種開關(guān)電源脈寬調(diào)制控制芯片，對于TL494的介紹如下：該芯片能驅(qū)動(dòng)雙極性開關(guān)管，如果增設(shè)外接的灌電流通路也能驅(qū)動(dòng)MOS開關(guān)管電路，是因?yàn)樗鼉?nèi)部有鋸齒波振蕩器是被RC定時(shí)的電路設(shè)置得到的，其振蕩頻率如下f其內(nèi)部設(shè)有死區(qū)時(shí)間控制電路，是由比較器、控制電路組成，要控制輸出的死區(qū)時(shí)間可以考慮通過施加較大的電壓控制比較器的輸出電平使觸發(fā)器產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)，由高電平變?yōu)榈碗娖?。也就是說提高4腳的電平就能增大死區(qū)的時(shí)間，和其他器件相比這是它的優(yōu)勢所在。內(nèi)部是兩組規(guī)格、參數(shù)相同的誤差放大器，相同的輸入端可以從芯片的引腳獲得。可以根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)對象和目標(biāo)來自由設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)電壓，使其可以穩(wěn)壓取樣，不至于產(chǎn)生過大的誤差，或作為過電壓和過電流閾值保護(hù)。觸發(fā)電路的雙向輸出的控制電路，其最大的優(yōu)點(diǎn)是在于使得Q1，Q2可以輸出時(shí)序不同的驅(qū)動(dòng)脈沖信號，也使得Q1，Q2也可以來輸出時(shí)序相同的驅(qū)動(dòng)脈沖，或者驅(qū)動(dòng)推挽開關(guān)電路和橋式開關(guān)電路，以提供其可以驅(qū)動(dòng)的單向開關(guān)電路。如圖2-6所示，對于TL494的引腳功能介紹如下：它的1腳、16腳、2腳和15腳都是誤差放大器，1腳和16腳為同向輸入端，2腳和15腳為反向輸入端，同向輸入端的耐壓值最大為VCC=+0.3V反向輸入端的主要作用是檢測基準(zhǔn)電壓通過接入誤差來實(shí)現(xiàn)。而3腳就是它們的輸出端，從圖中也可以直觀地看出來同時(shí)該引腳也是內(nèi)部用來控制PWM比較器的輸入端，對于發(fā)生誤差放大器中的任意一個(gè)引腳的輸出電壓升高過大時(shí)，該引腳可以通過控制比較器的輸出的脈沖寬度，是寬度減小來使得輸出電壓降低。第3腳的電壓和輸出的脈沖寬成反比，這個(gè)的好處是可以用來實(shí)現(xiàn)對于高電平的保護(hù)，從而來保護(hù)這個(gè)電路。第4腳的作用是死區(qū)時(shí)間控制，當(dāng)外部施加的電壓小于1V時(shí)，死區(qū)時(shí)間正比于外加的電壓。當(dāng)外加超過1V的電壓時(shí)，觸發(fā)器的輸出脈沖會(huì)被內(nèi)部的比較器關(guān)斷。當(dāng)?shù)?腳和第11腳連接Vcc時(shí)，第9腳和第10腳的作用是既要為電路輸出正極電壓，也要和發(fā)射極的電阻相連接然后再接地，必要時(shí)還可以加入耦合電容。總的來說它是驅(qū)動(dòng)各種推挽開關(guān)電路的關(guān)鍵，也能起到對高電平的保護(hù)。只有在第8腳和第11腳接地時(shí)，才會(huì)輸出同相位的驅(qū)動(dòng)脈沖電流。第8、11腳為兩路驅(qū)動(dòng)放大器NPN型三極管的集電極C段的開路輸出端。而第5腳和第6腳分別應(yīng)為接入鋸齒波振蕩器外接定時(shí)電容端和鋸齒波振蕩器外接定時(shí)電阻端，第6腳能用小于40kHz振蕩頻率驅(qū)動(dòng)雙極性三極管。圖2-7TL494引腳圖2.5.2芯片輸出波形如圖2-8所示，死區(qū)確定的導(dǎo)通時(shí)間被縮短到0，由輸出的脈沖寬度占空比所調(diào)節(jié)，當(dāng)反饋的電壓0.5V增加3V后開始工作。而由電源的輸出電壓和電流感測的誤差放大器減小1.7V時(shí)，從-0.3V開始的范圍內(nèi)共模輸入。而放大器需要控制回路用很小的輸出，可以由放大器的輸出端是高電平脈沖幅度調(diào)制器的反向輸入端進(jìn)行或的方式來得到。這也是調(diào)整誤差放大器的輸出脈沖寬度的裝置由脈沖寬度調(diào)制器提供使用。死區(qū)的時(shí)間比較器的輸入補(bǔ)償電壓為120毫伏，輸出占空最大為百分之96最小為百分之48，當(dāng)輸出端接地為最大接參考電壓為最小是電路外部的控制信號送入一直到誤差放大器的輸入口。附加的死區(qū)時(shí)間在輸出脈沖上產(chǎn)生要把控制死區(qū)時(shí)間輸入口接上固定的電壓。圖2-8TL494的脈沖控制波形2.5.3逆變電路它變換部分采用TL494，4個(gè)場效應(yīng)管開關(guān)管是灌電流驅(qū)動(dòng)，由VT1、VT2、VD3、VD4構(gòu)成。第1和第2腳是是穩(wěn)壓采樣系統(tǒng)和誤差放大系統(tǒng)。1腳的電壓隨著輸出電壓變化而變化，若要誤差放大器的輸出為0則降低其電壓，電壓為1則通過輸出PWM波來改變。通過R1、R2兩個(gè)電阻的分壓，正常工作的取樣電壓5.15±0.45V為在輸入端1腳輸出的整流電壓。要設(shè)定死區(qū)的時(shí)間就是要將第4腳外接電阻R6、R4，耦合電容C2。振蕩器的三角波頻率設(shè)定為100赫茲，同時(shí)還需要將第5腳和第6腳外部連接CT和RT，第8腳和第11腳用來驅(qū)動(dòng)輸出型NPN三極管的集電極C極，第12腳是TL494芯片的供電端。第8、11、12腳通過開關(guān)S來控制TL494的當(dāng)前狀態(tài)。開關(guān)管中沒有電流產(chǎn)生意味著降壓芯片的輸出脈沖為0在S1斷開的情況下產(chǎn)生。而第9、10腳輸出時(shí)序不同的正脈沖波，用作內(nèi)部驅(qū)動(dòng)NPN型三極管的發(fā)射極E極。第14腳輸出5V的標(biāo)準(zhǔn)電壓，能夠讓13腳處的電壓達(dá)到5V，變換到數(shù)字信號就是“1”，從而用來控制門電路的邏輯時(shí)序，使得觸發(fā)器輸出的驅(qū)動(dòng)脈沖電流能夠用于推挽開關(guān)電路，使其發(fā)生高低電平的轉(zhuǎn)換。高電平保護(hù)輸入端為16腳，由誤差放大器反相輸入端的標(biāo)準(zhǔn)電壓由15腳接入的電壓為5伏構(gòu)成，正相輸入端接地。通過穩(wěn)壓降低輸出電壓，或關(guān)斷驅(qū)動(dòng)脈沖而實(shí)現(xiàn)保護(hù)。當(dāng)?shù)?6腳的輸入電壓大于5V時(shí)，輸出一個(gè)上變沿信號，邏輯發(fā)生變化。圖2-912V轉(zhuǎn)220V逆變電路2.6主控芯片選型STM32系列單片機(jī)是當(dāng)前32位單片機(jī)系列使用的最為廣泛的，因其具有擁有豐富的開發(fā)資源和開發(fā)成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)將采用STM32作為控制器芯片，從而以較低的成本輕松實(shí)現(xiàn)對蓄電池充放電的控制，在本設(shè)計(jì)中主控芯片的主要作用就是接收A/D轉(zhuǎn)換模塊的電壓信息后輸出PWM波信號對蓄電池的充放電進(jìn)行調(diào)控。在本設(shè)計(jì)中使用STM32單片機(jī)作為主控芯片，該芯片具有豐富的引腳資源和中斷控制，工作頻率最高為72MHz，有144個(gè)引腳，并且擁有3個(gè)12位ADC采集通道和8個(gè)定時(shí)器。滿足本設(shè)計(jì)對于A/D采集和中斷輸出PWM波的需求，在使用調(diào)試上也簡單方便。圖2-10芯片封裝2.7晶振電路晶振電路的主要作用是為單片機(jī)提供工作脈沖信號，通過結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路來產(chǎn)生時(shí)鐘頻率。對于STM32內(nèi)部自帶RC振蕩器的內(nèi)部高速時(shí)鐘但是為了更高的時(shí)鐘精度就需要使用外部時(shí)鐘作為主時(shí)鐘源。因?yàn)橐话阕詭У膸旌瘮?shù)都是默認(rèn)8M情況下實(shí)現(xiàn)的，所以為了方便使用就采用8M的外部時(shí)鐘。圖2-11晶振電路2.8復(fù)位電路除了基本的降壓電路和晶振電路，為了使用方便還需要加上復(fù)位電路，復(fù)位電路的主要作用就是讓主控芯片恢復(fù)到起始狀態(tài)，防止在程序運(yùn)行過程中，芯片執(zhí)行錯(cuò)誤的指令，發(fā)生程序跑飛的現(xiàn)象，可以通過人為復(fù)位操作來修正已經(jīng)發(fā)生圖2-12復(fù)位電路的跑飛現(xiàn)象。復(fù)位電路如圖2-12所示。2.9內(nèi)部降壓電路如圖2-13所示，降壓電路由2個(gè)電容和1個(gè)AMS1117芯片組成。此降壓電路的主要作用是將外部供電的5V電壓降壓為3.3V以供一些外部元件所使用，防止電壓過高損壞元件。圖中的兩個(gè)電容的作用分別為：C1是輸入濾波電容，主要作用就是對輸入的5V電壓進(jìn)行濾波，防止因輸入電壓波動(dòng)導(dǎo)致降壓芯片損壞。C2是輸出濾波電容，主要作用就是穩(wěn)壓，防止因輸出電壓出的現(xiàn)震蕩現(xiàn)象燒壞電路。AMS1117-3.3為降壓芯片能夠?qū)?V電壓降低為3V。圖2-135V轉(zhuǎn)3.3V降壓電路2.10顯示屏選型為了用戶使用方便能直觀看出蓄電池的剩余電量與能否直接使用，所以加入了顯示屏。目前市場上比較常用的顯示屏為LCD顯示屏和OLED顯示屏。相比于LCD顯示屏OLED顯示屏分辨率較高，考慮到光線等外部因素的影響。因?yàn)長CD顯示屏是是背光源當(dāng)陽光照射時(shí)很容易看不清顯示屏幕顯示的信息，而OLED是自發(fā)光相比于LCD的視覺效果已大大提升，并且使用起來小巧方便，故圖2-140.96寸OLED屏采用OLED屏作為顯示屏使用。本設(shè)計(jì)采用ALINETEK的0.96寸OLED模塊，OLED的使用電壓為3.3V，分辨率為128*64。

3控制器程序設(shè)計(jì)方案太陽能控制器的作用就是調(diào)節(jié)對蓄電池的充放電控制，本設(shè)計(jì)采用STM32作為控制芯片通過A/D采樣得到蓄電池的電壓，并通過電壓的情況輸出PWM波驅(qū)動(dòng)MOS管來實(shí)現(xiàn)充電放電，下面是本設(shè)計(jì)的思路。若太陽能光伏板和蓄電池未連接到電路中，則采樣收集到的無電壓產(chǎn)生時(shí)電控制器不啟動(dòng)，不進(jìn)行充放電工作，當(dāng)采集到有電壓產(chǎn)生時(shí)且沒接入負(fù)載的情況下輸出PWM波輸出信號通過控制器傳送到蓄電池，使蓄電池開始充電，當(dāng)蓄電池電壓達(dá)到指定電壓時(shí)則停止充電。當(dāng)外部接入負(fù)載后則蓄電池開始放電，當(dāng)蓄電池電壓降低到限額電壓或中途負(fù)載離開電路后停止放電。其次需要對控制器開啟時(shí)需要定時(shí)對主控芯片進(jìn)行初始化復(fù)位，這是為了設(shè)置芯片初始化的運(yùn)行環(huán)境，清除片內(nèi)所有信息在每次單片機(jī)上電時(shí)，進(jìn)行復(fù)位操作。以此防止程序在運(yùn)行一段時(shí)間后出現(xiàn)bug，程序拋飛的情況或者受到外界電磁的干擾導(dǎo)致的問題，當(dāng)在調(diào)試過程中出現(xiàn)問題時(shí)，單片機(jī)的寄存器中會(huì)被賦予不同變量的值，有的是人們已知的變量，有的是人們未知的參數(shù)，而這些參數(shù)的值會(huì)在單片機(jī)的運(yùn)行過程當(dāng)中產(chǎn)生我們無法預(yù)料的結(jié)果，嚴(yán)重的話會(huì)對系統(tǒng)造成破壞，使得工作進(jìn)程中斷?；谝陨系姆治鲈谶\(yùn)行單片機(jī)之前需要對單片機(jī)進(jìn)行初始化復(fù)位的操作，其作用是設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行所需的各個(gè)參數(shù)的初始值和定時(shí)器的初始狀態(tài)等設(shè)置。充電控制程序方案如下：定時(shí)器工作設(shè)定ADC采樣的時(shí)間為4S，當(dāng)采樣時(shí)間結(jié)束后開始判斷蓄電池內(nèi)當(dāng)前的電壓。如果當(dāng)前電壓的大小大于15V時(shí)則將輸出PWM波信號占空比調(diào)整為0此時(shí)不用充電。如果當(dāng)前電壓低于15V時(shí)但是電壓大于13V時(shí)則將PWM波信號的占空比調(diào)整為40%進(jìn)行浮充。如果當(dāng)前電壓低于13V時(shí)且電壓大于11V時(shí)則將PWM信號占空比調(diào)整為60%進(jìn)行充電。如果當(dāng)前電壓低于11V，則此時(shí)處于欠壓狀態(tài)，要將PWM信號占空比調(diào)整到1進(jìn)行持續(xù)充電。每次充電時(shí)間設(shè)定為2min，當(dāng)達(dá)到充電的定時(shí)時(shí)間后，重新進(jìn)入ADC采樣進(jìn)而可以確定蓄電池充電狀態(tài)。軟件設(shè)計(jì)流程如下圖3-1所示。

開始初始化采樣時(shí)間Y開始初始化采樣時(shí)間YV≥15？V≤11?NV≤13?NPWM占空比為40％NNPWM占空比為0YYPWM占空比為1充電時(shí)間NPWM占空比為60％充電時(shí)間充電時(shí)間NNYYY

4調(diào)試4.1oled顯示屏使用4.1.1IIC通信想要主控芯片驅(qū)動(dòng)oled顯示信息就需要先通過通信來實(shí)現(xiàn)，oled模塊總共有4種接口方式分別是：6800、8080兩種并行接口方式、4線的串行SPI接口方式、IIC接口方式。本設(shè)計(jì)使用的接口方式為IIC通信模式。圖4-1IIC通信協(xié)議ICC通信主要由圖4-1這幾個(gè)部分組成，從機(jī)地址參考庫函數(shù)為0X78，R/W為1時(shí)表示主機(jī)向從機(jī)讀取數(shù)據(jù)，為0時(shí)表示主機(jī)向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。啟動(dòng)信號為：當(dāng)SDA由高電平到低電平的跳變時(shí)且SCL為高電平時(shí)表示起始條件；停止信號為：當(dāng)SDA由低電平到高電平的跳變且SCL為高電平時(shí)表示停止條件。如圖4-2所示。圖4-2開始與停止信號時(shí)序圖當(dāng)SCL為高電平SDA為低電平時(shí)表示從機(jī)產(chǎn)生應(yīng)答信號，當(dāng)SCL為高電平SDA為高電平表示從機(jī)產(chǎn)生非應(yīng)答信號

4.1.2取模顯示0.96寸的OLED模塊分辨率為128*64，以橫向?yàn)閄軸縱向?yàn)閅軸，X的取值范圍就是0到127，Y的取值范圍是0到63也就是說一共有8192個(gè)點(diǎn)。因?yàn)镺LED模塊每次只能控制8個(gè)點(diǎn)所以每個(gè)字符采用16*8的顯示方式，128個(gè)點(diǎn)陣顯示顯示一個(gè)漢字或字母。取模方式采用從高位到低位，自左向右的方式，然后判斷寫1還是0。1就代表點(diǎn)亮對應(yīng)的點(diǎn)，0就代表對應(yīng)的點(diǎn)熄滅。下面使用取模軟件來對漢字進(jìn)行取模。首先設(shè)置字模選項(xiàng)，如圖4-3所示。圖4-3字模選項(xiàng)點(diǎn)陣的格式選用陰碼，取模方式采用列行式也就是先先列后行，從高到低，選擇好字模選項(xiàng)后，直接輸入想要顯示的漢字就能得到想要的漢字字符庫，方便在對程序編輯時(shí)使用。圖4-4取模顯示4.2電路調(diào)試本設(shè)計(jì)主要有兩個(gè)降壓電路和一個(gè)逆變電路，降壓電路分別是12V轉(zhuǎn)5V和5V轉(zhuǎn)3.3V。在調(diào)試時(shí)只要確保輸出電壓的穩(wěn)定性就行，先將萬用表放在LM2596的1腳和3腳上測出輸入電壓為12V，防止因輸入電壓過大導(dǎo)致燒壞LM2596降壓芯片；再將電壓表放在芯片的2腳和5腳上測出輸出電壓為5V，但是存在一些波動(dòng)會(huì)跳到4.8V，再將電壓表放在5V輸入口，測出結(jié)果為5V的穩(wěn)定電壓。內(nèi)部降壓電路測量方式也是一樣，先確保兩端的輸入電壓的穩(wěn)定性最后測試出輸出3.3V電壓的穩(wěn)定。對于12V轉(zhuǎn)220V逆變電路，需要關(guān)注12V升壓成220V的輸出電壓和通過變壓器升壓后的電壓。因?yàn)檎w電路比較穩(wěn)定還附帶MOS管的驅(qū)動(dòng)輸出電壓。所以再測量完12V的輸入電壓，確保其穩(wěn)定之后，直接查看升壓后輸出的220V電壓，如果存在問題再回頭進(jìn)行測算改進(jìn)。把萬用表放在變壓器兩端得到的結(jié)果是穩(wěn)定的220V，再將萬用表調(diào)到600V的交流檔，為了安全起見改用鱷魚夾測量逆變后兩端的輸出電壓發(fā)現(xiàn)也是220V，完成電路調(diào)試。4.3PWM波輸出主控芯片輸出PWM波主要作用就是驅(qū)動(dòng)MOSFET管來實(shí)現(xiàn)對蓄電池的充放電功能。PWM波的輸出是通過STM32的通用定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)，在PWM輸出模式下有一個(gè)比較值CCRx，就是說當(dāng)計(jì)數(shù)器CNT當(dāng)前的值小于CCRx時(shí)，PWM波通道輸出低電平，當(dāng)CNT等于或大于CCRx時(shí)，通道輸出高電平，如圖4-5所示。圖4-5PWM波輸出PWM輸出有3種計(jì)數(shù)模式分別為：向上計(jì)數(shù)模式、向下計(jì)數(shù)模式和中央對其模式。在第一種計(jì)數(shù)模式中會(huì)計(jì)數(shù)器從零開始計(jì)數(shù)當(dāng)計(jì)數(shù)值到達(dá)設(shè)定值時(shí)會(huì)從零開始重新計(jì)數(shù)并產(chǎn)生溢出。第二種計(jì)數(shù)模式就是反過來從設(shè)定的計(jì)數(shù)值開始倒數(shù)到0，然后重新循環(huán)并產(chǎn)生溢出。最后一種計(jì)數(shù)模式其實(shí)就是向上計(jì)數(shù)和向下計(jì)數(shù)的綜合，計(jì)數(shù)器從0開始計(jì)數(shù)一直到設(shè)定值后，產(chǎn)生溢出后再倒數(shù)到0并產(chǎn)生溢出。三種計(jì)數(shù)模式如圖4-6所示。圖4-6三種計(jì)數(shù)模式最后PWM還需要配置的是輸出模式，一共有兩種。在模式1時(shí)向上計(jì)數(shù)低于設(shè)定的比較值為有效電平，高于則為無效電平，向下計(jì)數(shù)時(shí)高于設(shè)定的比較值為無效電平低于則為有效電平；在模式2時(shí)情況就正好相反，向上計(jì)數(shù)低于設(shè)定的比較值即為無效電平否則為有效電平，向下計(jì)數(shù)時(shí)低于設(shè)定的比較值即為無效電平，高于設(shè)定的比較值即為有效電平。這里比較值的設(shè)置也就是設(shè)置占空比了，通過設(shè)置比較值來達(dá)到設(shè)置占空比的目的。

結(jié)論通過查閱資料和結(jié)合平時(shí)所學(xué)的知識(shí)內(nèi)容，進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)完成本次設(shè)計(jì)，受益匪淺。在不斷努力嘗試和資料的查閱中結(jié)合本次設(shè)計(jì)中結(jié)合任務(wù)要求我做出了如下的工作：(1)了解學(xué)習(xí)了太陽能能源研究和發(fā)展的歷程，并簡單介紹了國內(nèi)國外對于太陽能充電設(shè)施的使用和研究現(xiàn)狀。(2)從方便平時(shí)出行生活使用的角度去考慮，設(shè)計(jì)了太陽能充電樁的外形。(3)對太陽能充電樁各部分進(jìn)行選型，并設(shè)計(jì)了降壓電路和逆變電路，詳細(xì)講解了各電路的工作原理，并對電路使用的芯片和元件進(jìn)行分析(4)對太陽能控制器進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并給出了設(shè)計(jì)的方案和程序設(shè)計(jì)的思路。(5)通過調(diào)試對各模塊的使用進(jìn)行了講解，并通過調(diào)試過程來驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的合理性。在完成本設(shè)計(jì)的過程中也不是一帆風(fēng)順的很多問題還是沒能得到很好地解決或者對于在完成的過程中不出現(xiàn)新的靈感而沒能得到很好的完成，在設(shè)計(jì)調(diào)試使用中還發(fā)現(xiàn)了一些缺陷具體如下：(1)對于逆變電路的設(shè)計(jì)存在一些缺陷，雖然最后的電壓正常，但是最后使用示波器查看后發(fā)現(xiàn)還是存在一些波動(dòng)，需要在輸出電路中加入濾波電路對電壓進(jìn)行濾波使其穩(wěn)定。(2)對于太陽能充放電的控制程序，蓄電池的充電時(shí)間和放電時(shí)間還存在一些問題，需要結(jié)合實(shí)際對蓄電池充放電時(shí)間進(jìn)行測試后得到適用于蓄電池的電池電量，再重新設(shè)計(jì)沖放電的時(shí)間，從而能夠有效地保護(hù)蓄電池的壽命。(3)對于放電電路缺少便捷性，12V轉(zhuǎn)5V的功能也僅僅只適用于給質(zhì)控芯片供電，如果真正投入市場進(jìn)行使用的話還需要考慮加入U(xiǎn)SB供電接口方便居民對電子產(chǎn)品進(jìn)行充電，并且對于USB充電電路還需要仔細(xì)考慮設(shè)計(jì)，因?yàn)橛捎陔娮赢a(chǎn)品對于電流電壓的要求不同所以應(yīng)滿足最低要求去進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣居民在平時(shí)出行時(shí)就不用隨身攜帶充電器，在手機(jī)或者其他用電設(shè)備沒點(diǎn)的時(shí)候可以直接去充電。可以簡化單片機(jī)的引腳使獨(dú)立芯片產(chǎn)生PWM波，這樣可以大大縮小整體的電路，并可以提高電路輸出精度。還可以加入PID的控制思想，使得控制單元能更快速度對充放電進(jìn)行控制避免可能產(chǎn)生的細(xì)小危險(xiǎn)?，F(xiàn)在越來越多的行業(yè)都將目光投放在太陽能能源上，作為一個(gè)一個(gè)可再生能源隨處都有，并且能夠減少我們的出行、生活等多方面的成本，有助于保護(hù)環(huán)境。隨著越來越多的新能源汽車投入使用帶來的問題就是充電如何去解決，兩種現(xiàn)在可實(shí)施的解決辦法就是：第一種是設(shè)計(jì)出帶太陽光伏板的新能源汽車，這樣汽車在行駛過程中只要有陽光的照射就能產(chǎn)生電能，但是弊端就是下雨天和陰天很容易受影響，第二種解決辦法就是太陽能充電樁的普及，一方面在有陽光的時(shí)候用太陽能進(jìn)行充電，另一方面在天氣不好的情況下，通過市電對新能源汽車等負(fù)載進(jìn)行充電。目前隨處可見的充電樁還是采用通過煤炭產(chǎn)生的電能來對新能源汽車進(jìn)行充電。而現(xiàn)在社會(huì)也在提倡環(huán)保，低碳出行等思想，新能源汽車的普及率也越來越廣泛，因此充電樁也將必不可少，和傳統(tǒng)給汽車加油有區(qū)別，新能源汽車需要更多的時(shí)間，因此未來充電樁的發(fā)展方向就是充電時(shí)間方面，同時(shí)還存在一個(gè)問題就是對于使用新能源汽車的車主該怎樣找到充電樁，所以增設(shè)線上的app定位也是必不可少的。同時(shí)考慮到占用地方的大小和平時(shí)居民的出行，對于充電樁設(shè)定位置的規(guī)劃也是必不可少的。作為本設(shè)計(jì)的受眾使用，一方面是方便滿足市民的休息、充電的作用，另一方面就是給新能源汽車提供充電電源。多用途的設(shè)計(jì)不僅方便了我們平時(shí)的生活，而且對環(huán)境的保護(hù)也將起到功不可沒的作用，具有廣闊的應(yīng)用價(jià)值。

致謝通過完成本次的畢設(shè)，發(fā)現(xiàn)自己對于硬件電路方面產(chǎn)生了興趣，也越發(fā)覺得自己欠缺的地方很多，在軟件方面的設(shè)計(jì)也存在很多問題需要反復(fù)回顧之前學(xué)習(xí)的內(nèi)容，經(jīng)過老師和同學(xué)的幫助終于完成了程序方