引言

人類在開發(fā)了太陽能以后，利用地平常的就屬太陽能照明了，但是，鑒于太陽能照射的不連續(xù)性，以及現階段太陽能照明系統(tǒng)投資成本過高、技術還尚未純熟，造成了太陽能利用和普及上的苦難。太陽能照明系統(tǒng)通常應用在連續(xù)的陰雨天里，卻由于蓄電池電壓不足導致無法點亮。為了解決太陽能利用不穩(wěn)定的問題，將太陽能與市電組成雙電源互補供電照明系統(tǒng)，還可以適當減小太陽能電池和蓄電池的容量，降低開發(fā)利用太陽能技術的成本，既滿足系統(tǒng)的可靠性，又符合了經濟性的要求。

1 控制器的主要功能及組成

本文所設計的控制器主要供街道和住宅小區(qū)在夜間利用太陽能和市電互補照明系統(tǒng)的使用，根據照明實際狀況，設計控制器具有如下功能：

（1）支持12V的直流系統(tǒng)工作電壓；

（2）支持至4A的充放電電流；

（3）支持直流、脈沖兩種充電方式；

（4）具有深夜使半導體照明燈具亮度減半的功能；

（5）蓄電池電量不足時，可自動切換到市電電源供電；

（6）能檢測太陽能電池的電壓，自動轉換工作模式；

（7）能檢測蓄電池的電壓，對蓄電池的充、放電過程進行控制；

（8） 具有防反充電保護、過充電保護、過放電保護和負載短路保護功能；

（9）具有電子時鐘和計時功能。

以PIC16F877A為的控制器外圍電路示意。主要由PIC單片機（內部含A/D）、時鐘電路、電壓采樣電路、開關驅動電路、時鐘控制和數碼管顯示電路組成。單片機PIC16F877A是控制器的，外圍電路包括開關控制電路（C1～C3）、數碼管顯示及驅動（A～G/Dig_EN1~Dig_EN6）電路、工作狀態(tài)顯示等。

2 主要電路設計及器件選型

2.1 PIC16F877A

控制器的是單片機，系統(tǒng)工作時需要采集太陽能電池和蓄電池的電壓。太陽能電池的輸出電壓會受到一些外界因素的影響，如溫度和太陽輻射強度等，會對其影響較大。這就要求系統(tǒng)的高時效性。故設計中選用了內部含有A/D模塊、具有14位指令寬度的中檔PIC單片機16F877A，屬PIC中級產品，在保持低價格的前提下具有很高的性能。

本文設計的控制器主要用到PIC16F877A的如下一些資源：

（1）16 KB的系統(tǒng)內可編程Flash，1 KB片內SRAM，10 000次擦寫壽命。程序存儲空間足夠大，不需要額外擴展存儲器；10 000次的擦寫壽命方便進行程序調試；

（2）2個具有獨立預分頻器和比較器功能的8位定時器/計數器。用于按鍵去抖和計時；

（3）1個具有預分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時器/計數器。用作調節(jié)PWM控制信號的占空比，控制充電開關；

（4）8路10位ADC。使用其中的2路ADC通道分別對太陽能電池工作電壓、蓄電池工作電壓采樣；

（5）使用2個中斷源，外部中斷和定時器中斷，分別用于計時和按鍵；

（6）可編程I/O口。部分I/O口使用其第二功能，其他用于控制器系統(tǒng)功能擴展。

2.2 電壓采樣電路

控制器需要采集2路電壓信號，分別是太陽能電池輸出電壓和蓄電池端電壓，這兩路信號均為變化的直流模擬信號，采樣信號應能如實地反映檢測量。設計中利用為0.1%的精密電阻組成簡單的分壓電阻網絡來實現，并在分壓電阻網絡的輸出端并聯(lián)漏電流很小的精密電容和電感進行 濾波，以減小電流泄漏對測量的影響。

2.3 控制開關驅動電路

控制器的主要控制對象是3個控制開關C1～C3。分別是蓄電池的充電開關、蓄電池放電（供電）開關和市電供電開關。開關的狀態(tài)由單片機根據系統(tǒng)的工作狀態(tài)進行控制：白天太陽能電池向蓄電池充電，開關C1閉合，太陽能電池將太陽能轉換為電能，儲存在蓄電池中，當蓄電池電壓出現過充時，控制器斷開充電開關C1；晚上主要由蓄電池向負載供電，開關C2閉合，當蓄電池電壓不足（欠壓）時，蓄電池供電開關C2斷開，控制器自動切換為市電給負載供電（C3閉合）。分別為蓄電池充電、放電和市電供電時開關的驅動電路。

在充電控制電路中，用肖特基二極管來實現防蓄電池反充電保護，防止晚上蓄電池向太陽能電池反充電。同時設計了防止蓄電池過充的保護電路，為了控制蓄電池的充電方式，充電控制信號為單片機輸出的PWM信號。蓄電池放電（供電）開關的控制信號由單片機輸出的高低電平直接控制，實現了深夜半功率供電功能。市電供電開關電路中使用繼電器。

3 測試結果與結語

本文對所設計的系統(tǒng)控制器的功能進行了初步測試，部分測試結果如下。

（1）指示燈測試系統(tǒng)工作狀態(tài)

蓄電池脈沖充電情況測試。當TVcc>0.7 V時，天亮；此時12 V

（2）示波器測試蓄電池充電波形

用示波器檢測充電開關Q2的柵電壓，檢測蓄電池的充電情況。蓄電池脈沖充電情況下的輸出波形為脈沖波形。

另外，還分別對控制器供電控制功能、充電和供電方式轉換功能以及控制器工作時整個系統(tǒng)的性能進行了測試和分析，測試結果表明系統(tǒng)控制器可以很好地完成各項功能，并且運行良好。

本文所設計的基于PIC16F877A的系統(tǒng)控制器，充分利用單片機的內部資源，具有結構簡單、功耗低等特點。經調試實驗證明，控制器各項功能完成良好，具有較高的實用價值和良好的應用前景，對太陽能LED照明系統(tǒng)的推廣應用具有參考意義。