基于ARM的太阳能发电控制系统的设计与实现

升级做准备)，然后降压到14V为蓄电池稳压充电[5]，电路图如图7所示。

图7 DC/DC及MPPT电路

　　图7电路左端为光伏电池，右端输出电压为Uo(图7的Uo为图8的Uin)，我们需要得到右端Uo=20V。

　　首先通过并联50K、10K电阻组成的电路，并对10K电阻两端A/D采集，采集电压Uad1，间接得到蓄电池两端电压Uin=6Uad1;

　　Uo要求为20V, 通过Uo = Uin/(1-D)可计算出需要的D(Q1的占空比),输出控制PWM1波形，由于所采用的大功率MOSFET驱动电压要求15V,所以PWM1需要经过上拉电压15V和光耦开关组合后对Q1控制，不是简单的控制Q1。

　　通过R5、R6组成的电路采集R6两端电压Uad2，间接得到Uo=6 Uad2，将Uo与20V比较，即时调整实际的D，使得D=D-△D或D=D+△D(△D取PMW脉冲周期的5%)，然后延时、采集、判断，直到得到精确的占空比D，能够准确输出电压Uo=20V。

　　在输出电压基本稳定的基础上，设置Q4的PWM2，改变R7扰动电阻的占空比，来改变输出电流，通过对R8两端电压的A/D采集，采集电压Uad3，得到电路总电流I=Uad3/R8,因此得到太阳能电池输出总功率P=Uin×I(因为电路是电流连续工作，电感上的纹波电流可以小到接近平滑的直流电流，C1电流可忽略，甚至电容C1可除去，且光伏电池左端的采集电阻相当大，电流极小，亦可忽略)，改变光伏电池即时输出实际功率，来实现MPPT。

　　蓄电池充放电控制电路

　　白天，光伏电池需要为蓄电池充电，以便蓄电池能够晚间对负载(路灯)供电，并且步进电机的工作电能也需要由光伏电池提供(若光伏电池的功率不足以带动电机，说明日照极差，无需转动电机)，ARM板必须连续供电，白天由光伏电池供电，夜间由蓄电池供电，这一套充放电控制电路需要用到2个继电器，一个是控制蓄电池充电和放电，另一个控制ARM板的工作电压由光伏电池提供还是蓄电池提供，电路如图8所示。

图8 蓄电池充放电控制电路

　　电路右端Uin=20V作为输入电压， 通过BUCK降压电路将电压降到14V为蓄电池充电，Uo=Uin×D,要得到14V电压，设置Q2的占空比为70%。白天：2个继电器皆为常开状态A,光伏电池为步进电机和ARM供电(采用7805稳压管降压到5V)，并为蓄电池充电，蓄电池正极接反相截至二极管，保证充电同时不放电。夜间(或日照极差，由光敏电阻判断)：继电器1、2被吸合到B,步进电机停止工作，蓄电池为ARM供电，并带动负载(路灯)工作。

　　系统软件设计

　　本系统主要的控制作用都是由主控制软件实现的，主要包括：A/D模块，DC/DC 模块，MPPT 及蓄电池充放电控制等。系统重点在硬件设计，软件设计相对较简单，主程序流程图如图 9所示。

图9 主程序及主控后台程序流程图

　　结语

　　整个系统以ARM LPC2131 为核心对 DC/DC、 MPPT、蓄电池组充放电进行控制，采用最大功率点的跟踪，使光伏电池工作在最佳状态，使光伏电池的实际转换率由10% 提高到30%。系统通过自动跟踪测试，达到预期的性能指标，控制精度高，已由公司制作成品，并计划批量生产。它的制作简单、成本低、实用性强，这对于我国广阔的太阳能资源丰富地区，有着非常广阔的应用前景。