基于AVR单片机的太阳能发电量检测装置的设计

寿命有限，所以长期工作状态中不宜用于电池供电，系统内部的蓄电池供电为最佳选择。在设计中单片机和LCD1602需要+5 V电压，霍尔电流传感器需要±15 V电压。设计中采用7805，7815，7915三端稳压集成电路来分别提供+5 V，+15 V和-15 V电压。

1.2.2 单片机电路

ATmega32单片机是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega32的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。AVR内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有的寄存器直接与算逻单元(ALU)相连接，使得一条指令可以再一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。

1.2.3 I/V转换模块和V/V转换模块

单片机只能处理0～5 V的电压信号，所以需要将太阳能电池板或蓄电池所释放的电流信号转换为相应的电压信号。太阳能电池板的输出电压规格是0～20 V，电流为0～5 A，因此必须将电流值转换为相应的电压信号。此电路包括霍尔电流传感器，电阻以及集成运算放大器OP07。霍尔电流传感器是此转换电路的核心，功率计要求在尽可能不影响电池板电能输出的情况下才能检测其功率，所以I/V转换的功耗要尽可能的低，电路中采用的是TBC10SY型霍尔电流传感器，根据霍尔效应原理，在消耗相当少电能的情况下将电流信号转换为电压信号。TBC 10SY双环系列闭环霍尔电流传感器的初、次级之间是绝缘的，具有超强抗干扰能力;用于测量直流、交流和脉动电流。当待测电流从传感器穿过，即可在输出端测得电压大小。I/V转换电路如图2。

虽然霍尔电流传感器能够无损耗的转换电流电压，但太阳能电池板输出电流较小且经过霍尔电流传感器之后输出电压仅为几十毫伏，很难测准，所以要经过OP07集成运算放大器来放大。OP07芯片是一种低噪声非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。因为OP07具有较低的输入失调电压(对于OP07A最大25μV)，所以OP07在很多场合不需要额外的调零动作。OP07同时具有输入偏置电流低(OP07A为±2 nA)与开环增益高(对于OP07A为300V/mV)等特点，这种低失调，高开环增益的特性，这使得OP07特别适合用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。正反馈放大电路如图3。

因为实时功率的测量需要同时采集到电压值和电流值。而太阳能电池板电压为0～22 V，以及单片机的处理电压均为0～5 V。所以太阳能电池板和蓄电池的输出电压以及电流经过霍尔电流传感器按比例转换得出电压值必须要衰减或放大到0～5 V。根据电压电阻之间的线性关系，将0～14 A按比例转换为0～5 V，电压0～20V按比例转换为0～5V。衰减电路如图4。

1.2.4 LCD1602显示电路

本设计采用LCD1602液晶显示屏显示，其具有体积小、功耗低、界面大方等优点，这里使用YB1602液晶屏，1602显示模块用点阵图形显示字符，显示模式分为2行16个字符。

1.2.5 充电控制器

由于在工作时，随着光照温度等因素不断变化，必然会导致端电压急剧变化。此时就需要充电控制器了。充电控制器，一方面能够延长蓄电池的使用寿命，另一方面在充电过程中还能减少损耗，保护蓄电池充电过量造成损害。系统采用以MPPT控制器为核心的充电控制电路。

1.2.6 发电量检测软件设计

系统程序主要包括：LCD1602显示程序，AD转换模块，单片机主程序。

由此可知，工作原理为：太阳能电池板接受光照时产生电压和电流信号，通过太阳能充电控制器对蓄电池充电，蓄电池经过稳压电路位单片机提供驱动电压，电池板产生的电压和电流分别经过V/V、I/V转换电路并衰减或放大使其电压不超过5 V，再经过模数转换为数字信号，经过单片机内部处理将功率值实时显示在LCD1602液晶屏上。

1.3 系统的调试

1.3.1 性能要求

1)电量检测装置能够测量0.5～999.0 W的功率且平均误差率5%。

2)太阳能电池板规格：最大功率160 W;最大输出电压22V;最大输出电流6A。

3)蓄电池规格：型号6-DZ-12;额定电压12 V;额定容量12 Ah。

1.3.2 软硬件设置

电量测量电路中太阳能电池电压衰减倍数为1/4.5，霍尔电流传感器输入电流与输出电压比为4，电压放大电路放大倍数为4。

2 太阳能发电量检测装置的系统测试

太阳能电池板在太阳能发电系统的电力电子装置的实验室研究中扮演了相当重要的角色。但是当日照强度很低或者夜晚的时候，太阳能电池阵列失去了输出功率。这时，研究工作就受到了外界条件的限制，我们可以通过模拟太阳能电池的方法来解决这个问题。

整个系统的实际检验需要在特定的条件下才能进行，太阳能电池的工作效能与光强，外界环境温度，阳光照射角度，阳光