阳能电池板主动清洗与电能办理体系

 

摘要

太阳能是指太阳光的辐射能量，跟着科技的开展，太阳能被广泛的运用于各个方面如发电。并且太阳能是彻底取于自然的天然动力，契合环保低碳的规范，是清洁的动力。此次规划的首要意图便是运用太阳能的光——电转化的原理完结对太阳能的运用，首要用于路灯照明，处理远郊区，山区的道路照明。规划由太阳能电池板蓄电与主动清洁体系两部分组成：太阳能蓄电部分运用的是凌力尔特公司出产的LT3652芯片将太阳能电池板吸收的太阳辐射能直接转化为电能，整流后送往蓄电池中存储起来，带动负载作业。第二部分是主动清洁部分，首要由AT89C2051单片机经过驱动芯片L298n来操控直流电机的动作然后带动雨刷进行太阳能电池板的主动清洗。

 

关键词：太阳能；太阳能蓄电；主动清洁；LT3652；AT89C2051；L298n；

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Self-cleaning solar panels and energy management system

              

  Abstract

Solar radiation is the energy of sunlight, Solar energy is widely

used in various areas such as power generation. And solar is

completely natural to take in the natural energy, Meet environmental standards for low-carbon ,is a clean source of energy. The main purpose of this design is the use of solar light - the principle of electrical conversion of solar energy to achieve. Mainly used for street lighting, solve the outer suburbs, mountain road lighting. Design by solar panels power-storage and automatic cleaning system composed of two parts: Use of solar energy power storage is part of Linear Technology's LT3652 chip company solar panels absorb the solar radiation directly into electricity, rectifier and rushed stored in batteries, drive the load of work. The second part is self-cleaning, Mainly by the AT89C2051 microcontroller to control through the driver chip L298n DC motor driven wiper action to be self-cleaning solar panels.

 

Key Words: Solar Energy；Solar power storage；Automatic cleaning；LT3652；AT89C2051；L298n；

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.序言
1.1 课题布景
自从两次工业革命今后，煤、石油、天然气等化石燃 料相继被广泛地运用到出产日子的各个方面。跟着社会经 济的不断开展和人类文明的不断进步，人类对动力的需求 量不断飞速增长。 然而，这些曾经被人们广泛运用并且现在还在被运用 的根本都是不行再生动力。其有限的储量与人类无限的需 求之间构成了不行谐和的对立。 其次，煤、石油、天然气等化石燃料燃烧后会发生大 量的二氧化碳气体，构成温室效应，加速全球气候变暖， 给人类及其他动植物的生存构成巨大挑战。再者，这些不行再生动力的很多运用，还会发生环境 污染、生态破坏等严重问题。 因而，开发一种储量巨大、清洁、无污染的可再生能 源现已成为当今社会的广泛共识。 与惯例动力比较，太阳能具有三大优势： 其一，它是人类可以运用的最丰厚的动力。据统计， 在过去的漫长的十几亿年中，太阳只耗费了它本身能量的 2%。依照这种速度计算，太阳足以供应人类运用几十亿 2%。依照这种速度计算，太阳足以供应人类运用几十亿 年，可谓取之不尽、用之不竭。其二，在地球上，只需有光照的地方都有太阳能，这 样我们就可以就地开发运用，不存在运输问题，尤其关于 交通不发达的农村、海岛和边远地区更具有实用价值。 其三，太阳能是一种非常清洁的动力。在开发和运用 太阳能时，不会发生废渣、废水和废气；也没有噪音，更 不会发生大气污染、影响生态平衡等环境问题。 因而，太阳能是一种非常合适的新动力，研讨和开发 太阳能，关于我们人类今后的出产日子乃至生存，都具有 非常重要的含义。

1.2 国内现状
在我国，太阳能的运用也一直是最热门的论题，经过多年的开展，国内涵集 热器 （含太阳能热水器） 已成为太阳能运用最为广泛、 工业化最敏捷的工业之一。 1998 年销售总额抵达了 35 亿元， 其产值位居世界第一。 我国的太阳能工业已开 始运作。中国科学院宣布发动西部行动方案，将在两年内投入 2.5 亿元人民币开 展研讨，树立若干个太阳能发电、太阳能供热、太阳能空调等演示工程。现在河 北保定国家高新技能开发区正加速建设我国规模最大的多晶硅太阳能电池出产 基地，该项目集太阳能电池、组件及运用体系等为一体，一期工程完结后可抵达 年产 3 兆瓦多晶硅太阳能电池的才能， 填补了我国在太阳能开发运用方面多项空 白，并将大大推动太阳能电池用低铁玻璃的出产、销售市场。但从全体上剖析， 国内太阳能光伏发电体系因为起步较晚，尤其是在太阳能电池的开发、出产上还 落后于国际水平，全体上仍处于产值小、运用面窄、产品单一、技能落后的初级 阶段。经粗略统计标明，国内现在仅建有 5 个（单晶硅）太阳能电池出产厂，年 产值约有 4.5 兆瓦（注：1 兆瓦（MW）为 1000 千瓦），工厂设施仍停留在已 有引入的出产线上。 而国外不少企业已把眼光瞄准更为先进的薄膜晶体太阳能电 池的开发与出产上。 这种新一代的先进的薄膜晶体太阳能电池其转化功率可高达 18.3％，比现在均匀转化功率进步了 3 个百分点。据业内人士介绍，我国太阳能 电池均匀转化功率不高，其首要原因是专用资料国产化程度低，如封装玻璃就完 全依靠进口，低铁含量的高透过率基板玻璃市场仍不能满意需求，科研成果还没 有敏捷及彻底转化为工业优势。

1.3课题根本内容
（1）电能办理体系我用的是LT3652，它承受4.95V-34V的宽输入规模，具有40V的肯定最大额外值以添加体系裕度。该器材可以为各种装备的电池组充电，充电电流可编程至2A。并且在非充电时从电池汲取<1uA的电流，是电池处于动态充电状况，然后大大添加了电池的运用寿数。

（2）主动清洁体系，首要运用的是单片机操控电机。用单片机编程内部守时，固定的时刻是单片机给直流电机信号，然后使电机带动齿轮滚动，齿轮带动传送带使轨道上雨刷上升进行第一次清洁，抵达行程开关处单片机给电机一个反向电压，然后使电机回转使雨刷下降完结第二次清洁，抵达行程开关处停止。体系结构图如图1.1 



图1.1     体系结构方框图

 

 

1.4预期方针
1、完结白日的日照可以对蓄电池进行充电。

 

 

2、完结电池板的主动清洗功能。

2.硬件规划
2．1硬件选取及构成
2.1.1太阳能电池的原理及选用
 

太阳能电池是一个巨大的PN结，它把太阳能转化为电能，关于单片太阳能电池来说，它是一个小的PN结，除了当太阳光照耀在上面时，它可以发生电能外，它还具有PN结的全部特性。在规范光照条件下，它的额外输出电压为0.48V。在太阳能照明灯具运用中的太阳能电池组件都是由多片太阳能电池衔接构成的。它具有负的温度系数，温度每上升一度，电压下降2mV。

关于多片太阳能电池组成的太阳能电池组件，太阳能电池一般都如下参数：Isc是短路电流，Im是峰值电流，Voc是开路电压。Vm是峰值电压，Pm是峰值功率。在运用中，太阳能电池开路或许短路都不会构成损坏，实际上我们也正是运用它的这个特性对体系蓄电池充放电进行操控的。

太阳能电池的挑选：我们所说的太阳能电池输出功率Wp是规范太阳光照条件下，即：欧洲委员会定义的101规范，辐射强度1000W/m2，大气质量AM1.5，电池温度25℃条件下，太阳能电池的输出功率。这个条件大约和平时晴天正午前后的太阳光照条件差不多，（在长江下游地区只能接近这个数值）这并不象有些人幻想的那样，只需有阳光就会有额外输出功率，乃至以为太阳能电池在夜晚日光灯下也可以正常运用。这便是说，太阳能电池的输出功率是随机的，在不同的时刻，不同的地址，相同一块太阳能电池的输出功率是不同的。

太阳能电池是运用光电转化原理使太阳的辐射光经过半导体物质转变为电能的一种器材，这种光电转化过程一般叫做“光生伏打效应”，因而太阳能电池又称为“光伏电池”，用于太阳能电池的半导体资料是一种介于导体和绝缘体之间的特别物质，和任何物质的原子一样，半导体的原子也是由带正电的原子核和带负电的电子组成，半导体硅原子的外层有4个电子，按固定轨道围绕原子核滚动。当遭到外来能量的作用时，这些电子就会脱离轨道而成为自由电子，并在原来的方位上留下一个“空穴”，在纯洁的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。假如在硅晶体中掺入硼、镓等元素，因为这些元素可以抓获电子，它就成了空穴型半导体，一般用符号P表明；假如掺入可以释放电子的磷、砷等元素，它就成了电子型半导体，以符号N代表。若把这两种半导体结合，交界面便构成一个P－N结。太阳能电池的微妙就在这个“结”上，P－N结就像一堵墙，阻止着电子和空穴的移动。当太阳能电池遭到阳光照耀时，电子承受光能，向N型区移动，使N型区带负电，一起空穴向P型区移动，使P型区带正电。这样，在P－N结两头便发生了电动势，也便是一般所说的电压。这种现象便是上面所说的“光生伏打效应”。假如这时别离在P型层和N型层焊上金属导线，接通负载，则外电路便有电流经过，如此构成的一个个电池元件，把它们串联、并联起来，就能发生一定的电压和电流，输出功率。制作太阳电池的半导体资料已知的有十几种，因而太阳电池的品种也很多。现在，技能最老练，并具有商业价值的太阳电池要算硅太阳电池。

太阳能电池便是运用光伏效应将太阳能直接转化为电能的一种装置。惯例太阳电池简略装置如左图所示。当N型和P型两种不同类型的半导体资料触摸后，因为分散和漂移作用，在界面处构成由P型指向N型的内建电场。当光照在太阳电池的外表后，能量大于禁带宽度的光子便激宣布电子和空穴对，这些非平衡的少数载流子在内电场的作用下分脱离，在电池的上下南北极累积，这样电池便可以给外界负载供应电流。

 

  规划选用的是CanadianSolar公司出产的YJ0177-1型单晶硅太阳能电池板。超级直线型结构的单晶硅太阳能电池板。其转化率较高能抵达14-20%，光电转化功率不易随时刻阑珊，结构上有良好的耐久性、可靠性，不会过重且价格适中。

       输出电压：18伏特（可给12伏蓄电池充电）

       最大开路电压：20伏特

       重量：0.5千克

       外形尺度：185*135*25mm


2．1．2储能专用铅酸蓄电池的介绍与选用
近年来，太阳电池的光伏发电技能得到了世界各国的高度重视。从欧美的太阳能光伏“房顶方案”到我国的西部光伏发电项目以及“光亮工程”。太阳能光伏发电现已显示了其微弱的开展势头。跟着光伏发电技能的开展和低成本光伏组件的工业化，太阳能灯具、光伏电站和光伏户用电源，均要求蓄电池供货商可以供应全天候运转的蓄电池，而现在光伏体系多选用阀控式密封铅酸蓄电池（以下简称铅酸蓄电池缩写为VRLAB）胶体铅酸蓄电池和免保护铅酸蓄电池（不是VRLA蓄电池）作为储能电源。耐候性是指蓄电池习惯自然环境的特性。本文首要讨论自然环境下温度对蓄电池寿数、容量的影响及处理办法，以及储能铅酸蓄电池选用。

一、温度对铅酸蓄电池寿数的影响
     VRLA铅酸蓄电池受温度影响较大，按阿里纽斯原理，在大于40℃，温度升高10度，寿数下降一倍，寿数停止的首要原因是：（一）硫酸电解液干枯；（二）热失控；（三）内部短路等。
     （一）硫酸电解液干枯：关键问题要素之一。酸液干枯将构成电池容量下降，乃至失效。构成电池干枯失效这一要素是铅酸电池所特有的。酸液干枯的原因：（1）气体再化合的功率偏低，析氢析氧、水蒸发；（2）从电池壳体内部向外渗水；（3）操控阀规划不妥；（4）充电设备与电池电压不匹配，电池电压过高、发热、失水、干枯而失效。
     VRLA铅酸蓄电池遭到上述（1）（2）（3）（4）四种要素的影响，其间（2）（3）（4）三种要素引起的失水速度随环境温度的上升而加速，然后加速了铅酸蓄电池以干枯办法失效。酸液干枯是影响VRLA铅酸蓄电池寿数的致命要素，VRLA蓄电池不适于在35℃以上高温条件下运用。
     （二）热失控：
     蓄电池在充放电过程中一般都发生热量。充电时正极发生的氧抵达负极，与负极的绒面铅反响时会发生很多的热，如不及时导走就会使蓄电池温度升高。蓄电池若在高温环境下作业，其内部堆集的热量就难以散宣布去，就或许导致蓄电池发生过热、水丢失加剧，内阻增大，愈加发热，发生恶性循环，逐步开展为热失控，终究导致蓄电池失效。
     VRLA铅酸蓄电池因为选用了贫液式紧装置规划，隔板中保持着10%的孔隙酸液不能进入，因而电池内部的导热性极差，热容量极小。VRLA铅酸蓄电池之所以在高温环境下易发生热失控，是因为安全阀排出的气体量太少，难以带走电池内部堆集的热量。热失控的巨热将使蓄电池壳体发生严重变形、胀裂、蓄电池彻底失效。
     （三）内部短路：因为隔阂物质的降解老化穿孔，活性物质的掉落胀大使南北极衔接，或充电过程中生成枝晶穿透隔阂等引起内部短路。深放电之后的蓄电池，其吸附式隔板易呈现铅绒或弥散型沉积，或构成枝晶，导致正负极板微短路。
     因为VRLA铅酸蓄电池的负极冗余规划，充电的初、中期充电功率比正极板充电功率高，所以在正极板析氧之前，负极已生成足够的绒面铅，用于使氧进行再化合。在制作蓄电池过程中，以负极活性物质的量作为操控要素，可以减缓电池功能的恶化。
     除此而外，现在在铅酸蓄电池中还普遍选用添加剂，用以改善蓄电池功能，如添加锌、镉、锂、钴、铜、镁等金属盐或氧化物。这些添加剂均为强电解质，在放电过程中其离子向负极迁移。这些金属离子起化合配位作用，下降构成硫酸铅的概率，既使构成了硫酸铅，也比较松软，易于软化或还原。在电池的运用中，应尽量保持温度稳定，避免温度的大起大落，减少枝晶分出发生的时机。
     综上所述，高温对蓄电池失水干枯、热失控、正极板栅腐蚀和变形等都起到加速作用，低温会引起负极钝化失效，温度动摇会加速铅酸蓄电池内部短路等等。这些都将影响电池寿数。
二、温度对铅酸蓄电池容量的影响
     （一）第一类前期容量丢失，缩写为PCL-Ⅰ。
     铅酸蓄电池容量忽然丢失的首要原因是阻挡层。因为Pb-Ca-Sn-Al合金再生缺陷和半导体效应，正极活性物质与板栅间构成了单项导电的阻挡层，导电层组成成分较为杂乱并具有半导体特性的晶体，对温度极为灵敏，经过对腐蚀层的研讨，改善了电池的合金和铅膏添加剂等半导体掺杂制作工艺，其原理是半导体晶体对纯度极为灵敏这一原理，一个ppm的掺杂能添加103的电导率，经过合理的掺杂工艺，这种失效形式根本上处理。
     （二）第二类前期容量丢失，缩写为PCL-Ⅱ
     铅酸蓄电池容量缓慢丢失的首要原因是不是一般所见的板栅腐蚀硫酸盐化或活性物质软化掉落等，而是因为多孔活性物质胀大引起颗粒之间互相阻隔，受温度影响很大，由PbO2→PbSO4 软化过程中胀大收缩，引起的正极活性物松软和络合结构的不行逆损坏，逐渐软化掉落。构成正极板以较低的速度丢失容量。       （三）第三类前期容量丢失，缩写为PCL-Ⅲ
     铅酸蓄电池无法充电的首要原因是因为负极添加剂活性下降或丢失，而使充电困难，充电承受才能差，再充电缺乏，然后导致负极板底部1/3处硫酸盐化而构成的。
     在常温10h--20h率放电时电池容量受限于正极，在低温（-15℃以下）和高倍率（1h率以上）放电时电池容量收限于负极，低温大电流放电或受高温影响负极极易发生钝化，其原因是放电过程中有很多的离子要在很短时刻内进入酸液，而构成晶核需求一些时刻，这样在电极外表的呈现过大的饱和度，与正常放电电流密度比较就可以构成数量多而尺度小的晶核，使得电极外表变成孔隙小的细密层，阻止放电反响的继续进行，类似于部分放电量耗费于这种硫酸铅盐层上。
     高温促进负极添加剂的分化或溶解在电解液中而前期丢失，使负极绒面铅钝化。在低温状况，溶解度显着下降，即便放电电流与低温低浓度时相同、放电时发生的速度不变，但相关于低平衡溶解度来说进步了饱和度。在低温状况，还导致酸液的粘度添加，导致酸分散速度下降，增大蓄电池的内阻，高速传质功能变坏。
     钝化层厚度与硫酸铅的结晶尺度、孔隙率和孔径结构有关，即与硫酸铅的溶解度以及铅电极外表溶液饱和度有关。在低温及电流密度、硫酸浓度高时，使负极外表溶液饱和度过高，钝化层随之变厚。所以很易构成蓄电池因放电困难而失效。负极板的钝化表现为既充不进电 也放不出电 。
     温度对上述(一)(二)(三)诸要素影响的机理及程度涉及到电化学热力学、电化学动力学、半导体物理学、金属物理学等方面的理论，仍在进一步研讨之中。但高温确实会使蓄电池中的添加剂氧化失效，引起活性物质掉落，负极钝化使蓄电池前期的容量衰减速度加速。这种前期容量衰减，将导致铅酸蓄电池寿数缩短，可靠性变差。（四）正极板腐蚀
     依据化学热力学原理，环境温度过高，铅酸蓄电池放电深度越大，电解液密度越高，板栅腐蚀越剧烈；贮存时刻愈长，腐蚀层越厚。伴跟着板栅腐蚀而发生板栅变形拉伸，其结果使板栅抗张强度变小。活性物质掉落，当腐蚀产物变得很厚或板栅变得相当薄时，板栅电阻增大，使电池容量下降，容量下降20%蓄电池就算失效了。
     如前所述，因为蓄电池是一个电化学容器，对环境温度改动极为灵敏，环境温度既影响蓄电池的寿数也影响蓄电池的容量，这两者是密不行分的。
三、胶体铅酸蓄电池（阀控式铅酸蓄电池）开展
     短短几年时刻，铅酸蓄电池在太阳能灯具中得到了广泛运用。鉴于VRLA铅酸蓄电池在自然环境下全天候作业而面临的耐候性较差（-20℃~40℃）的问题，成功地开宣布自主知识产权的耐候性较好（-40℃~60℃）的胶体蓄电池,胶体蓄电池也归于阀控式铅酸蓄电池，胶体铅酸蓄电池选用了富液规划方案，比VRLA铅酸蓄电池多加了20%的酸液，极群组周围及槽体之间充满凝胶电解质，有较大的热容量和洽的散热性。
     胶体蓄电池受温度影响较小，能克服以上三种前期容量丢失，并具有以下优势：
     （一）选用特别的非液非胶电解质，进步装置压力（正极板外表的压力），装置压力25—60Kp，抑制正极板活性物质的软化掉落。规划合理的操控阀，添加氧气复合，减少失水，进步电池寿数（在各种环境中可以进步寿数二倍以上）。
     （二）选用特别的板栅结构（正负板栅质量比1：0.75）、工艺手法及资料配方，有机和无机添加剂。构成微孔结构的板栅，增大了电极与电解质的反响界面，下降触摸电阻，减小了电极的极化，大幅度进步电极的活性物质运用率、进步了充电功率，增大电池放电和输出功率，有效的成倍延长电池寿数，全面进步电池功能。
     （三）正极板栅选用Pb-Ca-Sn-Al-Sb-Zn-Cd其间的组合多元合金，负极板栅选用铅钙锡铝高氢过电位资料板栅和涂膏成型的电极板，容量大、寿数长。铅锡多元合金集流排，内阻小，耐腐蚀，可经受长期浮充运用，剖析纯极电解质，自放电小。
     （四）选用新技能、改善板栅材配方，进步抗蠕变及抗腐蚀功能，适当进步Pb-Ca合金中的Sn、Ag含量，可以进步抗蠕变功能。
     （五）选用低阻多孔PE隔板，极板规划要给电池壳中留出富液空间，酸液不外溢、不污染环境、不腐蚀设备机件，可以顺利进行气体阴极吸收。进步极群组的压力，紧装置，可以延长蓄电池寿数。
     （六）电池壳盖选用迷宫式特别规划的透气阀，和特别的添加剂，减少了水份的散失。
     （七）选用适当的添加剂，有利于保持负极的正常充电状况，避免负极硫化并减小负极自放电。所以在保持负极正常充电状况的一起，也下降了正极极化电位，然后下降了正极板栅的腐蚀速度，利于延长寿数。


规划选用的是6GFM系列的铅酸电池

一、6GFM 系列阀控密封式铅酸蓄电池契合如下规范：

JIS C 8707-1992 阴极吸收密封固定型铅蓄电池规范

JB/T8451-96 中华人民共和国机械行业规范

YD/T 799-2002 中华人民共和国通讯行业规范

DL/T 637-1997 中华人民共和国通讯行业规范

二、首要特色；

1、 免补水、保护简略

选用特别规划克服了电池在充电过程中电解失水的现象， 电池在运用过程中 电液体积和比重几乎没有改动， 因而电池在运用寿数期间彻底无需补水， 保护简略。

    2、 密封安全、装置简略

    电池内没有流动的电液，电池立式、侧卧装置运用均可，无电液渗漏之患， 并且在正常充电过程中电池不会发生酸雾。 因而可将电池装置在办公室或配套设备 房内，而无需另建专用电池房，下降工程造价。

3、 运用寿数长 选用了耐腐性良好的铅钙合金板栅，在 25℃的环境温度下，正常浮充 寿数可达 12 年以上。 4、 高功率放电功能好 选用了内阻值很小的优质极板和玻纤隔板，并且装置较紧，使得电池 内阻极小。在-40℃~60℃温度规模内进行大电流放电，其输出功率比惯例电池 可高出 15%左右。

三、产品规格：

产品规格如图2.1所示


图2.1产品规格

 

温度与放点容量关系如图2.2所示


图2.2

 

恒压充电特性（25°C）如图2.3所示

6GFM系列密封电池要求选用限流恒压的充电办法进行充电。在环境度为25℃的条件下，最佳的浮充电压为13.6±0.1V 台X台数，充电开端时的电流应限制在0.25C10A的规模内。


图2.3

 

25°C放电特性曲线如图2.4所示


图2.4

 

电池贮存时的自放电曲线如图2.5所示


图2.5

 

2.1.3单片机的介绍与选取
规划选用的是at89C2051单片机，at89c2051 是美国 ATMEL 公司出产的低电压、高功能 CMOS 8 位单片机，片内含 2k bytes 的可重复擦写的只读程序存储器（PEROM）和 128bytes 的随机数据存储器（RAM），器材选用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技能出产，兼容规范 MCS-51 指令体系，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元，功能强大 at89c2051 单片机可为您供应许多高性价比的运用场合。程序保密 89C2051 规划有 2 个程序保密位，保密位 1 被编程之后，程序存储器不能再被编程除非做一次擦除，保密位 2 被编程之后，程序不能被读出。 软硬件的开发 89C2051 可以选用下面 2 种办法开发运用体系。 （1） 因为 89C2051 内部程序存贮器为 Flash，所以修改它内部的程序 非常方便快捷，只需装备一个可以编程 89C2051 的编程器即可。调试人员 可以选用程序修改-编译-固化-插到电路板中试验这样重复循环的办法，对 于熟练的 MCS-51 程序员来说，这种调试办法并不非常困难。但是做这种调 试不可以了解片内 RAM 的内容和程序的走向等有关信息。 （2） 将一般 8031/80C31 仿真器的仿真插头中 P1.0～P1.7 和 P3.0～ P3.6 引出来仿真 2051,这种办法可以运用单步、断点的调试办法，但是仿 真不够真实，比方，2051 的内部模仿比较器功能，P1 口、P3 口的增强下拉才能等等。首要功能.和 MCS-51 产品兼容，2KB 可重编程 FLASH 存储器（10000 次）； 2.7-6V 电压规模；全静态作业：0Hz-24MHz .2 级程序存储器保密锁定 128*8 位内部 RAM；15 条可编程 I/O 线 ；两个 16 位守时器/计数器 ；6 个中止源可编程串行通道.高精度电压比较器（P1.0，P1.1，P3.6）直接驱动 LED 的输出端口。管脚图如图2.6所示，实物图如图2.7所示


图2.6


图2.7

 

2.1.4驱动电机驱动芯片选取
本规划的驱动芯片选用L298N。L298N是ST公司出产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片选用15脚封装。首要特色是：作业电压高，最高作业电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，继续作业电流为2A；内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等理性负载；选用规范逻辑电平信号操控；具有两个使能操控端，在不受输入信号影响的情况下答应或制止器材作业有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下作业；可以外接检测电阻，将改动量反馈给操控电路。运用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，可以直接经过电源来调理输出电压；并可以直接用单片机的I/O口供应信号；并且电路简略，运用比较方便。L298N芯片信号电源与驱动电源是分隔的，依据需求VCC、VS别离接5V、12V。IN1-IN4别离对应OUT1-OUT4，IN1、IN2操控了第一个电机的方向，IN3、IN4操控了第二个电机的方向。D1-D8的作用是使电机两头电压维持在0-VS间，避免电机两头电压过高或许过低，电压小于0时下端的二极管跟地导通，大于VS时跟上端的二极管跟VS导通，使电压维持在0-VS间，避免电机两头有过高上冲或过低下冲。因为电机是理性负载，所以需求吸收电感发生的反向电动势，选用100μF、0.1μF电容并联到VCC和VS脚上，以保护L298N驱动芯片。管脚图如图2.8所示。


图2.8

 

2.1.5稳压芯片选取
    规划选用7805稳压电路，在输入电压、负载、环境温度、电路参数等发生改动时仍能保持输出电压稳定。VS为+12V，稳压后输出VCC为+5V。电容为滤波用，其间容量大的电容滤除低频的交流信号，小电容用来滤除高频自激信号，使直流电愈加滑润。实物图如图2.9所示，管脚图如图2.10所示。


图2.9


图2.10

2.1.6太阳能电能办理芯片选取
规划的太阳能电池蓄电办理芯片，我选用的是由凌力尔特公司出产的LT3652芯片。该芯片参数如下：

用于太阳能运用中峰值功率跟踪 (MPPT) 的输入电源电压调理环路

宽输入电压规模：4.95V 至 32V (40V 肯定最大值)

可编程充电速率高达 2A

可由用户挑选的充电停止：C/10 或内置充电停止守时器

可选用电阻器设置并高达 14.4V 的起浮电压能投合锂离子/锂聚合物电池、LiFePO4 (磷酸铁锂) 电池、SLA (密封铅酸) 电池、NiMH / NiCd (镍氢/镍镉) 电池化学组成

当电池电压 ≤ 4.2V 时无需 VIN 隔离二极管 

1MHz 固定频率

0.5% 起浮电压基准准确度

5% 充电电流准确度

2.5% C/10 检测准确度

二进制编码集电极开路状况引脚

3mm x 3mm DFN12 或 MSOP-12 封装

 

LT®3652 是一款完好的单片式、降压型电池充电器，可在 4.95V 至 32V 的输入电压规模内运作。LT3652 供应了一种稳定电流/稳定电压充电特性，最大充电电流可在外部设置至高达 2A。该充电器选用了一个 3.3V 起浮电压反馈基准，因而可以运用一个电阻分压器来设置任何期望并可高达 14.4V 的电池起浮电压。

 

   LT3652 运用了一个输入电压调理环路，假如输入电压降至一个编程电平 (由一个电阻分压器来设定) 以下，则该输入电压调理环路将减小充电电流。当 LT3652 由一块太阳能电池板来供电时，输入调理环路将用于把太阳能电池板保持在峰值输出功率。

 

   可以经过装备使 LT3652 在充电电流降至编程最大值的 1/10 (C/10) 以下时停止充电操作。当充电操作停止时，LT3652 将进入一种低电流 (85μA) 待机形式。假如电池电压下降至编程起浮电压以下达 2.5%，则一种主动再充电功能将起动一个新的充电周期。LT3652 还包含一个可编程安全守时器，用于在抵达一个期望时刻之后停止充电操作。这在电流小于 C/10 的条件下供应了“Top-Off” 型充电。

封装如图所示：

 

2.2硬件电路规划
2.2.1晶振电路
单片机体系里都有晶振，在单片机体系里的作用非常大，全称叫做晶振振荡器，结合单片机内部电路发生单片所需的时钟频率，单片机晶振供应的时钟频率越高，单片机运转速度越快。挑选11.0592MHZ归于较高的晶振频率，也答应高波特率。如图2.11所示



图2.11

单片机晶振电路，所选晶振大小为11.0592MHZ

2.2.2复位电路
单片机复位电路，用高电平复位。如图2.12所示



图2.12

2.2.3稳压电路
规划选用7805稳压电路，在输入电压、负载、环境温度、电路参数等发生改动时仍能保持输出电压稳定。VS为+12V，稳压后输出VCC为+5V。如图2.13所示


图2.13

2.2.4驱动电路
如图2.14所示



图2.14

L298N芯片信号电源与驱动电源是分隔的，依据需求VCC、VS别离接5V、12V。IN1-IN2别对应OUT1-OUT2，IN1、IN2操控了直流电机的方向。D1-D4作用是使电机两头电压维持在0-VS间，避免电机两头电压过高或许过低，电压小于0时下端的二极管跟地导通，大于VS时跟上端的二极管跟VS导通，使电压维持在0-VS间，避免电机两头有过高上冲或过低下冲。因为电机是理性负载，所以需求吸收电感发生的反向电动势，选用100μF、0.1μF电容并联到VCC和VS脚上，以保护L298N驱动芯片。

 

2.2.5电池蓄电与办理
规划的太阳能电池办理与蓄电部分是由凌力尔特公司供应的简易太阳能充放电体系电路规划的，电路原理图如图2.15所示。



2.2.6体系流程图
体系流程图如图2.16所示



图2.16

 

 

 

3．软件规划
3．1软件修改及仿真
 

软件规划部分，我用的是KEIL C软件，它是很多单片机运用开发的优秀软件之一，它集修改，编译，仿真于一体，支持汇编,PLM 语言和C 语言的程序规划.进入主界面时如图3.1所示



图3.1

工程的树立如图3.2所示



图3.2

然后挑选要保存的途径及工程名称，如C51，如图3.3所示



图3.3

然后会弹出一个对话框，要求你挑选相对应的类型，挑选你所运用的单片机类型，边栏里会附加该类型单片机的一些根本资料。如图3.4所示



图3.4

然后树立一个新的文件如图3.5所示



图3.5

树立新的程序编写如图3.6所示



图3.6

进行程序的修改，修改后并编译如图3.7所示



图3.7

终究一步输出仿真文件.hex这是最重要的，程序能否生成一定要勾上这个选项，如图3.8所示。



图3.8

3．2修改中呈现的过错
    在程序编写的过程中，要注意不同类型的单片机都有与其相对应的头文件，开端的时分我就弄错了，以至于怎么编写都无法再片上运转。还有当运用不同管脚定义的时分，首要要看头文件是怎么样定义的，否则符号不同，怎么样修改都无法成功。注意修改时后的大小写，以及全局变量。这些都是我在程序编写中遇到的问题。

  

还有在用仿真器烧录程序的时分一定一定要记住管脚数不同的芯片放在仿真器上烧录的时分先检查仿真器的说明，在依照说明书上的管脚方位装置，否则会呈现过错乃至烧毁芯片。

 

3．3制品部分
制品部分首要是单片机最小体系与电机驱动部分组成。如图3.9与图3.10所示。



图3.9

 



图3.10

 

结论
 本文的首要研讨内容是太阳电池板主动清洁与电能办理体系，整个体系是根据单片机操作体系，由太阳能电池板吸收光能并转化为电能经过LT3652芯片整流并将电能贮存入铅酸电池中。再由铅酸电池供电给7805芯片，将12V的电压转化成5V电压，并将12V供应L298n以供其驱动直流电机。5V供应AT89C2051单片机，使其正常作业，运转内部程序，守时给相对应的管脚凹凸不同的信号，以供电机进行正确的正回转。

详细剖析了我国现阶段太阳能电池的运用，以及多方比照不同太阳能电池的差异以及各种参数不同。对不同的电池组进行了比照，最后选定铅酸电池，因其稳定，充放电作用好，以及其安全易装置的特色。直流电机运用起来比较简略并且经过单片机的编程很容易就能抵达正回转的作用。加上行程开关会使作用愈加显着。

本太阳能电池蓄电办理与主动清洁体系，由太阳能电池板，电能办理芯片，AT89C2051单片机，L298n驱动芯片，7805稳压芯片，以及直流电机组成。在以往的太阳能路灯上，往往只能见到一块到两块太阳能电池板，但是跟着气候的改动与环境的恶化，往往会呈现电池板上被各种泥土，沙子，污物所覆盖，这样不光大大的下降了其转化电能的功率，更影响了设备的正常运用，有的乃至要挟到了运用者的人身安全。此次规划的太阳能电池板电能办理与主动清洁，不光汲取了以往太阳能电池设备的诸多长处，添加的主动清洁装置更够进步其运用的功率，每天都会将很少的一部分点用于电机的运转，这样及避免了关于电能储备的浪费，又大大添加了太阳能电池板的作业功率。

 

展望
开始期望规划的是在太阳能电池板上加上两个齿轮，其间一个放在电机上另一个固定在太阳能电池板上，当电机滚动时，齿轮会带动套在上面的传送带滚动，而传送带上固定着雨刷，当雨刷从电池板的一端刷起，直到碰触另一端的行程开关的时分，电机变会进行回转，直到碰触到另一个行程开关为止。其实太阳能电池板还可以外挂许多的设备，比方主动喷水，主动跟踪，等等，但是因为规划的难度与本人的才能有限，现在只能成为一种或许。期望跟着社会的开展与科学的进步，太阳能这个庞大而又无处不在的动力可以被我们运用在各行各业上，不光优化了我们的日子，更美化了我们赖以生存的环境。

 

称谢
感谢左歧教师在我从规划初期到终究制定方案，以及终究定稿无不细心仔细的辅导着我，左教师对我的倾囊相授以及在我家里困难时对我的开导与安慰令我铭记在心，在我大学最后的一年里可以碰上这么一位德高望重的教师，不光令我今后得开展有更开阔的视野，更令我有了一颗愈加炽热的心。

 还有我的同学曾鹏，在我遇到困难的时分当即放下了自己手里的作业，一遍又一遍的耐心协助我做完了程序最难得部分，做了四年的上下铺，我们的感情肯定堪比亲兄弟。这些共同努力的日子我会铭记在心，珍惜这夸姣的全部。

参考文献
 

【1】施敏 著，黄振岗 译，《半导体器材物理》[M]，电子工业出版社，1987年12月第一版。

【2】马丁•格林 著，李秀文，谢洪礼，赵海滨等译。《太阳能电池作业原理、工艺和体系的运用》[M] 电子工业出版社，1987年1月第一版

【3】陈海全，上海交通大学硕士学位论文[D]，2006.

【4】C.H. Henry. “Limiting Efficiency of Ideal Single and Multiple Energy Gap Terrestrial Solar Cells .”[J] J.Appl.phvs51 4494(1980).

【5】D.E.Crlson .S.Wanger, “Renewaable Energy”[J] Island Press Washington, 1993.

【6】王胤 《太阳能电池技能文献总述》[R]  东南大学机械学院

程序清单
#include

#define uint unsigned int

sbit IN0=P1^2;

sbit IN1=P1^3;

uint Times;

void delay(uint)

{

 uint j;

 for(j=0;j<i:j++;);
 
}

void init()

{

 P1=0X08;

 Times=0;

 TMOD|=0X01;

 TL0=0X00;

 TH0=0XDC;//10MS中止一次

 

 ET0=1;

 TR0=1;//发动守时器0

 

 EA=1;//总中止

}

 

void main()

{

 init();

 while(1);

 

}

void Time_10ms() interrupt 1

{

 

 TL0=0X00;

 TH0=0XDC;//重设初值

 Times++;

 if(Times>=300)

 {

 

  Times=0;

  IN0=~IN0;

  IN1=~IN1;

  delay(10000);

 }