本实用新型涉及光伏发电领域，特别涉及一种离网型智能太阳能控制器。
背景技术：
随着国家对太阳能可再生资源的大力支持，同时，物联网飞速发展的今天，太阳能控制器实现信息化、远程管理、智能化非常具有实用性，我们可以使用电脑、手机等设备就可以随时监测太阳能充电系统的状态。只需要解决设备与设备之间的通信可靠性保证问题，而这些问题也在不断突破和优化，同时，太阳能利用率也是一直在不断突破提高，也是我们持续研究的课题。
技术实现要素：
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种能提升太阳能利用率、保证系统运行可靠、有效提高太阳能发电在实际应用中的实用性的离网型智能太阳能控制器。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种离网型智能太阳能控制器，包括PV(光伏)保护防反接防雷击模块、单路BUCK降压储能模块、电池防反接保护模块、负载控制模块、供电模块、MCU信号采集处理模块、RS485通信模块、USB充电模块、电流电压采样模块和液晶LCD显示模块，所述PV保护防反接防雷击模块分别连接PV+端和PV-端，所述电池防反接保护模块分别连接BAT+端和BAT-端，所述负载控制模块分别连接L+端和L-端，所述负载控制模块还分别与所述电池防反接保护模块和供电模块连接，所述PV保护防反接防雷击模块、电池防反接保护模块、供电模块和MCU信号采集处理模块均与所述单路BUCK降压储能模块连接，所述电池防反接保护模块、USB充电模块和MCU信号采集处理模块均与所述供电模块连接，所述RS485通信模块通过UART接口与所述MCU信号采集处理模块连接，所述USB充电模块、电流电压采样模块和液晶LCD显示模块均与所述MCU信号采集处理模块连接，所述电流电压采样模块与所述PV+端连接。
在本实用新型所述的离网型智能太阳能控制器中，所述RS485通信模块包括电源隔离转换芯片、第四连接端口、第三熔断器、第四熔断器、第三十八电阻、第四十一电阻、串口通信芯片、第七光电耦合器、第九光电耦合器、第十光电耦合器、第三十三电阻、第四十电阻和第四十五电阻，所述第四连接端口的第二引脚通过所述第三熔断器与所述第三十八电阻的一端连接，所述第三十八电阻的另一端与所述串口通信芯片的第七引脚连接，所述第四连接端口的第一引脚与所述第四熔断器的一端连接，所述第四熔断器的另一端与所述第四十一电阻的一端连接，所述第四十一电阻的另一端与所述串口通信芯片的第六引脚连接，所述串口通信芯片的第五引脚与所述电源隔离转换芯片的第四引脚连接，所述串口通信芯片的第八引脚与所述电源隔离转换芯片的第五引脚连接，所述串口通信芯片的第一引脚与所述第七光电耦合器中发光二极管的阴极连接，所述第七光电耦合器中光敏三极管的发射极与所述电源隔离转换芯片的第一引脚连接，所述第七光电耦合器中光敏三极管的集电极与所述第三十三电阻的一端连接，所述串口通信芯片的第二引脚和第三引脚均与所述第九光电耦合器中光敏三极管的发射极连接，所述第九光电耦合器中发光二极管的阳极与所述第四十电阻的一端连接，所述串口通信芯片的第四引脚与所述第十光电耦合器中光敏三极管的集电极连接，所述第十光电耦合器中光敏三极管的发射极与所述电源隔离转换芯片的第四引脚连接，所述第十光电耦合器中发光二极管的阳极与所述第四十五电阻的一端连接，所述第三十三电阻的另一端、第四十电阻的另一端和第四十五电阻的另一端均连接+3.3V电源。
在本实用新型所述的离网型智能太阳能控制器中，所述供电模块包括第二电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二三极管、第十四电阻、第三光电耦合器、第九电阻、第三二极管、第二稳压二极管、第三MOS管、第十五电容、第十九电阻、第四运算放大器、第二十电阻、第二十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第二十二熔断器和第二十三电阻，所述第六电阻的一端与所述第四电阻连接，所述第五电阻的一端与所述第二电阻连接，所述第六电阻的另一端和第五电阻的另一端均与所述电源隔离转换芯片的第一引脚连接，所述第二三极管的基极与所述第十四电阻的一端连接，所述第十四电阻的另一端与所述第十三电阻的一端连接，所述第十三电阻的另一端和第十二电阻的一端均连接所述+3.3V电源，所述第十二电阻的另一端与所述第三光电耦合器中发光二极管的阳极连接，所述第二三极管的集电极与所述第三光电耦合器中发光二极管的阴极连接，所述第二三极管的发射极与所述电源隔离转换芯片的第一引脚连接，所述第三光电耦合器中光敏三极管的集电极分别与所述第九电阻的一端和第三二极管的阳极连接，所述第九电阻的另一端连接+12V电源，所述第三光电耦合器中光敏三极管的发射极与所述第二稳压二极管的阳极连接；
所述第三MOS管的栅极分别与所述第三二极管的阴极、第二稳压二极管的阴极和第十五电阻的一端连接，所述第三MOS管的源极分别与所述第十五电阻的另一端、第二十二熔断器的一端、第二十电阻的一端和第二十三电阻的一端连接，所述第二十电阻的另一端与所述第四运算放大器的同相输入端连接，所述第二十三电阻的另一端与所述第四运算放大器的反相输入端连接，所述第四运算放大器的电源引脚分别与所述第十五电容的一端和第十九电阻的一端连接，所述第十五电容的另一端与所述电源隔离转换芯片的第一引脚连接，所述第十九电阻的另一端与所述3.3V电源连接，所述第四运算放大器的接地引脚与所述电源隔离转换芯片的接地引脚连接，所述第四运算放大器的输出端与所述第二十一电阻连接。
在本实用新型所述的离网型智能太阳能控制器中，所述单路BUCK降压储能模块包括第一变压器、第十二极管、第十二二极管、第四电感、第十一驱动光电耦合器、第十五二极管、第五MOS管、第五十七电阻、第七电感、第五十四电容、第五十六电解电容、第四十四电解电容、第四十七电容和第十六二极管，所述第一变压器的第十二引脚与所述第十二极管的阳极连接，所述第十二极管的阴极与所述第四电感的一端连接，所述第四电感的另一端与所述第十一驱动光电耦合器的第十六引脚连接，所述第一变压器的第十一引脚与所述第十二二极管的阴极连接，所述第十二二极管的阳极与所述第十一驱动光电耦合器的第十四引脚连接，所述第十一驱动光电耦合器的第十五引脚与所述第十五二极管的阴极连接，所述第十五二极管的阳极分别与所述第五十七电阻的一端和第五MOS管的栅极连接，所述第五MOS管的漏极分别与所述第四十四电容的正极和第四十七电容的一端连接，所述第五十七电阻的另一端分别与所述第七电感的一端和第十六二极管的阴极连接，所述第十六二极管的阳极分别与所述第四十四电解电容的负极和第四十七电容的另一端连接，所述第七电感的另一端分别与所述第五十四电容的一端和第五十六电解电容的正极连接，所述第五十四电容的另一端和第五十六电解电容的负极连接。
在本实用新型所述的离网型智能太阳能控制器中，所述MCU信号采集处理模块包括MCU，所述MCU的型号为STM32F103C8T6。
实施本实用新型的离网型智能太阳能控制器，具有以下有益效果：由于设有PV保护防反接防雷击模块、单路BUCK降压储能模块、电池防反接保护模块、负载控制模块、供电模块、MCU信号采集处理模块、RS485通信模块、USB充电模块、电流电压采样模块和液晶LCD显示模块，该离网型智能太阳能控制器可以通过与外部设备通信全方面实施监控和跟踪，能提升太阳能利用率、保证系统运行可靠、有效提高太阳能发电在实际应用中的实用性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型离网型智能太阳能控制器一个实施例中的结构示意图；
图2为所述实施例中RS485通信模块的电路原理图；
图3为所述实施例中供电模块的电路原理图；
图4为所述实施例中单路BUCK降压储能模块的电路原理图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型离网型智能太阳能控制器实施例中，该离网型智能太阳能控制器的结构示意图如图1所示。图1中，该离网型智能太阳能控制器包括PV保护防反接防雷击模块1、单路BUCK降压储能模块2、电池防反接保护模块3、负载控制模块4、供电模块5、MCU信号采集处理模块6、RS485通信模块7、USB充电模块8、电流电压采样模块9和液晶LCD显示模块10，其中，PV保护防反接防雷击模块1分别连接PV+端和PV-端，电池防反接保护模块3分别连接BAT+端和BAT-端，负载控制模块4分别连接L+端和L-端，负载控制模块4还分别与电池防反接保护模块3和供电模块5连接，PV保护防反接防雷击模块1、电池防反接保护模块3、供电模块5和MCU信号采集处理模块6均与单路BUCK降压储能模块2连接，电池防反接保护模块3、USB充电模块8和MCU信号采集处理模块6均与供电模块5连接，RS485通信模块7通过UART接口与MCU信号采集处理模块6连接，USB充电模块8、电流电压采样模块9和液晶LCD显示模块10均与MCU信号采集处理模块6连接，电流电压采样模块9与PV+端连接。
本实施例中，MCU信号采集处理模块6包括MCU，该MCU的型号为STM32F103C8T6。RS485通信模块7采用平衡发送和差分接收，有抑制共模干扰的能力，该RS485通信模块7由UART接口与RS485驱动电路相连接组成，UART接口与外部设备连接，RS485驱动电路负责对接收和发送的数据进行处理。供电模块5采用控制信号隔离驱动开关管，其中控制信号通过MCU采集太阳能、电池电压和负载电流来提供，液晶LCD显示模块10显示实时充电放电时PV、电池电压、充电电流、放电电流和环境温度等。该离网型智能太阳能控制器采用隔离电源、隔离信号、保险丝和防高电压电流模块电路(电流电压采样模块9)来保护通信系统，同时采用单路BUCK降压储能模块2储能充电来提升太阳能利用率，可应用于太阳能发电充/放控制系统，同时实现与外部通信，该离网型智能太阳能控制器是提供USB充电的多功能控制器。本实用新型能提升太阳能利用率、保证系统运行可靠、有效提高太阳能发电在实际应用中的实用性。
图2为本实施例中RS485通信模块的电路原理图，图2中，该RS485通信模块7包括电源隔离转换芯片U6、第四连接端口J4、第三熔断器F3、第四熔断器F4、第三十八电阻R38、第四十一电阻R41、串口通信芯片U8、第七光电耦合器U7、第九光电耦合器U9、第十光电耦合器U10、第三十三电阻R33、第四十电阻R40和第四十五电阻R45，其中，第四连接端口J4的第二引脚通过第三熔断器F3与第三十八电阻R38的一端连接，第三十八电阻R38的另一端与串口通信芯片U8的第七引脚连接，第四连接端口J4的第一引脚与第四熔断器F4的一端连接，第四熔断器F4的另一端与第四十一电阻R41的一端连接，第四十一电阻R41的另一端与串口通信芯片U8的第六引脚连接，串口通信芯片U8的第五引脚与电源隔离转换芯片U6的第四引脚连接，串口通信芯片U8的第八引脚与电源隔离转换芯片U6的第五引脚连接，串口通信芯片U8的第一引脚与第七光电耦合器U7中发光二极管的阴极连接，第七光电耦合器U7中光敏三极管的发射极与电源隔离转换芯片U6的第一引脚连接，第七光电耦合器U7中光敏三极管的集电极与第三十三电阻R33的一端连接，串口通信芯片U8的第二引脚和第三引脚均与第九光电耦合器U9中光敏三极管的发射极连接，第九光电耦合器U9中发光二极管的阳极与第四十电阻R40的一端连接，串口通信芯片U8的第四引脚与第十光电耦合器U10中光敏三极管的集电极连接，第十光电耦合器U10中光敏三极管的发射极与电源隔离转换芯片U6的第四引脚连接，第十光电耦合器U10中发光二极管的阳极与第四十五电阻R45的一端连接，第三十三电阻R33的另一端、第四十电阻R40的另一端和第四十五电阻R45的另一端均连接+3.3V电源。
该RS485通信模块使用隔离DC-DC电压IC供给通信模块电源，电源隔离转换芯片U6输入电压使用控制器本身电源5V，输出也为5V，也就是说，电源隔离转换芯片U6为5V输入和5V输出，不共用同一个参考地。串口通信芯片U8内部集成有收发器，接收和发送信号通过第七光电耦合器U7、第九光电耦合器U9、第十光电耦合器U10与MCU进行通信。
电源隔离转换芯片U6为DC-DC电源IC，第1和2脚接输入电源正负，第5脚与4脚为输出电压正负，输出电压为串口通信芯片U8提供电源，串口通信芯片U8实现RS485电气特性的电平0-5V的标准数字信号电平之间的转换，其内部有一个接收器和发送器，接收器通过A、B两端来接收RS485总线传输的电平信号，R0接收器输出端通过第七光电耦合器U7与MCU的RXD引脚相连，发送器通过DI引脚接收到MCU传送的数据后由A、B两端发送到RS485总线上。DI为发送器输入端，通过第十光电耦合器U10与MCU的TX脚连接，RE/DE分别是接收发送的使能端，通过第九光电耦合器U9与MCU的I/O口连接，总线上分别加第三熔断器F3、第四熔断器F4等保险管，以及防浪涌防雷击的第八二极管D8和第六二极管D6，保护驱动该RS485通信模块7。
图3为本实施例中供电模块的电路原理图，图3中，该供电模块5包括第二电阻R2、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第二三极管Q2、第十四电阻R14、第三光电耦合器U3、第九电阻R9、第三二极管D3、第二稳压二极管D2、第三MOS管Q3、第十五电容C15、第十九电阻R19、第四运算放大器U4、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第二十二熔断器R22和第二十三电阻R23，其中，第六电阻R6的一端与第四电阻R4连接，第五电阻R5的一端与第二电阻R2连接，第六电阻R6的另一端和第五电阻R5的另一端均与电源隔离转换芯片U6的第一引脚连接，第二三极管Q2的基极与第十四电阻R14的一端连接，第十四电阻R14的另一端与第十三电阻R13的一端连接，第十三电阻R13的另一端和第十二电阻R12的一端均连接+3.3V电源，第十二电阻R12的另一端与第三光电耦合器U3中发光二极管的阳极连接，第二三极管Q2的集电极与第三光电耦合器U3中发光二极管的阴极连接，第二三极管Q2的发射极与电源隔离转换芯片U6的第一引脚连接，第三光电耦合器U3中光敏三极管的集电极分别与第九电阻R9的一端和第三二极管D3的阳极连接，第九电阻R9的另一端连接+12V电源，第三光电耦合器U3中光敏三极管的发射极与第二稳压二极管D2的阳极连接。
第三MOS管Q3的栅极分别与第三二极管D3的阴极、第二稳压二极管D2的阴极和第十五电阻R15的一端连接，第三MOS管Q3的源极分别与第十五电阻R15的另一端、第二十二熔断器R22的一端、第二十电阻R20的一端和第二十三电阻R23的一端连接，第二十电阻R20的另一端与第四运算放大器U4的同相输入端连接，第二十三电阻R23的另一端与第四运算放大器U4的反相输入端连接，第四运算放大器U4的电源引脚分别与第十五电容C15的一端和第十九电阻R19的一端连接，第十五电容C15的另一端与电源隔离转换芯片U6的第一引脚连接，第十九电阻R19的另一端与3.3V电源连接，第四运算放大器U4的接地引脚与电源隔离转换芯片U6的接地引脚连接，第四运算放大器U4的输出端与第二十一电阻R21连接。
本实施例中，MCU通过第四电阻R4和第六电阻R6(第四电阻R4和第六电阻R6均为采样电阻)，采集太阳能电压，可以区分白天和黑夜，通过电池电压区分带负载能力，同时也采集负载电流，具有过载保护功能。MCU通过采集到的信号通过第三光电耦合器U3来控制负载开关状态。第四电阻R4/第六电阻R6串联采集PV端电压，第五电阻R5/第二电阻R2串联采集电池端电压，分别与MCU的I/O口连接，第二十二熔断器R22采集负载电流，经过第四运算放大器U4及外围电路放大后与MCU的I/O连接，第二MOS管Q2为开关状态，接收MCU的控制信号驱动第三光电耦合器U3工作，第二MOS管Q2导通时，第三光电耦合器U3输出低电平，第三MOS管Q3关断，负载停止工作，第二MOS管Q2截止时，第三光电耦合器U3输出高电平，第三MOS管Q3导通，负载工作。
图4为本实施例中单路BUCK降压储能模块的电路原理图，图4中，该单路BUCK降压储能模块2包括第一变压器T1、第十二极管D10、第十二二极管D12、第四电感L4、第十一驱动光电耦合器U11、第十五二极管D15、第五MOS管Q5、第五十七电阻R57、第七电感L7、第五十四电容C54、第五十六电解电容C56、第四十四电解电容C44、第四十七电容C47和第十六二极管D16，其中，第一变压器T1的第十二引脚与第十二极管D10的阳极连接，第十二极管D10的阴极与第四电感L4的一端连接，第四电感L4的另一端与第十一驱动光电耦合器U11的第十六引脚连接，第一变压器T1的第十一引脚与第十二二极管D12的阴极连接，第十二二极管D12的阳极与第十一驱动光电耦合器U11的第十四引脚连接，第十一驱动光电耦合器U11的第十五引脚与第十五二极管的D15阴极连接，第十五二极管D15的阳极分别与第五十七电阻R57的一端和第五MOS管Q5的栅极连接，第五MOS管Q5的漏极分别与第四十四电解电容C44的正极和第四十七电容C47的一端连接，第五十七电阻R57的另一端分别与第七电感L7的一端和第十六二极管D16的阴极连接，第十六二极管D16的阳极分别与第四十四电解电容C44的负极和第四十七电容C47的另一端连接，第七电感L7的另一端分别与第五十四电容C54的一端和第五十六电解电容C56的正极连接，第五十四电容C54的另一端和第五十六电解电容C56的负极连接。
该单路BUCK降压储能模块2包含驱动部分和储能续流部分，对于驱动部分，MCU通过采集信号控制第十一驱动光电耦合器U11，第十一驱动光电耦合器U11把接收到的信号传送给第五MOS管Q5。驱动第五MOS管Q5所需电压由第一变压器T1来提供。
对于储能续流部分，第五MOS管Q5处于导通状态时，流过第七电感L7的电流一部分以电转磁的形式存储，一部分给蓄电池充电，第五MOS管Q5处于关闭状态时，第七电感L7以磁转电的形式通过第十六二极管D16构成的回路给蓄电池充电。
第一T1变压器的输入电压为电池电压，输出电压为稳定的12V，输出电压的正、负端分别连接第十一驱动光电耦合器U11的VCC引脚和VEE引脚，第十一驱动光电耦合器U11的第2引脚的输入电压3.3V，第3脚与MCU的I/O口连接，第15脚连接第五MOS管Q5的栅极，提供驱动第五MOS管Q5的信号，第五MOS管Q5的漏极与太阳能正极连接，第五MOS管Q5的源极通过第七电感L7与蓄电池正极BAT+连接，第十六二极管D16在第五MOS管Q5关闭时起续流作用，第四十四电解电容C44和第四十七电容C47为该单路BUCK降压储能模块2的输入储能滤波电容，第五十四电容C54和第五十六电容C56为输出储能滤波电容。该单路BUCK降压储能模块2采用隔离变压器(第一变压器T1)供电驱动第五MOS管Q5，第五MOS管Q5工作在开关状态，与第七电感L7串联，与第四十四电解电容C44并联起到降压储能作用。
总之，本实施例中，该RS485通信模块7负责把UART接口发送的信号转为RS485的电气特性电平，把接收的信号从RS485标准转换为0到5V的标准数字信号，电源5V供电采用DC-DC隔离提供，信号接收发送也采用光电耦合器隔离通信，防止外部过电压过电流损坏MCU。供电模块5通过采集PV和电池端电压状态，隔离控制第三MOS管Q3的开关状态，也是起到保护控制器作用。单路BUCK降压储能模块2采用第一变压器T1供电驱动第五MOS管Q5，第五MOS管Q5的开关频率和占空比由MCU根据不同蓄电池电压和所需充电电流控制，其与第七电感L7串联，起到降压储能，第七电感L7在第五MOS管Q5关断时间，通过第十六二极管D16构成的回路，把所储的能量充给蓄电池。本实用新型用于太阳能发电系统中，控制多路太阳能电池方阵对蓄电池充电以及蓄电池给太阳能逆变器负载供电的自动控制设备，也用于需要远程监控太阳能充电系统的场合。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。