一种基于AVR单片机的太阳能发电量检测装置的制作方法

本发明涉及一种检测装置，尤其涉及一种基于AVR单片机的太阳能发电量检测装置。

背景技术：

太阳能的利用已经成为化解能源危机的一条途径。因而，国内外的相关科研、技术和产业部门都在积极致力于太阳能相关设备的研究和开发，并取得了相当的成就与发展。如高层建筑的太阳能与建筑的一体化可以满足生活热水、制冷、采暖需求；太阳能电动汽车的设计可以实现节能减排；太阳能在农业上的应用如太阳能施肥- 喷药一体机不仅环保，还解决了农村地区交通不便等问题。目前，太阳能源的利用主要分为：太阳能发电和蓄能。太阳能发电是新兴的可再生能源技术，目前已实现产业化作用的主要是太阳能光伏发电和太阳能光热发电。太阳能蓄能除了利用蓄电池存储电能之外，还可以利用太阳能直接加热冷水供给需用热水用户，这是我们都熟知的一项太阳能利用途径，现在楼宇建筑中集中热水供应系统中很多都采用了太阳能热水系统和技术；还可以将太阳能产生的多余电能引水上山，把低处水库的引上高处的水库，将电能转化为水的势能，在需用电能的时候，再将势能通过水利发电机组转化成电能。太阳能发电是最直接的途径，但是由于太阳能电池板的转化效率比较低，目前砷化镓太阳能电池理论上能达到28.8%，而一般太阳能电池转化率仅在20% 左右。因而，太阳能发电系统又有新的研究进展。如目前研究利用聚焦的太阳能加热工质水，将水加热为蒸汽，在推动汽轮机时带动发电机发电。

太阳能发电的优点是：1) 能源可再生；2) 真正低碳清洁能源；3) 不受资源分布地域的限制。为此，结合目前情况有学者提出了一种适用于小办公区域或别墅使用的小用户太阳能发电及配电系统，其主要目的是根据太阳能发电量实现家用电器按优先级别自主完成设定的工作，然后将电能转换成热能和空气能储备，最大可能的实现太阳能利用，同时实现太阳能发电与市电互相切换，以避免太阳能发电不足时保证区域的正常用电。该小用户太阳能发电及配电系统包括：太阳能电池板、发电量检测、蓄电池组、逆变器和保护电路等等，其中发电量检测是关键部分，它提供整个太阳能发电量的信息，是整个系统可靠工作的基础，因此系统的要求是准确检测、工作可靠。

技术实现要素：

本发明的目的是针对小用户太阳能发电及配电系统提供精确的检测器件，设计了一种基于AVR单片机的太阳能发电量检测装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：基于AVR单片机的太阳能发电量检测装置由太阳能电池板，电压衰减电路，电压放大电路，霍尔电流传感器，光合太阳能充电控制器，LCD1602显示器，以及AVR单片机等部分构成。系统的主要功能是：以AVR 单片机为控制器，对太阳能电池发电量进行数据采集，并实时地显示在液晶显示屏上。一般，独立太阳能发电系统主要由太阳能电池组件、充电控制器（内含MPPT模块）、显示模块，电压衰减模块，电压放大模块，蓄电池组成，若要为交流负载供电，还需要配置交流逆变器。

所述的系统电源选用蓄电池供电，采用7805、7815、7915三端稳压集成电路来分别提供+5V、±15V电压，分别供给单片机和LCD1602、霍尔电流传感器。

所述的AVR单片机采用ATmega32单片机，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。

所述的LCD1602 液晶显示屏其具有体积小、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。

所述的充电控制器是为了防止端电压随光照温度等因素急剧变化而设计，其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。

本发明的有益效果是：本发明提出并设计了一种基于AVR 单片机的太阳能发电量检测系统，系统能够将所测得值实时显示在液晶屏幕上。此系统结构比较简单，能够实时并精确地显示太阳能发电量以及用电器用电量，可以为调配电力提供有力的数据支持，同时还减少了一些不必要的能量消耗，这对于太阳能最大程度化的利用具有较重大意义。而且此系统装置器件寿命较长，耐用可靠，并且具有通用性，还可以灵活应用于其他数据采集的工程领域。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是太阳能发电量检测系统设计思路。

图2是I/V转换电路。

图3是OP07正反馈放大电路。

图4是衰减电路。

图5是流程图。

具体实施方式

如图1所示，基于AVR单片机的太阳能发电量检测装置由太阳能电池板，电压衰减电路，电压放大电路，霍尔电流传感器，光合太阳能充电控制器，LCD1602显示器，以及AVR单片机等部分构成。要求电量检测装置能够测量0.5～999.0W的功率且平均误差率<5%、太阳能电池板规格：最大功率160W、最大输出电压22V、最大输出电流6A、蓄电池规格：型号6-DZ-12、额定电压12V、额定容量12Ah。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。

如图2所示，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0P07。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。TBC10SY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。

如图3所示，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300 V/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。

如图4所示，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0～20 V 按比例转换为0～5 V。

如图5所示，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5V，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。