[AVR问答]

我的梦想——家用太阳能发电系统（连续更新中）

2013-1-26 15:25:11 74126

`` 本帖最后由 merryearnest 于 2013-9-21 14:27 编辑

我的梦想——家用太阳能发电系统（连续更新中）

第一次在Elecfans上发原创帖，支持人不多，当自己就要放弃续写时，竟然被坛主置顶了。回过头来审视自己的贴子，确实写的凌乱，能与大家分享的资料太少，帖子质量低，实有愧。现好好整理，一楼是设计历程的概述，后面盖的楼是自己的总结和资料的分享，大家注意翻阅，希望对大家有帮助。

4楼：第一篇、能量的来源——太阳能电池板

6楼：第二篇、高效、智能充电模块

   18楼：第三篇、主控——基于Atmega16A的单片机
   71楼：第四篇、主电路——待完善部件
105楼：第五篇、基于MP2307的USB供电模块
188楼：第六篇、基于UC3843的Boost升压模块  217楼：第七篇、手工版自制mppt控制器
230楼：第八篇、半成品太阳能mppt充电器

自制太阳能发电系统的设计历程：

2012年6月，在学生毕业大甩卖时，我收了一块10W的太阳能电池板，它就是我自制家用太阳能系统的奠基石。（当时玩了几天就搁置了）

图1、自制家用太阳能系统的奠基石（10W太阳能电池板）

2012年9月，一次停电时，手机需充电，我突然想到了10W的太阳能电池板。于是第二天开始拼接太阳能电池板的外围，给USB设备充电，可不再怕停电，而且是真正的低碳、绿色能源。这样一套最简单的系统开启了我的自制家用太阳能发电系统的梦想，如图二所示。（注：所有的模块都不是自己设计，仅仅是简单拼接。）

图2、拼接的太阳能给USB充电电路

2012年10月~11月，首先做了个简单整体规划，第一步要解决的就是选择主控。以前做过简单的DSP2812开发，感觉用在这里实在是大材小用，且成本高不利于普及，接着马上想到了51单片机。可我对51只是了解，但不熟悉。于是开始学习，选择了郭天祥老师《10天学会51单片机》，非常感谢这部视频教程，让我学会了51单片机。（吐下槽：我这样的基础，每天14小时废寝忘食学习，整整花了2周时间，所以我想一般人想要10天……，呵呵）后续规划中，发现了使用51的问题，51单片机虽然便宜，但是没有AD采样，如果加上ADC0804也只能采样1路，还是8bit，采样几路系统就复杂了，成本就起来了。逛了逛坛子，又选择了Atmega16A，内置8路10bitAD采样，价格也不算太高。稍微学习了基础，就上手了AVR这款单片机（有了51的底子，再上手AVR几乎无阻力，所以这次也没去系统学习，而是用什么学什么。）

2012年12月~2013年1月，解决了主控问题后开始搭建太阳能发电监控系统各个原始模块。在近2个多月的时间里，学习了如何腐蚀电路板，巩固了Altium Designer，温习了模电特别是运放，在年前终于搭建出了原始系统，如图三所示。

图3、太阳能发电系统原始模块

由于每个功能基本都单独搞成了个测试模块，所以联接时到处飞线，只能叫原始模块了，呵呵。简单介绍下：左上是基于LM324的AD信号调理电路板，左下是基于Atmega16A的主控板（供电是由7805转换过来的），中间的是几个继电器构成的主电路板（正中间绿板子是淘宝上买的限压限流充电模块），右边是由水泥电阻配个降压模块构成的可调负载。

2013年2月~3月，经过一段时间的测试，发现了些问题，最突出的问题就是采样精度达不到95%，特别是电流采样平均90%都困难，带着问题不断思索后确定了改进的方向：1、主控由Atemga16A（DIP封装），改进为Atmega16A（TQFP封装），原因是TQFP封装可以启用2路可编程的差分采样（10倍和200倍放大），同时参照Atemga16A的技术说明书修订了主控板的AD采样电路，按要求加入了电感和电容滤波，并对采样信号也增加了滤波；2、逐步精简和整合原始模块，减少飞线，增加联接口。元器件逐步向贴片元件转型，缩小电路板尺寸；3、自设计高效充电模块。

为了这个梦想，我放弃了许多娱乐时间，终于在3月初完成了对太阳能发电系统各原始模块的第一次整合工作，见图四，并给手机和笔记本电脑供电，见图五。

图4、第一次整合后的太阳能发电系统

图5、接上负载后的系统

经过一段时间的测试该系统特点如下：

1、电压测量精度98%以上，电流测量精度96%以上；

2、系统最高工作电压23V（MP2307限制），系统最大工作电流4.5A（50mRΩ/1W限制）；

3、可累积工作时间和发出电能，不惧掉电（Atmega16内置EEPROM）；

4、自设计充电模块具备高效、可控、带电网支撑功能，软硬件双保护功能。

近段时间工作有点忙，一是整理以前的设计过程，二是加深对DC/DC变压模块使用，三是测试系统，特别是稳定性和可靠性（为以后能成为可靠产品做好铺垫，疏忽不得）。完成了第五篇《基于MP2307的USB供电模块》，这个模块的目标就是小、模块式，插接方式，预留监控端口。

图6 负载（基于MP2307的USB供电模块）

2013年3月~4月初，经过整理后系统开始逐步变为模块化了，加入防过流的保险丝，制作了第一个升压电路（基于UC3843的Boost升压电路，过几天总结完毕马上续帖）。现在看来低压直流系统的主要工作大头应该完成（升压、降压、限压、限流等功能都调试出来了），剩下的就是整理和完善设计了。第二版系统开始放图：

图7 散开放置的模块图

图8 组装后带蓄电池、手机、笔记本全家图

第六篇、基于UC3843的Boost升压模块整理完毕，在188楼。这次写得比较细，希望大家能读懂，想动手的可以做得出东西。此刻电压直流部分主要功能都已经实现了（降压、升压、限压、限流），太阳能发电系统的直流部分就是完善AVR的管理和结构了。

2013年5月1日前，终于完成了高度整合后的第三版（把Boost升压电路也做成模块化）。并在汽车上小试一把了，单片机的控制部分加入了控制开关和蜂鸣器报警等电路。直接上图吧！

组合拼图

第七、八篇是使用Atmega16A自制太阳能充电器的过程，并朝着成品化方向发展。已经做出了一片半成品，并成功售罄，也是对自己学习的最好肯定。期间有不少发烧友给了很好的建议和意见，特别是厦门林工和河北曹工的帮组，加速了从发烧自制向成品化的转变。下面几个图是几次重要版本的。技术资料请看230楼附件。Atmega16A的功能和资源几乎使用到了70%以上，呵呵。

第一版 18V太阳能板充12V电池

第三版 18或36V太阳能板充12或24V电池

第五版第一次带测试性质的对外销售版本

全部售出版本全家福

技术交流：

当每个模块设计得相对完善后，我就会盖楼归纳，绝不令色，分享所有资料，包含自己的设计底稿。（我理解的技术是一种分享，只有分享了才能快乐，才能体现活着的价值，越保守只能越落后。因此我不会设置必须回复才能看帖）当然我遇到问题时我也会挂在帖上，请大家多帮忙，提供好的建议和意见。交流方式建议大家多跟帖支持，再就是邮箱merryearnest@126.com。

2013年4月30日修订

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2013-1-26 15:25:11　　评论 淘帖0 举报

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389 个讨论

0 真希望早点学成搂主那样啊~~

2013-5-25 23:06:47 评论举报 201^# priccp

0 不错啊，不过现在都有成品了，都是模块化的，建议你弄一下大功率的

2013-5-26 11:01:04 评论举报 202^# ms08026

0 {:1:}{:1:}

2013-5-26 12:31:17 评论举报 203^# 张人太

0 哈哈，好久没有来更新了，主要是现在精力去搞DC-DC电能变换去了，总结的资料也多是电力电子的，不宜再发在单片机论坛里，呵呵。

2013-6-6 20:17:14 评论举报 204^# merryearnest

0 {:1:}

2013-6-6 21:59:58 评论举报 205^# 张人太

0 好东西，多谢楼主分享，学习了

2013-6-18 19:21:52 评论举报 206^# 许坤

0 支持，关注下啊

2013-6-21 12:11:04 评论举报 207^# changrm1119

0 支持楼主。

2013-6-21 12:25:29 评论举报 208^# readlove1

0

2013-7-1 18:34:44 评论举报 209^# 新意

0 太精彩了我要好好学习下 /。。。

2013-7-15 09:37:49 评论举报 210^# 独孤辉二

0 谢谢楼主分学习资料

2013-7-28 18:10:23 评论举报 211^# 封尘无奈

0 好久没有更新了，现在进步了很多了，越来越有产品味道了，呵呵。

2013-8-6 16:07:33 评论举报 212^# merryearnest

0 自制太阳能mppt充电板说明 1、主电路采用同步整流Buck电路， PWM开关频率50KHz~100KHz（57.1KHz），将18V太阳能电池板电能给12V蓄电池充电，辅助电路由KIS-3R33模块构成将12V电能转变为5.18V给单片机和2个USB设备供电。 2、单片机采用AVR系列的ATMEGA16A 16MHz晶振，1个电源开关，2个控制开关，1个LCD1602液晶显示。控制开关2个分别为显示切换和参数设置功能。 1602液晶可实时监控系统电气状态（输入电压、输出电压、输出电流、电池电流、太阳能输出功率、负载消耗功率）和系统参数（mppt输入电压、12V限制电压）。设置软件参数mppt输入电压可人工和自动设置、蓄电池最大限制电压可在12.0~12.7V间设置。软件保护：最大输出电流限制、最大充电电流限制、最大充电电压限制。 mppt功能（最大功率输出时，太阳能电池板电压变化范围较大，与温度、光照强度有关，测试范围在14.5V~17.2V之间）。参数记忆：运用AVR单片机内部EEPROM记忆关键参数，掉电或重启都能免重复设置。看门狗启动，防止死机 3、硬件保护：（防止死机） LM358构成2路保护，限制蓄电池最大充电电压12.96V和防止同步整流Buck电路电能反激（将蓄电池电能反向输出给太阳能电池板）。为蓄电池充放电配置3A保险管太阳能电池板输入端配置防反二极管（肖特基低导通压降）设置启动开关（无12V蓄电池时，也能启动电路） 4、简要测试： 12V输出电流：极限4A（mosfet器件决定，不宜增加），3A时发热较大，2.5A可长期无散热工作系统自损耗（含单片机、液晶显示等所有硬件）约0.7W，系统效率90%以上（不考虑系统自损耗）下一步计划： 1、完善软件，能自动设置更多的参数，如最大输出电流限制、最大充电电流限制等，记录累计工作时间和累计输出电量等 2、提高电压和电流，由于已经使用IR2101S作驱动芯片，只用更换MOSFET就能方便升级，第一步还是在18V系统上提高电流，5~10A的输出电流（手头常用电感限制）；第二步将系统电压升高到36V，5~10A的输出电流，输出电压为12V/24V可选。

2013-8-6 16:11:29 评论举报 213^# merryearnest

0 整个过程详细，资料全面，值得学习！楼主辛苦了！膜拜，我都没完整做一样东西。

2013-8-17 16:59:36 评论举报 214^# luo164335413