[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 73954

`` 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 支持，感谢楼主

2016-1-26 16:25:47 评论举报 361^# meliwei

0 merryearnest 发表于 2013-3-7 10:19 第三篇主控——基于Atmega16A的单片机一、太阳能主控板功能描述 1、实时监测整个太阳能系统的参数：太阳能电池板输出电压和电流、负载端口电压和电流、充电模块电压和电流、蓄电池电压和电流，使用PA0~PA7引脚配置为采样端口。 2、控制：根据系统实时参数，作出各种控制决策（修订中），但预留出PB0~PB5引脚作 ... 值得学习，楼主辛苦了

2016-1-26 16:27:22 评论举报 362^# meliwei

0 merryearnest 发表于 2013-3-21 23:11 第五篇基于MP2307的USB供电模块在第二篇中介绍了基于KIS-3R33S模块构建的给蓄电池充电模块，现在设计给USB设备供电模块（手机、平板等带电池设备）。KIS-3R33S模块虽然好用，但毕竟是小日本设计，用起来心理不爽（民族感情问题……），另一个原因是KIS-3R33S旧模块市场上数量也减少很快，价格不断上涨，以后做产品 ... 是应该值得膜拜的

2016-1-26 16:29:56 评论举报 363^# meliwei

0 merryearnest 发表于 2013-4-9 10:49 第六篇基于UC3843的Boost升压模块在第二篇中将太阳能电池板提供的能量（15~18V直流电）通过KIS-3R33模块降压至12~13V给蓄电池充电；在第五篇中将12~18V直流电通过MP2307降压芯片至5.0~5.2V给手机、平板等USB负载供电。前阶段设计一直都是把电压不断降低使用，现在要反过来把11~18V的直流电（蓄电池或太阳能电池板 ... 很好很强大，楼主毅力惊人

2016-1-26 16:32:04 评论举报 364^# meliwei

0 merryearnest 发表于 2013-9-21 14:15 呵呵，经过4个月的努力，现在基本做成了半成品了。其中的艰苦和辛酸就不多提了，直接看图片辛苦辛苦，图片挺详细

2016-1-26 16:34:16 评论举报 365^# meliwei

0 收藏楼主的知识了，有时间自己做做，下载附件花了不少积分呵呵，值啊

2016-2-17 12:13:07 评论举报 366^# joinchen1

0 还是不错的搞个升压电路就好了

2016-3-19 23:56:41 评论举报 367^# QINSOME

0 值得学习，下载拿来学习

2016-3-20 16:43:15 评论举报 368^# 白沙细语

0 感谢楼主的分享，毕业选题就是太阳能充电系统

2016-3-20 16:44:10 评论举报 369^# 白沙细语

0 研究生就做过太阳能电池板设计，看好你哦~

2016-3-20 17:20:15 评论举报 370^# lilac525

0 牛人牛人牛人牛人牛人牛人牛人牛人牛人牛人牛人牛人牛人牛人牛人牛人

2016-5-4 23:53:29 评论举报 371^# slw888888

0 merryearnest 发表于 2013-2-4 09:41 第二篇充电模块——基于KIS3R33S的高效智能同步整流 1、模块基本功能将太阳能电池板提供的能量（15~20V直流电），给蓄电池（12V）充电，储存能量，必须满足以下几方面的要求：高效的电能变换，蓄电池充电的基本阶段（恒流、恒压、涓流），双重保护（硬件电路限压、限流，同时提供单片机监视和控制端口），带电网支 ... 谢谢，学习了

2016-7-3 14:57:07 评论举报 372^# 脑袋大了

0 谢谢分享！谢谢分享！谢谢分享！谢谢分享！

2016-7-8 04:20:06 评论举报 373^# Giliable

0 太棒啦，正是我想要的东西。谢谢楼主

2016-7-15 12:37:11 评论举报 374^# ssswenshao

0 提示: 作者被禁止或删除内容自动屏蔽

2016-8-7 19:30:56 评论举报 375^# 头像被屏蔽

0 merryearnest 发表于 2013-1-26 23:14 第一篇能量的来源——太阳能电池板 1、名称和外观太阳能电池板（中文） Solarcell panel（English）向牛人致敬！

2016-10-3 15:10:07 评论举报 376^# xlee

0 merryearnest 发表于 2013-3-7 10:19 第三篇主控——基于Atmega16A的单片机一、太阳能主控板功能描述 1、实时监测整个太阳能系统的参数：太阳能电池板输出电压和电流、负载端口电压和电流、充电模块电压和电流、蓄电池电压和电流，使用PA0~PA7引脚配置为采样端口。 2、控制：根据系统实时参数，作出各种控制决策（修订中），但预留出PB0~PB5引脚作 ... 不好意思，没积分了，下载主控附件学习一下。

2016-10-3 15:14:14 评论举报 377^# xlee

0 赞一个。谢谢楼主分享！

2016-11-3 14:56:31 评论举报 378^# 冷松

0 153619491 可以加我一下吗有事请教

2016-12-21 10:36:51 评论举报 379^# 你是谁呀呀呀有

0 merryearnest 发表于 2013-2-4 09:41 第二篇充电模块——基于KIS3R33S的高效智能同步整流 1、模块基本功能将太阳能电池板提供的能量（15~20V直流电），给蓄电池（12V）充电，储存能量，必须满足以下几方面的要求：高效的电能变换，蓄电池充电的基本阶段（恒流、恒压、涓流），双重保护（硬件电路限压、限流，同时提供单片机监视和控制端口），带电网支 ... 看看

2017-2-22 15:12:21 评论举报 380^# xcuwe