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`` 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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第四篇 主电路——待完善部件 (最近一方面工作忙精力不多，另一方面是还在系统检测第一次整合后的系统，所以帖子更新不多，往大家谅解，但我肯定还会继续推动这个系统不断完善和成熟，并与大家一起分享。第一次整合后的系统已经无故障工作了80余小时，发电0.35度了，呵呵。) 主电路，迟迟没有完善，现在仅仅具有基本的通路功能，但还是先介绍出来吧，不然整个系统差个东西就没法工作了。重点是介绍在主电路设计时要注意的几个问题或者说我走的弯路吧，大家直接消化吸收。 一、功能：太阳能电网的主通路，提供主控板、充电模块、负载相应的接口，必要的保护功能（待完善部分），对各个接口的管理（待完善部分）就直接上原理图，PCB板没有意义（基本就是个电网通路） 图1 主电路原理图 说明： 1、电压采样是通过电阻分压（1K和10K串联）后，送AVR采样； 2、电流就是采样0.05欧姆电阻的电位差，换算得来； 图2 主电路实物 对着实物和原理图应该很容易看清楚，有个错误AVR主控的接口是P18针的，标记时写成了20针，大家可以数数针，呵呵。 二、总结在这个主电路上我走的弯路： 1、系统GND的选择，至关重要。 为什么这样说？因为AVR单片机的引脚输入是要求正电压（不能输入负电压，可能会损坏芯片的哦，即使不损坏也会影响你的AD采样）。在这个主电路中主要有3个电流，太阳能电流（输入）、电池电流（双向）、负载电流（输出），所以GND只能选择在太阳能的地上，如果选择到其他位置则必然会有负电压出现。 2、电流采样 电流信号是通过0.05欧姆的采样电阻将电流信号转换成电压信号给单片机采样，因此信号非常小，1A即0.05V。这么小的信号AVR直接采样几乎分辨不出来，如果不用AVR内置的2路可编程差分放大的采样，那就会增加复杂的差分、放大信号调理电路。（这也是对原始系统改进最大的地方，我选用的是10倍差分放大，省掉了原来用LM324构建的信号调理电路，而且精度提高太多了。这个采样功能比我用的DSP_F28335还方便。）但是注意Atmega16只有2路可编程放大的差分采样，所以电流也只能检测2个，选择采样太阳能电流和负载电流，剩下一个根据电流节点法可以算出来（其实电池电流也不好采样，因为它是双向的，放上0.05欧姆采样电阻非常容易出现负电压）。 3、电压采样 电压采样根据实际情况来，可以选择差分方式，也可以选择一般采样方式，要注意的是搞清楚你采的电压到底是什么（有些该剔除采样电阻上的微小分压，有些又必须包含，这个是在软件上修正就好了），当然你不在乎精度可以忽略。 以AD4信号为例：如果使用差分方式（AD4-AD1），那么采样的电压就是P_Battery即给电池充电模块的电压；如果不用差分方式，直接采样AD4，那么你采的电压就是AD4到GND之间的电压，显然比P_Battery端电压多出R1电流采样电阻上的分压。 三、待完善方向 现在主要精力是优化充电模块和主控部分，所以没有完善主电路部分。完善主要从保护部分出发：1、电网短路保护；2、电网过压保护；3、对电池的保护（过压和欠压）；4、增加必要的控制开关（1个手动控制，2个单片机控制的），开关打算不用继电器，采用小功率场效应管即可；5、优化各模块接口，逐步转化为插接形式，不飞线。 最后我还是坚持不采用回复才能看帖的方式，希望大家帮忙顶顶，给点鼓励。 |
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好东西就要坚持啊 怎可轻言放弃 梦想，是注定孤独的旅行，路上少不了质疑和嘲笑，但，那又怎样？哪怕遍体鳞伤，也要活得漂亮。
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好东西值得学习....把学到的知识运用到生活当中，很好....
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只有小组成员才能发言，加入小组>>
AVR Atmega16 Bootloader程序与上位机LabView程序
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