基于AVR單機片的太陽能電動車光伏控制系統研究

摘要：利用AVR單片機設計了太陽能電動車的光伏控制系統，這種全新的控制系統可將太陽能電池獲取的直流電進行有效存儲和合理轉換，提供給電動車使用，并且對蓄電池進行過充電保護和過放電保護，從而延長蓄電池的壽命。整個系統充分利用了AVR單片機的內部資料，最大程度地簡化了硬件電路，使光伏控制系統具有較高的性價比和可靠性。

關鍵詞：AVR單片機；太陽能電動車；光伏；控制系統

中圖分類號：U469.72 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 (2012) 14-0063-01

由于人類科學技術的不斷進步和發展，人類對能源的需求不斷提高，傳統能源及環境污染成為日益嚴重的問題。為了解決這些關乎生存的大問題，人們對新型的綠色可再生能源寄予了厚望，太陽能便是其中重要的一種。太陽能作為一種無污染、可再生的綠色能源，被應用于汽車領域，可以達到減少尾氣排放的目的。利用AVR單片機ATmega16-16AU芯片制作了太陽能電動車光伏控制系統樣機，安裝在太陽能電動車上，不僅能夠正確的判定系統工作狀態，并且選取合適的充電方式利用太陽能對蓄電池進行快速、高效、安全的充電。

一、基于AVR單機片的太陽能電動車光伏控制系統

（一）基本概念

太陽能電動車是一種新型環保車輛，具有安全、方便、費用低、節約能源、無污染等優點，其主要工作原理就是將太陽轉化為電能，給電動車的蓄電池進行補償充電，以補充車輛行駛中消耗的一部分能量，從而延長車輛的行駛時間。同時，為了迎合車輛智能一體化控制的需求，通過與車輛CAN總線技術相結合，選定速度快、功耗低、存儲容量大、擴展性強、可反復多次擦寫的AVR單片機作為直流變換電路的核心控制芯片，并根據充電策略和實驗方案的要求，通過AVR單片機開發，編寫系統控制程序，結合電路結構設計，使用Proteus和ICCAVR單片機開發軟件對系統控制程序進行了仿真，驗證程序的可行性。這一問題的解決，誕生了以AVR單片機ATMEGA8L為核心控制器件的光伏電源控制系統，實現了太陽電池板與汽車通用的鉛酸蓄電池之間電壓的自動識別和自動匹配，充電過程的自動調節以及放電過程的自動控制和保護。

（二）基本構成

電動車光伏控制系統是用來控制電動車電機的啟動、運行、進退、速度、停止以及電動車的其它電子器件的核心控制器件，它就象是電動車的大腦，是電動車上重要的部件，并具有蓄電池過充、過放的保護裝置，LED實時顯示車輛的運行狀況以及蓄電池充電和放電等狀態。它的原理結構主要由太陽能光伏電池陣列、蓄電池及充放電控制、AVR單片機控制系統、電動機驅動電路以及顯示器等部分組成。

二、光伏控制系統硬件設計

（一）太陽能電池和蓄電池

太陽能電動車供電系統的關鍵就是合理安排太陽能電池和蓄電池之間的材質配置。光伏電池通常由單晶硅、多晶硅、非晶硅和化合物等材料制成，目前國內光伏材料的光電轉化效率一般在14％左右。一般來說，都是選用12個型號為NZ6161的太陽電池板，分成二組串聯并列在一起，使太陽能電池陣列輸出達到近12V的電壓，輸出約0.6A的電流。相匹配的蓄電池為氫鎳電池，型號是QNFZ10，具有額定容量為10Ah、標稱電壓為1.2V的技術指標，如果將20個蓄電池串聯并列成二組，將輸出高達12V的電壓。

（二）無刷直流電動機

它是一種用電子換向的小功率直流電動機，是用半導體逆變器取代一般直流電動機中的機械換向器，構成沒有換向器的直流電動機。它具有結構簡單、調速性好、起動力巨大、電磁噪聲低等特點，較交流電動機、永磁同步電動機更適合太陽能電動車的需要。功能：接受信號來控制電動機的啟動、停止和制動；接受位置傳感器信號和正反轉信號，用來控制逆變橋各功率管的通斷，產生連續轉矩；接受速度指令和速度反饋信號，用來控制和調整轉速；提供保護和顯示等等。

（三）AVR單片機控制系統

AVR單片機是個一種高速嵌入式單片機，集成鍵盤輸入、液晶顯示、遙控和安全報警等模塊于一體，根據電動車的運行情況、太陽光照度強弱、蓄電池充放電狀態等進行智能控制。它具有預取指令功能，即在執行一條指令時，預先把下一條指令取進來，使得指令可以在一個時鐘周期內執行。同時，還具有這些優勢，即數據處理速度快、中斷響應速度快、耗能低、保密性能好；I/O口功能強，具有A/D轉換等電路；有功能強大的定時器/計數器及通訊接口；片內有EEPROM數據存儲器，可以按字節讀寫。

三、光伏控制系統軟件設計

整個控制系統軟件混合采用C語言和匯編語言進行編寫，主要由主程序和定時中斷服務程序組成。基本的主程序是初始化時完成PIC16C5x的I/O配置和中斷設置，在循環等待過程采集判斷系統所處的狀態，并進入相應的狀態處理子程序。同時等待鍵盤輸入和串行通信的起始位，異步串行通信是通過設置通用I/O口，以軟件形式來完成異步串行通信。系統通過鍵盤的輸入來控制LCD的顯示內容，由LCD在線顯示系統所處的狀態，表明系統充電或放電狀態。也可選擇顯示蓄電池電壓、容量及充放電電流。上述控制方式表明，以單片機為核心的控制系統可以在線實時監測電動車的各項性能參數。

四、結語

AVR單片機構成的太陽能電動車光伏控制系統結構簡單、實用性強、環保節能，結合太陽能電動車自身的良好特點，必將具有良好的市場發展前景。作為不僅肩負著要把太陽能轉換成電能的重任，而且還對蓄電池提供智能充電特管理的AVR單片機構成的太陽能電動車光伏控制系統，必將在太陽能電動車上發揮著更大更強的作用。

參考文獻：

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