基于PIC16F877A的太陽能與市電互補照明系統控制器的設計
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1 控制器的主要功能及組成
本文所設計的控制器供街道和住宅小區夜間利用太陽能和市電互補照明系統使用，根據照明實際狀況，設計控制器具有如下功能：
(1)支持12 V直流系統工作電壓；
(2)支持最大至4 A的充放電電流；
(3)支持直流、脈沖兩種充電方式；
(4)具有深夜使半導體照明燈具亮度減半的功能；
(5)蓄電池電量不足時，自動切換到市電電源供電；
(6)能檢測太陽能電池的電壓，自動轉換工作模式；
(7)能檢測蓄電池的電壓，對蓄電池的充、放電過程進行控制；
(8) 具有防反充電保護、過充電保護、過放電保護和負載短路保護功能；
(9)具有電子時鐘和計時功能。
圖1所示為以PIC16F877A為核心的控制器外圍電路示意圖[3]。主要由PIC單片機（內部含A/D）、時鐘電路、電壓采樣電路、開關驅動電路、時鐘控制和數碼管顯示電路組成。單片機PIC16F877A是控制器的核心，外圍電路包括開關控制電路（C1～C3）、數碼管顯示及驅動（A～G/Dig_EN1~Dig_EN6）電路、工作狀態顯示等。
2 主要電路設計及器件選型
2.1 PIC16F877A
單片機是控制器的核心，系統工作時需要采集太陽能電池和蓄電池的電壓。太陽能電池的輸出電壓受溫度和太陽輻射強度等外界因素影響較大，這就要求系統的實時性比較高，即要求系統的響應速度快。故設計中選用了內部含有A/D模塊、具有14位指令寬度的中檔PIC單片機16F877A，屬PIC中級產品，在保持低價格的前提下具有很高的性能。
本文設計的控制器主要用到PIC16F877A的如下一些資源：
(1)16 KB的系統內可編程Flash，1 KB片內SRAM，10 000次擦寫壽命。程序存儲空間足夠大，不需要額外擴展存儲器；10 000次的擦寫壽命方便進行程序調試；
(2) 2個具有獨立預分頻器和比較器功能的8位定時器/計數器。用于按鍵去抖和計時；
(3) 1個具有預分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時器/計數器。用作調節PWM控制信號的占空比，控制充電開關；
(4) 8路10位ADC。使用其中的2路ADC通道分別對太陽能電池工作電壓、蓄電池工作電壓采樣；
(5) 使用2個中斷源，外部中斷和定時器中斷，分別用于計時和按鍵；
(6) 可編程I/O口。部分I/O口使用其第二功能，其他用于控制器系統功能擴展。
2.2 電壓采樣電路
控制器需要采集2路電壓信號，分別是太陽能電池輸出電壓和蓄電池端電壓，這兩路信號均為變化的直流模擬信號，采樣信號應能如實地反映檢測量。設計中利用精度為0.1%的精密電阻組成簡單的分壓電阻網絡來實現，并在分壓電阻網絡的輸出端并聯漏電流很小的精密電容和電感進行 濾波，以減小電流泄漏對測量精度的影響[4]。采樣電路如圖2所示。
2.3 控制開關驅動電路
控制器的主要控制對象是3個控制開關C1～C3。分別是蓄電池的充電開關、蓄電池放電（供電）開關和市電供電開關。開關的狀態由單片機根據系統的工作狀態進行控制：白天太陽能電池向蓄電池充電，開關C1閉合，太陽能電池將太陽能轉換為電能，儲存在蓄電池中，當蓄電池電壓出現過充時，控制器斷開充電開關C1；晚上主要由蓄電池向負載供電，開關C2閉合，當蓄電池電壓不足（欠壓）時，蓄電池供電開關C2斷開，控制器自動切換為市電給負載供電（C3閉合）。圖3、圖4和圖5分別為蓄電池充電、放電和市電供電時開關的驅動電路。
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