专利名称：Gprs遥测系统用光伏充电控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光伏充电技术领域，尤其涉及一种GPRS遥测系统用光伏充电控制器。
背景技术：
GPRS遥测系统应用行业很多，如水文检测、环境保护、气象等行业均有应用。由于GPRS遥测系统测量地域多在旷野，没有电网供电条件，需采用光伏系统供电，目前较多采用“免维护密封铅酸蓄电池直接浮充”的光伏系统，其太阳能电池通过反向保护二极管直接对蓄电池充电，这种方式具有简单可靠、减少日常维护工作量等优点。但“直接浮充”由于无蓄电池过充、过放保护且无法进行充放电控制策略的优化，对蓄电池寿命影响较大。“直接浮充”的另一个突出的问题是无法进行充放电状态及数据的采集与传输，从而无法实现光伏系统工作状态的远程监控。
发明内容本实用新型主要解决原有光伏充电系统无蓄电池过充、过放保护且无法进行充放电控制策略的优化，对蓄电池寿命影响较大的技术问题；提供一种GPRS遥测系统用光伏充电控制器，其能对蓄电池进行过充、过放保护，优化充放电控制策略，从而有效延长蓄电池使用寿命。本实用新型同时解决原有GPRS遥测用光伏系统无法进行充放电数据的采集与传输，从而无法实现光伏系统工作状态远程监控的技术问题；提供一种GPRS遥测系统用光伏充电控制器，其能对充放电数据进行实时采集和传输，从而实现光伏系统工作状态的远程监控，便于及时维护和调整，确保整个光伏系统一直处于正常的工作状态。本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的本实用新型包括单片机及与单片机相连的充电控制电路、放电控制电路和485接口电路，充电控制电路连接在太阳能电池和蓄电池之间，放电控制电路连接在蓄电池和负载之间，485接口电路通过通讯电缆和GPRS遥测系统或上位机相连。单片机通过充电控制电路中的充电电流及充电电压取样电路获得充电电流及充电电压，通过放电控制电路中的放电电流及放电电压取样电路获得放电电流、放电电压，经内部程序分析和处理，分别发出控制信号给充电控制电路、放电控制电路，开启或关闭充、放电，从而实现过充、过放保护。通过单片机内部程序设定，还可由单片机调节充电控制电路的通断时间来控制信号的占空比，从而实现对输出电压的PWM方式调整，优化充放电的控制策略。单片机获得的充放电电流、电压及状态可通过485接口电路输送给GPRS遥测系统，由GPRS模块发送给远端的监控主机，或者通过485接口电路直接远传给上位机，实现光伏系统工作状态的远程监控。当然，单片机上也可连接其它通讯接口，实现和GPRS遥测系统或上位机的数据通讯。“充电开启电压、充电关闭电压”等参数，可通过485接口电路，由上位机或GPRS遥测系统进行设置，设置的数据可掉电保存。[0008]作为优选，所述的充电控制电路包括场效应管Q1、电阻Rl和高边电流检测放大器U1，场效应管Ql的源极和所述的太阳能电池的正极相连，场效应管Ql的漏极经电阻Rl和所述的蓄电池的正极相连，所述的高边电流检测放大器Ul的输入端连接在电阻Rl的两端，场效应管Ql的栅极、高边电流检测放大器Ul的输出端分别和所述的单片机相连。电阻Rl为充电电流取样电阻，通过高边电流检测放大器U1，将充电电流转换成单片机的A/D可测量的电压，单片机对获得的充放电数据进行分析和运算，若处于过充状态，则单片机发出控制信号给场效应管Ql的栅极，使其截止，从而关断充电。另一方面，单片机通过场效应管Ql还可进行PWM (脉宽调制)控制，实现充电电压的PWM调制。单片机还可连接一根控制线到高边电流检测放大器U1，可由单片机控制其关闭，实现间隙式测量，以降低系统功耗。作为优选，所述的放电控制电路包括场效应管Q2、电阻R2和高边电流检测放大器U2，场效应管Q2的源极和所述的蓄电池的正极相连，场效应管Q2的漏极经电阻R2和负载相连，所述的高边电流检测放大器U2的输入端连接在电阻R2的两端，场效应管Q2的栅极、高边电流检测放大器U2的输出端分别和所述的单片机相连。电阻R2为放电电流取样电阻，通过高边电流检测放大器U2，将放电电流转换成单片机的A/D可测量的电压，单片机对获得的放电参数进行分析和运算，若处于过放状态，则单片机发出控制信号给场效应管Q2的栅极，使其截止，从而关断放电。单片机还可连接一根控制线到高边电流检测放大器U2，可由单片机控制其关闭，实现间隙式测量，以降低系统功耗。作为优选，所述的GPRS遥测系统用光伏充电控制器包括过流保护电路，过流保护电路的输入端和所述的高边电流检测放大器U2的输出端相连，过流保护电路的输出端和所述的单片机相连。当放电电流大于一设定值时，过流保护电路输出一高电平给单片机，向单片机发出中断申请，由单片机输出控制信号关断场效应管Q2，实现过载保护，有效延长蓄电池使用寿命。作为优选，所述的太阳能电池上并联有太阳能电池电压测量电路，所述的蓄电池上并联有蓄电池电压测量电路，太阳能电池电压测量电路、蓄电池电压测量电路的输出端分别和所述的单片机相连，将太阳能电池电压及蓄电池电压转换成单片机的A/D可测量的电压，获得太阳能电池及蓄电池的电压状态。作为优选，所述的太阳能电池电压测量电路包括可调电阻W1，可调电阻Wl的两个固定端分别和太阳能电池的正、负极并接，可调电阻Wl的活动端和所述的单片机相连；蓄电池电压测量电路包括可调电阻W2，可调电阻W2的两个固定端分别和蓄电池的正、负极并接，可调电阻W2的活动端和所述的单片机相连。作为优选，所述的GPRS遥测系统用光伏充电控制器包括按键电路和显示电路，按键电路和显示电路分别和所述的单片机相连。通过显示电路指示太阳能电池和蓄电池的电压状态，一般可采用几个发光二极管来实现。按键电路用于控制发光二极管指示功能的开启及关闭，关闭时可降低系统的功耗，使用更加灵活和方便。作为优选，紧靠所述的蓄电池设有温度测量电路，温度测量电路的输出端和所述的单片机相连，通过单片机A/D转换进行温度测量。温度测量电路用于测量蓄电池的工作温度，单片机测量出温度后对蓄电池的充电开启电压、充电关闭电压、放电开启电压、放电关闭电压等参数进行补偿，使控制更加可靠。作为优选，所述的单片机上连接有编程接口电路和看门狗电路，一旦单片机死机，可由看门狗电路对单片机进行复位，以提高系统工作的可靠性。单片机通过编程接口电路，可调试下载单片机程序，便于软件修改及升级。作为优选，所述的单片机为内置AD的单片机。本实用新型的有益效果是能对蓄电池进行过充、过放保护，优化充放电控制策略，从而有效延长蓄电池使用寿命。能对蓄电池充放电数据进行实时采集和传输，从而实现光伏系统工作状态的远程监控，便于及时维护和调整，确保整个光伏系统一直处于正常的工作状态。
图1是本实用新型的一种电路原理连接结构框图。图中1.单片机，2. 485接口电路，3.太阳能电池，4.蓄电池，5.负载，6.充电控制电路，7.放电控制电路，8.过流保护电路，9.太阳能电池电压测量电路，10.蓄电池电压测量电路，11.按键电路，12.显示电路，13.温度测量电路，14.编程接口电路，15.看门狗电路。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。实施例本实施例的GPRS遥测系统用光伏充电控制器，如图1所示，包括壳体及安装于壳体内的控制电路，控制电路包括单片机1、充电控制电路6、放电控制电路7、过流保护电路8、太阳能电池电压测量电路9、蓄电池电压测量电路10、按键电路11、显示电路12、温度测量电路13和485接口电路2、编程接口电路14和看门狗电路15。充电控制电路6包括场效应管Q1、电阻Rl和高边电流检测放大器U1，场效应管Ql的源极和太阳能电池3的正极相连，场效应管Ql的漏极经电阻Rl和蓄电池4的正极相连，高边电流检测放大器Ul的输入端连接在电阻Rl的两端，场效应管Ql的栅极、高边电流检测放大器Ul的输出端分别和单片机I相连。放电控制电路7包括场效应管Q2、电阻R2和高边电流检测放大器U2，场效应管Q2的源极和蓄电池4的正极相连，场效应管Q2的漏极经电阻R2和负载5相连，该负载即为GPRS遥测系统，高边电流检测放大器U2的输入端连接在电阻R2的两端，场效应管Q2的栅极、高边电流检测放大器U2的输出端分别和单片机I相连。高边电流检测放大器U2的输出端还和过流保护电路8的输入端相连，过流保护电路8的输出端和单片机I相连，本实施例中，过流保护电路采用低功耗运放，构成电压比较器，电压比较器的同相输入端接基准电压，电压比较器的反相输入端和高边电流检测放大器U2的输出端相连，电压比较器的输出端接单片机。太阳能电池电压测量电路9包括可调电阻W1，可调电阻Wl的两个固定端分别和太阳能电池3的正、负极并接，可调电阻Wl的活动端和单片机I相连；蓄电池电压测量电路10包括可调电阻W2，可调电阻W2的两个固定端分别和蓄电池4的正、负极并接，可调电阻W2的活动端和单片机I相连。按键电路11、显示电路12、编程接口电路14和看门狗电路15分别和单片机I相连，本实施例中，显示电路12由两个发光二极管构成，发光二极管的正极经电阻接3. 3V电压，发光二极管的负极接单片机。温度测量电路紧靠蓄电池设置，用于测量蓄电池的工作温度，本实施例中，温度测量电路由25°C温度下阻值为47 KQ的负温度系数热敏电阻及57K的电阻构成分压线路，分压后的电压输送给单片机，根据测得的电压值可得到对应的蓄电池工作温度，从而对蓄电池的充电开启电压、充电关闭电压、放电开启电压、放电关闭电压等参数进行补偿。485接口电路2通过通讯电缆和GPRS遥测系统相连。整个光伏充电控制器的工作电压由电源模块提供，电源模块的输入端接蓄电池4的正极，经电源模块作电源变换后，输出控制电路需要的电压。本实施例中，单片机I选用超低功耗MSP430单片机，其内置10位AD转换器。工作过程太阳能电池向蓄电池充电，蓄电池向负载供电。电阻Rl为充电电流取样电阻，通过高边电流检测放大器Ul，将充电电流转换成单片机的A/D可测量的电压。单片机对获得的充放电数据进行分析和运算，若充电过流，则单片机发出控制信号给场效应管Ql的栅极，使其截止，从而关断充电。另一方面，单片机通过场效应管Ql还可进行PWM (脉宽调制)控制，实现充电电压的PWM调制。单片机还有一根控制线连到高边电流检测放大器U1，可由单片机控制其关闭，实现间隙式测量，以降低系统功耗。电阻R2为放电电流取样电阻，通过高边电流检测放大器U2，将放电电流转换成单片机的A/D可测量的电压。单片机对获得的放电数据值进行分析和运算，若处于过放状态，则单片机发出控制信号给场效应管Q2的栅极，使其截止，从而关断放电。单片机还有一根控制线连到高边电流检测放大器U2，可由单片机控制其关闭，实现间隙式测量，以降低系统功耗。当放电电流大于一设定值时，过流保护电路输出一高电平给单片机，向单片机发出中断申请，由单片机输出控制信号关断场效应管Q2，实现过载保护，从而有效延长蓄电池使用寿命。单片机分别通过太阳能电池电压测量电路、蓄电池电压测量电路10获得太阳能电池、蓄电池的电压值，显示电路中的一个发光二极管用来显示太阳能电池的电压状态，另一个发光二极管用来显示蓄电池的电压状态。通过单片机内程序可将显示工作设置为太阳能电池电压状态灯太阳能电池的电压大于等于12V (典型数据)则亮，低于12V (典型数据)则暗。蓄电池电压状态灯蓄电池电压大于14. 5V (典型数据)，灯亮表示充满；蓄电池电压大于10. 5V (典型数据)且小于等于14. 5V (典型数据)之间，灯闪，表示为充电状态；蓄电池电压小于等于10. 5V (典型数据)，灯暗，表示过放。按键电路用于控制上面两个发光二极管指示功能的开启及关闭。如按一下按键，发光二极管指示功能关闭，不管太阳能电池、蓄电池电压状态如何，指示灯均不亮，以降低系统的功耗。再按一次按键，发光二极管指示功能开启，不管太阳能电池、蓄电池电压状态如何，指示灯均亮，延时一段时间后两个发光二极管将按实际工作状态指示。单片机获得的太阳能电池电压、蓄电池电压及充电电流、放电电流、充放电开启、关闭、过载等状态信息均通过485接口电路输送给GPRS遥测系统，通过GPRS遥测系统的GPRS模块可将这些数据远程发送给监控主机，实现光伏系统工作状态的远程监测。单片机通过编程接口电路，可调试下载单片机程序，便于软件修改及升级。一旦单片机死机，可由看门狗电路对单片机进行复位，以提高系统工作的可靠性。GPRS遥测系统用光伏充电控制器的充放电控制策略策略1:直接浮充+过充过放保护在策略I的方式下，场效应管Ql只进行开关控制，不进行PWM控制。当蓄电池电压低于“充电开启电压”时，场效应管Ql导通，允许充电，当高于“充电关闭电压”时，场效应管Ql关断，不允许充电，实现蓄电池过充保护。当蓄电池电压高于“放电开启电压”时，场效应管Q2导通，允许放电，当低于“放电关闭电压”时，场效应管Q2关断，不允许放电，实现蓄电池过放保护。其中的“充电开启电压、充电关闭电压、放电开启电压、放电关闭电压”等参数，根据蓄电池品牌及用户的使用要求的不同而不同，可通过485接口电路，由上位机或GPRS遥测系统进行设置，设置的数据可掉电保存。策略2 =PWM控制+过充过放保护策略2的放电控制同策略1，其“放电开启电压、放电关闭电压”也可进行设置。策略2的PWM控制主要用于充电控制，PWM控制方式是指在固定时钟频率下，通过调节开关，如调节本实施例中的场效应管Ql的通断时间来控制信号的占空比，从而实现对输出电压的调整。PWM调制充电方式使蓄电池有较充分的反应时间，减少了析气量，提高了蓄电池的充电效率。PWM控制策略(I)激活充电当蓄电池处于过放状态(电压低于放电关闭电压)时需激活充电，进行提升充电，保持一段时间(典型数据为lOmin)，然后降到直充电压，保持一段时间(典型数据为lOmin)，以便激活蓄电池，避免硫化结晶。如果没有发生过放，就不需要激活充电。(2)欠压充电当蓄电池处于欠压状态(其电压大于放电关闭电压，不大于正常工作电压)时，米用直充电压充电。(3)涓流充电当蓄电池电压大于正常工作电压时，不大于充电关闭电压，进行涓流充电。(4)过充保护当蓄电池电压大于充电关闭电压时，关闭充电。提升充电电压、直充电压、涓流充电电压、正常工作电压、充电关闭电压均可由上位机或GPRS遥测系统通过485接口电路设置。其中提升充电电压、直充电压、涓流充电电压均为PWM输出的平均电压。
权利要求1.一种GPRS遥测系统用光伏充电控制器，其特征在于包括单片机(1)及与单片机(1)相连的充电控制电路(6 )、放电控制电路(7 )和485接口电路(2 )，充电控制电路(6 )连接在太阳能电池(3)和蓄电池(4)之间，放电控制电路(7)连接在蓄电池(4)和负载(5)之间，485接口电路(2)通过通讯电缆和GPRS遥测系统或上位机相连。
2.根据权利要求1所述的GPRS遥测系统用光伏充电控制器，其特征在于所述的充电控制电路(6)包括场效应管Q1、电阻Rl和高边电流检测放大器Ul，场效应管Ql的源极和所述的太阳能电池(3)的正极相连，场效应管Ql的漏极经电阻Rl和所述的蓄电池(4)的正极相连，所述的高边电流检测放大器Ul的输入端连接在电阻Rl的两端，场效应管Ql的栅极、高边电流检测放大器Ul的输出端分别和所述的单片机(1)相连，单片机(1)还有一根控制线连到高边电流检测放大器Ul。
3.根据权利要求1所述的GPRS遥测系统用光伏充电控制器，其特征在于所述的放电控制电路(7)包括场效应管Q2、电阻R2和高边电流检测放大器U2，场效应管Q2的源极和所述的蓄电池(4)的正极相连，场效应管Q2的漏极经电阻R2和负载(5)相连，所述的高边电流检测放大器U2的输入端连接在电阻R2的两端，场效应管Q2的栅极、高边电流检测放大器U2的输出端分别和所述的单片机(1)相连，单片机(1)还有一根控制线连到高边电流检测放大器U2。
4.根据权利要求3所述的GPRS遥测系统用光伏充电控制器，其特征在于包括过流保护电路(8)，过流保护电路(8)的输入端和所述的高边电流检测放大器U2的输出端相连，过流保护电路(8)的输出端和所述的单片机(1)相连。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的GPRS遥测系统用光伏充电控制器，其特征在于所述的太阳能电池(3)上并联有太阳能电池电压测量电路(9)，所述的蓄电池(4)上并联有蓄电池电压测量电路(10)，太阳能电池电压测量电路(9)、蓄电池电压测量电路(10)的输出端分别和所述的单片机(I)相连。
6.根据权利要求5所述的GPRS遥测系统用光伏充电控制器，其特征在于所述的太阳能电池电压测量电路(9 )包括可调电阻Wl，可调电阻Wl的两个固定端分别和太阳能电池(3 )的正、负极并接，可调电阻Wl的活动端和所述的单片机(I)相连；蓄电池电压测量电路(10)包括可调电阻W2，可调电阻W2的两个固定端分别和蓄电池(4)的正、负极并接，可调电阻W2的活动端和所述的单片机(I)相连。
7.根据权利要求5所述的GPRS遥测系统用光伏充电控制器，其特征在于包括按键电路(11)和显示电路(12 )，按键电路(11)和显示电路(12 )分别和所述的单片机(I)相连。
8.根据权利要求1或2或3或4所述的GPRS遥测系统用光伏充电控制器，其特征在于紧靠所述的蓄电池(4)设有温度测量电路(13)，温度测量电路(13)的输出端和所述的单片机(I)相连。
9.根据权利要求1或2或3或4所述的GPRS遥测系统用光伏充电控制器，其特征在于所述的单片机(1)上连接有编程接口电路(14)和看门狗电路(15 )。
10.根据权利要求1或2或3或4所述的GPRS遥测系统用光伏充电控制器，其特征在于所述的单片机(1)为内置AD的单片机。
专利摘要本实用新型涉及一种GPRS遥测系统用光伏充电控制器，包括单片机及与之相连的充电控制电路、放电控制电路和485接口电路，充电控制电路连接在太阳能电池和蓄电池之间，放电控制电路连接在蓄电池和负载之间，485接口电路通过通讯电缆和GPRS遥测系统或上位机相连，太阳能电池上并联有太阳能电池电压测量电路，蓄电池上并联有蓄电池电压测量电路，紧靠蓄电池设有温度测量电路，太阳能电池电压测量电路、蓄电池电压测量电路及温度测量电路的输出端分别和单片机相连。本实用新型能对蓄电池进行过充、过放保护，优化充放电控制策略，有效延长蓄电池使用寿命。能实时采集和传输蓄电池充放电数据，远程监控光伏系统工作状态，便于及时维护。
文档编号H02J7/00GK202906499SQ20122039903
公开日2013年4月24日 申请日期2012年8月13日 优先权日2012年8月13日
发明者谢少伟 申请人:浙江水利水电专科学校