CN109617213B - 一种mppt太阳能充放电控制器 - Google Patents

一种mppt太阳能充放电控制器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种MPPT太阳能充放电控制器，本发明包括一个电源模块、一个STM32主控电路模块、一个红外控制模块和一个MPPT充放电控制电路模块；其中STM32主控电路模块包括单片机模块电路、单片机CPU的复位电路模块、单片机CPU的晶振电路、单片机CPU的JTAG接口电路、SD卡驱动电路、EEPROM电路和实时时钟电路；MPPT充放电控制电路模块包括充放电控制电路、充放电控制器的驱动电路、充放电模式控制电路、信号放大电路；所述的电源模块包括5V和3.3V电源模块电路、电源滤波电路；本发明可以通过含有最大功率点跟踪算法的硬件电路来达到最佳状态下对蓄电池的充电。

Description

一种MPPT太阳能充放电控制器
技术领域
本发明涉及一种太阳能充放电控制器，尤其是一种具有基于最大功率点跟踪算法的充放电控制。
背景技术
目前国内市场上销售控制器的厂家有很多，生产控制器的类型一般分为：并联型充放电控制器、串联型充放电控制器、脉宽调制控制器、智能控制器和最大功率跟踪控制器等。但是这些控制器一般结构简单，保护功能不完善，充电效率不高，大部分控制器没有太能电池反接保护和蓄电池反接保护，同时不能很好的根据蓄电池的特性给蓄电池进行阶段充电，没有对蓄电池的过充和过放电压进行保护，这样会严重影响蓄电池的使用寿命，而且还容易给用户带来安全隐患。本发明在此基础上作了改进，不仅通过单片机进行三段模式对蓄电池进行充电，而且为了提高充电效率，本发明使用了含有最大功率点跟踪算法的硬件电路。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种MPPT太阳能充放电控制器。
一种MPPT太阳能充放电控制器，包括一个电源模块、一个STM32主控电路模块、一个红外控制模块和一个MPPT充放电控制电路模块；其中STM32 主控电路模块包括单片机模块电路、单片机CPU的复位电路模块、单片机 CPU的晶振电路、单片机CPU的JTAG接口电路、SD卡驱动电路、EEPROM 电路和实时时钟电路；MPPT充放电控制电路模块包括充放电控制电路、充放电控制器的驱动电路、充放电模式控制电路、信号放大电路；所述的电源模块包括5V和3.3V电源模块电路、电源滤波电路；
电源模块对STM32主控电路模块、红外控制模块和MPPT充放电控制模块进行供电；STM32主控电路模块通过初始化，完成对红外收发模块和MPPT 充放电控制模块相关驱动的配置操作；
所述的充放电控制电路，包括十一个限流电阻，两个保护二极管、一个滤波电感、五个滤波电容、一个稳压二极管、两个滤波电阻、五个驱动 MOS管和一个驱动三极管；
第二保护二极管D2的阴极接3.3V电源，阳极接V-PV电源，第三滤波电容C3的一端接第二限流电阻R2的一端，另一端接PV-电源，第二限流电阻R2的另一端接PV+电源，第五滤波电阻R5的一端接第二保护二极管的阳极，另一端接PV-电源，第六驱动MOS管Q6的漏极接PV-电源，第十三限流电阻R13的一端接充放电控制器驱动电路模块的驱动三极管TR1的集电极，亦是第六驱动MOS管的栅极，另一端接第六驱动MOS管Q6的源极，第五驱动MOS管Q5的源极接第九限流电阻R9的一端，第九限流电阻R9的另一端接第五驱动MOS管Q5的栅极，亦是充放电控制器驱动电路模块的驱动三极管TR2的集电极，第十一限流电阻R11的一端接第五驱动MOS管的源极，另一端接地，第十二限流电阻的一端接第六驱动MOS管的源极，另一端接地；第二滤波电容C2一端接PV+电源，另一端接PV-电源；第一驱动MOS管Q1的漏极接PV+电源，第一限流电阻R1的一端接第一驱动MOS 管Q1的源极，另一端接第一驱动MOS管Q1的栅极，亦是充放电模式控制电路中驱动芯片U1的3脚，第八限流电阻R8的一端接第四驱动MOS管Q4 的源极，另一端接第四驱动MOS管Q4的栅极，第四驱动MOS管Q4的漏极接第一驱动MOS管Q1的源极，第四驱动MOS管Q4的源极接地，第四驱动 MOS管Q4的栅极接充放电模式控制电路中驱动芯片U1的8脚；第一滤波电感L1的一端接第一驱动MOS管Q1的源极，另一端接蓄电池的正极；第三限流电阻R3的一端接蓄电池的正极，另一端分别接第七滤波电阻R7的一端以及第五滤波电容C5的一端，第七滤波电阻R7的另一端以及第五滤波电容C5的另一端均接地；第四滤波电容C4的一端接蓄电池的正极，另一端接地；第六限流电阻R6的一端接第三驱动MOS管Q3的源极，另一端接第三驱动MOS管Q3的栅极，第三驱动MOS管Q3的漏极接蓄电池的负极，第三驱动MOS管Q3的栅极接充放电控制器驱动电路模块的驱动三极管TR3 的集电极；第十限流电阻R10的一端接第三驱动MOS管Q3的源极，另一端接地；第二驱动三极管Q2的集电极接蓄电池的正极，基极接第三稳压二极管D3的阴极，第四限流电阻R4的的一端接蓄电池的正极，另一端接第三稳压二极管D3的阴极，第三稳压二极管D3的阳极接地；第一保护二极管D1的阴极接蓄电池的正极，阴极接第二驱动三极管Q2的发射极，亦是VCC 电源；第一滤波电容C1的一端接VCC电源，另一端接地；
所述的充放电控制器的驱动电路，包括六个限流电阻和三个驱动三极管；
第二十限流电阻R20的一端接单片机CPU模块U4的41脚，另一端接第一驱动三极管TR1的基极，第一驱动三极管TR1的发射极接地，第十四限流电阻R14的一端接VCC电源，另一端接第一驱动三极管TR1的集电极；第二十一限流电阻R21的一端接单片机CPU模块U4的33脚，另一端接第二驱动三极管TR2的基极，第二驱动三极管TR2的发射极接地，第十五限流电阻R15的一端接VCC电源，另一端接第二驱动三极管TR2的集电极；第二十二限流电阻R22的一端接单片机CPU模块U4的28脚，另一端接第三驱动三极管TR3的基极，第三驱动三极管TR3的发射极接地，第十六限流电阻R16的一端接VCC电源，另一端接第三驱动三极管TR3的集电极；
所述的充放电模式控制电路，包括四个限流电阻，一个滤波电容一个驱动芯片；其中驱动芯片的型号为HIP2101；
驱动芯片U1的1脚接VCC电源，第十八限流电阻的一端接驱动芯片 U1的6脚，另一端接单片机CPU模块U4的29脚，驱动芯片U1的7脚接地，第七滤波电容C7的一端接驱动芯片U1的4脚，另一端接驱动芯片U1 的2脚，第26限流电阻R26的一端接驱动芯片U1的5脚，另一端接单片机CPU模块U4的26脚，第五十六限流电阻R56的一端接驱动芯片U1的8 脚，另一端接第四驱动MOS管Q4的栅极，第五十七限流电阻R57的一端接驱动芯片U1的3脚，另一端接第一驱动MOS管Q1的栅极；
所述的信号放大电路包括六个限流电阻，一个滤波电容和一个运算放大器芯片U2；其中运算放大器芯片U2的型号为AS358M；
第二十五限流电阻的一端接运算放大器芯片U2的3脚，另一端接充放电控制电路第三驱动MOS管Q3的源极，第十七限流电阻R17的一端接运算放大器芯片U2的2脚，另一端接充放电控制电路第五驱动MOS管Q5的源极，第二十四限流电阻R24的一端接运算放大器芯片U2的2脚，另一端接地；运算放大器芯片U2的4脚接地；第二十七限流电阻R27一端接运算放大器芯片U2的5脚，另一端接单片机CPU模块U4的12脚，第二十三限流电阻R23的一端接运算放大器芯片U2的6脚，另一端接地，第十九限流电阻R19的一端接单片机CPU模块U4的18脚，亦是运算放大器芯片U2的7 脚，另一端接运算放大器芯片U2的6脚；第六滤波电容C6的一端接5V电源，另一端接地，运算放大器芯片U2的8脚接5V电源；
所述的单片机模块电路包括单片机U1；其型号为STM32F103C6T7；
单片机CPU模块U4的24、36、48脚接3.3V电源，9脚接VSSA电源； 1脚接VBAT电源，8脚接VSSA地，23、35、47、44脚接DGND地；46脚悬空；
所述的单片机CPU复位电路包括一个电阻、一个滤波电容和一个按键；第四十一上拉电阻R41的一端接3.3V电源，第四十一上拉电阻R41的另一端与单片机U4的第7脚、第十七滤波电容C17的一端、按键S1的一端连接，第十七滤波电容C17的另一端和按键S1的另一端接地；
所述的单片机CPU的晶振电路包括一个8MHz的第一晶振Y1、一个电阻R14和2个负载电容；
第一晶振Y1的一端与单片机U4的第5脚、第二十三负载电容C23的一端、第四十三电阻R43的一端连接，第一晶振Y1的另一端与单片机U4 的第6脚、第二十五负载电容C25的一端、第四十三电阻R43的另一端连接，第二十三负载电容C23的另一端与第二十五负载电容C25的另一端接地；
所述的单片机CPU的JTAG接口电路，包括一个接口，五个上拉电阻和一个限流电阻；
第三十六上拉电阻R36、第三十七上拉电阻R37、第三十八上拉电阻 R38、第三十九上拉电阻R39、第四十上拉电阻R40的一端接3.3V电源，另一端分别接接口P3的13、9、7、5、3脚，接口P3的1、2脚接3.3V电源，3脚接单片机U4的第40脚，5脚接单片机U4的第38脚，7脚接单片机U4的第34脚，9脚接单片机U4的第37脚，13脚接单片机U4的第39 脚；15脚接单片机U4的第7脚；第四十二限流电阻R42的一端接接口P3 的9脚，另一端接接口P3的11脚；接口P3的4、6、8、10、12、14、16、 18、20脚接DGND地；接口P3的17、19脚悬空；
所述的实时时钟电路，包括一个晶振、一个实时时钟芯片和一个接口；其中实时时钟芯片为DS1302SN；
实时时钟芯片U6的1脚接3.3V电源，第二晶振Y2的一端接实时时钟芯片U6的2脚，另一端接实时时钟芯片U6的3脚，实时时钟芯片U6的4 脚接DGND地，实时时钟芯片U6的5脚接单片机U4的3脚，实时时钟芯片 U6的6脚接单片机U4的4脚，实时时钟芯片U6的7脚接单片机U4的2 脚，实时时钟芯片U6的8脚接VBAT电源，并与接口V1的2脚连接，接口V1的1脚与DGND地连接；
所述的EEPROM电路，包括两个上拉电阻和一个EEPROM芯片；其中 EEPROM芯片型号为24C512；
EEPROM芯片U7的1、2、3、4、7脚均接DGND地，5脚接单片机U4的 43脚,6脚接单片机U4的42脚，8脚接3.3V电源；第四十七上拉电阻R47、第四十八上拉电阻R48的一端接3.3V电源，另一端分别接EEPROM芯片U7 的6脚、5脚；
所述的SD卡驱动电路，包括一个SD转换芯片、一个驱动三极管、五个滤波电容、一个晶振、一个滤波电阻、一个上拉电阻、一个接口P4和两个限流电阻；
SD转换芯片U5的20、7脚接3.3V电源，第二十六滤波电容C26一端接3.3V电容，另一端接DGND地；第三晶振Y3的一端与SD转换芯片U5的 11脚、第二十七负载电容C27的一端、第三晶振Y3的另一端与SD转换芯片U5的第12脚、第二十八负载电容C28的一端、第二十三负载电容C23 的另一端与第二十五负载电容C25的另一端连接；驱动三极管Q9的发射极接3.3V电源，基极接单片机U4的21脚，集电极接SD转换芯片U5的2脚，第二十九滤波电容C29的一端接3.3V电源，另一端接SD转换芯片U5的2 脚，第四十九滤波电阻R49的一端接DGND地，另一端接SD转换芯片U5的 2脚；SD转换芯片U5的3、10接DGND地；第四十五限流电阻R45的一端接SD转换芯片U5的13脚，另一端接单片机U4的14脚，第四十六限流电阻R46的一端接3.3V电源，另一端接单片机U4的14脚，SD转换芯片U5 的8脚接接口P4的3脚，9脚接接口P4的2脚，第四十四限流电阻R44 的一端接3.3V电源，另一端接接口P4的1脚，第二十四滤波电容C24的一端接5V电源，另一端接DGND地，接口P4的4、5、6脚接地；SD转换芯片U5的1、16、15、14脚分别接单片机U4的20、16、17、15脚；SD 转换芯片U5的4、5、6、17、18、19脚悬空；
所述的红外控制电路七个限流电阻、一个滤波电容、一个红外二极管、两个驱动三极管和一个接口；
第二十八限流电阻的一端接3.3V电源，亦是第七驱动三极管Q7的发射极，另一端接第七驱动三极管Q7的基极，第七驱动三极管Q7的集电极接第三十一限流电阻R31的一端，第三十一限流电阻R31的另一端接红外接收二极管P2的阳极；第二十九限流电阻R29的一端接第七驱动三极管 Q7的基极，另一端接接单片机U4的30脚；第八驱动三极管Q8的集电极接红外接收二极管P2的阴极，第三十三限流电阻的一端接第八驱动三极管 Q8的基极，另一端接单片机U4的22脚，第三十四限流电阻R34的一端接地，另一端接第八驱动三极管Q8的基极，第八驱动三极管Q8的发射极接地；第三十限流电阻R30的一端接3.3V电源，另一端悬空；第三十二限流电阻R32的一端接R30的另一端，第三十二限流电阻R32的另一端接单片机U4的31脚，第八滤波电容C8的一端接地，另一端接单片机U4的31脚；接口P1的1脚和3脚分别接第三十限流电阻R30的两端，接口P1的2脚接地；
所述的5V和3.3V电源模块电路，包括两个滤波电感、八个滤波电容、一个限流电阻、一个5V稳压芯片、一个3.3V稳压芯片和一个发光二极管；其中5V稳压芯片的型号为LM7805，3.3V稳压芯片的型号为AMS1117-3.3；
第二滤波电感L2的一端接VCC电源，另一端接5V稳压芯片U1的Vin 脚，第三滤波电感L3的一端接GND，另一端接DGND地；第十二滤波电容 C12的一端接5V稳压芯片U1的Vin脚，另一端接DGND地；第九滤波电容 C9的一端接5V稳压芯片U1的Vin脚，另一端接DGND地；5V稳压芯片U1 的GND脚接DGND地；第十三滤波电容C13的一端接5V稳压芯片U1的Vout 脚，也是3.3V稳压电源芯片U3的Vin脚，另一端接DGND地；第十六滤波电容C16的一端接3.3V稳压芯片U3的Vin脚，另一端接DGND地；第十四滤波电容C14的一端接3.3V稳压芯片U3的Vin脚，另一端接DGND地；第十滤波电容C10的一端接3.3V稳压芯片U3的Vin脚，另一端接DGND地；3.3V稳压芯片U3的ADJ/GND脚接DGND地；第十一滤波电容C11的一端接 3.3V稳压芯片U3的Vout脚，另一端接DGND地；第十五滤波电容C15的一端接3.3V稳压芯片U3的Vout脚，另一端接DGND地；第三十五限流电阻R35的一端接3.3V电源，另一端接第四发光二极管D4的阳极，第四发光二极管D4的阴极接DGND地；
所述的电源滤波电路，包括两个滤波电容和两个滤波电感；
第四滤波电感L4的一端接3.3V电源，另一端接VDDA电源，第六滤波电感L6的一端接DGND，另一端接VSSA地；第二十一滤波电容C21和第二十二滤波电容C22电容的一端接VDDA电源，另一端均接VSSA地。
本发明可以通过含有最大功率点跟踪算法的硬件电路来达到最佳状态下对蓄电池的充电，并且，在为蓄电池充电过程中，控制器可自动判断日出日落；本发明仍可通过红外遥控设备对控制器进行人为控制，以适应各种复杂的天气环境。本发明主要由与太阳能电池板相连的控制充放电电路、控制与太阳能电池板相连的控制充放电电路的主控电路以及红外收发数据电路构成，经过实际测试，其已具备较好的性能，且易于实现。
附图说明
图1为本发明的电路结构图；
图2为本发明的充放电控制电路原理图；
图3为本发明的充放电控制器的驱动电路原理图；
图4为本发明的充放电模式控制电路原理图；
图5为本发明的信号放大电路原理图；
图6(a)为本发明的单片机CPU模块原理图；
图6(b)为本发明的单片机CPU的复位电路原理图；
图6(c)为本发明的单片机CPU的晶振电路原理图；
图6(d)为本发明的单片机CPU的JTAG接口电路原理图；
图7为本发明的实时时钟电路原理图；
图8为本发明的EEPROM电路原理图；
图9为本发明的SD卡驱动电路原理图；
图10为本发明的红外控制电路原理图；
图11为本发明的5V和3.3V电源模块电路原理图；
图12为本发明的电源滤波电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明更进一步的详细说明。
如图1所示，所述的MPPT太阳能充放电控制器，包括一个电源模块、一个STM32主控电路模块、一个红外控制模块和一个MPPT充放电控制电路模块；其中STM32主控电路模块包括单片机模块电路、单片机CPU的复位电路模块、单片机CPU的晶振电路、单片机CPU的JTAG接口电路、SD卡驱动电路、EEPROM电路和实时时钟电路；MPPT充放电控制电路模块包括充放电控制电路、充放电控制器的驱动电路、充放电模式控制电路、信号放大电路；，所述的电源模块包括5V和3.3V电源模块电路、电源滤波电路；
电源模块对STM32主控电路模块、红外控制模块和MPPT充放电控制模块进行供电；STM32主控电路模块通过初始化，完成对红外收发模块和MPPT 充放电控制模块相关驱动的配置操作；
如图2所示，所述的充放电控制电路，包括十一个限流电阻，两个保护二极管、一个滤波电感、五个滤波电容、一个稳压二极管、两个滤波电阻、五个驱动MOS管和一个驱动三极管；
第二保护二极管D2的阴极接3.3V电源，阳极接V-PV电源，第三滤波电容C3的一端接第二限流电阻R2的一端，另一端接PV-电源，第二限流电阻R2的另一端接PV+电源，第五滤波电阻R5的一端接第二保护二极管的阳极，另一端接PV-电源，第六驱动MOS管Q6的漏极接PV-电源，第十三限流电阻R13的一端接充放电控制器驱动电路模块的驱动三极管TR1的集电极，亦是第六驱动MOS管的栅极，另一端接第六驱动MOS管Q6的源极，第五驱动MOS管Q5的源极接第九限流电阻R9的一端，第九限流电阻R9的另一端接第五驱动MOS管Q5的栅极，亦是充放电控制器驱动电路模块的驱动三极管TR2的集电极，第十一限流电阻R11的一端接第五驱动MOS管的源极，另一端接地，第十二限流电阻的一端接第六驱动MOS管的源极，另一端接地；第二滤波电容C2一端接PV+电源，另一端接PV-电源；第一驱动MOS管Q1的漏极接PV+电源，第一限流电阻R1的一端接第一驱动MOS 管Q1的源极，另一端接第一驱动MOS管Q1的栅极，亦是充放电模式控制电路中驱动芯片U1的3脚，第八限流电阻R8的一端接第四驱动MOS管Q4 的源极，另一端接第四驱动MOS管Q4的栅极，第四驱动MOS管Q4的漏极接第一驱动MOS管Q1的源极，第四驱动MOS管Q4的源极接地，第四驱动 MOS管Q4的栅极接充放电模式控制电路中驱动芯片U1的8脚；第一滤波电感L1的一端接第一驱动MOS管Q1的源极，另一端接蓄电池的正极；第三限流电阻R3的一端接蓄电池的正极，另一端分别接第七滤波电阻R7的一端以及第五滤波电容C5的一端，第七滤波电阻R7的另一端以及第五滤波电容C5的另一端均接地；第四滤波电容C4的一端接蓄电池的正极，另一端接地；第六限流电阻R6的一端接第三驱动MOS管Q3的源极，另一端接第三驱动MOS管Q3的栅极，第三驱动MOS管Q3的漏极接蓄电池的负极，第三驱动MOS管Q3的栅极接充放电控制器驱动电路模块的驱动三极管TR3 的集电极；第十限流电阻R10的一端接第三驱动MOS管Q3的源极，另一端接地；第二驱动三极管Q2的集电极接蓄电池的正极，基极接第三稳压二极管D3的阴极，第四限流电阻R4的的一端接蓄电池的正极，另一端接第三稳压二极管D3的阴极，第三稳压二极管D3的阳极接地；第一保护二极管 D1的阴极接蓄电池的正极，阴极接第二驱动三极管Q2的发射极，亦是VCC 电源；第一滤波电容C1的一端接VCC电源，另一端接地；
如图3所示，所述的充放电控制器的驱动电路，包括六个限流电阻和三个驱动三极管；
第二十限流电阻R20的一端接单片机CPU模块U4的41脚，另一端接第一驱动三极管TR1的基极，第一驱动三极管TR1的发射极接地，第十四限流电阻R14的一端接VCC电源，另一端接第一驱动三极管TR1的集电极；第二十一限流电阻R21的一端接单片机CPU模块U4的33脚，另一端接第二驱动三极管TR2的基极，第二驱动三极管TR2的发射极接地，第十五限流电阻R15的一端接VCC电源，另一端接第二驱动三极管TR2的集电极；第二十二限流电阻R22的一端接单片机CPU模块U4的28脚，另一端接第三驱动三极管TR3的基极，第三驱动三极管TR3的发射极接地，第十六限流电阻R16的一端接VCC电源，另一端接第三驱动三极管TR3的集电极；
如图4所示，所述的充放电模式控制电路，包括四个限流电阻，一个滤波电容一个驱动芯片；其中驱动芯片的型号为HIP2101；
驱动芯片U1的1脚接VCC电源，第十八限流电阻的一端接驱动芯片 U1的6脚，另一端接单片机CPU模块U4的29脚，驱动芯片U1的7脚接地，第七滤波电容C7的一端接驱动芯片U1的4脚，另一端接驱动芯片U1 的2脚，第26限流电阻R26的一端接驱动芯片U1的5脚，另一端接单片机CPU模块U4的26脚，第五十六限流电阻R56的一端接驱动芯片U1的8 脚，另一端接第四驱动MOS管Q4的栅极，第五十七限流电阻R57的一端接驱动芯片U1的3脚，另一端接第一驱动MOS管Q1的栅极；
如图5所示，所述的信号放大电路包括六个限流电阻，一个滤波电容和一个运算放大器芯片U2；其中运算放大器芯片U2的型号为AS358M；
第二十五限流电阻的一端接运算放大器芯片U2的3脚，另一端接充放电控制电路第三驱动MOS管Q3的源极，第十七限流电阻R17的一端接运算放大器芯片U2的2脚，另一端接充放电控制电路第五驱动MOS管Q5的源极，第二十四限流电阻R24的一端接运算放大器芯片U2的2脚，另一端接地；运算放大器芯片U2的4脚接地；第二十七限流电阻R27一端接运算放大器芯片U2的5脚，另一端接单片机CPU模块U4的12脚，第二十三限流电阻R23的一端接运算放大器芯片U2的6脚，另一端接地，第十九限流电阻R19的一端接单片机CPU模块U4的18脚，亦是运算放大器芯片U2的7 脚，另一端接运算放大器芯片U2的6脚；第六滤波电容C6的一端接5V电源，另一端接地，运算放大器芯片U2的8脚接5V电源；
如图6(a)所示，所述的单片机模块电路包括单片机U1；其型号为 STM32F103C6T7；
单片机CPU模块U4的24、36、48脚接3.3V电源，9脚接VSSA电源； 1脚接VBAT电源，8脚接VSSA地，23、35、47、44脚接DGND地；46脚悬空；
如图6(b)所示，所述的单片机CPU复位电路包括一个电阻、一个滤波电容和一个按键；第四十一上拉电阻R41的一端接3.3V电源，第四十一上拉电阻R41的另一端与单片机U4的第7脚、第十七滤波电容C17的一端、按键S1的一端连接，第十七滤波电容C17的另一端和按键S1的另一端接地；
如图6(c)所示，所述的单片机CPU的晶振电路包括一个8MHz的第一晶振Y1、一个电阻R14和2个负载电容；
第一晶振Y1的一端与单片机U4的第5脚、第二十三负载电容C23的一端、第四十三电阻R43的一端连接，第一晶振Y1的另一端与单片机U4 的第6脚、第二十五负载电容C25的一端、第四十三电阻R43的另一端连接，第二十三负载电容C23的另一端与第二十五负载电容C25的另一端接地；
如图6(d)所示，所述的单片机CPU的JTAG接口电路，包括一个接口，五个上拉电阻和一个限流电阻；
第三十六上拉电阻R36、第三十七上拉电阻R37、第三十八上拉电阻 R38、第三十九上拉电阻R39、第四十上拉电阻R40的一端接3.3V电源，另一端分别接接口P3的13、9、7、5、3脚，接口P3的1、2脚接3.3V电源，3脚接单片机U4的第40脚，5脚接单片机U4的第38脚，7脚接单片机U4的第34脚，9脚接单片机U4的第37脚，13脚接单片机U4的第39 脚；15脚接单片机U4的第7脚；第四十二限流电阻R42的一端接接口P3 的9脚，另一端接接口P3的11脚；接口P3的4、6、8、10、12、14、16、 18、20脚接DGND地；接口P3的17、19脚悬空；
如图7所示，所述的实时时钟电路，包括一个晶振、一个实时时钟芯片和一个接口；其中实时时钟芯片为DS1302SN；
实时时钟芯片U6的1脚接3.3V电源，第二晶振Y2的一端接实时时钟芯片U6的2脚，另一端接实时时钟芯片U6的3脚，实时时钟芯片U6的4 脚接DGND地，实时时钟芯片U6的5脚接单片机U4的3脚，实时时钟芯片 U6的6脚接单片机U4的4脚，实时时钟芯片U6的7脚接单片机U4的2 脚，实时时钟芯片U6的8脚接VBAT电源，并与接口V1的2脚连接，接口V1的1脚与DGND地连接；
如图8所示，所述的EEPROM电路，包括两个上拉电阻和一个EEPROM 芯片；其中EEPROM芯片型号为24C512；
EEPROM芯片U7的1、2、3、4、7脚均接DGND地，5脚接单片机U4的 43脚,6脚接单片机U4的42脚，8脚接3.3V电源；第四十七上拉电阻R47、第四十八上拉电阻R48的一端接3.3V电源，另一端分别接EEPROM芯片U7 的6脚、5脚；
如图9所示，所述的SD卡驱动电路，包括一个SD转换芯片、一个驱动三极管、五个滤波电容、一个晶振、一个滤波电阻、一个上拉电阻、一个接口P4和两个限流电阻；
SD转换芯片U5的20、7脚接3.3V电源，第二十六滤波电容C26一端接3.3V电容，另一端接DGND地；第三晶振Y3的一端与SD转换芯片U5的 11脚、第二十七负载电容C27的一端、第三晶振Y3的另一端与SD转换芯片U5的第12脚、第二十八负载电容C28的一端、第二十三负载电容C23 的另一端与第二十五负载电容C25的另一端连接；驱动三极管Q9的发射极接3.3V电源，基极接单片机U4的21脚，集电极接SD转换芯片U5的2脚，第二十九滤波电容C29的一端接3.3V电源，另一端接SD转换芯片U5的2 脚，第四十九滤波电阻R49的一端接DGND地，另一端接SD转换芯片U5的 2脚；SD转换芯片U5的3、10接DGND地；第四十五限流电阻R45的一端接SD转换芯片U5的13脚，另一端接单片机U4的14脚，第四十六限流电阻R46的一端接3.3V电源，另一端接单片机U4的14脚，SD转换芯片U5 的8脚接接口P4的3脚，9脚接接口P4的2脚，第四十四限流电阻R44 的一端接3.3V电源，另一端接接口P4的1脚，第二十四滤波电容C24的一端接5V电源，另一端接DGND地，接口P4的4、5、6脚接地；SD转换芯片U5的1、16、15、14脚分别接单片机U4的20、16、17、15脚；SD 转换芯片U5的4、5、6、17、18、19脚悬空；
如图10所示，所述的红外控制电路七个限流电阻、一个滤波电容、一个红外二极管、两个驱动三极管和一个接口；
第二十八限流电阻的一端接3.3V电源，亦是第七驱动三极管Q7的发射极，另一端接第七驱动三极管Q7的基极，第七驱动三极管Q7的集电极接第三十一限流电阻R31的一端，第三十一限流电阻R31的另一端接红外接收二极管P2的阳极；第二十九限流电阻R29的一端接第七驱动三极管 Q7的基极，另一端接接单片机U4的30脚；第八驱动三极管Q8的集电极接红外接收二极管P2的阴极，第三十三限流电阻的一端接第八驱动三极管 Q8的基极，另一端接单片机U4的22脚，第三十四限流电阻R34的一端接地，另一端接第八驱动三极管Q8的基极，第八驱动三极管Q8的发射极接地；第三十限流电阻R30的一端接3.3V电源，另一端悬空；第三十二限流电阻R32的一端接R30的另一端，第三十二限流电阻R32的另一端接单片机U4的31脚，第八滤波电容C8的一端接地，另一端接单片机U4的31脚；接口P1的1脚和3脚分别接第三十限流电阻R30的两端，接口P1的2脚接地；
如图11所示，所述的5V和3.3V电源模块电路，包括两个滤波电感、八个滤波电容、一个限流电阻、一个5V稳压芯片、一个3.3V稳压芯片和一个发光二极管；其中5V稳压芯片的型号为LM7805，3.3V稳压芯片的型号为AMS1117-3.3；
第二滤波电感L2的一端接VCC电源，另一端接5V稳压芯片U1的Vin 脚，第三滤波电感L3的一端接GND，另一端接DGND地；第十二滤波电容 C12的一端接5V稳压芯片U1的Vin脚，另一端接DGND地；第九滤波电容 C9的一端接5V稳压芯片U1的Vin脚，另一端接DGND地；5V稳压芯片U1 的GND脚接DGND地；第十三滤波电容C13的一端接5V稳压芯片U1的Vout 脚，也是3.3V稳压电源芯片U3的Vin脚，另一端接DGND地；第十六滤波电容C16的一端接3.3V稳压芯片U3的Vin脚，另一端接DGND地；第十四滤波电容C14的一端接3.3V稳压芯片U3的Vin脚，另一端接DGND地；第十滤波电容C10的一端接3.3V稳压芯片U3的Vin脚，另一端接DGND地；3.3V稳压芯片U3的ADJ/GND脚接DGND地；第十一滤波电容C11的一端接 3.3V稳压芯片U3的Vout脚，另一端接DGND地；第十五滤波电容C15的一端接3.3V稳压芯片U3的Vout脚，另一端接DGND地；第三十五限流电阻R35的一端接3.3V电源，另一端接第四发光二极管D4的阳极，第四发光二极管D4的阴极接DGND地；
如图12所示，所述的电源滤波电路，包括两个滤波电容和两个滤波电感；
第四滤波电感L4的一端接3.3V电源，另一端接VDDA电源，第六滤波电感L6的一端接DGND，另一端接VSSA地；第二十一滤波电容C21和第二十二滤波电容C22电容的一端接VDDA电源，另一端均接VSSA地。
工作原理及工作过程：本系统工作原理主要为电路首先自检测日出日落，而后STM32主控电路输出PWM波，从而精准的控制充放电控制电路，达到对充放电功率的数字控制能力，并使其完成对于最大功率点的跟踪，且可以通过遥控器对充放电控制器的充放电进行控制。MPPT太阳能充放电控制器的工作过程如下：在对系统进行通电后，STM32主控电路对其外设进行初始化，之后，其根据实时时钟系统，判断日出日落状态，STM32主控电路输出PWM波，通过充放电控制器驱动电路模块，对充放电控制器进行充放电模式控制，并结合MPPT算法使充放电功率最高。也可通过红外遥控器，对系统进行手动配置充放电状态。
上述说明并非对发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种MPPT太阳能充放电控制器，其特征在于：包括一个电源模块、一个STM32主控电路模块、一个红外控制模块和一个MPPT充放电控制电路模块；其中STM32主控电路模块包括单片机模块电路、单片机CPU的复位电路模块、单片机CPU的晶振电路、单片机CPU的JTAG接口电路、SD卡驱动电路、EEPROM电路和实时时钟电路；MPPT充放电控制电路模块包括充放电控制电路、充放电控制器的驱动电路、充放电模式控制电路、信号放大电路；所述的电源模块包括5V和3.3V电源模块电路、电源滤波电路；
电源模块对STM32主控电路模块、红外控制模块和MPPT充放电控制模块进行供电；STM32主控电路模块通过初始化，完成对红外收发模块和MPPT充放电控制模块相关驱动的配置操作；
所述的充放电控制电路，包括十一个限流电阻R1~R4、R6、R8~ R13，两个保护二极管D1~D2，一个滤波电感L1,五个滤波电容C1~C5,一个稳压二极管D3,两个滤波电阻R5、R7，五个驱动MOS管Q1、Q3、Q4~Q6和一个驱动三极管Q2；
第二保护二极管D2的阴极接3.3V电源，阳极接V-PV电源，第三滤波电容C3的一端接第二限流电阻R2的一端，另一端接PV-电源，第二限流电阻R2的另一端接PV+电源，第五滤波电阻R5的一端接第二保护二极管的阳极，另一端接PV-电源，第六驱动MOS管Q6的漏极接PV-电源，第十三限流电阻R13的一端接充放电控制器驱动电路模块的驱动三极管TR1的集电极，亦是第六驱动MOS管的栅极，另一端接第六驱动MOS管Q6的源极，第五驱动MOS管Q5的源极接第九限流电阻R9的一端，第九限流电阻R9的另一端接第五驱动MOS管Q5的栅极，亦是充放电控制器驱动电路模块的驱动三极管TR2的集电极，第十一限流电阻R11的一端接第五驱动MOS管的源极，另一端接地，第十二限流电阻的一端接第六驱动MOS管的源极，另一端接地；第二滤波电容C2一端接PV+电源，另一端接地；第一驱动MOS管Q1的漏极接PV+电源，第一限流电阻R1的一端接第一驱动MOS管Q1的源极，另一端接第一驱动MOS管Q1的栅极，亦是充放电模式控制电路中驱动芯片U1的3脚，第八限流电阻R8的一端接第四驱动MOS管Q4的源极，另一端接第四驱动MOS管Q4的栅极，第四驱动MOS管Q4的漏极接第一驱动MOS管Q1的源极，第四驱动MOS管Q4的源极接地，第四驱动MOS管Q4的栅极接充放电模式控制电路中驱动芯片U1的8脚；第一滤波电感L1的一端接第一驱动MOS管Q1的源极，另一端接蓄电池的正极；第三限流电阻R3的一端接蓄电池的正极，另一端分别接第七滤波电阻R7的一端以及第五滤波电容C5的一端，第七滤波电阻R7的另一端以及第五滤波电容C5的另一端均接地；第四滤波电容C4的一端接蓄电池的正极，另一端接地；第六限流电阻R6的一端接第三驱动MOS管Q3的源极，另一端接第三驱动MOS管Q3的栅极，第三驱动MOS管Q3的漏极接蓄电池的负极，第三驱动MOS管Q3的栅极接充放电控制器驱动电路模块的驱动三极管TR3的集电极；第十限流电阻R10的一端接第三驱动MOS管Q3的源极，另一端接地；第二驱动三极管Q2的集电极接蓄电池的正极，基极接第三稳压二极管D3的阴极，第四限流电阻R4的一端接蓄电池的正极，另一端接第三稳压二极管D3的阴极，第三稳压二极管D3的阳极接地；第一保护二极管D1的阴极接蓄电池的正极，阴极接第二驱动三极管Q2的发射极，亦是VCC电源；第一滤波电容C1的一端接VCC电源，另一端接地；
所述的充放电控制器的驱动电路，包括六个限流电阻R14~R16、R20~R22和三个驱动三极管TR1~TR3；
第二十限流电阻R20的一端接单片机CPU模块U4的41脚，另一端接第一驱动三极管TR1的基极，第一驱动三极管TR1的发射极接地，第十四限流电阻R14的一端接VCC电源，另一端接第一驱动三极管TR1的集电极；第二十一限流电阻R21的一端接单片机CPU模块U4的33脚，另一端接第二驱动三极管TR2的基极，第二驱动三极管TR2的发射极接地，第十五限流电阻R15的一端接VCC电源，另一端接第二驱动三极管TR2的集电极；第二十二限流电阻R22的一端接单片机CPU模块U4的28脚，另一端接第三驱动三极管TR3的基极，第三驱动三极管TR3的发射极接地，第十六限流电阻R16的一端接VCC电源，另一端接第三驱动三极管TR3的集电极；
所述的充放电模式控制电路，包括四个限流电阻R18、R26、R56~ R57，一个滤波电容C7和一个驱动芯片U1；其中驱动芯片U1的型号为HIP2101；
驱动芯片U1的1脚接VCC电源，第十八限流电阻的一端接驱动芯片U1的6脚，另一端接单片机CPU模块U4的29脚，驱动芯片U1的7脚接地，第七滤波电容C7的一端接驱动芯片U1的4脚，另一端接驱动芯片U1的2脚，第26限流电阻R26的一端接驱动芯片U1的5脚，另一端接单片机CPU模块U4的26脚，第五十六限流电阻R56的一端接驱动芯片U1的8脚，另一端接第四驱动MOS管Q4的栅极，第五十七限流电阻R57的一端接驱动芯片U1的3脚，另一端接第一驱动MOS管Q1的栅极；
所述的信号放大电路包括六个限流电阻R17、R19、R23~ R25、R27，一个滤波电容C6和一个运算放大器芯片U2；其中运算放大器芯片U2的型号为AS358M；
第二十五限流电阻的一端接运算放大器芯片U2的3脚，另一端接充放电控制电路第三驱动MOS管Q3的源极，第十七限流电阻R17的一端接运算放大器芯片U2的2脚，另一端接充放电控制电路第五驱动MOS管Q5的源极，第二十四限流电阻R24的一端接运算放大器芯片U2的2脚，另一端接地；运算放大器芯片U2的4脚接地；第二十七限流电阻R27一端接运算放大器芯片U2的5脚，另一端接单片机CPU模块U4的12脚，第二十三限流电阻R23的一端接运算放大器芯片U2的6脚，另一端接地，第十九限流电阻R19的一端接单片机CPU模块U4的18脚，亦是运算放大器芯片U2的7脚，另一端接运算放大器芯片U2的6脚；第六滤波电容C6的一端接5V电源，另一端接地，运算放大器芯片U2的8脚接5V电源；
所述的单片机模块电路包括单片机U4；其型号为STM32F103C6T7；
单片机CPU模块U4的24、36、48脚接3.3V电源，9脚接VSSA电源；1脚接VBAT电源，8脚接VSSA地，23、35、47、44脚接DGND地；46脚悬空；
所述的单片机CPU复位电路包括一个电阻R41、一个滤波电容C17和一个按键S1；第四十一上拉电阻R41的一端接3.3V电源，第四十一上拉电阻R41的另一端与单片机U4的第7脚、第十七滤波电容C17的一端、按键S1的一端连接，第十七滤波电容C17的另一端和按键S1的另一端接地；
所述的单片机CPU的晶振电路包括一个8MHz的第一晶振Y1、一个电阻R43和2个负载电容C23、C25；
第一晶振Y1的一端与单片机U4的第5脚、第二十三负载电容C23的一端、第四十三电阻R43的一端连接，第一晶振Y1的另一端与单片机U4的第6脚、第二十五负载电容C25的一端、第四十三电阻R43的另一端连接，第二十七负载电容C27的另一端与第二十八负载电容C28的另一端接地；
所述的单片机CPU的JTAG接口电路，包括一个接口P3，五个上拉电阻R36~ R40和一个限流电阻R42；
第三十六上拉电阻R36、第三十七上拉电阻R37、第三十八上拉电阻R38、第三十九上拉电阻R39、第四十上拉电阻R40的一端接3.3V电源，另一端分别接接口P3的13、9、7、5、3脚，接口P3的1、2脚接3.3V电源，3脚接单片机U4的第40脚，5脚接单片机U4的第38脚，7脚接单片机U4的第34脚，9脚接单片机U4的第37脚，13脚接单片机U4的第39脚；15脚接单片机U4的第7脚；第四十二限流电阻R42的一端接接口P3的9脚，另一端接接口P3的11脚；接口P3的4、6、8、10、12、14、16、18、20脚接DGND地；接口P3的17、19脚悬空；
所述的实时时钟电路，包括一个第二晶振Y2、一个实时时钟芯片U6和一个接口V1；其中实时时钟芯片U6为DS1302SN；
实时时钟芯片U6的1脚接3.3V电源，第二晶振Y2的一端接实时时钟芯片U6的2脚，另一端接实时时钟芯片U6的3脚，实时时钟芯片U6的4脚接DGND地，实时时钟芯片U6的5脚接单片机U4的3脚，实时时钟芯片U6的6脚接单片机U4的4脚，实时时钟芯片U6的7脚接单片机U4的2脚，实时时钟芯片U6的8脚接VBAT电源，并与接口V1的2脚连接，接口V1的1脚与DGND地连接；
所述的EEPROM电路，包括两个上拉电阻R47~ R48和一个EEPROM芯片U7；其中EEPROM芯片U7型号为24C512；
EEPROM芯片U7的1、2、3、4、7脚均接DGND地，5脚接单片机U4的43脚,6脚接单片机U4的42脚，8脚接3.3V电源；第四十七上拉电阻R47、第四十八上拉电阻R48的一端接3.3V电源，另一端分别接EEPROM芯片U7的6脚、5脚；
所述的SD卡驱动电路，包括一个SD转换芯片U5，一个驱动三极管Q9,五个滤波电容C24、C26~ C29,一个第三晶振Y3,一个滤波电阻R49,一个上拉电阻R46,一个接口P4和两个限流电阻R44~R45；
SD转换芯片U5的20、7脚接3.3V电源，第二十六滤波电容C26一端接3.3V电容，另一端接DGND地；第三晶振Y3的一端与SD转换芯片U5的11脚、第二十七负载电容C27的一端连接、第三晶振Y3的另一端与SD转换芯片U5的第12脚、第二十八负载电容C28的一端连接、第二十三负载电容C23的另一端与第二十五负载电容C25的另一端连接；驱动三极管Q9的发射极接3.3V电源，基极接单片机U4的21脚，集电极接SD转换芯片U5的2脚，第二十九滤波电容C29的一端接3.3V电源，另一端接SD转换芯片U5的2脚，第四十九滤波电阻R49的一端接DGND地，另一端接SD转换芯片U5的2脚；SD转换芯片U5的3、10接DGND地；第四十五限流电阻R45的一端接SD转换芯片U5的13脚，另一端接单片机U4的14脚，第四十六上拉电阻R46的一端接3.3V电源，另一端接单片机U4的14脚，SD转换芯片U5的8脚接接口P4的3脚，9脚接接口P4的2脚，第四十四限流电阻R44的一端接5V电源，另一端接接口P4的1脚，第二十四滤波电容C24的一端接5V电源，另一端接DGND地，接口P4的4、5、6脚接地；SD转换芯片U5的1、16、15、14脚分别接单片机U4的20、16、17、15脚；SD转换芯片U5的4、5、6、17、18、19脚悬空；
所述的红外控制模块包括七个限流电阻R28~ R34、一个滤波电容C8、一个红外接收二极管P2、两个驱动三极管Q7~Q8和一个接口P1；
第二十八限流电阻的一端接3.3V电源，亦是第七驱动三极管Q7的发射极，另一端接第七驱动三极管Q7的基极，第七驱动三极管Q7的集电极接第三十一限流电阻R31的一端，第三十一限流电阻R31的另一端接红外接收二极管P2的阳极；第二十九限流电阻R29的一端接第七驱动三极管Q7的基极，另一端接单片机U4的30脚；第八驱动三极管Q8的集电极接红外接收二极管P2的阴极，第三十三限流电阻的一端接第八驱动三极管Q8的基极，另一端接单片机U4的22脚，第三十四限流电阻R34的一端接地，另一端接第八驱动三极管Q8的基极，第八驱动三极管Q8的发射极接地；第三十限流电阻R30的一端接3.3V电源；第三十二限流电阻R32的一端接R30的另一端，第三十二限流电阻R32的另一端接单片机U4的31脚，第八滤波电容C8的一端接地，另一端接单片机U4的31脚；接口P1的1脚和3脚分别接第三十限流电阻R30的两端，接口P1的2脚接地；
所述的5V和3.3V电源模块电路，包括两个滤波电感L2~L3、八个滤波电容C9~C16、一个限流电阻R35、一个5V稳压芯片U1、一个3.3V稳压芯片U3和一个发光二极管D4；其中5V稳压芯片U1的型号为LM7805，3.3V稳压芯片U3的型号为AMS1117-3.3；
第二滤波电感L2的一端接VCC电源，另一端接5V稳压芯片U1的Vin脚，第三滤波电感L3的一端接GND，另一端接DGND地；第十二滤波电容C12的一端接5V稳压芯片U1的Vin脚，另一端接DGND地；第九滤波电容C9的一端接5V稳压芯片U1的Vin脚，另一端接DGND地；5V稳压芯片U1的GND脚接DGND地；第十三滤波电容C13的一端接5V稳压芯片U1的Vout脚，也是3.3V稳压电源芯片U3的Vin脚，另一端接DGND地；第十六滤波电容C16的一端接3.3V稳压芯片U3的Vin脚，另一端接DGND地；第十四滤波电容C14的一端接3.3V稳压芯片U3的Vin脚，另一端接DGND地；第十滤波电容C10的一端接3.3V稳压芯片U3的Vin脚，另一端接DGND地；3.3V稳压芯片U3的ADJ/GND脚接DGND地；第十一滤波电容C11的一端接3.3V稳压芯片U3的Vout脚，另一端接DGND地；第十五滤波电容C15的一端接3.3V稳压芯片U3的Vout脚，另一端接DGND地；第三十五限流电阻R35的一端接3.3V电源，另一端接第四发光二极管D4的阳极，第四发光二极管D4的阴极接DGND地；
所述的电源滤波电路，包括两个滤波电容C21~C22和两个滤波电感L4、L6；
第四滤波电感L4的一端接3.3V电源，另一端接VDDA电源，第六滤波电感L6的一端接DGND，另一端接VSSA地；第二十一滤波电容C21和第二十二滤波电容C22电容的一端接VDDA电源，另一端均接VSSA地。
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