基于Atmega16的智能太陽能充電器設(shè)計
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1 Atmega16 系列單片機概述
美國英特梅爾(ATMEL)公司的Atmega16 系列單片機是基于增強的AVR RISC 結(jié)構(gòu)的低功耗8 位CMOS 微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmega16的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。ATmega16 AVR 內(nèi)核具有豐富的指令集和32 個通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算術(shù)邏輯單元(ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期內(nèi)同時訪問兩個獨立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10 倍的數(shù)據(jù)吞吐率。
在開發(fā)工具上，ATmega16 系列單片機支持先進(jìn)的JTAG 調(diào)試，其硬件仿真工具（仿真器）只是一個非常簡單的USB 轉(zhuǎn)換器，其軟件集成開發(fā)環(huán)境由著名的IAR 公司提供，在實際調(diào)試使用時非常方便，能對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時觀測和對程序的執(zhí)行情況進(jìn)行判斷，在系統(tǒng)整合方面，ATmega16 系列單片機根據(jù)不同產(chǎn)品系列，集成了多種不同的功能模塊，包括定時器、模擬比較器、多功能串行接口、硬件乘法器、ADC、看門狗定時器（WDT）、I/O 端口、RAM、PWM 以及豐富的中斷功能。使用戶根據(jù)自己的需求，選擇合適的ATmega16 單片機。
系統(tǒng)主要實現(xiàn)獨立光伏路燈太陽電池板的最大功率跟蹤功能。在太陽電池板處于工作狀態(tài)，即整個光伏系統(tǒng)處于充電狀態(tài)時，控制器在光電流達(dá)到一定值后（本系統(tǒng)設(shè)定為0.3A），實現(xiàn)對電壓、電流數(shù)據(jù)的檢測，通過快速的控制算法，調(diào)節(jié)蓄電池兩端的充電電壓，實現(xiàn)太陽電池板的輸出功率的最大功率跟蹤，提高鉛酸蓄電池的充電電流，縮短充電時間，提高充電效率。系統(tǒng)的實現(xiàn)主要應(yīng)解決如下幾個方面的問題：
（a）太陽電池板輸出電壓的檢測：檢測太陽電池板不同的輸出電壓，并根據(jù)不同的電壓，系統(tǒng)作出不同的控制處理。如系統(tǒng)處于默認(rèn)工作狀態(tài)，太陽電池開路電壓低于8 V 時，因為其低于電池的充電要求，因而進(jìn)行卸載處理。
（b）鉛酸蓄電池容量的檢測：系統(tǒng)為了盡可能地保護蓄電池，延長其壽命，將根據(jù)不同的容量和蓄電池不同的狀態(tài)采取相應(yīng)的充電控制策略。
（c）太陽電池板輸出電流檢測：據(jù)此得出輸出功率，使系統(tǒng)通過一定的算法和控制手段，使系統(tǒng)工作在最大功率點。
（d）PWM 輸出控制：根據(jù)輸入輸出檢測模塊的數(shù)據(jù)實時調(diào)整蓄電池的充電電壓和電流和卸載放電功能，實現(xiàn)智能充放電控制。
（e）中央處理系統(tǒng)：實現(xiàn)高效的信息處理和各個功能模塊的控制。
由此，我們設(shè)計出了系統(tǒng)整體硬件電路結(jié)構(gòu)模型，見圖1。從圖中可以看出，整個電路由六個功能模塊組成：核心控制模塊、前級檢測模塊、Boost 電路控制模塊、后級檢測模塊、PWM 輸出模塊和卸載模塊構(gòu)成。
當(dāng)太陽電池板正常工作輸出時，其過程為：首先檢測該電壓能否達(dá)到電池的充電要求，在滿足基本充電要求的情況下通過控制器對電池兩端的電壓進(jìn)行實時監(jiān)控在適合電池工作的三種情況下，通過ATmega16 微處理器的PWM 模塊輸出控制充電電壓和電流。
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