基于ATmega16單片機的電能收集充電器設計

摘要：本文以離網型風力發(fā)電裝置為研究對象，選擇了以Atmel公司生產的ATmega16單片機為核心，采用MC34063開關型電源芯片作為主要變能器件，根據風機產生的輸入電壓，通過單片機產生合適的控制信號，控制DC-DC變換器工作，實現(xiàn)對蓄電池的有效充電。該研究對實際應用具有一定的參考價值。
關鍵詞：ATmega16；MC34063；電能收集器；直流斬波電路

離網運行方式的風力發(fā)電機組，是我國遠離電網的邊遠偏僻農村、牧區(qū)、海島和特殊處所發(fā)展風力發(fā)電進而來解決其基本用電問題的主要運行方式。由于離網型風力發(fā)電系統(tǒng)基本上都建在人煙稀少的地區(qū)，因此盡可能的減少維護次數，增加元器件的使用周期就是整個項目需要達到重要指標。蓄電池的最佳充電方式是階段式充電法，然而由于風能的隨機性以及不確定性，使得其對于蓄電池的充電方式異常復雜。鑒于階段式充電方式在離網型風力發(fā)電系統(tǒng)中難以控制，而恒流充電方式不能在短時間內為蓄電池充足電能，故本項目選取了控制方式最為簡單，初期充電速度最快的恒壓充電方式，收集電能。在電能收集器的系統(tǒng)中，依據電路實現(xiàn)的主要功能，電路可分為兩大部分：主電路以及控制電路。主電路部分采用MC34063開關型電源芯片，連接成升壓及降壓電路，分別對不同的輸入電壓采取不同的處理方式，最終輸出紋波小、性能高的電壓。控制電路部分采用Atmel公司生產的ATmega16低功耗單片機，相較于C51系列的單片機，本系統(tǒng)更加節(jié)能、控制速度更快、外圍元器件更少。實驗證明，本設計已經實現(xiàn)了一臺性能穩(wěn)定、具有參考價值的電能收集充電器。

1 硬件設計
電能收集器系統(tǒng)的兩大部分功能：主電路的功能是實現(xiàn)電能的變換，也就是將輸入的不穩(wěn)定的電能轉換為以恒壓方式輸出的電能；控制電路的主要功能則是監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)、控制主電路通路、顯示系統(tǒng)參數等。良好的硬件電路設計是整個項目必不可少的一部分。電能收集器模塊圖如圖1所示。

1．1 電壓采樣電路
本設計預期風機的輸入電壓為0～40 V，由于實驗室直流源的輸入電壓值僅為0～32 V，故測量的參數僅僅只是預期值的一個子集。由于控制電路采用5 V直流供電，因此ATmega16的A／D采樣范圍就是0～5 V，為了能測量40 V的最大值，需要將風機的輸入電壓值經過一定比例的縮小后，再交由單片機處理。