基于CAN總線的太陽能控制器設(shè)計(jì)

徐晶

摘 要：通過CAN總線技術(shù)能夠?qū)μ柲芸刂破鬟M(jìn)行模塊設(shè)計(jì)，該文主要分析了太陽能控制器相關(guān)硬件設(shè)計(jì)過程中的設(shè)計(jì)方案與軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)整體框架，并結(jié)合CAN節(jié)點(diǎn)相關(guān)程序以及初始化，利用多種功率模塊組合，形成容量不同的發(fā)電系統(tǒng)。該文主要利用CAN總線方法，通過功率模塊和主控制器兩級(jí)形式來實(shí)現(xiàn)。最終結(jié)果證明，應(yīng)用相關(guān)方案設(shè)計(jì)能夠提高系統(tǒng)應(yīng)用性能。

關(guān)鍵詞：CAN總線；太陽能發(fā)電；控制器設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

太陽能控制器主要是將微處理器作為核心部件，從而對(duì)電源進(jìn)行充放處理?，F(xiàn)階段的設(shè)計(jì)模式大多只是停留在單機(jī)模式層面，由于芯片硬件資源方面的局限性，從而增加了太陽能大容量電站的控制難度。而模塊化設(shè)計(jì)屬于一種效果較好的設(shè)計(jì)方法，通過各種模塊的科學(xué)組合，能夠形成各種容量層次的太陽能電站。該文分析了利用CAN總線技術(shù)對(duì)太陽能控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

在該次系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中主要是將內(nèi)含CAN總線控制器部件的單片機(jī)充當(dāng)主控芯片，通過主控制器進(jìn)行集中監(jiān)控，而功率模塊則對(duì)MCU兩級(jí)方案進(jìn)行獨(dú)立控制。功率控制器與主控制器之間利用CAN總線能夠?qū)崿F(xiàn)控制和通信，而功率模塊能夠?qū)Ω鱾€(gè)太陽能光伏陣列進(jìn)行集中控制。主控制器還可以利用蓄電池中的功率控制模塊，結(jié)合蓄電池的具體充放電狀態(tài)，對(duì)蓄電池進(jìn)行科學(xué)管理，引導(dǎo)充放電工作的順利進(jìn)行。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 主控制器的硬件設(shè)計(jì)

在整個(gè)系統(tǒng)中發(fā)揮核心作用的就是主控制器，能夠?qū)π铍姵亟M的整體狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并進(jìn)行有效調(diào)控，在發(fā)生突發(fā)性問題時(shí)，還能夠進(jìn)行及時(shí)報(bào)警處理。至于蓄電池組相關(guān)監(jiān)控工作主要是通過ADC電路對(duì)蓄電池組中電壓進(jìn)行檢測(cè)，從而判斷電池組的實(shí)時(shí)狀態(tài)。ADC電路同時(shí)還會(huì)負(fù)責(zé)放電電流和充電電流的檢測(cè)工作。其次容量不同的蓄電池組中的充放電參數(shù)也存在較大的差異，同時(shí)相關(guān)參數(shù)還可以進(jìn)行設(shè)定。主控制器中的充放電數(shù)據(jù)最多只能儲(chǔ)存30天以內(nèi)的數(shù)據(jù)，通過對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，我們能夠看出系統(tǒng)的整體運(yùn)行狀態(tài)。在蓄電池組發(fā)生過放或是過充等突發(fā)性問題時(shí)，控制器就能夠自動(dòng)斷開負(fù)載或是太陽能，從而使輸出電路中的警報(bào)燈亮起，并將異常報(bào)文發(fā)送到遠(yuǎn)程通信終端當(dāng)中。

2.2 功率模塊相關(guān)硬件設(shè)計(jì)

功率電子零件通常都擁有快速通斷功能，具備可調(diào)脈寬、低觸發(fā)能量等特征，經(jīng)常充當(dāng)大電流和高頻中的主回路開關(guān)部件。在該次設(shè)計(jì)過程中，主要是將MOSFET功率充當(dāng)太陽能方陣中的投切開關(guān)。主控制器將相關(guān)命令發(fā)送給功率模塊，隨后促進(jìn)太陽能方陣實(shí)現(xiàn)通斷，同時(shí)還能夠?qū)μ柲芊疥囍械拈_路電壓進(jìn)行集中采集，隨后綜合整理，將相關(guān)報(bào)文傳輸給主控制器。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件整體框架

以CAN總線技術(shù)為基礎(chǔ)的太陽能控制器設(shè)計(jì)主要是通過結(jié)構(gòu)化程序來設(shè)計(jì)控制器軟件，其中程序由中斷程序與主程序等內(nèi)容構(gòu)成。而主程序中還包括了報(bào)文處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)計(jì)算系統(tǒng)、充電控制系統(tǒng)、液晶顯示系統(tǒng)以及初始化程序系統(tǒng)等，在整個(gè)程序處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，初始化程序只是在主程序首次執(zhí)行過程中運(yùn)行一次，主要是開啟第二管腳相關(guān)功能與單片機(jī)AT90CAN128的I/O口配置。程序中斷工作主要是通過定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)，或是進(jìn)行CAN中斷以及ADC中斷。在定時(shí)器中斷過程中，主要是利用定時(shí)器2、定時(shí)器1與定時(shí)器0，定時(shí)器0中斷運(yùn)行過程中鍵盤掃描程序。定時(shí)器1進(jìn)行中斷時(shí)，將其具體數(shù)值設(shè)定為20 s、5 s和1 s的定時(shí)標(biāo)志。定時(shí)器2中斷會(huì)啟動(dòng)ADC通道，隨后實(shí)現(xiàn)模式轉(zhuǎn)化。ADC中斷能夠直接處理模數(shù)轉(zhuǎn)化成果。CAN中斷能夠接收從CAN總線發(fā)送過來的相關(guān)報(bào)文，隨后進(jìn)行集中處理。下文中將具體分析CAN總線在AT90CAN128中的軟件設(shè)計(jì)。

3.2 通信規(guī)約

AT90CAN128中的CAN控制器主要是CAN2.0B與CAN2.0A相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，而在該文中主要是選擇CAN2.0B協(xié)議，也就是二十九位的標(biāo)識(shí)符，選擇廣播方式中的主從方式進(jìn)行通信，主控制器是系統(tǒng)中的主機(jī)，能夠?qū)?bào)文直接傳送到功率模塊當(dāng)中，功率模塊內(nèi)的各種報(bào)文接收標(biāo)識(shí)符應(yīng)該保持一致性，對(duì)接收機(jī)中的相關(guān)報(bào)文進(jìn)行統(tǒng)一接收，并在對(duì)報(bào)文數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)判斷的基礎(chǔ)上進(jìn)行反應(yīng)。從機(jī)中標(biāo)識(shí)符是一致的，主要是主機(jī)負(fù)責(zé)接收。具體的報(bào)文數(shù)據(jù)幀規(guī)劃可以參考表1。

3.3 CAN總線程序

CAN在AT90CAN128中的信息發(fā)送與接收主要是通過消息郵箱MOB的方式來實(shí)現(xiàn)的，其中屬性相同的MOB郵箱共有15個(gè)。消息郵箱MOB其實(shí)就是CAN中的消息幀代表符，其中還包括數(shù)據(jù)緩沖區(qū)域和含幀格式。各個(gè)消息郵箱MOB都被放置到相應(yīng)的頁面中，而消息郵箱MOB的箱號(hào)就是頁號(hào)，在消息郵箱數(shù)量比較多的狀態(tài)下，處于低位中的消息郵箱擁有優(yōu)先權(quán)。CAN總線中的通信系統(tǒng)中涵蓋數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收以及CAN初始化等程序，CAN初始化其實(shí)就是對(duì)MOB使能、中斷使能、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、MOB接收頁號(hào)、發(fā)送頁號(hào)、標(biāo)識(shí)儲(chǔ)存器、波特率等進(jìn)行內(nèi)容設(shè)置。其中通過CAN中斷觸發(fā)，接收CAN數(shù)據(jù)，并于中斷中收獲消息郵箱MOB，隨后將獲得的各種數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)域，相關(guān)處理程序還能夠自動(dòng)處理緩沖區(qū)域中的數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)輸送子程序整理完待發(fā)數(shù)據(jù)后，將其傳輸?shù)较⑧]箱MOB當(dāng)中，隨后根據(jù)提前設(shè)定好的報(bào)文格式傳播出去。

4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

在離網(wǎng)型的48 V太陽能發(fā)電設(shè)備當(dāng)中，以CAN總線技術(shù)為基礎(chǔ)的太陽能控制器，能夠?qū)λ穆诽柲芰嘘囘M(jìn)行控制，并開始實(shí)驗(yàn)，具體實(shí)驗(yàn)的條件包括保證蓄電池電壓均充，2.36 V/單體、日輻射量應(yīng)該保持在3.8 kW·h/m2～4.6 kW·h/m2，工作電流為7 A，太陽能列陣參數(shù)為120 W功率。具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果參考表2。

最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，以CAN總線為基礎(chǔ)的太陽能控制器，能夠?qū)φ诔潆姞顟B(tài)的48 V太陽能系統(tǒng)進(jìn)行合理控制，并控制太陽能系統(tǒng)在不同階段中不同電池組的投切工作，充分結(jié)合各個(gè)電池組在不同階段中的充電與放電狀態(tài)，進(jìn)行準(zhǔn)確控制，從而促進(jìn)太陽能系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)語

該文主要是通過CAN總線技術(shù)內(nèi)置單片機(jī)相關(guān)技術(shù)，來進(jìn)行太陽能控制器的設(shè)計(jì)，屬于一種模塊化的設(shè)計(jì)方法。不同功率的模塊能夠?qū)π铍姵剡M(jìn)行獨(dú)立的充電、放電管理，并進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄、充放電檢測(cè)以及過放和過充的保護(hù)等。通過N+1分散控制模式能夠有效提高太陽能系統(tǒng)自身互換性和可靠性，讓太陽能系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活組合，從而形成各種容量的發(fā)電系統(tǒng)。通過這種設(shè)計(jì)方式，能夠讓系統(tǒng)更加靈活。

參考文獻(xiàn)

[1]黃釘勁，費(fèi)韓.基于CAN總線的太陽能控制器設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)量技術(shù)，2010，33（7）：92-95.

[2]趙濤，周兵.基于CAN總線太陽能電池自動(dòng)跟蹤控制器的設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2012，34（23）：105-108.

[3]閆偉峰.基于CAN總線的太陽跟蹤控制系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D].江蘇：南京航空航天大學(xué)，2011.