当控制系统判断光照不足时，太阳能电池功率不足以供给负载，则由太阳能电池向蓄电池充电，同时由蓄电池单独向负载供电。如何判断光照情况进而决定系统功率源是项目的一个关键问题。从前文太阳能板的特性叙述可知，在负载电阻不太小时，输出电压的变化不大，近似恒压源。而输出电压与光照有关，当光照降低时，输出电压会减小，输出功率也会减小。因此，可以通过单片机采样太阳能电池输出电压，判断光照强弱。单片机根据采样得到的数据判断光照情况，进而输出电平信号控制电路的连接方式。
这种控制方式还有另外的好处。在光照强度一定情况下，当负载较大，超过了太阳能板的最大输出功率时，负载电阻较小，太阳能板的工作点将会越过最大功率点，此时输出电压会减小，使得输出功率降低。如果将控制临界电压选择的比最大功率点电压略小，则系统会自动切换为由蓄电池供电，避免了输出功率不足，一定程度上增大了系统输出功率上限，从而提高了系统性能。
从另外的角度看，在光照较弱的情况下，太阳能板最大输出功率会随之减小，系统输出功率不足，此时应该由蓄电池供电。但如果负载不大时，太阳能板足够提供负载所需的功率。根据太阳能板的伏安特定，其输出电压较高，所以控制系统不会动作，仍然由太阳能板供电。这样一来，就避免了光照较弱时完全弃光，提高了光能的利用率。
2、系统主体部分电路设计
2.1 单片机的选择
单片机是整个系统的核心控制模块，选用的是TI公司的MSP430G2553芯片。MSP430系列单片机是超低功耗单片机，它的低功耗特性在众多单片机中异常优越。对于只能由太阳能板供电的系统，其功率有限，且要保证有足够的输出功率，所以MSP430的低功耗特性有很大优势。
G2553芯片有一个10位精度的内部AD，可以实现电压模拟量到数字量的转换，能够满足系统要求。其内部的时钟系统可以实现定时中断，完成电压定时采样。考虑到实验室的现有资源和之前的学习情况，最终选定了这款芯片。实验室提供的G2553开发板的供电电压为5V，经转换电路变为3.55V，芯片输出高电平为3.55V。开发板上提供了频率为32768Hz的晶振，作为单片机的系统时钟。
2.2 单片机对电路的控制设计
控制电路通断，采用的是单片机控制继电器的方式。单片机的功率很小，不能驱动继电器。为了驱动继电器，需要使用驱动芯片ULN2003A。ULN2003A为达林顿管驱动芯片，共7路输入和7路输出，每一路都相当于一个反相器，当输入为高电平时输出为低电平，当输入为低电平时输出为高电平。每个反相器的内部结构为由两个三极管组合而成的达林顿管放大电路，该电路可以放大电流，提供给继电器足够大的电流以使其正常工作。其内部电路图和引脚图如下图所示。
2.3 系统整体电路图
太阳能板的输出电压通过充电稳压模块接到蓄电池，对蓄电池进行恒压充电。系统中所用的蓄电池为12V，6.5AH，其充电电压以14.4V为宜，所以充电稳压模块输出电压选为14.4V。传统的恒压充电方式在充电过程中电流变化较大，充电初期充电电流过大，充电后期充电电流过小，会损伤电池寿命。但太阳能电池的功率较小，不足以在充电初期产生很大电流，对蓄电池的损害较小。且恒压充电易于控制，所以采用恒压充电方式。
为了节约时间，提高效率，我们的稳压模块都是采用的市面上现有的完整模块。这些模块大都为降压模块，正常工作时的输入输出压差要在1.5V以上，不能将12V左右的电压稳定在12V。考虑到12V蓄电池的输出电压基本稳定在12V左右，所以系统+12V的输出不对蓄电池进行稳压。而太阳能板稳压模块用于太阳能板直接输出时的稳压，将其电压稳定在与蓄电池同一等级的+12V。 输出稳压模块的输入电压为+12V，其输出电压有三个等级，分别为±12V和5V。其中+12V输出直接采用输入电压，不进行处理，?12V和5V输出需进行电压等的变换，详细说明见后文。
3、系统外围电路设计
3.1 稳压电路
我们在系统中使用的稳压模块都是直接买到的，但是其工作原理还是较为清晰的。系统中多处用到稳压电路，不同位置的稳压电路，根据其功能不同，有不同的设计方案。具体来讲共有三类。
1)
太阳能板稳压和输出稳压的5V输出部分，利用开关集成稳压芯片LM2596，采用典型电路中的固定电压输出方式，电路图如下图所示。LM2596芯片有33V，12V，5V和可调等输出电压等级，太阳能板稳压选用12V输出电压等级芯片，输出稳压的5V输出部分采用5V输出电压等级芯片。
2)
蓄电池充电稳压部分的输出电压为14.4V，需要选用可调输出的LM2596芯片，同时采用可调输出电路，电路图如下图所示。
输出电压
，其中
。为保证14.4V的输出，有：
。
3)
输出稳压的?12V输出部分，需要将+12V电压转换为?12V电压。这里使用了MAX765芯片。MAX765芯片是DC-DC反相器芯片。该芯片能将+3~+15V的输入电压转换为-12V的输出电压，最大输出电流为250mA。稳压电路如下图所示。3.2 供电电路
系统中的继电器和单片机都是由5V直流电源供电的。系统中器件的供电由蓄电池提供，通过7805稳压芯片将12V电压转换为5V电压。7805稳压电路如下图所示。
输入电压
，
。由于输入电压比输出电压高出7V，压差较大，容易使7805有较为严重的发热，所以加入二极管D1、D2来适当减小输入电压。同样由于发热的原因，在系统中给7805加了散热片，以防止芯片过热。
4、单片机控制逻辑
单片机通过采样电阻
采样获得太阳能板的输出电压，系统中
。所以
，其中
为采样得到的电压，
为太阳能板输出电压。经过上式可以将采样电压
换算求得实际输出电压
。当
大于临界电压
时，系统以太阳能板为功率源，当
小于临界电压
时，系统以蓄电池为功率源。经过我们在阳光下的实际测量结果，取
较为合理。这个值略小于太阳能板的最大功率点电压
，既可以保证光照较强时完全由太阳能板供电，也可以保证光照较弱时由太阳能板提供小功率输出，由蓄电池提供大功率输出，提高了光照的利用率。
单片机通过时钟定时中断完成对电压的采样并进行分析。根据电压情况控制引脚的电平输出。前文已经说过，供电部分的7805芯片可能存在过热的问题，所以在单片机驱动继电器的部分加以设计，使得每一时刻都只有一个继电器处于吸合状态，而另外一个处于释放状态。这样可以避免7805同时为两个继电器供电而造成过热。
单片机的工作逻辑为：
?
，P2.0输出低电平，继电器1处于释放状态，由太阳能板供电，P2.1输出高电平，继电器2处于吸合状态，太阳能板为蓄电池充电。
?
，P2.0输出高电平，继电器1处于吸合状态，由蓄电池供电，P2.1输出低电平，继电器2处于释放状态，太阳能板不给蓄电池充电。
单片机程序如下所示：
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|
#include
"io430.h"
#include
"in430.h"
int
main( void )
{
WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;
//P2.0,P2.1输出电平，用于控制继电器
P2SEL &= ~(BIT0+BIT1);
P2SEL2 &= ~(BIT0+BIT1);
P2DIR |= (BIT0+BIT1);
P2OUT |= (BIT0+BIT1);
ADC10AE0 |=BIT0; //P1.0模拟电压信号输入
ADC10CTL0 |=ADC10ON; //打开ADC电源
ADC10CTL1 |= ADC10SSEL_1 + INCH_0; //单通道单次转换
ADC10CTL0 |=ENC;
TA0CTL |=TACLR+TASSEL_1+MC_1; //定时器增计数，时钟为ACLK
TA0CCR0=3276; //0.1秒中断一次
TA0CCTL0|=CCIE; //打开中断分控位
_EINT();//打开中断总控位
while(1){};
}
#pragma
vector=TIMER0_A0_VECTOR //中断子程
__interrupt
void time_count(void){
ADC10CTL0 |=ADC10SC; //电源电压模数转换
while((ADC10CTL0&ADC10IFG)==0);
int
voltage=ADC10MEM; //读取电压值
if(voltage>730){ //电压达到一定值，P2.0输出低电平，P2.1输出
P2OUT &=~BIT0; //低电平，反之电平输出也相反
P2OUT |= BIT1;
}else{
P2OUT |= BIT0;
P2OUT &=~BIT1;
}
}
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四、项目总结
1、完成情况
经过两周的工作，我们成功实现了太阳能供电系统，并进行了实际功能的测试。首先在实验室利用直流稳压电源模拟太阳能板的输出，通过调节输出电压的大小模拟光照负载变化时太阳能板输出电压的变化情况。当输出电压降低至预定值时，系统自动将功率源由模拟太阳能板的稳压电源切换为蓄电池。随后在阳光下利用太阳能板进行了实际的测试。当转动太阳能板或者通过遮挡部分太阳能板来降低太阳能板上的光照时，太阳能板的输出电压降低，系统同样可以将功率源由太阳能板切换为蓄电池。当光照恢复时，系统会将功率源切换回太阳能板。系统的逻辑功能得到了实现。
原本我们打算对系统的功率输出能力进行测试，但由于最后几天时间连续阴雨，没有阳光，最终没能完成测试工作，算是一个遗憾。
2、项目不足与展望
由于我是第一次做这种项目，加之时间较为仓促，在进行项目过程中还存在很多的不足之处。首先在系统的设计上，只考虑了对太阳能板的控制，而忽视了对蓄电池的控制，例如防止蓄电池过充过放和过流保护等。也缺乏对系统整体的控制，输出必须从蓄电池和太阳能板中选择其一，而不能完全断开，这些都是系统的不足之处。感谢老师为我们指出这些不足，让我们能够学到相应的经验，获得进步。另外一个不足之处就是两人之间的合作较差。两个人之间缺乏足够的沟通和交流，而且思路经常难以保持同步，降低了效率。这在以后的学习和生活中是需要注意的，要加强和他人的合作能力。
目前所搭建的这一套系统比较粗糙，存在很多的不足之处。后续可以进一步优化和完善，弥补上述不足之处，提高系统稳定性。同时可以改变目前的分散插接方式，实现系统的集成，减小系统体积。另外还应该优化系统设计，提高输出效率，减小功耗你。通过阻抗匹配保证太阳能板工作在在大功率点附近等。