基于CAN总线的太阳能控制器设计

摘 要：通过CAN总线技术能够对太阳能控制器进行模块设计，该文主要分析了太阳能控制器相关硬件设计过程中的设计方案与软件系统设计整体框架，并结合CAN节点相关程序以及初始化，利用多种功率模块组合，形成容量不同的发电系统。该文主要利用CAN总线方法，通过功率模块和主控制器两级形式来实现。最终结果证明，应用相关方案设计能够提高系统应用性能。

关键词：CAN总线；太阳能发电；控制器设计

中图分类号：TP274 文献标志码：A

0 引言

太阳能控制器主要是将微处理器作为核心部件，从而对电源进行充放处理。现阶段的设计模式大多只是停留在单机模式层面，由于芯片硬件资源方面的局限性，从而增加了太阳能大容量电站的控制难度。而模块化设计属于一种效果较好的设计方法，通过各種模块的科学组合，能够形成各种容量层次的太阳能电站。该文分析了利用CAN总线技术对太阳能控制器进行设计。

1 系统整体设计

在该次系统设计过程中主要是将内含CAN总线控制器部件的单片机充当主控芯片，通过主控制器进行集中监控，而功率模块则对MCU两级方案进行独立控制。功率控制器与主控制器之间利用CAN总线能够实现控制和通信，而功率模块能够对各个太阳能光伏阵列进行集中控制。主控制器还可以利用蓄电池中的功率控制模块，结合蓄电池的具体充放电状态，对蓄电池进行科学管理，引导充放电工作的顺利进行。

2 系统硬件设计

2.1 主控制器的硬件设计

在整个系统中发挥核心作用的就是主控制器，能够对蓄电池组的整体状态进行实时监控，并进行有效调控，在发生突发性问题时，还能够进行及时报警处理。至于蓄电池组相关监控工作主要是通过ADC电路对蓄电池组中电压进行检测，从而判断电池组的实时状态。ADC电路同时还会负责放电电流和充电电流的检测工作。其次容量不同的蓄电池组中的充放电参数也存在较大的差异，同时相关参数还可以进行设定。主控制器中的充放电数据最多只能储存30天以内的数据，通过对相关数据进行分析，我们能够看出系统的整体运行状态。在蓄电池组发生过放或是过充等突发性问题时，控制器就能够自动断开负载或是太阳能，从而使输出电路中的警报灯亮起，并将异常报文发送到远程通信终端当中。

2.2 功率模块相关硬件设计

功率电子零件通常都拥有快速通断功能，具备可调脉宽、低触发能量等特征，经常充当大电流和高频中的主回路开关部件。在该次设计过程中，主要是将MOSFET功率充当太阳能方阵中的投切开关。主控制器将相关命令发送给功率模块，随后促进太阳能方阵实现通断，同时还能够对太阳能方阵中的开路电压进行集中采集，随后综合整理，将相关报文传输给主控制器。

3 系统软件设计

3.1 软件整体框架

以CAN总线技术为基础的太阳能控制器设计主要是通过结构化程序来设计控制器软件，其中程序由中断程序与主程序等内容构成。而主程序中还包括了报文处理系统、数据计算系统、充电控制系统、液晶显示系统以及初始化程序系统等，在整个程序处于运行状态时，初始化程序只是在主程序首次执行过程中运行一次，主要是开启第二管脚相关功能与单片机AT90CAN128的I/O口配置。程序中断工作主要是通过定时器来实现，或是进行CAN中断以及ADC中断。在定时器中断过程中，主要是利用定时器2、定时器1与定时器0，定时器0中断运行过程中键盘扫描程序。定时器1进行中断时，将其具体数值设定为20 s、5 s和1 s的定时标志。定时器2中断会启动ADC通道，随后实现模式转化。ADC中断能够直接处理模数转化成果。CAN中断能够接收从CAN总线发送过来的相关报文，随后进行集中处理。下文中将具体分析CAN总线在AT90CAN128中的软件设计。

3.2 通信规约

AT90CAN128中的CAN控制器主要是CAN2.0B与CAN2.0A相关标准协议，而在该文中主要是选择CAN2.0B协议，也就是二十九位的标识符，选择广播方式中的主从方式进行通信，主控制器是系统中的主机，能够将报文直接传送到功率模块当中，功率模块内的各种报文接收标识符应该保持一致性，对接收机中的相关报文进行统一接收，并在对报文数据内容进行科学判断的基础上进行反应。从机中标识符是一致的，主要是主机负责接收。具体的报文数据帧规划可以参考表1。

3.3 CAN总线程序

CAN在AT90CAN128中的信息发送与接收主要是通过消息邮箱MOB的方式来实现的，其中属性相同的MOB邮箱共有15个。消息邮箱MOB其实就是CAN中的消息帧代表符，其中还包括数据缓冲区域和含帧格式。各个消息邮箱MOB都被放置到相应的页面中，而消息邮箱MOB的箱号就是页号，在消息邮箱数量比较多的状态下，处于低位中的消息邮箱拥有优先权。CAN总线中的通信系统中涵盖数据发送、数据接收以及CAN初始化等程序，CAN初始化其实就是对MOB使能、中断使能、数据长度、MOB接收页号、发送页号、标识储存器、波特率等进行内容设置。其中通过CAN中断触发，接收CAN数据，并于中断中收获消息邮箱MOB，随后将获得的各种数据信息储存到数据缓冲区域，相关处理程序还能够自动处理缓冲区域中的数据信息。数据输送子程序整理完待发数据后，将其传输到消息邮箱MOB当中，随后根据提前设定好的报文格式传播出去。

4 实验数据

在离网型的48 V太阳能发电设备当中，以CAN总线技术为基础的太阳能控制器，能够对四路太阳能列阵进行控制，并开始实验，具体实验的条件包括保证蓄电池电压均充，2.36 V/单体、日辐射量应该保持在3.8 kW·h/m2～4.6 kW·h/m2，工作电流为7 A，太阳能列阵参数为120 W功率。具体实验结果参考表2。

最终实验结果证明，以CAN总线为基础的太阳能控制器，能够对正在充电状态的48 V太阳能系统进行合理控制，并控制太阳能系统在不同阶段中不同电池组的投切工作，充分结合各个电池组在不同阶段中的充电与放电状态，进行准确控制，从而促进太阳能系统的安全、稳定运行。

5 结语

该文主要是通过CAN总线技术内置单片机相关技术，来进行太阳能控制器的设计，属于一种模块化的设计方法。不同功率的模块能够对蓄电池进行独立的充电、放电管理，并进行数据记录、充放电检测以及过放和过充的保护等。通过N+1分散控制模式能够有效提高太阳能系统自身互换性和可靠性，让太阳能系统能够根据实际需求进行灵活组合，从而形成各种容量的发电系统。通过这种设计方式，能够让系统更加灵活。

参考文献

[1]黄钉劲，费韩.基于CAN总线的太阳能控制器设计[J].电子测量技术，2010，33（7）：92-95.

[2]赵涛，周兵.基于CAN总线太阳能电池自动跟踪控制器的设计[J].制造业自动化，2012，34（23）：105-108.

[3]闫伟峰.基于CAN总线的太阳跟踪控制系统研究与实现[D].江苏：南京航空航天大学，2011.

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